NL8600860A

NL8600860A - Appts. for prodn. of carbon mono:oxide and hydrogen - in presence of molten iron, feed system, upper vessel wall, and outlet acting as cyclone removing dust from prod.

Info

Publication number: NL8600860A
Application number: NL8600860A
Authority: NL
Original assignee: Hoogovens Groep Bv
Priority date: 1986-04-04
Filing date: 1986-04-04
Publication date: 1987-11-02

Abstract

In an appts. for forming gas contg. CO and H2 in presence of molten Fe, from a feed contg. O2 and a carbonaceous materials, comprising a vessel with a taphole near the bottom, a feed system for O2, carbonaceous material, and a carrier gas, and an outlet for the gas formed, the feed system opens (partly) above the bath, and this part of the feed system, the vessel wall above the bath, and the gas outlet are designed as a system with cyclone action, so that dust liberated in the gas space above the bath during operation is largely recycled into the bath.

Description

- 1 - HO 604 NL **--------- 1 - HO 604 NL ** --------

INRICHTING VOOR HET IN AANWEZIGHEID VAN GESMOLTEN IJZER VOBMEN VAN CO EN H2 BEVATTEND GASApparatus for the presence of molten iron fumes of CO and H 2 containing gas

Door aanvraagster wordt als uitvinder genoemd:The applicant mentions as inventor:

Drs. J.M. VAN LANGEN te AKERSLOOTDrs. J.M. VAN LANGEN in AKERSLOOT

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het in aanwezigheid van gesmolten ijzer vormen van CO en H^ bevattend gas uit aan de inrichting toegevoerde zuurstof en koolstofhoudend materiaal, omvattende een vat met nabij de bodem tenminste ëën tap-5 gat, een invoersysteem voor respectievelijk zuurstof, koolstofhoudend materiaal en een dragergas, en een afvoeropening voor het gevormde gas. Onder ijzer wordt in het navolgende verstaan een ijzerlegering waarin naast chemisch zuiver ijzer gebruikelijke verontreinigingen voorkomen zoals deze ook kunnen voorkomen in het uit 10 een hoogoven getapte ruwijzer. In hoofdzaak zal dit ijzer een belangrijk gehalte aan koolstof bevatten, welk gehalte koolstof kan oplopen tot het verzadigingspercentage van circa 5½%.The invention relates to a device for forming gas containing CO and H2 containing oxygen and carbonaceous material supplied to the device in the presence of molten iron, comprising a vessel with at least one tap hole near the bottom, an input system for respectively oxygen, carbonaceous material and a carrier gas, and a discharge opening for the formed gas. Iron is hereinafter understood to mean an iron alloy in which, in addition to chemically pure iron, conventional impurities occur, as can also occur in the pig iron drawn from a blast furnace. Mainly, this iron will contain an important content of carbon, which content can rise to a saturation percentage of approximately 5½%.

Onder koolstofhoudend materiaal worden begrepen alle vormen van kolen, inclusief antraciet en vetkolen. Bij een uitvoeringsvorm 15 van de bekendgestelde inrichting dient het ijzerbad slechts als reactiemedium voor het omzetten van koolstof in calorisch rijk gas-Daarbij wordt steenkool met een drager ingeblazen in het ijzerbad, waarbij de koolstof in het bad oplost, waterstof en eventueel aanwezige stikstof in gasvorm worden gebracht en de gevormde as 20 wordt opgenomen in de slaklaag op het bad. Door nu ook zuurstof in het ijzerbad te blazen wordt de opgeloste koolstof omgezet tot CO, waardoor een gas ontstaat hetwelk CO en H2 bevat waarbij deze componenten ruwweg voorkomen in een gewichtsverhouding 2:1.Carbonaceous material includes all forms of coal, including anthracite and fat coal. In an embodiment of the known device, the iron bath serves only as a reaction medium for converting carbon into high-calorific gas. Herein, coal with a carrier is blown into the iron bath, whereby the carbon dissolves in the bath, hydrogen and any nitrogen present in gaseous form. and the formed shaft 20 is incorporated into the slag layer on the bath. By now also blowing oxygen into the iron bath, the dissolved carbon is converted into CO, resulting in a gas containing CO and H2, these components roughly occurring in a 2: 1 weight ratio.

Tevens wordt bij deze reactie warmte gevormd welke deels beno-25 digd is om het ijzerbad op een temperatuur van circa 1500°C te houden. Meestal echter is nog extra warmte beschikbaar welke voor - t W .X -·, Λ Γ.Heat is also formed in this reaction, which is partly necessary to keep the iron bath at a temperature of approximately 1500 ° C. Usually, however, additional heat is available which is - t W .X - ·, Λ Γ.

% ' *· it - ., - .. \.· : v% '* · It -., - .. \. ·: V

- 2 - HO 604 NL- 2 - HO 604 NL

andere doeleinden gebruikt kan worden. Bijvoorbeeld kan met deze extra warmte extra gas worden gevormd door het inblazen van stoom of water, waarbij dan wordt gevormd. Bij een andere uitvoeringsvorm van de bekendgestelde inrichting maakt de vergasser deel uit 5 van een inrichting waarin ijzer wordt geproduceerd uit voorgeredu-ceerd ijzererts. Het gevormde gas dient dan als reductiemiddel en de extra gevormde warmte dient voor het smelten van het gereduceerde ijzer. Bij deze bekende inrichtingen dient niet slechts een tap-gat aanwezig te zijn voor de afvoer van gevormde slak, doch ook 10 voor de afvoer van gevormd vloeibaar ijzer.can be used for other purposes. For example, with this extra heat extra gas can be formed by blowing in steam or water, which is then formed. In another embodiment of the disclosed device, the gasifier is part of a device in which iron is produced from pre-reduced iron ore. The gas formed then serves as a reducing agent and the additional heat generated serves to melt the reduced iron. In these known devices not only a tapping hole must be present for the discharge of formed slag, but also for the discharge of formed liquid iron.

Ongeacht de bestemming van de bekendgestelde inrichting wordt steeds een niet verwaarloosbare hoeveelheid stof in de gasruimte boven het ijzerbad gevormd. Voor de bepaling van de gedachte kan een stofgehalte in het gas van 20 gram per Nm3 genoemd worden, 15 hoewel uiteraard deze hoeveelheid sterk afhankelijk is van de vormgeving van de inrichting en de wijze waarop het proces ermee bedreven wordt. Onder alle omstandigheden wordt deze stofproduktie als bezwaarlijk ondervonden, zowel als het gevormde hete gas verder wordt verwerkt om als brandstof te dienen voor bijvoorbeeld een 20 stoomketel, maar ook indien het gebruikt wordt voor de voorreductie van erts.Regardless of the purpose of the known device, a non-negligible amount of dust is always formed in the gas space above the iron bath. For the determination of the idea, a dust content in the gas of 20 grams per Nm3 can be mentioned, although of course this amount strongly depends on the design of the device and the way in which the process is operated with it. Under all circumstances, this dust production is found to be a drawback, both if the hot gas formed is further processed to serve as fuel for, for example, a steam boiler, but also if it is used for the pre-reduction of ore.

De uitvinding stelt zich nu ten doel de bekendgestelde inrichting zodanig uit te voeren dat de stofbelasting van het afgevoerde gas aanmerkelijk geringer is. Hierdoor kan een kostbare gasreini-25 ging achterwege blijven, respectievelijk kan het reductieproces van ijzererts gunstiger verlopen. Het een verlaging van de stofbelasting van de gevormde gas kan ook de erosieve en de corrosieve belasting van de vuurvaste bemetseling van het vat verminderd worden, waardoor de onderhoudskosten van de inrichting aanmerkelijk 30 kunnen worden verminderd.The object of the invention is now to design the disclosed device in such a way that the dust load of the discharged gas is considerably less. As a result, expensive gas cleaning can be omitted, or the reduction process of iron ore can proceed more favorably. Reducing the dust load of the formed gas can also reduce the erosive and corrosive load of the refractory masonry of the vessel, thereby significantly reducing the maintenance cost of the device.

De uitvinding bestaat nu daarin dat bij de bekendgestelde inrichting het invoersysteem tenminste ten dele boven het bad uitmondt, en dat dit deel van het invoersysteem, de vatwand boven het bad en de afvoeropening voor gas als een systeem met cycloonwerking 35 zijn uitgevoerd, waarbij in de gasruimte boven het bad tijdens bedrijf vrijkomend stof goeddeels in het bad wordt teruggevoerd. Deels zal dit teruggevoerde stof uit ijzer bestaan, hetgeen na opsmelten weer op het bad wordt opgenomen, deels zal het uit slak bestaan, welke na opgesmolten te zijn wordt afgetapt.The invention now consists in that in the known device the inlet system opens at least partly above the bath, and that this part of the inlet system, the vessel wall above the bath and the discharge opening for gas are designed as a system with cyclone action, wherein the gas space above the bath dust released during operation is largely returned to the bath. This recycled material will partly consist of iron, which will be taken up again after melting on the bath, partly it will consist of slag, which will be drained off after melting.

3 0 V U ·;3 b u3 0 V U ·; 3 b u

- 3 - HO 604 NL- 3 - HO 604 NL

Opgemerkt wordt dat inrichtingen van het bekendgestelde type nader kunnen worden onderscheiden in systemen waarbij kolen door het bad geblazen kunnen worden, respectievelijk systemen waarbij kolen via een lans van boven op het bad worden geblazen. Tevens kan 5 het bad verder in beweging worden gebracht en gehouden door het van boven opblazen van gas, respectievelijk door het doorblazen van gas door het bad. Ook zijn combinatiesystemen denkbaar waarbij de ingevoerde materiaalstromen ten dele door het bad en ten dele boven het bad worden ingevoerd. Het zal duidelijk zijn dat de uitvinding 10 slechts toepassing kan vinden bij zulke systemen waarbij tenminste een deel van de materiaalstroom boven het bad wordt ingevoerd, waardoor een cycloonwerking tot stand kan komen. Volgens een mogelijke uitvoeringsvorm van de nieuwe inrichting bezit tenminste het deel van de vatwand in de gasruimte nabij de afvoeropening bij 15 benadering de vorm van een omwentelingslichaam, waarbij de afvoeropening in de richting van de as hiervan verloopt, en omvat het invoersysteem tenminste ëën lans welke de as van de afvoeropening kruist.It is noted that devices of the known type can be further distinguished into systems where coal can be blown through the bath, respectively systems where coal is blown through a lance from above on the bath. The bath can also be moved and maintained further by blowing gas from above or by blowing gas through the bath. Combination systems are also conceivable in which the material flows introduced are partly introduced through the bath and partly above the bath. It will be clear that the invention can only be applied in such systems in which at least a part of the material flow is introduced above the bath, as a result of which a cyclone action can be effected. According to a possible embodiment of the new device, at least the part of the vessel wall in the gas space near the discharge opening is approximately in the form of a body of revolution, the discharge opening running in the direction of its axis, and the introduction system comprises at least one lance the shaft of the discharge opening crosses.

Teneinde rekening te houden met het mogelijk opschuimen van 20 het ijzerbad verdient het de voorkeur dat de afvoeropening hoog in de gasruimte is aangebracht. Verder verdient het aanbeveling om het invoersysteem uit een enkele combinatielans voor zuurstof en kolentransport te laten bestaan, welke lans onder een hoek van tussen 60° en 80° met het badoppervlak is opgesteld.In order to take into account the possible foaming of the iron bath, it is preferred that the discharge opening is arranged high in the gas space. Furthermore, it is recommended that the inlet system consist of a single combination lance for oxygen and coal transport, which lance is arranged at an angle of between 60 ° and 80 ° to the bath surface.

25 Voor het geval dat de inrichting slechts wordt gebruikt voor de produktie van calorisch gas, is het mogelijk om de afvoeropening centraal boven in het vat te plaatsen, waardoor de de gasruimte begrenzende vatwand een deels cylindrische en deels conische vorm kan krijgen. Indien echter het geproduceerde gas wordt gebruikt als 30 reductiegas voor een boven de inrichting geplaatste reductiekolom, zal het veelal noodzakelijk zijii om de gasafvoeropening nabij de zijwand van het vat te plaatsen, waardoor het gas in zijwaartse richting kan worden afgevoerd en zonodig worden gekoeld alvorens aan de reductiekolom te worden toegevoerd. Al naar gelang de uit-35 eindelijke vorm van de inrichting dient de hoek van de kolen-zuur-stoflans met het badoppervlak te worden aangepast, waarbij een optimum moet worden gevonden tussen het kolen-oplosrendement, het stofvangst-rendement, en de erosieve en corrosieve belasting van de vuurvaste bemetseling van het vat in en boven het ijzerbad.In case the device is only used for the production of calorific gas, it is possible to place the discharge opening centrally at the top of the vessel, whereby the vessel wall bounding the gas space can have a partly cylindrical and partly conical shape. However, if the produced gas is used as a reduction gas for a reduction column placed above the device, it will often be necessary to locate the gas discharge opening near the side wall of the vessel, allowing the gas to be discharged sideways and, if necessary, cooled before the reduction column to be fed. Depending on the final shape of the device, the angle of the coal-oxygen lance with the bath surface should be adjusted, finding an optimum between the coal-solvent efficiency, the dust-capture efficiency, and the erosive and corrosive loading of the refractory masonry of the vessel in and above the iron bath.

X ' S A Λ Λ .. Λ ItX 'S A Λ Λ .. Λ It

ï JGJG

- 4 - HO 604 NL- 4 - HO 604 NL

Om de optimale vorm van de gasmimte en de lansopstelling te handhaven verdient het aanbeveling om de installatie van twee tap-gaten voor uit de as van de kolen afkomstige slak respectievelijk ijzer te voorzien. Met deze constructie is het ook mogelijk om 5 continu af te tappen.In order to maintain the optimum shape of the gas space and the lance arrangement, it is recommended to provide the installation with two tap holes for slag and iron, respectively, originating from the coal ashes. With this construction it is also possible to drain 5 continuously.

Opgemerkt wordt dat de vorm van het bad onafhankelijk gekozen kan worden van de vorm van de gasruimte. Hierbij wordt aan de vorm van het bad als eis gesteld dat onder de inwerking van de ingeblazen stralen voldoende roerwerking wordt verkregen, zodat zowel het 10 oplosproces van koolstof in het ijzerbad als het oxydatieproces van koolstof tot C0-gas gelijkmatig verloopt. Daarbij dient ervoor gezorgd te worden dat in de buurt van de vuurvaste bekleding geen heftige badbewegingen optreden.It is noted that the shape of the bath can be chosen independently of the shape of the gas space. The form of the bath is hereby required as a requirement that sufficient stirring effect is obtained under the action of the blown-in jets, so that both the dissolving process of carbon in the iron bath and the oxidation process of carbon to CO2 gas proceed smoothly. Care should be taken to ensure that no violent bathing movements occur near the refractory lining.

In een tweetal figuren zal de uitvinding nader worden toege-15 licht aan de hand van een uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding.In two figures the invention will be further elucidated on the basis of an embodiment of a device according to the invention.

Fig. 1 toont hierbij de inrichting in langsdoorsnede.Fig. 1 shows the device in longitudinal section.

Fig. 2 is een dwarsdoorsnede volgens II-II in fig. 1.Fig. 2 is a cross section according to II-II in FIG. 1.

In fig. 1 is met verwijzingscijfer 1 een vat af geheeld, waar-20 van de vorm wordt weergegeven door de twee doorsneden volgens fig. 1 en fig. 2. In het vat steken twee aftappijpen 2a en 2b welke kunnen dienen voor het aftappen van vloeibaar ijzer respectievelijk van slak. De aftappijpen zijn schematisch aangegeven, doch zijn in de praktijk uitgevoerd volgens hiervoor bij metallurgische vaten 25 gangbare constructies.In Fig. 1, reference numeral 1 indicates a vessel, the shape of which is represented by the two cross sections according to Fig. 1 and Fig. 2. Into the vessel are two drain pipes 2a and 2b which can serve for draining liquid iron or snail, respectively. The tapping pipes are shown schematically, but are in practice constructed according to constructions customary for metallurgical vessels.

Door het gewelf van het vat is een lans 3 gestoken. Deze lans is van het watergekoelde type (in de figuren niet nader aangegeven) en bevat inwendig twee concentrische kanalen. Door het buitenste van deze kanalen kan zuurstof worden toegevoerd, waarvan de toevoer 30 naar de lans schematisch met pijl 6 is aangegeven. Door het binnenste kanaal van de lans wordt poederkool met behulp van een inert dragergas ingeblazen, waarvan de toevoer naar de lans schematisch met verwijzingscijfer 7 is aangegeven.A lance 3 has been inserted through the vault of the vessel. This lance is of the water-cooled type (not shown in more detail in the figures) and contains two concentric channels internally. Oxygen can be supplied through the outer of these channels, the supply of which to the lance is indicated schematically by arrow 6. Pulverized coal is blown through the inner channel of the lance with the aid of an inert carrier gas, the supply of which to the lance is indicated schematically with reference number 7.

Nabij het gewelf van het vat is een wijde gasafvoeropening 4 35 aangebracht, waarop een scheidingswand 5 aansluit. Deze scheidingswand 5 scheidt de gasstroom welke door opening 4 naar buiten treedt van de gasatmosfeer in het vat tussen de scheidingswand 5 en de vatwand.A wide gas discharge opening 4 is provided near the vault of the vessel, to which a dividing wall 5 connects. This dividing wall 5 separates the gas stream exiting through opening 4 from the gas atmosphere in the vessel between the dividing wall 5 and the vessel wall.

- 5 - HO 604 HL- 5 - HO 604 HL

•eSï- .>• eSi-.>

In het vat bevindt zich op de bodem een laag vloeibaar ijzer 8 welke tijdens bedrijf is afgedekt door een dunne slaklaag 9. Tijdens bedrijf reageren de zuurstof en de poederkool onder vorming van CO en H^-gas onder invloed van het bad als reactiemedium. Deze 5 reactie verloopt deels doordat de poederkool tot in het bad doordringt, waardoor dit bad vrijwel met koolstof verzadigd blijft. De deels eveneens in het bad ingeblazen zuurstof brengt de in het ijzer opgeloste koolstof tot oxydatie onder vorming van C0-gas, Een deel van de zuurstofstraal komt ook boven het bad met koolstof tot 10 reactie, waardoor een intensieve gasstroming in de gasruimte binnen het vat 1 ontstaat. Het inerte dragergas neemt aan deze gasstroming deel.In the vessel there is a layer of liquid iron 8 on the bottom, which during operation is covered by a thin slag layer 9. During operation, the oxygen and the pulverized coal react to form CO and H 2 gas under the influence of the bath as reaction medium. This reaction proceeds partly because the pulverized coal penetrates into the bath, so that this bath remains almost saturated with carbon. The oxygen also partly blown into the bath oxidizes the carbon dissolved in the iron to form CO2 gas. Part of the oxygen jet also reacts above the carbon bath, causing intensive gas flow in the gas space within the vessel. 1 arises. The inert carrier gas participates in this gas flow.

Het deel 10 van de vatwand hetwelk aan de gasafvoeropening grenst is uitgevoerd als een omwentelingslichaam. Bij voorkeur 15 dient een zo groot mogelijk deel van de vatwand tezamen met het badoppervlak verder de vorm van een omwentelingslichaam te benaderen. De af scheidingswand 5 is buisvormig, en is symmetrisch ten opzichte van het door vatwand 10 gevormde omwentelingslichaam geplaatst.The part 10 of the vessel wall which is adjacent to the gas discharge opening is designed as a body of revolution. Preferably, as large a part of the vessel wall as possible, together with the bath surface, should further approximate the shape of a body of revolution. The partition wall 5 is tubular and is placed symmetrically with respect to the body of revolution formed by vessel wall 10.

20 Zoals uit fig. 2 blijkt is lans 3 kruisend opgesteld ten op zichte van de as van af scheidingswand 5. Verder is de lans 3 onder een hoek van circa 70° naar het badoppervlak gericht.As can be seen from Fig. 2, lance 3 is arranged in a crosswise manner relative to the axis of partition 5. Furthermore, lance 3 is directed at an angle of approximately 70 ° to the bath surface.

Door de beschreven configuratie van het omwentelingslichaam 10, scheidingswand 5 en lans 3 wordt de 25 gasstroming in de gasruimte in een wervelbeweging rondom de as van het omwentelingslichaam gebracht en krijgt de inrichting tijdens bedrijf een cycloonwerking. Als gevolg daarvan wordt uit het bad afkomstig stof naar buiten geslingerd en kan slechts voor een zeer gering gedeelte de gasafvoeropening 4 passeren. Het weggeslingerde 30 stof komt uiteindelijk in het bad terecht en wordt daar opgesmolten.Due to the described configuration of the revolving body 10, partition wall 5 and lance 3, the gas flow in the gas space is brought into a swirling movement about the axis of the revolving body and the device becomes cyclonic during operation. As a result, dust from the bath is thrown out and only a very small part can pass through the gas discharge opening 4. The ejected dust eventually ends up in the bath and is melted there.

• ^ Λ 35• ^ Λ 35

Claims

1. Device for forming CO and containing gas in the presence of molten iron from oxygen and carbonaceous material supplied to the device, comprising a vessel with at least one tap hole near the bottom, an input system for oxygen, carbonaceous material and a carrier medium respectively. gas, and a discharge opening for the formed gas, characterized in that the introduction system opens at least partly above the bath 1.0, and that this part of the introduction system, the vessel wall above the bath and the discharge opening for gas are as a system with cyclone action in which, in the gas space above the bath, dust released during operation is largely returned to the bath. 15

2. Device according to claim 1, characterized in that at least the part of the vessel wall in the gas space near the discharge opening is approximately in the form of a body of revolution, the discharge opening running in the direction of its axis, and in that the introduction system includes at least one lance which crosses the axis of the discharge opening.

3. Device according to claim 2, characterized in that the discharge opening is arranged high in the gas space and in that the inlet system consists of a single combination lance for oxygen and coal transport, which lance at an angle of between 60 ° and 80 °. with the bath surface. 30 35 ... Q - i \ v! J?