WO2011045332A2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von flüssigem roheisen in einem einschmelzvergaser unter nutzung von kohlenstoffhaltigem schlamm - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung von flüssigem roheisen in einem einschmelzvergaser unter nutzung von kohlenstoffhaltigem schlamm Download PDF

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WO2011045332A2
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carbonaceous material
gas
solid carbonaceous
dedusting
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Hado Heckmann
Kurt Wieder
Johann Wurm
Andreas Forstner
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Siemens Vai Metals Technologies Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for producing molten pig iron in a melter gasifier using carbonaceous mud.
  • Processes for producing pig iron in a melter gasifier are based primarily on the gasification of solid carbon carriers in the fixed bed of the melter gasifier.
  • this fixed bed simultaneously with the gasification, all the processes that lead to the formation of molten pig iron, liquid slag and the generator gas used after de-dusting as a reducing gas take place.
  • a certain amount of solid carbon carriers must be set. This is done in particular by the fact that of the solid carbonaceous material to be used, such as raw coal, only lumpy solid carbonaceous material in the
  • reducing gas obtained from the generator gas of the melter gasifier is introduced into the reduction zone, converted there during the reduction of the iron ore charge, and then withdrawn as top gas.
  • Both the generator gas and the top gas contain a considerable amount of dust, including carbon, iron sponge and iron ore particles. This dust is removed from the top gas by dedusting, for example, dry dedusting or
  • Waste disposal of sludge produced by wet dedusting causes costs, pollutes the environment, and does not utilize the valuable carbon and iron carrier particles contained in the sludge for iron production. Therefore, the repatriation of the
  • the object of the present invention is to provide a further, less complicated apparatus, possibility for the use of carbonaceous sludge in the process for the production of molten pig iron in a melter gasifier.
  • fine particulate solid carbonaceous material and / or starting material for the fine particulate solid carbonaceous material is at least partially obtained by
  • solid carbonaceous material includes, for example, coal, raw coal, briquettes, agglomerates, compacts thereof, coke, semi-coke, partially depleted coals,
  • the injection of feinteilchenförmigem solid carbonaceous material in the melter gasifier can be done for example in the hearth area and / or in the Dom Scheme.
  • the coal supplied may, for example, be natural carbon carriers such as hard coal or lignite.
  • the raw coal has a moisture which is too high for use in the melter gasifier, ie greater than 5 mass%. Therefore, a thermal drying of the raw coal before use in the melter gasifier is necessary. Therefore, and for the size - related reasons already mentioned, the raw coal is used in the
  • solid carbonaceous material may be one for use in the
  • the carbonaceous material which is subjected to the pretreatment can at the same time serve as a source for both the charge to be charged into the melter gasifier chunky solid carbonaceous material, as well as serving as a source of the fine particulate solid carbonaceous material to be injected.
  • various carbonaceous materials are used as starting materials for the lumped solid to be charged on the one hand
  • a first raw coal grade may provide particulate solid carbonaceous material which is charged to the melter gasifier and optionally provide briquettes or agglomerates of fine particulate portions of this raw coal grade, which are also charged to the melter gasifier.
  • Another, second, raw coal grade may then be subjected to a pretreatment to yield the fine particulate solid carbonaceous material to be injected.
  • the solid carbonaceous material such as raw coal, first a size classification, for example by screening, subjected. The coarse fraction obtained with particle diameters larger than the particle diameter of the material, the pretreatment
  • Particle diameters of less than 10 mm, preferably less than 8 mm, more preferably less than 5 mm, are used at least partially for injection into the melter gasifier, optionally after comminution.
  • carbonaceous sludge, and / or concentrate obtained from such sludge, after mechanical dewatering is combined with the material derived from solid carbonaceous material, for example raw coal, which is to be thermally dried during the pretreatment.
  • the combination can be done by adding before or during the thermal drying.
  • the material originating from the sludge and the material derived from the solid carbonaceous material, for example raw coal are, after their combination as a material to be thermally dried together, subjected to the thermal drying which takes place under mechanical movement.
  • the material to be thermally dried thus contains material originating from the sludge and material derived from the solid carbonaceous material, for example raw coal.
  • Sludge and / or concentrate may be combined prior to or during thermal drying with the material derived from the solid carbonaceous material, such as raw coal. If they are combined before the thermal drying, a mixing step for mixing may optionally take place before the thermal drying begins. If they are combined during the thermal drying, then the materials may be charged in parallel into the apparatus in which the thermal drying takes place, or one material may be charged before the other material into the apparatus in which the thermal drying takes place. In one variant, the sludge and / or concentrate is added to the material derived from the solid carbonaceous material which is already present in the apparatus in which the thermal drying takes place; another variant is the other way around.
  • Concentrate is understood to mean, for example, a material obtained by hydrocycloning and enriched in C and / or Fe fractions relative to the sludge.
  • the mechanical dewatering of sludge or concentrate can be done for example by means of chamber filter press, vacuum filter, centrifuge or decanter.
  • Mechanically dewatered sludge consists partly of weakly binding carbonaceous agglomerates. If the material to be thermally dried during the thermal drying is subjected to a mechanical movement, for example in one
  • Schwingsiebtrockner these agglomerates are destroyed by the supply of mechanical energy. This produces a dust which, if appropriate after comminution, can be injected into the melter gasifier by means of PCI or GCI.
  • PCI for injection by means of PCI, for example, particles with particle sizes of up to 100 ⁇ m, preferably with 80% of the particles smaller than 75 ⁇ m, are used.
  • GCI for injection by means of GCI
  • particles with particle sizes of up to 2 mm preferably with 95% of the particles smaller than 2 mm and 20% of the particles smaller than 75 ⁇ used.
  • Recycling of the sludge makes better use of resources and optimizes the iron production process.
  • the iron and iron ore particles introduced into the melter gasifier via the sludge can positively influence coal gasification in the melter gasifier by catalytic action.
  • the dedusting is a wet dedusting.
  • the carbonaceous sludge and / or concentrate obtained from such sludge originates, at least in part, from a wet dedusting of the top gas.
  • the cooling of the generator gas by introducing a produced from a subset of the generator gas under wet dedusting cooling gas into the generator gas, and comes from the carbonaceous sludge, and / or such sludge derived concentrate, at least partially from this wet dedusting in the Production of the cooling gas.
  • This sludge is compared to the sludge from a wet dedusting of the
  • carbon-containing dust preferably carbon as an adhesive grain or agglomerate-containing dust
  • the dust may be, for example, dust that is obtained during dry dedusting of top gas. Since the sludge is thickened by the addition of the dust, a less thorough and less complicated mechanical drainage is necessary.
  • the finely particulate solid carbonaceous material to be injected is obtained at least in part by subjecting a fraction obtained during the pretreatment, preferably with a particle diameter of less than 10 mm, preferably less than 8 mm, most preferably less than 5 mm, to a grinding drying process, characterized in that
  • a minimum moisture content preferably a minimum moisture content of 5 to 10% by weight, of the material to be subjected to the mill-drying by addition of at least one of the three materials
  • Dust from finely ground carbon carriers is known to be explosive in the presence of oxygen.
  • the danger of explosion emanating from dust of finely ground carbon carriers can be reduced by handling it under a protective gas atmosphere with little or no oxygen content.
  • Another possibility is to maintain a minimum moisture content of the dust. According to the invention, this minimum moisture content by already moist material - such as sludge and
  • the device comprises
  • a line for oxygen-containing gas which opens into the melter gasifier
  • a line for generator gas which connects the melter gasifier with a dedusting device
  • a device for cooling generator gas
  • a device for the pretreatment of solid carbonaceous material comprising a device for size classification, and a device for the thermal drying of solid carbonaceous material or solid carbonaceous material containing mixtures.
  • the device for the pretreatment of solid carbonaceous material opens and that the apparatus for thermal drying of solid carbonaceous material or solid carbonaceous material containing mixtures
  • the device for size classification of solid carbonaceous material for example raw coal, is for example a sieve.
  • the sizing device separates at least material with one
  • the device for cooling of generator gas for example, a
  • Wet dust removal device contained, in which a deduced from the dedusting gas amount is wet dedusted and thereby cooled, and a
  • Cooling gas line via the cooled in the wet dust removal device gas is fed into the line for generator gas.
  • the device for thermal drying can for example be based on the principle that a hot gas, called hot gas, is generated, which is passed as a drying gas over the material to be dried.
  • a hot gas called hot gas
  • the dust originating from the sludge originating from the pre-treatment of the destroyed agglomerates becomes partly with the
  • the apparatus for pretreating carbonaceous material includes a mixer in which a mixing step for mixing solid carbonaceous material, such as raw coal, and sludge and / or concentrate may take place before thermal drying commences.
  • the device for pretreating solid carbonaceous material for example raw coal
  • the vibrating screen dryer can be thermally dried at the same time and a size classification can be carried out. Accordingly, the use of a Schwingsiebtrockners reduces the expenditure on equipment in the device according to the invention.
  • a Schwingsiebtrockner is provided with a device for mechanical movement of the material to be dried during the drying process.
  • the dedusting device is a device for wet dedusting.
  • the device for feeding is a further preferred embodiment of the device according to the invention.
  • a device for feeding opens
  • Apparatus for the pretreatment of carbonaceous material there is an apparatus for mill-drying a fraction obtained during the pretreatment,
  • the material obtained in the pretreatment with a particle diameter of less than 5 mm also includes dust arising during the pretreatment, which is discharged with a gas stream from the apparatus for the pretreatment of raw coal and is deposited on filters.
  • the gas stream can, for example, a through the
  • Device for thermal drying guided drying gas flow for example, from hot gas or inert gas such as nitrogen, be.
  • the gas stream can be discharged as exhaust gas from the device after passing through the filter, or be used for injection of fine particulate carbonaceous material.
  • Figure 1 shows an embodiment of a device according to the invention, wherein the device for the pretreatment of raw coal is shown without details.
  • FIG. 2 and FIG. 3 show embodiments of the apparatus for the pretreatment of raw coal. Description of the embodiments
  • Figure 1 shows an apparatus for producing pig iron in a melter gasifier 1.
  • About the Charger for charcoal 2 is as lumpy solid
  • oxygen-containing gas 3 is supplied to oxygen-containing gas.
  • Iron ore, which is charged as well as surcharges in the reduction reactor 4 - indicated by an arrow pointing to the reduction reactor 4 - is in the reduction zone of the
  • Reduction reactor 4 partially reduced.
  • the partially reduced iron ore is charged into the melter gasifier 1 via the line for partially reduced iron ore 5, which connects the reduction reactor 4 to the melter gasifier 1. in the
  • Melting gasifier 1 generated generator gas is discharged via the line for generator gas 6 from the melter gasifier 1.
  • the line for generator gas 6 connects the melter gasifier 1 with a Entstaubungsvornchtung 7, here a
  • Entstaubungsvornchtung 7 is taken, is introduced into a wet dedusting device 8.
  • the extracted from this, wet dedusted gas is discharged via an opening into the line for generator gas 6 refrigerant gas line 9, which together with the
  • Wet dust removal device 8 is a device for cooling of generator gas, supplied as a cooling gas to the generator gas. A part of the gas taken out from the dedusting device 7 is supplied to the reduction reactor 4 via the reducing gas line 10 as a reducing gas.
  • the Entstaubungsvorncht deposited dust which contains, inter alia, finely particulate solid carbonaceous material can through the dotted line and Eindüsvorraumen in the
  • Melt carburetor 1 are injected. From the reduction reactor 4 reacted reducing gas is withdrawn as a top gas. The top gas is passed through the outgoing from the reduction reactor 4 line for top gas 1 1 in a device for dedusting, here a device for wet dedusting 12, passed and dedusted from this and cooled.
  • a device for dedusting here a device for wet dedusting 12
  • Sludge treatment device 15 in which mechanically dehydrated, and from there via a sludge access line 16 in the apparatus for pretreatment of carbonaceous material, here a device for pretreatment of carbonaceous raw coal 17, added. It is also possible, from the muds 13 and / or 14 supplied sludge in the
  • Sludge treatment device 15 Concentrates produce, which over the
  • Sludge feed line 16 are added to the apparatus for pretreatment of raw coal 17.
  • the mud line 13, the sludge treatment device 15 and the sludge access line 16 form a device for supplying carbonaceous sludge, which from industrial processes, preferably from
  • the apparatus for pretreatment of raw coal 17 contains a device for
  • the device for the thermal drying of raw coal or raw coal containing mixtures is provided with a device for mechanical movement of material to be dried during the drying process.
  • Raw coal is introduced into the raw coal pre-treatment device 17 via a raw coal adding device 18.
  • the sludge or concentrate is added to the material originating from the raw coal which is to be thermally dried during the thermal drying of the pretreatment.
  • the material to be thermally dried therefore contains material originating from the raw coal and also sludge or concentrate, ie it is a mixture containing raw coal.
  • the thermal drying takes place under mechanical movement of the material to be thermally dried.
  • resulting material having a particle diameter less than 5 mm is removed and injected via the injection line 19 into the melter gasifier 1.
  • the injection can take place at the injection point 20 into the dome area of the melter gasifier, and / or at the injection point 21 into the hearth area of the melter gasifier.
  • the injection line 19 is part of a device for injecting feinteilchenförmigem carbonaceous material into the melter gasifier; other parts of this device are not shown for clarity.
  • raw coal 22 is introduced into a mixer 23 via the raw coal adding device 18.
  • Sludge 25 is introduced into the mixer 23 via the sludge access line 16.
  • the thermally dried material formed from these two materials introduced into the mixer thus contains material originating from the sludge and derived from the raw coal material.
  • the material to be thermally dried is introduced into a device for the thermal drying of raw coal or raw coal-containing mixtures 24.
  • a gas stream of hot gas is as a drying gas via the hot gas line 26 in apparatus for the thermal drying of raw coal or raw coal containing mixtures 24, in this case a
  • Pre-treatment comes, free.
  • the dust may be supplied via the injection feed line 40 to a device for injecting fine particulate solid carbonaceous material into the melter gasifier; a pretreatment such as comminution in a mill-drying is usually not necessary for such dust due to its fineness.
  • a pretreatment such as comminution in a mill-drying is usually not necessary for such dust due to its fineness.
  • the resulting in the destruction of the originating from the sludge agglomerates fine particulate carbonaceous particles are found mainly in this dust again.
  • the gas stream can be discharged from the device via the exhaust gas line 29 as exhaust gas, or it can be used via the injection gas line 30 for injection of the finely particulate solid carbonaceous material.
  • the vibrating screen dryer has a device for mechanical movement of material to be dried during the drying process. The thermally dried material is subjected to size classification in the size classification device 31. Material with a particle diameter less than 5 mm is removed via the extraction line 37 and part of a crushing device 32, here one
  • Melt carburetor 1 injected. Material with a particle diameter of 5 mm or larger is charged as charcoal, ie lumpy solid carbonaceous material, into the melter gasifier. A portion of the material having a particle size less than 5 mm is fed to a briquetting device 35. The briquettes 36 obtained there are charged into the melter gasifier 1.
  • raw coal is introduced into the size classifier 31 via the raw coal adding device 18 without first being thermally dried.
  • Material with a particle diameter equal to or greater than 5 mm is removed via the piece of carbon conduit 38.
  • Material with a particle diameter less than 5 mm is in a
  • a gas stream of hot gas as drying gas is introduced into the apparatus for the thermal drying of raw coal or raw coal-containing mixtures 24, in this case a vibrating screen dryer; this is not shown for clarity.
  • Melt carburetor be supplied; a pretreatment such as comminution in a mill-drying is usually not necessary for such dust due to its fineness. The resulting in the destruction of the originating from the sludge agglomerates fine particulate carbonaceous particles are found mainly in this dust again.
  • the vibrating screen dryer has a device for mechanical movement of material to be dried during the drying process.
  • a portion of the thermally dried material of a crushing device 32 here a Mahltrocknungsvorraum supplied.
  • There shredded material 33 is in the

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Abstract

Die vorliegende Anmeldung behandelt ein Verfahren zur Herstellung von Roheisen in einem Einschmelzvergaser (1), bei dem unter Zufuhr von festem kohlenstoffhaltigem Material und sauerstoffhaltigem Gas ein CO- und H2-hältiges Generatorgas erzeugt wird, wobei das feste kohlenstoffhaltige Material dem Einschmelzvergaser (1) zu einem Teil dadurch zugeführt wird, dass stückiges festes kohlenstoffhaltiges Material in den Einschmelzvergaser (1) chargiert wird, und zu einem anderen Teil dadurch zugeführt wird, dass feinteilchenförmiges festes kohlenstoffhaltiges Material in den Einschmelzvergaser eingedüst wird, wobei das feinteilchenförmige feste kohlenstoffhaltige Material und/oder Ausgangsmaterial für das feinteilchenförmige feste kohlenstoffhaltige Material zumindest zum Teil dadurch erhalten wird, dass festes kohlenstoffhaltige Material einer Größenklassierung und thermische Trocknung enthaltenden Vorbehandlung unterworfen wird, und dabei anfallendes Material mit einem Partikeldurchmesser kleiner 10 mm, bevorzugt kleiner 8 mm, besonders bevorzugt kleiner 5 mm entnommen wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass kohlenstoffhaltiger Schlamm, und/oder aus solchem Schlamm gewonnenes Konzentrat, nach mechanischer Entwässerung mit dem aus festem kohlenstoffhaltigem Material stammenden Material, das bei der thermischen Trocknung der Vorbehandlung thermisch zu trocknen ist, vereinigt wird, und das dabei erhaltene thermisch zu trocknende Gut der thermischen Trocknung unterzogen wird, und diese thermische Trocknung unter mechanischer Bewegung des thermisch zu trocknenden Gutes stattfindet. Weiterhin behandelt die vorliegende Anmeldung eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Description

Beschreibung
Bezeichnung der Erfindung Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von flüssigem Roheisen in einem
Einschmelzvergaser unter Nutzung von kohlenstoffhaltigem Schlamm
Gebiet der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von flüssigem Roheisen in einem Einschmelzvergaser unter Nutzung von kohlenstoffhaltigem Schlamm.
Stand der Technik
Verfahren zur Herstellung von Roheisen in einem Einschmelzvergaser beruhen primär auf der Vergasung von festen Kohlenstoffträgern im Festbett des Einschmelzvergasers. In diesem Festbett vollziehen sich gleichzeitig mit der Vergasung alle Vorgänge, die zur Bildung von flüssigem Roheisen, flüssiger Schlacke und von dem nach Entstaubung als Reduktionsgas genutztem Generatorgas führen. Zur Aufrechterhaltung der notwendigen Permeabilität des Festbettes für alle flüssigen und gasförmigen Produkte muss eine gewisse Stückigkeit der festen Kohlenstoffträger eingestellt werden. Das geschieht insbesondere dadurch, dass von dem einzusetzenden festen kohlenstoffhaltigen Material, beispielsweise Rohkohle, nur stückiges festes kohlenstoffhaltiges Material in den
Einschmelzvergaser einchargiert wird, nachdem feinteilchenförmiges festes
kohlenstoffhaltiges Material abgetrennt wurde.
Für die Herstellung von flüssigem Roheisen in einem Einschmelzvergaser verwendete handelsübliche Rohkohlen weisen jedoch große Feinkohle- beziehungsweise
Feinstkohleanteile, gewöhnlich 30 - 80 Massen% Unterkorn, auf. Diese nicht direkt als stückige festes kohlenstoffhaltiges Material chargierbaren Anteile werden auf
verschiedene Weisen für das Verfahren nutzbar gemacht, beispielsweise durch
Agglomeration oder Brikettierung zur Chargierung von resultierenden Agglomeraten oder Briketts als stückiges festes kohlenstoffhaltiges Material. Eine andere Art zur Nutzung im Verfahren ist, gegebenenfalls nach Feinmahlung, Eindüsung in den Einschmelzvergaser durch Pulverized Coal Injection (PCI) oder Granulär Coal Injection (GCI). Aus der WO200601 1774 ist es bekannt, die bei der Trocknung der Grobfraktion von Rohkohle anfallenden Stäube ebenfalls zur PCI zu nutzen.
Bei der Herstellung von Roheisen in einem Einschmelzvergaser wird in mindestens einer Reduktionszone gewonnenes teilweise reduziertes Eisenerz in den Einschmelzvergaser chargiert. Zur teilweisen Reduktion wird aus dem Generatorgas des Einschmelzvergasers gewonnenes Reduktionsgas in die Reduktionszone eingeleitet, dort bei der Reduktion der Eisenerz-Füllung umgesetzt und anschließend als Topgas abgezogen. Sowohl das Generatorgas als auch das Topgas enthalten eine beträchtliche Menge Staub, der unter anderem Kohlenstoff-, Eisenschwamm und Eisenerzteilchen enthält. Dieser Staub wird aus dem Topgas mittels Entstaubung, beispielsweise Trockenentstaubung oder
Nassentstaubung entfernt, beispielsweise mittels Packungs-und/oder Venturiwäschern.. Eine Entsorgung von bei Nassentstaubung anfallenden Schlammes verursacht Kosten, verschmutzt die Umwelt, und nutzt die im Schlamm enthaltenen wertvollen Kohlenstoff- und Eisenträgerteilchen nicht zur Eisenerzeugung. Daher ist die Rückführung des
Schlammes in das Verfahren zur Eisenerzeugung wünschenswert. In WO03025230 ist offenbart, den Schlamm in eine oder mehrere Reduktionszonen einzugeben, wobei eine Vielzahl von Vorrichtungen zur Behandlung und Zugabe notwendig sind. Aus der WO2004020555 ist es bekannt, kohlenstoffhaltigen Schlamm zur Brikettierung zu nutzen.
Zusammenfassung der Erfindung Technische Aufgabe
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine weitere, apparativ weniger aufwändige, Möglichkeit zur Nutzung von kohlenstoffhaltigem Schlamm beim Verfahren zur Herstellung von flüssigem Roheisen in einem Einschmelzvergaser bereitzustellen.
Technische Lösung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein
Verfahren zur Herstellung von Roheisen in einem Einschmelzvergaser, bei dem in mindestens einer Reduktionszone teilweise reduziertes Eisenerz in den
Einschmelzvergaser chargiert wird,
unter Zufuhr von festem kohlenstoffhaltigem Material und sauerstoffhaltigem Gas erschmolzen und ein CO- und H2-hältiges Generatorgas erzeugt wird,
welches nach Ausleitung aus dem Einschmelzvergaser nach Entstaubung und Kühlung als Reduktionsgas in die mindestens eine Reduktionszone eingeleitet, dort durch teilweise Reduktion von Eisenerz umgesetzt, und nach Umsetzung zumindest teilweise als Topgas abgezogen wird, welches Topgas anschließend einer Entstaubung unterworfen wird, wobei das feste kohlenstoffhaltige Material dem Einschmelzvergaser
zu einem Teil dadurch zugeführt wird, dass stückiges festes kohlenstoffhaltiges Material in den Einschmelzvergaser chargiert wird,
und zu einem anderen Teil dadurch zugeführt wird, dass feinteilchenförmiges festes kohlenstoffhaltiges Material in den Einschmelzvergaser eingedüst wird,
wobei das feinteilchenformige feste kohlenstoffhaltige Material und/oder Ausgangsmaterial für das feinteilchenformige feste kohlenstoffhaltige Material zumindest zum Teil dadurch erhalten wird, dass
festes kohlenstoffhaltiges Material einer Größenklassierung und thermische Trocknung enthaltenden Vorbehandlung unterworfen wird,
und dabei anfallendes Material mit einem Partikeldurchmesser kleiner 10 mm, bevorzugt kleiner 8 mm, besonders bevorzugt kleiner 5 mm entnommen wird,
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet,
dass
kohlenstoffhaltiger Schlamm, und/oder aus solchem Schlamm gewonnenes Konzentrat, nach mechanischer Entwässerung mit dem aus festem kohlenstoffhaltigem Material stammenden Material, das bei der thermischen Trocknung der Vorbehandlung thermisch zu trocknen ist, vereinigt wird, und das dabei erhaltene thermisch zu trocknende Gut der thermischen Trocknung unterzogen wird,
und diese thermische Trocknung unter mechanischer Bewegung des thermisch zu trocknenden Gutes stattfindet.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung Unter dem Begriff festes kohlenstoffhaltiges Material ist beispielsweise Kohle, Rohkohle, Briketts, Agglomerate, Presslinge daraus, Koks, Halbkoks, teilentgaste Kohlen,
Petrolkoks, Holzkohle, Kunststoffe beziehungsweise Kunststoffrückstände,
Hütten reststoffe wie beispielsweise Schlämme und Stäube, Ruße, Biomasse
beziehungsweise Biomasseprodukte zu verstehen. Die Eindüsung von feinteilchenförmigem festem kohlenstoffhaltigem Material in den Einschmelzvergaser kann beispielsweise in dessen Herdbereich und/oder in dessen Dombereich erfolgen. Das bei der Vorbehandlung des festen kohlenstoffhaltigen Materials, beispielsweise Rohkohle, anfallende Material mit einem Partikeldurchmesser kleiner 10 mm, bevorzugt kleiner 8 mm, besonders bevorzugt kleiner 5 mm, welches entnommen wird, kann entweder ohne weitere Behandlung als in den Einschmelzvergaser einzudüsendes feinteilchenförmiges festes kohlenstoffhaltiges Material genutzt werden, oder es kann teilweise oder vollständig als Ausgangsmaterial für das in den Einschmelzvergaser einzudüsende feinteilchenförmige feste kohlenstoffhaltige Material genutzt werden. Wenn es als Ausgangsmaterial genutzt wird, erfolgt vor der Eindüsung als weitere Behandlung eine Zerkleinerung, beispielsweise eine Mahltrocknung. Das Produkt dieser Zerkleinerung ist dann das feinteilchenförmige feste kohlenstoffhaltige Material, welches in den Einschmelzvergaser eingedüst wird.
Unter Rohkohle ist Kohle zu verstehen, die dem Hüttenwerk, in dem der
Einschmelzvergaser betrieben wird, geliefert wird. Bei der gelieferten Kohle kann es sich beispielsweise um natürliche Kohlenstoffträger wie Steinkohle oder Braunkohle handeln. Die Rohkohle weist in der Regel eine für den Einsatz im Einschmelzvergaser zu hohe, also über 5 Massen% liegende, Feuchtigkeit auf. Daher ist eine thermische Trocknung der Rohkohle vor dem Einsatz im Einschmelzvergaser notwendig. Daher und aus den bereits genannten größenbezogenen Gründen wird die Rohkohle vor dem Einsatz im
Einschmelzvergaser einer Größenklassierung und thermische Trocknung enthaltenden Vorbehandlung unterworfen.
Auch anderes festes kohlenstoffhaltiges Material kann eine für den Einsatz im
Einschmelzvergaser zu hohe, also über 5 Massen% liegende, Feuchtigkeit aufweisen, weshalb eine thermische Trocknung vor dem Einsatz im Einschmelzvergaser notwendig ist. Daher und aus den bereits genannten größenbezogenen Gründen wird festes kohlenstoffhaltige Material vor dem Einsatz im Einschmelzvergaser einer
Größenklassierung und thermische Trocknung enthaltenden Vorbehandlung unterworfen.
Das kohlenstoffhaltige Material, das der Vorbehandlung unterworfen wird, kann gleichzeitig als Quelle sowohl für das in den Einschmelzvergaser zu chargierende stückige feste kohlenstoffhaltige Material, als auch als Quelle für das einzudüsende feinteilchenformige feste kohlenstoffhaltige Material dienen.
Nach einer anderen Ausführungsform dienen verschiedene kohlenstoffhaltige Materialien als Ausgangsmaterialien für einerseits das zu chargierende stückige feste
kohlenstoffhaltige Material, und andererseits das einzudüsende feinteilchenformige feste kohlenstoffhaltige Material.
Beispielsweise kann eine erste Rohkohlenqualität stückiges festes kohlenstoffhaltiges Material liefern, das in den Einschmelzvergaser chargiert wird, und gegebenenfalls Briketts oder Agglomerate aus feinteilchenförmigen Anteilen dieser Rohkohlenqualität liefern, die ebenfalls in den Einschmelzvergaser chargiert werden. Eine andere, zweite Rohkohlenqualität kann dann einer Vorbehandlung unterworfen werden und dabei das einzudüsende feinteilchenformige feste kohlenstoffhaltige Material liefern. Nach einer Variante der Vorbehandlung von festem kohlenstoffhaltigem Material wird zur Entlastung der Vorrichtung zur thermischen Trocknung das feste kohlenstoffhaltige Material, beispielsweise Rohkohle, zuerst einer Größenklassierung, beispielsweise durch Siebung, unterworfen. Die dabei erhaltene Grobfraktion mit Partikeldurchmessern, die größer sind als die Partikeldurchmesser des Materials, das der Vorbehandlung
entnommen wird, um das feinteilchenformige feste kohlenstoffhaltige Material zu erhalten, wird anschließend der thermischen Trocknung unterworfen.
Eine Grobfraktion des bei der thermischen Trocknung erhaltenen getrockneten Materials - die auch durch Größenklassierung gewonnen wird -, mit Partikeldurchmessern, die größer sind als die Partikeldurchmesser des Materials, das der Vorbehandlung entnommen wird, um das feinteilchenformige feste kohlenstoffhaltige Material zu erhalten wird als stückiges festes kohlenstoffhaltiges Material in den Einschmelzvergaser chargiert.
Die bei der Größenklassierung des festen kohlenstoffhaltigen Materials vor der thermischen Trocknung, oder bei der Größenklassierung des getrockneten Materials während oder nach der thermischen Trocknung erhaltenen Fraktionen mit
Partikeldurchmessern von unter 10 mm, bevorzugt unter 8 mm, besonders bevorzugt unter 5 mm, werden zumindest teilweise für die Eindüsung in den Einschmelzvergaser verwendet, gegebenenfalls nach einer Zerkleinerung.
Nach einer anderen Variante der
Größenklassierung und thermische Trocknung enthaltenden Vorbehandlung,
welcher das feste kohlenstoffhaltige Material, beispielsweise Rohkohle, vor dem Einsatz im Einschmelzvergaser unterworfen wird,
erfolgt die thermische Trocknung vor jeglicher Größenklassierung. Das deshalb, weil eine Größenklassierung für nicht getrocknetes festes kohlenstoffhaltiges Material,
beispielsweise Rohkohle, schlechter funktioniert als für getrocknetes festes
kohlenstoffhaltiges Material.
Erfindungsgemäß wird kohlenstoffhaltiger Schlamm, und/oder aus solchem Schlamm gewonnenes Konzentrat, nach mechanischer Entwässerung mit dem aus festen kohlenstoffhaltigen Material, beispielsweise Rohkohle, stammenden Material, das bei der Vorbehandlung thermisch zu trocknen ist, vereinigt. Die Vereinigung kann durch Zugabe vor oder während der thermischen Trockung erfolgen. Das aus dem Schlamm stammende Material und das aus dem festen kohlenstoffhaltigen Material, beispielsweise Rohkohle, stammende Material werden nach ihrer Vereinigung als thermisch zu trocknendes Gut zusammen der thermischen Trocknung unterzogen, welche unter mechanischer Bewegung stattfindet. Das thermisch zu trocknende Gut enthält also aus dem Schlamm stammendes Material und aus dem festen kohlenstoffhaltigen Material, beispielsweise Rohkohle, stammendes Material.
Schlamm und/oder Konzentrat können vor oder während der thermischen Trocknung mit dem aus dem festen kohlenstoffhaltigen Material, beispielsweise Rohkohle, stammenden Material vereinigt werden. Werden sie vor der thermischen Trocknung vereinigt, kann optional ein Mischungsschritt zur Durchmischung stattfinden, bevor die thermische Trocknung beginnt. Werden sie während der thermischen Trocknung vereinigt, dann können die Materialien parallel in die Vorrichtung, in der die thermische Trocknung stattfindet, chargiert werden, oder ein Material kann vor dem anderen Material in die Vorrichtung, in der die thermische Trocknung stattfindet, chargiert werden - nach einer Variante wird der Schlamm und/oder Konzentrat dem aus dem festen kohlenstoffhaltigen Material stammenden Material zugegeben, welches bereits in der Vorrichtung, in der die thermische Trocknung stattfindet, vorliegt; eine andere Variante verläuft umgekehrt.
Auf diese Weise gelangen im Schlamm enthaltene wertvolle Eisentträgerteilchen und Kohlenstoff erneut in den Verfahrenskreislauf. Unter
aus dem kohlenstoffhaltigen Schlamm gewonnenem
Konzentrat ist beispielsweise ein durch Hydrozyklonierung erhaltenes, gegenüber dem Schlamm an C- und/oder Fe-Anteilen angereichertes Material zu verstehen.
Die mechanische Entwässerung von Schlamm oder Konzentrat kann beispielsweise mittels Kammerfilterpresse, Vakuumfilter, Zentrifuge oder Dekanter erfolgen. Mechanisch entwässerter Schlamm besteht zum Teil aus schwach bindenden kohlenstoffhaltigen Agglomeraten. Wird das der thermisch zu trocknende Gut bei der thermischen Trocknung einer mechanischen Bewegung unterworfen, beispielsweise in einem
Schwingsiebtrockner, so werden diese Agglomerate durch die Zufuhr mechanischer Energie zerstört. Dabei entsteht ein Staub der, gegebenenfalls nach einer Zerkleinerung, mittels PCI oder GCI in den Einschmelzvergaser eindüsbar ist. Zur Eindüsung mittels PCI werden beispielsweise Partikel mit Partikelgrößen von bis zu 100 μηη, bevorzugt mit 80% der Partikel kleiner als 75 μηη, verwendet. Zur Eindüsung mittels GCI werden
beispielsweise Partikel mit Partikelgrößen von bis zu 2 mm, bevorzugt mit 95% der Partikel kleiner als 2 mm und 20% der Partikel kleiner als 75 μηη, verwendet.
Somit kann der Schlamm ohne großen apparativen Aufwand unter Nutzung ohnehin vorhandener Anlagenteile - der Vorrichtung zur thermischen Trocknung bei der
Vorbehandlung von kohlenstoffhaltigem Material sowie der PCI/GCI-Vorrichtungen - in das Verfahren zur Roheisenerzeugung rückgeführt werden. Durch diese
Rückführungsnutzung des Schlammes werden die Ressourcen besser genutzt und das Verfahren zur Eisenerzeugung optimiert.
Von Vorteil ist weiterhin, dass die über den Schlamm in den Einschmelzvergaser eingeführten Eisen- und Eisenerzteilchen die Kohlevergasung im Einschmelzvergaser durch katalytische Wirkung positiv beeinflussen können.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform stammt
der
kohlenstoffhaltiger Schlamm, und/oder aus solchem Schlamm gewonnenes
Konzentrat,
aus industriellen Prozessen,
bevorzugt aus industriellen Prozessen eines Hüttenwerkes. Auf diese Weise werden darin enthaltener Kohlenstoff und andere wertvolle Rohstoffe ebenfalls einer wirtschaftlichen Nutzung zugeführt und müssen nicht anderweitig deponiert werden. Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Entstaubung eine Nassentstaubung.
Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens stammt der kohlenstoffhaltige Schlamm, und/oder aus solchem Schlamm gewonnenes Konzentrat, zumindest zum Teil aus einer Nassentstaubung des Topgases.
Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Kühlung des Generatorgases durch Einleitung eines aus einer Teilmenge des Generatorgases unter Nassentstaubung hergestellten Kühlgases in das Generatorgas, und stammt der kohlenstoffhaltige Schlamm, und/oder aus solchem Schlamm gewonnenes Konzentrat, zumindest zum Teil aus dieser Nassentstaubung bei der Herstellung des Kühlgases. Dieser Schlamm ist im Vergleich zum Schlamm aus einer Nassentstaubung des
Topgases kohlenstoffhaltiger. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird
dem thermisch zu trocknenden Gut
auch kohlenstoffhaltiger Staub, bevorzugt Kohlenstoff als Haftkorn oder Agglomerat enthaltender Staub,
der aus industriellen Prozessen,
bevorzugt aus industriellen Prozessen eines Hüttenwerkes, stammt,
zugeführt.
Auf diese Weise werden darin enthaltener Kohlenstoff und andere wertvolle Rohstoffe ebenfalls einer wirtschaftlichen Nutzung zugeführt und müssen nicht anderweitig deponiert werden. Bei dem Staub kann es sich beispielsweise um Staub, der bei einer Trockenentstaubung von Topgas gewonnen wird, handeln. Da der Schlamm durch die Zugabe des Staubes eingedickt wird, ist eine weniger gründliche und weniger aufwändige mechanische Entwässerung notwendig. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das einzudüsende feinteilchenformige festen kohlenstoffhaltige Material zumindest teilweise dadurch erhalten, dass eine bei der Vorbehandlung erhaltene Fraktion, bevorzugt mit einem Partikeldurchmesser von kleiner 10 mm, bevorzugt kleiner 8 mm, ganz besonders bevorzugt kleiner 5 mm, einem Mahltrocknungsprozess unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass
zu Beginn des Mahltrocknungsprozesses eine Mindestfeuchte, bevorzugt eine Mindestfeuchte von 5 bis 10 Gewichts%, des der Mahltrocknung zu unterwerfenden Materials durch Zugabe von mindestens einem der drei Materialien
- bei der Nassentstaubung von Topgas erhaltener kohlenstoffhaltiger Schlamm, und/oder aus solchem Schlamm gewonnenes Konzentrat,
- bei der Herstellung von Kühlgas erhaltener kohlenstoffhaltiger Schlamm, und/oder aus solchem Schlamm gewonnenes Konzentrat,
- kohlenstoffhaltiger Schlamm,
der aus industriellen Prozessen,
bevorzugt aus industriellen Prozessen eines Hüttenwerkes, stammt
und/oder aus solchem Schlamm gewonnenes Konzentrat,
eingestellt wird. Eine Mindestfeuchte ist bei Mahltrocknungsprozessen angestrebt, um die
Explosionsgefahr bei der Mahltrocknung zu vermindern. Staub aus fein gemahlenen Kohlenstoffträgern ist in Gegenwart von Sauerstoff bekanntlich ein Explosionsrisiko. Die von Staub aus fein gemahlenen Kohlenstoffträgern ausgehende Explosionsgefahr kann dadurch vermindert werden, dass er unter einer Schutzgasatmosphäre mit wenig beziehungsweise keinem Sauerstoffgehalt gehandhabt wird. Eine andere Möglichkeit besteht in der Einhaltung einer Mindestfeuchte des Staubes. Erfindungsgemäß wird diese Mindestfeuchte durch bereits feucht vorliegendes Material - wie Schlämmen und
Konzentraten - eingestellt. Zusätzlich zu dem Vorteil, dass auf diese Weise in den Schlämmen und Konzentraten vorhandener Kohlenstoff und andere wertvolle Rohstoffe überhaupt in der Herstellung von Roheisen genutzt werden, hat diese Art der Einstellung der Mindestfeuchte den Vorteil, dass die in ihnen enthaltene Feuchte eine Funktion erfüllt, die sonst auf andere Art und Weise, beispielsweise durch Wasserzugabe, sichergestellt werden müsste. Entsprechend kann die Verfahrensführung und -Steuerung einfacher gestaltes werden, beziehungsweise das für eine nicht erfindungsgemäße Einstellung der Mindestfeuchte notwendige Equipment kleiner dimensioniert oder weggelassen werden. Zudem muss der Schlamm, der zur Einstellung einer Mindestfeuchte genutzt wird, keiner oder einer weniger aufwändigen Entwässerung als bei einer anderen Nutzung oder Entsorgung unterzogen werden. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist eine Vorrichtung zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Vorrichtung umfasst
einen Einschmelzvergaser,
mindestens einen Reduktionsreaktor,
eine in den Einschmelzvergaser mündende Chargiervorrichtung für stückiges festes kohlenstoffhaltiges Material,
eine Vorrichtung zur Eindüsung von feinteilchenförmigem festem kohlenstoffhaltigem Material in den Einschmelzvergaser,
eine in den Einschmelzvergaser mündende Leitung für sauerstoffhaltiges Gas, eine den Einschmelzvergaser mit einer Entstaubungsvornchtung verbindenden Leitung für Generatorgas, einer Vorrichtung zur Kühlung von Generatorgas,
eine die Entstaubungsvornchtung mit dem mindestens einen Reduktionsreaktor verbindende Leitung für Reduktionsgas,
eine den mindestens einen Reduktionsreaktor mit dem Einschmelzvergaser verbindende Leitung für teilweise reduziertes Eisenerz,
eine von dem mindestens einen Reduktionsreaktor ausgehende Leitung für Topgas, die zu einer Entstaubungsanlage führt,
eine Vorrichtung zur Vorbehandlung von festem kohlenstoffhaltigem Material, enthaltend eine Vorrichtung zur Größenklassierung, sowie eine Vorrichtung zur thermischen Trocknung von festem kohlenstoffhaltigem Material oder festes kohlenstoffhaltiges Material enthaltenden Mischungen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass
eine Vorrichtung zur Zugabe von
kohlenstoffhaltigem Schlamm und/oder aus solchem Schlamm gewonnenem Konzentrat
in
die Vorrichtung zur Vorbehandlung von festem kohlenstoffhaltigem Material mündet und dass die Vorrichtung zur thermischen Trocknung von festem kohlenstoffhaltigem Material oder festes kohlenstoffhaltiges Material enthaltenden Mischungen
mit einer Vorrichtung zur mechanischen Bewegung von zu trocknendem Gut während des Trocknungsvorganges versehen ist.
Die Vorrichtung zur Größenklassierung von festem kohlenstoffhaltigem Material, beispielsweise Rohkohle, ist beispielsweise ein Sieb.
Die Vorrichtung zur Größenklassierung trennt zumindest Material mit einem
Partikeldurchmesser kleiner 5 mm ab.
Die Vorrichtung zur Kühlung von Generatorgas kann beispielsweise eine
Nassentstaubungsvorrichtung enthalten, in der eine aus der Entstaubungsvorrichtung entnommene Gasmenge nass entstaubt und dabei abgekühlt wird, sowie eine
Kühlgasleitung, über die in der Nassentstaubungsvorrichtung abgekühltes Gas in die Leitung für Generatorgas eingespeist wird.
Die Vorrichtung zur thermischen Trocknung kann beispielsweise auf dem Prinzip beruhen, dass ein heißes Gas, genannt Heißgas, erzeugt wird, welches als Trocknungsgas über das zu trocknende Gut geleitet wird. Der aus den aus dem Schlamm stammenden, bei der Vorbehandlung zerstörten Agglomeraten entstehende Staub wird zum Teil mit dem
Heißgas mitgerissen. Daher ist eine Filtervorrichtung vorzusehen, die diesen Staub aus dem Heißgas herausfiltert. Der herausgefilterte Staub kann in den Einschmelzvergaser eingedüst werden. Optional enthält die Vorrichtung zur Vorbehandlung von kohlenstoffhaltigem Material, wie beispielsweise Rohkohle, einen Mischer, in dem ein Mischungsschritt zur Durchmischung von aus dem festen kohlenstoffhaltigen Material, beispielsweise Rohkohle, stammenden Material und Schlamm und/oder Konzentrat stattfinden kann, bevor die thermische Trocknung beginnt.
Vorzugsweise enthält die Vorrichtung zur Vorbehandlung von festem kohlenstoffhaltigem Material, beispielsweise Rohkohle, einen Schwingsiebtrockner. Mit einem
Schwingsiebtrockner kann gleichzeitig thermisch getrocknet und eine Größenklassierung durchgeführt werden. Entsprechend reduziert der Einsatz eines Schwingsiebtrockners den apparativen Aufwand in der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Ein Schwingsiebtrockner ist mit einer Vorrichtung zur mechanischen Bewegung des zu trocknenden Gutes während des Trocknungsvorganges versehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung zur Entstaubung eine Vorrichtung zur Nassentstaubung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mündet ist die Vorrichtung zur Zugabe von kohlenstoffhaltigem Schlamm und/oder aus solchem Schlamm gewonnenem Konzentrat in die Vorrichtung zur Vorbehandlung von kohlenstoffhaltigem Material
eine Vorrichtung zur Zuführung
von kohlenstoffhaltigem Schlamm, der aus industriellen Prozessen, bevorzugt aus industriellen Prozessen eines Hüttenwerkes stammt,
und/oder von aus solchem Schlamm gewonnenen Konzentrat.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Vorrichtung zur Zuführung
von kohlenstoffhaltigem Schlamm, der aus industriellen Prozessen, bevorzugt aus industriellen Prozessen eines Hüttenwerkes stammt,
und/oder von aus solchem Schlamm gewonnenen Konzentrat,
eine Vorrichtung zur Zuführung von Schlamm aus der Vorrichtung zur
Nassentstaubung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die
Vorrichtung zur Zuführung
von kohlenstoffhaltigem Schlamm, der aus industriellen Prozessen, bevorzugt aus industriellen Prozessen eines Hüttenwerkes stammt,
und/oder von aus solchem Schlamm gewonnenen Konzentrat,
eine Vorrichtung zur Zuführung von Schlamm aus der Entstaubungsvorrichtung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mündet eine Vorrichtung zur Zuführung
von kohlenstoffhaltigem Staub der aus industriellen Prozessen, bevorzugt aus industriellen Prozessen eines Hüttenwerkes, stammt,
in die
Vorrichtung zur Vorbehandlung von kohlenstoffhaltigem Material. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Vorrichtung zur Mahltrocknung einer bei der Vorbehandlung erhaltenen Fraktion vorhanden ist,
in welche mindestens eine Vorrichtung aus der Gruppe bestehend aus
- Vorrichtung zur Zuführung von in der Vorrichtung zur Nassentstaubung anfallendem Schlamm, und/oder von aus solchem Schlamm gewonnenem
Konzentrat,
- Vorrichtung zur Zuführung von in der Vorrichtung zur Kühlung von Generatorgas anfallendem Schlamm, und/oder von aus solchem Schlamm gewnonnenem Konzentrat,
- Vorrichtung zur Zuführung von Kohlenstoff enthaltendem Schlamm, der aus industriellen Prozessen, bevorzugt aus industriellen Prozessen eines Hüttenwerkes, stammt,
und/oder von aus solchem Schlamm gewonnenem Konzentrat,
mündet.
Unter dem bei der Vorbehandlung anfallendem Material mit einem Partikeldurchmesser kleiner 5 mm ist auch bei der Vorbehandlung anfallender Staub zu verstehen, der mit einem Gasstrom aus der Vorrichtung zur Vorbehandlung von Rohkohle ausgetragen wird und an Filtern abgeschieden wird. Der Gasstrom kann beispielsweise ein durch die
Vorrichtung zur thermischen Trocknung geführter Trocknungsgasstrom, beispielsweise aus Heißgas oder aus Schutzgas wie etwa Stickstoff, sein.
Der Gasstrom kann nach dem Durchlaufen der Filter als Abgas aus der Vorrichtung entlassen werden, oder zur Eindüsung des feinteilchenförmigen kohlenstoffhaltigen Materials genutzt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden werden anhand von schematischen Figuren mehrere beispielhafte
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Figur 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Vorrichtung zur Vorbehandlung von Rohkohle ohne Details dargestellt ist.
Figur 2 und Figur 3 zeigen Ausführungsformen der Vorrichtung zur Vorbehandlung von Rohkohle. Beschreibung der Ausführungsformen
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung von Roheisen in einem Einschmelzvergaser 1. Über die Chargiervorrichtung für Stückkohle 2 wird als stückiges festes
kohlenstoffhaltiges Material Stückkohle aus Rohkohle in den Einschmelzvergaser 1 chargiert. Über eine in den Einschmelzvergaser 1 mündende Leitung für
sauerstoffhaltiges Gas 3 wird sauerstoffhaltiges Gas zugeführt. Eisenerz, welches ebenso wie Zuschläge in den Reduktionsreaktor 4 chargiert wird - angedeutet durch einen auf den Reduktionsreaktor 4 weisenden Pfeil-, wird in der Reduktionszone des
Reduktionsreaktors 4 teilweise reduziert. Das teilweise reduzierte Eisenerz wird über die Leitung für teilweise reduziertes Eisenerz 5, welche den Reduktionsreaktor 4 mit dem Einschmelzvergaser 1 verbindet, in den Einschmelzvergaser 1 chargiert. Im
Einschmelzvergaser 1 erzeugtes Generatorgas wird über die Leitung für Generatorgas 6 aus dem Einschmelzvergaser 1 ausgeleitet. Die Leitung für Generatorgas 6 verbindet den Einschmelzvergaser 1 mit einer Entstaubungsvornchtung 7, hier eine
Trockenentstaubungsvorrichtung. Ein Teil des Gases, das aus der
Entstaubungsvornchtung 7 entnommen wird, wird in eine Nassentstaubungsvorrichtung 8 eingeleitet. Das aus dieser entnommene, nass entstaubte Gas wird über eine in die Leitung für Generatorgas 6 mündende Kühlgasleitung 9, die zusammen mit der
Nassentstaubungsvorrichtung 8 eine Vorrichtung zur Kühlung von Generatorgas darstellt, als Kühlgas dem Generatorgas zugeführt. Ein Teil des aus der Entstaubungsvornchtung 7 entnommenen Gases wird über die Leitung für Reduktionsgas 10 dem Reduktionsreaktor 4 als Reduktionsgas zugeführt. In der Entstaubungsvornchtung abgeschiedener Staub, der unter anderem auch feinteilchenförmiges festes kohlenstoffhaltiges Material enthält, kann über die gepunktet dargestellte Leitung und Eindüsvorrichtungen in den
Einschmelzvergaser 1 eingedüst werden. Aus dem Reduktionsreaktor 4 wird umgesetztes Reduktionsgas als Topgas abgezogen. Das Topgas wird über die vom Reduktionsreaktor 4 ausgehende Leitung für Topgas 1 1 in eine Vorrichtung zur Entstaubung, hier eine Vorrichtung zur Nassentstaubung 12, geleitet und aus dieser entstaubt und gekühlt ausgeführt.
In der Vorrichtung zur Nassentstaubung 12 und der Nassentstaubungsvorrichtung 8 erhaltener Schlamm wird über die Schlammleitungen 13 und 14 in eine
Schlammaufbereitungsvorrichtung 15, in der mechanisch entwässert wird, und von dort über eine Schlammzugabeleitung 16 in die Vorrichtung zur Vorbehandlung von kohlenstoffhaltigem Material, hier eine Vorrichtung zur Vorbehandlung von kohlenstoffhaltigem Rohkohle 17, zugegeben. Es ist auch möglich, aus den über die Schlammleitungen 13 und/oder 14 zugeführten Schlämmen in der
Schlammaufbereitungsvorrichtung 15 Konzentrate herzustellen, welche über die
Schlammzugabeleitung 16 in die Vorrichtung zur Vorbehandlung von Rohkohle 17 zugegeben werden. Die Schlammleitung 13, die Schlammaufbereitungsvorrichtung 15 sowie die Schlammzugabeleitung 16 bilden eine Vorrichtung zur Zuführung von kohlenstoffhaltigem Schlamm, der aus industriellen Prozessen, bevorzugt aus
industriellen Prozessen eines Hüttenwerkes stammt, und/oder von aus solchem Schlamm gewonnenem Konzentrat, in die Vorrichtung zur Vorbehandlung von Rohkohle 17.
Die Vorrichtung zur Vorbehandlung von Rohkohle 17 enthält eine Vorrichtung zur
Größenklassierung sowie eine Vorrichtung zur thermischen Trocknung von Rohkohle oder Rohkohle enthaltenden Mischungen. Die Vorrichtung zur thermischen Trocknung von Rohkohle oder Rohkohle enthaltenden Mischungen ist mit einer Vorrichtung zur mechanischen Bewegung von zu trocknendem Gut während des Trocknungsvorganges versehen. Rohkohle wird über eine Rohkohlezugabevorrichtung 18 in die Vorrichtung zur Vorbehandlung von Rohkohle 17 eingegeben. Der Schlamm beziehungsweise das Konzentrat wird dem aus der Rohkohle stammenden Material, welches bei der thermischen Trocknung der Vorbehandlung thermisch zu trocknen ist, zugegeben. Das thermisch zu trocknende Gut enthält also aus der Rohkohle stammendes Material sowie Schlamm beziehungsweise Konzentrat, es ist also eine Rohkohle enthaltende Mischung. Die thermische Trocknung findet unter mechanischer Bewegung des thermisch zu trocknenden Gutes statt.
Bei der Vorbehandlung der Rohkohle in der Vorrichtung zur Vorbehandlung von Rohkohle 17 anfallendes Material mit einem Partikeldurchmesser kleiner 5 mm wird entnommen und über die Eindüsleitung 19 in den Einschmelzvergaser 1 eingedüst. Die Eindüsung kann an der Eindüsstelle 20 in den Dombereich des Einschmelzvergasers erfolgen, und/oder an der Eindüsstelle 21 in den Herdbereich des Einschmelzvergasers. Die Eindüsleitung 19 ist Teil einer Vorrichtung zur Eindüsung von feinteilchenförmigem kohlenstoffhaltigem Material in den Einschmelzvergaser; andere Teile dieser Vorrichtung sind zur besseren Übersichtlichkeit nicht gezeigt.
In Figur 2 wird Rohkohle 22 über die Rohkohlezugabevorrichtung 18 in einen Mischer 23 eingebracht. Über die Schlammzugabeleitung 16 wird Schlamm 25 in den Mischer 23 eingebracht. Das aus diesen beiden in den Mischer eingebrachten Materialien gebildete thermisch zu trocknende Gut enthält also aus dem Schlamm stammendes Material und aus der Rohkohle stammendes Material. Aus dem Mischer wird das zu thermisch zu trocknende Gut in eine Vorrichtung zur thermischen Trocknung von Rohkohle oder Rohkohle enthaltenden Mischungen 24 eingebracht. Ein Gasstrom aus Heißgas wird als Trocknungsgas über die Heißgasleitung 26 in Vorrichtung zur thermischen Trocknung von Rohkohle oder Rohkohle enthaltenden Mischungen 24, in diesem Fall einem
Schwingsiebtrockner, eingeleitet. Über die Heißgasausleitung 27 verlässt das Heißgas die Vorrichtung zur thermischen Trocknung von Rohkohle oder Rohkohle enthaltenden Mischungen 24 und wird an einem Filter 28 von mitgeführtem Staub, der aus der
Vorbehandlung stammt, befreit. Der Staub kann über die Eindüsungs-Zugabeleitung 40 einer Vorrichtung zur Eindüsung von feinteilchenförmigem festem kohlenstoffhaltigem Material in den Einschmelzvergaser zugeführt werden; eine Vorbehandlung wie etwa Zerkleinerung in einer Mahltrocknung ist für solchen Staub aufgrund seiner Feinheit in der Regel nicht notwendig. Die bei der Zerstörung der aus dem Schlamm stammenden Agglomerate entstehenden feinteilchenförmigen kohlenstoffhaltigen Partikel finden sich hauptsächlich in diesem Staub wieder.
Der Gasstrom kann nach dem Durchlaufen der Filter als Abgas über die Abgasleitung 29 aus der Vorrichtung entlassen werden, oder über die Eindüsgasleitung 30 zur Eindüsung des feinteilchenförmigen festen kohlenstoffhaltigen Materials genutzt werden. Der Schwingsiebtrockner verfügt über eine Vorrichtung zur mechanischen Bewegung von zu trocknendem Gut während des Trocknungsvorganges. Das thermisch getrocknete Gut wird in der Vorrichtung zur Größenklassierung 31 einer Größenklassierung unterworfen. Material mit einem Partikeldurchmesser kleiner 5 mm wird über die Entnahmeleitung 37 entnommen und zum Teil einer Zerkleinerungsvorrichtung 32, hier einer
Mahltrocknungsvorrichtung, zugeführt. Dort zerkleinertes Material 33 wird in den
Einschmelzvergaser 1 eingedüst. Material mit einem Partikeldurchmesser 5 mm oder größer wird als Stückkohle, also stückiges festes kohlenstoffhaltiges Material, in den Einschmelzvergaser chargiert. Ein Teil des Materials mit einer Partikelgröße kleiner 5 mm wird einer Brikettierungsvorrichtung 35 zugeführt. Die dort erhaltenen Briketts 36 werden in den Einschmelzvergaser 1 chargiert.
In Figur 3 wird Rohkohle über die Rohkohlezugabevorrichtung 18 in die Vorrichtung zur Größenklassierung 31 eingebracht, ohne vorher thermisch getrocknet zu werden. Material mit einem Partikeldurchmesser gleich oder größer 5 mm wird über die Stückkohleleitung 38 entnommen. Material mit einem Partikeldurchmesser kleiner 5 mm wird in eine
Vorrichtung zur thermischen Trocknung von Rohkohle oder Rohkohle enthaltenden Mischungen 24, in diesem Fall einen Schwingsiebtrockner, eingebracht. Ebenfalls in diese wird Schlamm 25 über die Schlammzugabeleitung 16 zugegeben. Das aus den beiden eingebrachten Materialien gebildete thermisch zu trocknende Gut enthält also aus dem Schlamm stammendes Material und aus der Rohkohle stammendes Material. Analog zu Figur 2 wird ein Gasstrom aus Heißgas als Trocknungsgas in die Vorrichtung zur thermischen Trocknung von Rohkohle oder Rohkohle enthaltenden Mischungen 24, in diesem Fall einem Schwingsiebtrockner, eingeleitet; das ist zur besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Über die Heißgasausleitung 27 verlässt das Heißgas die Vorrichtung zur thermischen Trocknung von Rohkohle oder Rohkohle enthaltenden Mischungen 24 und wird, wiederum analog zu Figur 2, an einem Filter 28 von mitgeführtem Staub, der aus der Vorbehandlung stammt, befreit. Analog zu Figur 2 kann der Gasstrom nach dem
Durchlaufen der Filter als Abgas aus der Vorrichtung entlassen werden, oder zur
Eindüsung von feinteilchenförmigen kohlenstoffhaltigen Material genutzt werden. Analog zu Figur 2 kann der Staub über die Eindüsungs-Zugabeleitung 40 einer Vorrichtung zur Eindüsung von feinteilchenförmigem kohlenstoffhaltigem Material in den
Einschmelzvergaser zugeführt werden; eine Vorbehandlung wie etwa Zerkleinerung in einer Mahltrocknung ist für solchen Staub aufgrund seiner Feinheit in der Regel nicht notwendig. Die bei der Zerstörung der aus dem Schlamm stammenden Agglomerate entstehenden feinteilchenförmigen kohlenstoffhaltigen Partikel finden sich hauptsächlich in diesem Staub wieder.
Der Schwingsiebtrockner verfügt über eine Vorrichtung zur mechanischen Bewegung von zu trocknendem Gut während des Trocknungsvorganges. Über die Ausleitung 39 wird ein Teil des thermisch getrockneten Gutes einer Zerkleinerungsvorrichtung 32, hier einer Mahltrocknungsvorrichtung, zugeführt. Dort zerkleinertes Material 33 wird in den
Einschmelzvergaser 1 eingedüst. Ein Teil des thermisch getrockneten Gutes wird einer Brikettierungsvorrichtung 35 zugeführt. Die dort erhaltenen Briketts 36 werden in den Einschmelzvergaser 1 chargiert. Liste der Bezugszeichen
1 Einschmelzvergaser
2 Chargiervorrichtung für Stückkohle
3 Leitung für sauerstoffhaltiges Gas
4 Reduktionsreaktor
5 Leitung für teilweise reduziertes Eisenerz
6 Leitung für Generatorgas
7 Entstaubungsvorrichtung
8 Nassentstaubungsvorrichtung
9 Kühlgasleitung
10 Leitung für Reduktionsgas
1 1 Leitung für Topgas
12 Vorrichtung zur Nassentstaubung
13 Schlammleitung
14 Schlammleitung
15 Schlammaufbereitungsvorrichtung
16 Schlammzugabeleitung
17 Vorrichtung zur Vorbehandlung von Rohkohle
18 Rohkohlezugabevorrichtung
19 Eindüsleitung
20 Eindüsstelle
21 Eindüsstelle
22 Rohkohle
23 Mischer
24 Vorrichtung zur thermischen Trocknung von
Rohkohle oder Rohkohle enthaltenden Mischungen
25 Schlamm
26 Heißgasleitung
27 Heißgasausleitung
28 Filter
29 Abgasleitung
30 Eindüsgasleitung
31 Vorrichtung zur Größenklassierung
32 Zerkleinerungsvorrichtung 33 Zerkleinertes Material 34 Stückkohle
35 Brikettiervorrichtung 36 Briketts
5 37 Entnahmeleitung
38 Stückkohleleitung
39 Ausleitung
40 Eindüsungs-Zugabeleitung
Liste der Anführungen
Patentliteratur WO2006011774 WO03025230
WO2004020555

Claims

Ansprüche
1 ) Verfahren zur Herstellung von Roheisen in einem Einschmelzvergaser, bei dem in mindestens einer Reduktionszone teilweise reduziertes Eisenerz in den
Einschmelzvergaser chargiert wird,
unter Zufuhr von festem kohlenstoffhaltigem Material und sauerstoffhaltigem Gas erschmolzen und ein CO- und H2-hältiges Generatorgas erzeugt wird,
welches nach Ausleitung aus dem Einschmelzvergaser nach Entstaubung und Kühlung als Reduktionsgas in die mindestens eine Reduktionszone eingeleitet, dort durch teilweise Reduktion von Eisenerz umgesetzt, und nach Umsetzung zumindest teilweise als Topgas abgezogen wird, welches Topgas anschließend einer Entstaubung unterworfen wird, wobei das feste kohlenstoffhaltige Material dem Einschmelzvergaser
zu einem Teil dadurch zugeführt wird, dass stückiges festes kohlenstoffhaltiges Material in den Einschmelzvergaser chargiert wird,
und zu einem anderen Teil dadurch zugeführt wird, dass feinteilchenförmiges festes kohlenstoffhaltiges Material in den Einschmelzvergaser eingedüst wird,
wobei das feinteilchenformige feste kohlenstoffhaltige Material und/oder Ausgangsmaterial für das feinteilchenformige feste kohlenstoffhaltige Material zumindest zum Teil dadurch erhalten wird, dass
festes kohlenstoffhaltige Material einer Größenklassierung und thermische
Trocknung enthaltenden Vorbehandlung unterworfen wird,
und dabei anfallendes Material mit einem Partikeldurchmesser kleiner 10 mm, bevorzugt kleiner 8 mm, besonders bevorzugt kleiner 5 mm entnommen wird, dadurch gekennzeichnet,
dass
kohlenstoffhaltiger Schlamm, und/oder aus solchem Schlamm gewonnenes Konzentrat, nach mechanischer Entwässerung mit dem aus festem kohlenstoffhaltigem Material stammenden Material, das bei der thermischen Trocknung der Vorbehandlung thermisch zu trocknen ist, vereinigt wird, und das dabei erhaltene thermisch zu trocknende Gut der thermischen Trocknung unterzogen wird,
und diese thermische Trocknung unter mechanischer Bewegung des thermisch zu trocknenden Gutes stattfindet. 2) Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der thermischen Trocknung um eine Schwingsiebtrocknung handelt.
3) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der
kohlenstoffhaltiger Schlamm, und/oder aus solchem Schlamm gewonnenes Konzentrat,
aus industriellen Prozessen,
bevorzugt aus industriellen Prozessen eines Hüttenwerkes, stammt.
4) Verfahren nach einem der Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Entstaubung eine Nassentstaubung ist.
5) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der kohlenstoffhaltige Schlamm, und/oder aus solchem Schlamm gewonnenes Konzentrat, zumindest zum Teil aus einer Nassentstaubung des Topgases stammt. 6) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kühlung des Generatorgases durch Einleitung eines aus einer Teilmenge des Generatorgases unter Nassentstaubung hergestellten Kühlgases in das Generatorgas erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der kohlenstoffhaltige Schlamm, und/oder aus solchem Schlamm gewonnenes Konzentrat, zumindest zum Teil aus dieser Nassentstaubung bei der Herstellung des Kühlgases stammt.
7) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem thermisch zu trocknenden Gut
auch kohlenstoffhaltiger Staub, bevorzugt Kohlenstoff als Haftkorn oder Agglomerat enthaltender Staub,
der aus industriellen Prozessen,
bevorzugt aus industriellen Prozessen eines Hüttenwerkes, stammt,
zugeführt wird. 8) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das einzudüsende feinteilchenformige feste kohlenstoffhaltige Material zumindest teilweise dadurch erhalten wird, dass eine bei der Vorbehandlung erhaltene Fraktion, bevorzugt mit einem Partikeldurchmesser von kleiner 10 mm, besonders bevorzugt kleiner 8 mm, ganz besonders bevorzugt kleiner 5 mm, einem Mahltrocknungsprozess unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass
zu Beginn des Mahltrocknungsprozesses eine Mindestfeuchte, bevorzugt eine Mindestfeuchte von 5 bis 10 Gewichts%, des der Mahltrocknung zu unterwerfenden Materials durch Zugabe von mindestens einem der drei Materialien
- bei der Nassentstaubung von Topgas erhaltener kohlenstoffhaltiger Schlamm, und/oder aus solchem Schlamm gewonnenes Konzentrat,
- bei der Herstellung von Kühlgas erhaltener kohlenstoffhaltiger Schlamm, und/oder aus solchem Schlamm gewonnenes Konzentrat,
- kohlenstoffhaltiger Schlamm,
der aus industriellen Prozessen,
bevorzugt aus industriellen Prozessen eines Hüttenwerkes, stammt
und/oder aus solchem Schlamm gewonnenes Konzentrat,
eingestellt wird.
9) Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend
einen Einschmelzvergaser (1 ),
mindestens einen Reduktionsreaktor (4),
eine in den Einschmelzvergaser (1 ) mündende Chargiervorrichtung für stückiges festes kohlenstoffhaltiges Material,
eine Vorrichtung zur Eindüsung von feinteilchenförmigem festem kohlenstoffhaltigem Material in den Einschmelzvergaser (1 ),
eine in den Einschmelzvergaser (1 ) mündende Leitung für sauerstoffhaltiges Gas (3), eine den Einschmelzvergaser mit einer Entstaubungsvorrichtung (7) verbindenden Leitung für Generatorgas (6), einer Vorrichtung zur Kühlung von Generatorgas, eine die Entstaubungsvorrichtung (7) mit dem mindestens einen Reduktionsreaktor (4) verbindende Leitung für Reduktionsgas (10),
eine den mindestens einen Reduktionsreaktor (4) mit dem Einschmelzvergaser (1 ) verbindende Leitung für teilweise reduziertes Eisenerz (5), eine von dem mindestens einen Reduktionsreaktor (4) ausgehende Leitung für Topgas (1 1 ), die zu einer Vorrichtung zur Entstaubung führt,
eine Vorrichtung zur Vorbehandlung von festem kohlenstoffhaltigem Material, enthaltend eine Vorrichtung zur Größenklassierung, sowie eine Vorrichtung zur thermischen Trocknung von festem kohlenstoffhaltigem Material oder festem kohlenstoffhaltiges Material enthaltenden Mischungen,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Vorrichtung zur Zugabe von
kohlenstoffhaltigem Schlamm und/oder aus solchem Schlamm gewonnenem Konzentrat
in
die Vorrichtung zur Vorbehandlung von festem kohlenstoffhaltigem Material mündet
und dass die Vorrichtung zur thermischen Trocknung von festem kohlenstoffhaltigem Material oder festes kohlenstoffhaltiges Material enthaltenden Mischungen
mit einer Vorrichtung zur mechanischen Bewegung von zu trocknendem Gut während des Trocknungsvorganges versehen ist
10) Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Vorbehandlung von festem kohlenstoffhaltigem Material einen Schwingsiebtrockner enthält.
1 1 ) Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Entstaubung eine Vorrichtung zur Nassentstaubung (12) ist.
12) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung zur Zugabe von kohlenstoffhaltigem Schlamm und/oder aus solchem Schlamm gewonnenem Konzentrat in die Vorrichtung zur Vorbehandlung von kohlenstoffhaltigem Material
eine Vorrichtung zur Zuführung
von kohlenstoffhaltigem Schlamm, der aus industriellen Prozessen, bevorzugt aus industriellen Prozessen eines Hüttenwerkes stammt,
und/oder von aus solchem Schlamm gewonnenen Konzentrat,
ist. 13) Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die
Vorrichtung zur Zuführung
von kohlenstoffhaltigem Schlamm, der aus industriellen Prozessen, bevorzugt aus industriellen Prozessen eines Hüttenwerkes stammt,
und/oder von aus solchem Schlamm gewonnenen Konzentrat,
eine Vorrichtung zur Zuführung von Schlamm aus der Vorrichtung zur Nassentstaubung (12) ist.
14) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Zuführung
von kohlenstoffhaltigem Schlamm, der aus industriellen Prozessen, bevorzugt aus industriellen Prozessen eines Hüttenwerkes stammt,
und/oder von aus solchem Schlamm gewonnenen Konzentrat,
eine Vorrichtung zur Zuführung von Schlamm aus der Entstaubungsvorrichtung (7) ist.
15) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zur Zuführung
von kohlenstoffhaltigem Staub der aus industriellen Prozessen, bevorzugt aus industriellen Prozessen eines Hüttenwerkes, stammt,
in die
Vorrichtung zur Vorbehandlung von kohlenstoffhaltigem Material
mündet.
16) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zur Mahltrocknung einer bei der Vorbehandlung erhaltenen Fraktion vorhanden ist,
in welche mindestens eine Vorrichtung aus der Gruppe bestehend aus
- Vorrichtung zur Zuführung von in der Vorrichtung zur Nassentstaubung (12) anfallendem Schlamm, und/oder von aus solchem Schlamm gewonnenem Konzentrat,
- Vorrichtung zur Zuführung von in der Vorrichtung zur Kühlung von Generatorgas anfallendem Schlamm, und/oder von aus solchem Schlamm gewonnenem Konzentrat, - Vorrichtung zur Zuführung von Kohlenstoff enthaltendem Schlamm, der aus industriellen Prozessen, bevorzugt aus industriellen Prozessen eines Hüttenwerkes, stammt,
und/oder von aus solchem Schlamm gewonnenem Konzentrat,
mündet.
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