WO2006133675A2 - Verfahren zur erzeugung von roheisen im hochofen unter zuführung von reduktionsgas in den hochofenschacht - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for producing pig iron in the blast furnace with the introduction of reducing gas, which is blown with conditioned composition and temperature control in the lower part of the blast furnace shaft and / or in the coal sack and / or the rest.
  • the method is referred to below as conditioned shaft gas injection.
  • gaseous substitute reducing agents In addition to injecting solid, liquid or gaseous substitute reducing agents into the rack, the injection of gaseous substitute reducing agents by additional blow molding into the lower part of the blast furnace shaft or into the coal bag or the detent is also discussed.
  • Technical gases are understood as meaning gas mixtures which, in addition to carbon monoxide and hydrogen as main constituents, preferably also contain methane or higher gaseous hydrocarbons.
  • gases are produced, for example, as gasification gases in fixed-bed pressure gasification, as pyrolysis gases in coal fuming or carbonization, as residual gases from hydrogenation processes or chemical syntheses or from mixtures of CO and H 2 -containing gases with natural gas or other hydrocarbon-containing gases.
  • BESTATIGUNGSKOPIE A disadvantage of this procedure proves that such technical gases are available only in rare cases at blast furnace location. The establishment of corresponding generation capacities on site or the gas supply via gas pipelines is time-consuming and expensive. Another disadvantage is that the technical gas to be used is to be heated to the prevailing at the Einblasstelle blast furnace temperature, ie at 800 ° C to 1000 ° C. Although known regenerative processes such as Cowper or Pebble Heater are available for this purpose, their use is also associated with additional material and financial outlay.
  • the invention is therefore based on the object to realize a method for producing pig iron in the blast furnace using gaseous substitute reducing agents, which are blown with conditioned composition and temperature control in the lower part of the blast furnace shaft and / or in the coal sack and / or the rest without the disadvantages occurring in the injection of technical gases become effective.
  • This object is achieved in accordance with the invention by the partial oxygen gasification of highly reactive liquid hydrocarbons or pulverulent solid carbon carriers, wherein the reduction gas generation takes place directly at the individual injection points at the blast furnace or in separate devices arranged outside the blast furnace and the gasification conditions are set such that the reduction gases produced are at temperatures from 800 0 C to 1000 ° C have minimum (CO 2 + H 2 O) content.
  • the reduction gases generated are injected directly into the blast furnace without gas purification, so that the gasification temperature is directly effective as an inlet temperature and eliminates a materially complicated indirect heating of the reducing gas.
  • the heat for the heating of the formed (CO 2 + H 2 O) -reduction reducing gas to the desired temperature for the supply to the blast furnace of preferably 800 0 C to 1000 0 C is covered by the exothermicity of the reactions (1) and (2) :
  • the reaction (2) is limited by the amount of oxygen supply so that the (CO 2 + H 2 O) content is set to ⁇ 15% by volume, preferably ⁇ 10% by volume.
  • biodiesel As highly reactive liquid hydrocarbons advantageously those from the field of liquefied gases and the gasoline, kerosene and diesel fraction are used.
  • biodiesel also opens up the possibility of producing pig iron with reduced CO 2 emissions.
  • High-carbon and hydrogen-containing materials are used for the reduction gas production from dust-like solid carbon carriers, such as lignite or hard coals, or dust-like materials obtained by thermal pretreatment of lignites, hard coal, plastics or biofuels.
  • the use of biofuels also opens up the possibility of producing pig iron with reduced CO 2 emissions.
  • a blast furnace with a capacity of 4800 tons of pig iron per day is a reduction gas quantity of 50000 Nm 3 / h as a substitute reducing agent fed.
  • the temperature of the reducing gas should be between 900 and 1000 0 C.
  • a partial oxidation of liquid gas and oxygen and water vapor is provided.
  • the reducing gas is injected symmetrically distributed over 16 blow molds in the blast furnace shaft, which 16 gasification burners are connected upstream.
  • To produce the said reduction gas amount of 50000 Nm 3 / h are required:
  • the reducing gas is injected into the shaft with the following composition:

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Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass in zusätzliche, im unteren Hochofenschacht, dem Kohlensack und/oder der Rast angeordnete Blasformen Reduktionsgas eingeblasen wird. Um die bei der Injektion von technischen Gasen auftretenden Nachteile zu vermeiden, wird das einzusetzende Reduktionsgas durch die partielle Sauerstoffvergasung staubförmigen Kohlenstoffträgers bzw hochreaktiver flüssiger oder gasförmiger Kohlenwasserstoffe erzeugt.

Description

Verfahren zur Erzeugung von Roheisen im Hochofen unter Zuführung von Reduktionsgas in den Hochofenschacht
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Roheisen im Hochofen unter Zuführung von Reduktionsgas, das mit konditionierter Zusammensetzung und Temperaturführung in den unteren Teil des Hochofenschachts und/oder in den Kohlensack und/oder die Rast eingeblasen wird. Das Verfahren wird nachfolgend als konditionierte Schachtgasinjektion bezeichnet.
Es ist übliche Hochofenpraxis, zur Verminderung des Bedarfs an teurem, im Weltmaßstab immer knapper werdendem Hochofenkoks andere, billigere Reduktionsmittel zum teilweisen Ersatz von Koks zu benutzen und damit die Kosten der Roheisenerzeugung zu senken. Die Ersatzreduktionsmittel werden zusammen mit dem Heißwind in die Blasformen im Gestell des Hochofens eingeblasen.
Zusätzlich zum Einblasen von festen, flüssigen oder gasförmigen Ersatzreduktionsmitteln in das Gestell wird auch die Injektion von gasförmigen Ersatzreduktionsmitteln durch zusätzliche Blasformen in den unteren Teil des Hochofenschachts bzw. in den Kohlensack oder die Rast diskutiert. So wurde im DE 10 2005 018 712.9 bereits vorgeschlagen, hierzu technische Gase einzusetzen. Unter technischen Gasen werden dabei solche Gasmischungen verstanden, die neben Kohlenmonoxid und Wasserstoff als Hauptbestandteile möglichst auch Methan oder höhere gasförmige Kohlenwasserstoffe enthalten. Solche Gase entstehen beispielsweise als Vergasungsgase bei der Festbett- Druckvergasung, als Pyrolysegase bei der Kohleschwelung oder -Verkokung, als Restgase aus Hydrierprozessen oder chemischen Synthesen oder aus Mischungen von CO- und H2-haltigen Gasen mit Erdgas oder anderen kohlenwasserstoffhaltigen Gasen.
BESTATIGUNGSKOPIE Als nachteilig erweist sich bei dieser Verfahrensweise, dass solche technischen Gase nur in seltenen Fällen am Hochofenstandort verfügbar sind. Die Errichtung entsprechender Erzeugungskapazitäten vor Ort oder die Gaszuleitung über Ferngasleitungen ist zeit- und kostenintensiv. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass das einzusetzende technische Gas auf die an der Einblasstelle herrschende Hochofentemperatur, d.h. auf 800 °C bis 1000 °C aufzuheizen ist. Hierzu stehen zwar bekannte regenerative Verfahren, wie Cowper oder Pebble-Heater zur Verfügung, deren Einsatz jedoch ebenfalls mit zusätzlichem materiellem und finanziellem Aufwand verbunden ist.
In DE 10 2005 018 712.9 wurde bereits vorgeschlagen, die Aufheizung durch partielle Oxidation mit Sauerstoff technologisch und wirtschaftlich günstiger zu gestalten. Von Nachteil ist dabei, dass das technische Gas Gehalte an Methan oder höheren gasförmigen Kohlenwasserstoffen von mindestens 20 % des Gesamtheizwertes aufweisen muss, um die oben genannte für die Schachtgasinjektion erforderliche Temperatur durch partielle Oxidation mit Sauerstoff zu erreichen. Bei geringeren Kohlenwasserstoffgehalten sind entsprechende Zumischungen erforderlich.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Roheisenerzeugung im Hochofen unter Einsatz von gasförmigen Ersatzreduktionsmitteln zu realisieren, die mit konditionierter Zusammensetzung und Temperaturführung in den unteren Teil des Hochofenschachts und/oder in den Kohlensack und/oder die Rast eingeblasen werden, ohne dass die bei der Injektion von technischen Gasen auftretenden Nachteile wirksam werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die partielle Sauerstoffvergasung hochreaktiver flüssiger Kohlenwasserstoffe oder staubförmiger fester Kohlenstoffträger gelöst, wobei die Reduktionsgaserzeugung direkt an den einzelnen Einblasstellen am Hochofen oder in separaten, außerhalb des Hochofens angeordneten Einrichtungen erfolgt und die Vergasungskonditionen so eingestellt werden, dass die erzeugten Reduktionsgase bei Temperaturen von 800 0C bis 1000 °C minimale (CO2+H2O)-Gehalte aufweisen. Die erzeugten Reduktionsgase werden ohne Gasreinigung direkt in den Hochofen eingeblasen, so dass die Vergasungstemperatur unmittelbar als Einblastemperatur wirksam wird und eine materiell aufwendige indirekte Aufheizung des Reduktionsgases entfällt. Die Wärme für die Aufheizung des gebildeten (Cθ2+H2O)-armen Reduktionsgases auf die für die Zuführung zum Hochofen gewünschte Temperatur von vorzugsweise 8000C bis 10000C wird aus der Exothermie der Reaktionen (1) und (2) gedeckt:
Cn Hm + n/2 O2 = nCO + m/2 H2 + Q1 (1 )
Cn Hm + (n+m/2) O2 = nCO2 + m/2H2O + Q2 (2)
Dabei wird die Reaktion (2) durch die Höhe der Sauerstoffzuführung so begrenzt, dass sich der (CO2+H2O)-Gehalt auf < 15 Vol-%, vorzugsweise < 10 Vol-% einstellt.
Als hochreaktive flüssige Kohlenwasserstoffe werden vorteilhafterweise solche aus dem Bereich der Flüssiggase sowie der Benzin-, Kerosin- und Dieseifraktion eingesetzt. Mit dem Einsatz von Biodiesel eröffnet sich zugleich die Möglichkeit einer Roheisenerzeugung mit herabgesetzten CO2-Emissionen. Für die Reduktionsgaserzeugung aus staubförmigen festen Kohlenstoffträgern werden hochkohlenstoff- und wasserstoffhaltige Materialien eingesetzt, wie Braunkohlen oder Steinkohlen mit hohem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen, oder durch thermische Vorbehandlung von Braunkohlen, Steinkohlen, Kunststoffen oder Biobrennstoffen gewonnene staubförmige Materialien. Mit dem Einsatz von Biobrennstoffen eröffnet sich ebenfalls die Möglichkeit einer Roheisenerzeugung mit herabgesetzten CO2-Emissionen.
Die Erfindung soll nachfolgend an einem Beispiel erläutert werden:
Beispiel 1
Einem Hochofen mit einer Leistung von 4800 Tonnen Roheisen pro Tag wird eine Reduktionsgasmenge von 50000 Nm3/h als Ersatzreduktionsmittel zugeführt. Die Temperatur des Reduktionsgases soll zwischen 900 und 1000 0C liegen.
Zur Erzeugung des Reduktionsgases wird eine partielle Oxidation von Flüssiggas und Sauerstoff und Wasserdampf vorgesehen. Das Reduktionsgas wird symmetrisch verteilt über 16 Blasformen in den Hochofenschacht eingeblasen, denen 16 Vergasungsbrenner vorgeschaltet sind. Zur Erzeugung der genannten Reduktionsgasmenge von 50000 Nm3/h werden benötigt:
Flüssiggas 14,5 Mg/h
Dampf 7,5 Mg/h
Sauerstoff 10800 Nm3/h
Jedem der 16 Vergasungsbrenner werden demnach zugeführt:
Flüssiggas 906 kg/h
Dampf 470 kg/h
Sauerstoff 675 Nm3Zh
Das Reduktionsgas wird mit folgender Zusammensetzung in den Schacht eingeblasen:
H2 54 VoI .-%
CO 39 VoI .-%
CO2 4 VoI .-%
H2O 3 Vol.-%.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erzeugung von Roheisen im Hochofen unter Zuführung von Reduktionsgas, das mit konditionierter Zusammensetzung und Temperaturführung in zusätzliche im unteren Teil des Hochofenschachts und/oder im Kohlensack und/oder in der Rast angeordnete Blasformen eingeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsgas durch die partielle Sauerstoffvergasung hochreaktiver flüssiger oder gasförmiger Kohlenwasserstoffe oder staubförmiger fester Kohlenstoffträger erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als hochreaktive flüssige Kohlenwasserstoffe solche aus dem
Bereich der Alkane mit einer Molekülgröße von C1 bis C8 und/oder der Benzin-, Kerosin- und Dieselfraktion eingesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als staubförmige feste Kohlenstoffträger hochkohlenstoff- und wasserstoffhaltige Materialien eingesetzt werden, wie Braunkohlen, Steinkohlen mit hohem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen und hoher Reaktivität, Kunststoffe und/oder Biobrennstoffe oder durch thermische Vorbehandlung solcher Kohlenstoffträger gewonnene staubförmige
Materialien.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsgas aus Biotreibstoffen, wie Biodiesel, oder aus
Biobrennstoffen erzeugt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die festen Kohlenstoffträger zu einem staubfeinen Material mit Korngrößen <500 μm, vorzugsweise <200 μm aufgemahlen werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktionsgaserzeugung durch partielle Oxydation mit Vergasungsbrennern durchgeführt wird, die den zusätzlichen Blasformen des Hochofens vorgeschaltet werden und/oder es werden externe, speziell dafür geeignete Einrichtungen vorgesehen.
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