LU83579A1 - Verfahren zur entschwefelung bei der gaserzeugung im eisenbadreaktor - Google Patents

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Description

KLÖCKNER-WERKE AKTIENGESELLSCHAFT Klöckncrstraße 29, 41 Duisburg 1
Verfahren zur Entschwefelung bei der Gaserzeugung im Eisenbadreaktor_;_
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Entschwefelung bei der Gaserzeugung im Eisenbadreaktor, wobei in das Reaktorgefäß die Reaktionspartner Brennstoff in fester und/oder flüssiger Form, unterhalb der Badoberfläche in die Eisenschmelze un oxidierendes Gas, beispielsweise Sauerstoff, sauerstoffangereicherte Luft oder Luft, unterhalb oder unterhalb und oberhalb de Eisenbadspiegels eingeleitet werden.
Es sind Verfahren bekannt, Brennstoffe, insbesondere Kohle, zusammen mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen in einem Ei senbad umzusetzen und ein Reaktionsgas zu erzeugen, das im wese liehen aus CO und H^ besteht. Ein besonderer Vorteil der Gaserz gung im Eisenbadreaktor ist es, daß der im Brennstoff vorhanden Schwefel weitgehend von einer Schlacke aufgenommen wird.
In der DE-Auslegeschrift 25 20 883 wird ein Verfahren zur konti nuierlichen Vergasung von Kohle oder kohlenstoffhaltigen Brennstoffen in einem Eisenbadreaktor beschrieben, bei dem die Brenr ^Stoffe und Sauerstoff oder sauerstoffhaltige Gase, letztere vor /1 • · · / » t - 2 - ···’· · ··..·.
»
Kohlenwasserstoffen ummantelt, über Düsen unterhalb der Badoberfläche in die Schmelze cingefiihrt werden. Die Schlackcnbildner, vorzugsweise Kalkstaub mit oder ohne Beimischung von Kalkstein bzw. Dolomit, werden dem Sauerstoffstrom aufgeladen oder als Mischung zusammen mit der feinkörnigen Kohle in das Bad geblasen.
ji Die DE-Pat ent Schrift 25 20 58^ beschreibt ein Verfahren zum Ver gasen schwof eihaltiger Kohle in einem Eisenbadreaktor, bei dem ein Teil der schwefelhaltigen Schlacke kontinuierlich in flüssigem Zustand abgezogen, entscliwefeit und in den Eisenbadreaktor flüssig j zurückgeführt wird. Insbesondere hinsichtlich der Wärraebilanz beim
Vergasungsprozeß erweist sich dieses Verfahren als vorteilhaft.
Die bekannten Verfahren zeigen verschiedene Wege, kohlenstoffhaltige Brennstoffe in einem Eisenbadreaktor zu vergasen und dabei weitgehend schwefeifreie Reaktionsgase zu erzeugen. Allerdings verwenden sämtliche bekannten Verfahren Kalk bzw. Kalkstein, eventuell mit einer Mischung von MgO bzw. Dolomit zum Einstellen einer entscliwefelnd wirkenden Schlacke. Der Einsatz von Kalk als Schlak-j kenbildner erweist sich in zweierlei Hinsicht als nachteilig. Ein- ’ mal sind die Kosten für den Kalk aufzuwenden und zum anderen muß ! der Kalk auf die Badtemperatur aufgeheizt werden. Um beispielsweise .1 t Kohle zu vergasen, sind ca. 100 kg CaO mit einem Scliwefelye- j! halt von ca. 1 % zuzugeben. Der Preis für 1 t Kalkstaub beträgt zur
Zeit ca. DM 100.—, und um diesen Kalk aufzubeizen, benötigt man j weiterhin ca. DM 65.— als Energiekosten. Verwendet man billigeren i ' Kalkstein, so sind die Energiekosten für das Aufheizen und Ent- ! säuern im Eisenbadreaktor so hoch, daß diese Arbeitsweise wirt- l scliaftlieh noch ungünstiger ist.
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Die Erfindung hat es sich zur· Aufgabe gestellt, ein Verfahren zu b t entwickeln, das die Entschwefelung bei -der Kohlevergasung im Ei- . senbadrealctor in besonders wirtschaftlicher Weise ermöglicht.
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Erfindunosgcmäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß als Ent-ßchwcfolungsschlaclcen im Eisonbadreaktor die bei der Stalilhcr-stellung anfallenden Stahlwerksschlackon eingesetzt werden.
Die Zugabe der Stahlwerksschlacke kann auf verschiedene Weise in den Eisenbadreaktor erfolgen. Die Schlacke kann z.B. stückig auf die Eisenbadoberfläche chargiert werden, oder man bläst sie pulverförmig unterhalb ùnd/oder oberhalb der Badoberfläche in den Eisenbadx'ealctor. Die pulverförmige Schlacke kann auch dem Brennstoff, beispielsweise der zu vergasenden Kohle, zugemischt werden.
• In besonders vorteilhafter und wirtschaftlicher Weise kann die
StahlAierlcssclilacke als Basenträger für die Entschwefelung im Ei- © senbadrealctor dem Reaktorgefäß/flüssig zugeführt werden. Diese Betriebsweise läßt sich immer dann einfach veriiirklichen, wenn ein Eisenbadreaktor für die Kohlevergasung in geringer Entfernung von einem Stahlwerk betrieben wird. Dies ist z.B. in einem Eisenhüttenwerk mit integriertem Kraftwerk der Fall. Im Kraftwerk läßt sich z.B. das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte Gas in der Kesselanlage verfeuern.
Bei dem Einsatz von Stahlwerksschlacken gemäß der Erfindung spart man erhebliche Kosten, da diese Schlacken, für die im allgemeinen nur eine begrenzte Verwertbarkeit besteht, preisgünstig zur Verfügung stehen. Darüber hinaus ergibt sich ein-weiterer Vorteil durch die bessere Verwertbarkeit der Schlacken, nachdem sie als Entschwefelungsschlacken im Eisenbadrealctor gewirkt haben und durch die aufgenommene ICohlcasche in ihrer Zusammensetzung verändert wurden. Sie haben dann eine Zusammensetzung ähnlich der von üblichen Hochofenschlacken und lassen sich, wie diese, in dei' Zoment- oder Baustoffindustrie weit erverarbeiten.
Die in einem Stahlwerk anfallenden Schlacken, beispielsweise beim Frischen von phosphorarmem Roheisen, nach den verschiedenen mit Sauerstoff arbeitenden Konverterfriscliverfahren, haben ungefähr » ®fso heiß wie möglich, insbesondere - 4 - » · • * folgende Zusammensetzung: $0 % CaO, 10 ?£ SiO,,, 30 % FcO, 0.1 S, ό die restlichen Bestandteile sind im wesentlichen Alo0 , MgO, HnO und Po0_.
J -
Bas erfindungsgomaße Verfahren zur Entschwefelung bei der Gaser- : | jj zeugung im Eisenbadreaktor nutzt diese Schlacken, da ihr Ausgnngs- i; Schwefelgehalt mit ca. 0.08 bis 0.12 % niedrig ist und somit eine ! : * jj hohe Schwefclaufnahmefähiglceit bis zu Schweielgehalten von ca. 10 ;j besteht- Vorteilhaft ist es, den Schwofelgolialt der Schlacken auf i» * . t Ü ’ ca. 3 9° zu begrenzen, weil sie damit im Bereich der üblichen Hoch- ij I; ‘ ofenschlacken bleiben und in ähnlicher Weise verwendet werden kön nen.
Bor Einsatz von Stalilwerlcsschlacken, beispielsweise aus einem | Stahlerzeugungskonverter, zur Entschwefelung im Eisenbadreaktor j, bringt darüber hinaus den lrortcil, daß der Eisenoxidgehalt'aus | diesen Schlacken reduziert und somit im Vergasungsaggregat zusätz· 1 lieh Eisen gewonnen wird. Dieses Eisen kann portionsweise aus dem
Eisenbadreaktor flüssig abgezogen und der Stahlerzeugung zugeführl werden. Auch dafür wirkt sich der Betrieb eines Eisenbadreaktors, beispielsweise für die Kohlevcrgasung in einem Eisenhüttenwerk, günsti g aus.
. Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht es, den Schwofelgc- lialt beispielsweise einer zu vergasenden Kohle fast vollständig in der metallurgischen Schlacke, die sich auf dem Eisenbad im Vcr I gasungsaggregat befindet, abzubinden. Der Schwefelgehalt der er- I. .
j zeugten Gase ist sehr gering. Er liegt im Bereich von ca- 10 ppm.
| Daraus ergibt sich, daß mehr als 99 % des Schwefels in der Schlak ' ko abgebunden werden. . ' \ i |
Besonders wirtschaftliche Vorteile bringt die Anwendung des er-findungsgeinäßen Verfahrens, wenn Kohlcsorten mit hohen Schwofol-odor Aschegohalten vergast werden. Würde man, wie bisher üblich, Λ A .
• » · • - 5 - *
Kalk zur Schlackenbildung zugeben/ so sind so hohe Mengen erfor dcrlich, daß darunter die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens lei • det und es außerdem erforderlich sein kann, dem Bad zusätzlich Energie zuzuführen, weil diese Kohlesorten bei dem hohen Kalkbe darf sich nicht mehr autotherm vergasen lassen.
Es liegt im Sinne der Erfindung, Wasser dom Eisenbadr'eaktor zuzuführen, um die Wasserstoffkonzentration im erzeugten Gas zuerhöhen. Bevorzugt beim Vergasen energiereicher Kohlesorten, be denen der Vergasungsprozeß mit Energieüberschuß abläuft, kann die freie Wärme dazu genutzt werden, Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten. Während der Wasserstoff aus der Schmelze entweicht, reagiert der Sauerstoff mit dem Kohlenstoff des . Eisenbades zu CO.
Die Zugabe des Wassers kann direkt in flüssiger Form oder als Wasserdampf erfolgen. Selbstverständlich läßt es sich auch als Neben in Suspension mit einem Trägergas zuführen. Weiterhin kann es auch der zu vergasenden Kohle zugemischt oder in Form eines erhöhten Feuchtigkeitsgehaltes der Kohle eingeführt werden. Beispielsweise hat es sich bewährt, die Kohle ohne Trocknung mit einem konstanten Wassergehalt einzusetzen oder die zu vergasende Kohle nur teilzutrocknen, um einen definierten Feuch tigkeitsgehalt einzustellen, mit der sie dann in das Eisenbad des Reaktionsgefäßes eingeleitet wird.
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Die erfindungsgemäße Anwendung von Stahlwerksschlacken zur Entschwefelung bei der Gaserzeugung im Eisenbadreaktor erweist sic somit in mehreren Richtungen als besonders vorteilhaft und wirt schaftlich. Sie ist von ihrer Zusammensetzung her als Entschwei lungsschlacke bei der Kohlevergasung gut geeignet und spart bei .flüssiger Zugabe in das Vergasungsaggregat darüber hinaus Enerc die sonst zum Aufheizen der Schlackenbildner erforderlich ist. Weiterhin wird die Stahlwerksschlacke nach ihrer Nutzung im Eisenbadreaktor in der Zusammensetzung so verändert, daß sie siel· zur Anwendung bei der Zementherstellung und im Bauwesen eignet, Neben den sich ergebenden wirtschaftlichen Vorteilen entfallei „ die Lagerung und die daraus resultierenden Probleme mit unver- · ' 1*' , ( - 6 - i » i wird im Eisenbadreaktor reduziert, und es entsteht Roheisen, j das im Stahlwerk zu Stahl verarbeitet werden kann.
j; Das erfindungsgemäße Entschwefelungsverfahren bei der Gaserzou- [ . gung in einem Eisenbadreaktor erweist sich bei der Vergasung üb- i; licher Kohlesorten oder kohlenstoffhaltiger Brennstoffe beim’Ein- j| satz'der energiesparenden flüssigen Schlacke als vorteilhaft, da I ein höherer Energieanteil für die Reduktion des Eisenoxids im Ei ;i -senbadreaktor zur Verfügung steht. Es liegt darüber hinaus auch [ * im Sinne der Erfindung, überschüssige Energie zur Eisengewinnung l aus Eisenerz oder vorreduziertem Eisenerz zu benutzen.
s ( ; Ein Eisenbadreaktor läßt sich unter Einbeziehung der vorliegenden
Erfindung beispielsweise folgendermaßen betreiben: i
In ein konverterähnliches Gefäß mit einem inneren Volumen von 3’ etwa 150 m chargiert man zunächst 120 t flüssiges Eisen mit einem Kohlenstoffgehalt von ca. 4 %. Es werden außerdem 30 t flüssige Schlacke aus dem LD-Verfahren zugegeben. In diesem Eisenbadreaktor vergast man pro Stunde 50 t Kohle der Zusammensetzung ' C 78.3 %, H2 5.0 %, 02 6.7 %., Asche 5.0 %, Hu 7510. kcal/kg. Die ! Kohle wird unterhalb der Badoberfläche eingeführt und mit Sauer- t
Stoff, der ebenfalls durch den Boden eingeblasen wird, vergast. Gleichzeitig können pro Stunde 30 t Erz, z.B. als feinkörniges Erz, durch im unteren Teil des Konverters angebrachte Düsen oder in Form von stückigem Erz oder Pellets von oben zugegeben werden. Nach einer Betriebszeit von 4 Stunden haben sich im Konverter etw ! 50 t Schlacke und 210 t Eisen mit einem Kohlenstoffgehalt von etw I 2 % angesammelt, j
Zu diesem Zeitpunkt sticht man aus dem Konverter die Schlacke mög liehst vollständig und ca. 90 t Eisen ab. Nach erneuter Zugabe vo flüssiger LD-Schlacke in der genannten Menge wird der Prozßc in gleicher Weise fortgesetzt. Das erzeugte Gas wird über einen Gaso meter seiner Verwendung zugeführt. Die Kapazität eines üblichen Gasometers ist im allgemeinen groß genug, um die Abnehmer wäh-j rend der Unterbrechungszeit für das Ausleeren der Schlacke und - 7 - des Stahles und dem Einfüllcn der neuen Schlacke, die ungefähr 5 Minuten beträgt, .weiter versorgen zu können.
Das flüssige Eisen aus dem Kohlevergasungsgefäß hat einen Schwer felgehalt von ca. 0.3 % und einen Phosphorgehalt von ca. 0.1 %.
• ' Nach einer Entschwefelung kann es in bekannter Weise, z.B. in einem Konverter, zu Stahl gefrischt werden. i U ' · * \ t

Claims (9)

  1. 3. Verfahren nach Anspruch - 1; dadurch gekennzeich- I net, daß die Stahlwerksschlacke pulverförmigunterhalb und/ I ’ j oder oberhalb der Badoberfläche in den Eisenbadreaktor ein- ! geblasen wird. i i j 4) Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeich- l! net, daß die Stahlwerksschlacke stückig auf die Eisonbad- | · Oberfläche chargiert wird. j ' ” 3) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeich net , daß die Stahlwerksschlacke ungefähr folgende Zusammensetzung aufweist: $0 % CaO, 10 % S1O2, 30 % FeO, 0.1 % S, die restlichen Bestandteile sind im wesentlichen MnO, I Al^Oo und MgO. f ^ so heiß wie möglich,, insbesondere Ir ' -9-
  2. 6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Basizität (CaO/SiC^) der Stahlwerksschlacke 3 bis 5 beträgt.
  3. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6f dadurch gekennzeichnet, daß die Entschwefelungsschlacke im Eisenbadreaktor durch die Brennstoffachse auf eine Basizität von 1 bis 2 verändert wird.
  4. 8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Entschwefelungsschlacke im Eisenbadreaktor einen Endschwefelgehalt von maximal 10 %, vorzugsweise unterhalb von 3 % aufweist.
  5. 9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Wasser und/oder Wasserdampf unterhalb der Badoberfläche in den Eisenbadreaktor eingeleitet wird.
  6. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet/ daß das Wasser aus dem Wassergehalt der als Brennstoff eingesetzten Kohle stammt.
  7. 11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10/ dadurch gekennzeichnet/ daß durch Reduktion des Eisenoxid- - anteils der Stahlwerksschlacke im Eisenbadreaktor Eisen ‘ erzeugt wird.
  8. 12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11/ dadurch- gekennzeichnet, daß im Eisenbadreaktör Eisenerz und/oder vorreduziertes Eisenerz reduziert wird.
  9. 13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12/ dadurch gekennzeichnet, daß flüssiges Eisen portionsweise und/oder kontinuierlich aus dem Eisenbadreaktor abgezogen und einem Stahlerzeugungsverfahren zugeführt wird. ( ! \ A \ u ,
LU83579A 1980-08-26 1981-08-24 Verfahren zur entschwefelung bei der gaserzeugung im eisenbadreaktor LU83579A1 (de)

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