WO2012136649A1

WO2012136649A1 - Verfahren und anlage zur behandlung von waschwasser aus der gaswäsche einer direktreduktions- und/oder schmelzreduktionsanlage

Info

Publication number: WO2012136649A1
Application number: PCT/EP2012/056058
Authority: WO
Inventors: Bogdan Vuletic
Original assignee: Siemens Vai Metals Technologies Gmbh
Priority date: 2011-04-08
Filing date: 2012-04-03
Publication date: 2012-10-11
Also published as: AT511427B1; AT511427A1

Abstract

Gezeigt werden ein Verfahren und eine Anlage zur Behandlung von Waschwasser aus der Gaswäsche von Topgas und/oder gegebenenfalls Generatorgas einer Direktreduktions- oder einer Schmelzreduktionsanlage. Das Waschwasser wird in zwei gasseitig in Reihe geschalteten Topgaswäschern (1, 4), und gegebenenfalls zumindest zwei weiteren gasseitig in Reihe geschalteten Generatorgaswäschern (2, 3), in direkten Kontakt mit dem Topgas, und gegebenenfalls dem Generatorgas, gebracht, aus den Topgaswäschern (1, 4) und gegebenenfalls den Generatorgaswäschern (2, 3) abgeführt, aufbereitet und erneut den Topgaswäschern (1, 4) und gegebenenfalls den Generatorgaswäschern (2, 3) zugeführt. Die Gaswäscher sind in zumindest zwei Waschstufen angeordnet. Das Waschwasser aus der ersten Waschstufe wird nach einer Kühlung in indirekten Wärmetauschern (6, 7) entspannt, entgast und nachfolgend in zumindest einen Eindicker (10) eingeleitet, in dem es zu einer Abtrennung von Feststoffen und von ausgefällten Karbonaten aus dem Waschwasser kommt. Das aufbereitete Waschwasser wird in die Topgaswäscher (1, 4) und gegebenenfalls in die Generatorgaswäscher (2, 3) rückgeführt.

Description

Verfahren und Anlage zur Behandlung von Waschwasser aus der Gaswäsche einer Direktreduktions- und/oder Schmelzreduktionsanlage

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Behandlung von Waschwasser aus der Gaswäsche von Topgas und/oder gegebenenfalls Generatorgas einer Direktreduktions- oder einer Schmelzreduktionsanlage, wobei das Waschwasser in zumindest zwei gasseitig in Reihe geschalteten Topgaswäschern und gegebenenfalls zumindest zwei weiteren gasseitig in Reihe geschalteten Generatorgaswäschern, in direkten Kontakt mit dem Topgas, und gegebenenfalls dem Generatorgas, gebracht, aus den Topgaswäschern und gegebenenfalls den Generatorgaswäschern abgeführt, aufbereitet und erneut den Topgaswäschern und gegebenenfalls den Generatorgaswäschern zugeführt wird , wobei die Topgaswäscher, und gegebenenfalls die Generatorgaswäscher, in zumindest zwei Waschstufen angeordnet sind .

STAND DER TECHNIK

Aus der DE 4032288 C2 ist ein Verfahren zur Behandlung von Waschwasser aus der Gaswäsche einer Eisenerzreduktionsanlage bekannt, bei welchem das Waschwasser in einem oder mehreren Gaswäschern mit einem Prozessgas in direkten Kontakt gebracht, aus den Gaswäschern abgezogen und nach einer Feststoffabscheidung den Gaswäschern abgekühlt wieder zugeführt wird. Hierbei wird das in einem Eindicker weitgehend von Feststoffen befreite Waschwasser über ein Warmwasserbecken in einen Kühlturm geleitet, in welchem das Wasser gekühlt wird. Gleichzeitig findet im Kühlturm eine Austreibung von überschüssigem im Wasser gelöstem Kohlendioxid , eine Anreicherung des Wassers mit Sauerstoff, eine Umwandlung der Kalzium- und Magnesium- Hydrogenkarbonate in Karbonate und von Eisenhydrogenkarbonat sowie von Eisensulfat in Eisen(ll l)hydroxid statt. Anschließend wird dieses chemisch destabilisierte Waschwasser in einem zweiten in Reihe geschalteten Eindicker durch Zugabe von Flockungs- und Koagulationsmitteln von den neu gebildeten und restlichen Feststoffen befreit, chemisch stabilisiert und über ein Kaltwasserbecken den Gaswäschern zugeführt.

Prozessgas aus einer Eisenerzreduktionsanlage enthält große Mengen an frisch reduzierten, sehr reaktionsfähigen Eisenpartikeln. Im Kontakt mit Waschwasser, das mit Kohlendioxid gesättigt ist, entsteht Eisenhydrogenkarbonat. Auf diese Weise wird ein großer Teil der Eisenfeststoffpartikel in eine lösliche Form übergeführt. Durch das Austreiben des Kohlendioxids und eine Anreicherung des Waschwassers mit Sauerstoff im Kühlturm zur Kühlung des Waschwassers entsteht aus Eisenhydrogenkarbonat und Eisensulfat ein Eisen(ll l)hydroxid, das im Wasser unlöslich ist und in Form von Flocken ausfällt. Die ausgefallenen Eisen(ll l)hydroxid-Flocken reagieren weiterhin mit dem im Waschwasser vorhandenen Sauerstoff und bilden feste Eisenoxide. Bei einer Schmelzreduktionsanlage enthält das Prozessgas noch eine große Menge von Kalzium- und Magnesiumoxidpartikeln, die mit dem kohlendioxidhältigen Waschwasser Hydrogenkarbonate bilden, welche nach der Belüftung im Kühlturm als Karbonate ausfallen .

Dieses aus dem chemischen Gleichgewicht geratene Wasser mit starken Ablagerungstendenzen wird aus dem Kühlturm abgeführt und einem weiteren Eindicker zugeführt. Durch eine erhöhte Verweilzeit und Zugabe von Flockungsmitteln werden im weiteren Eindicker die im Kühlturm eingeleiteten Feststoffausfallvorgänge zum größten Teil beendet und das Wasser wird stabilisiert, bevor es erneut für die Gaswäsche verwendet werden kann.

Nur durch einen großen apparativen Aufwand können die Ablagerungen im reinigungsproblematischen Wäscher- und Prozessbereich, der unter einem erhöhten Druck und vorhandenen brennbaren und giftigen Gase betrieben wird , so weit reduziert werden, dass ein Anlagenbetrieb auch für längere Zeiten ohne größere Probleme möglich ist.

Im Kühlturmbereich, der zellenweise zwecks Reinigung und Wartung periodisch abgestellt wird, treten jedoch erhebliche Mengen an Feststoffablagerungen auf. Bereits nach einer relativ kurzen Zeit wachsen die Wasserverteilersysteme und die Packung des Kühlturms vollständig zu und die Ablagerungen werden so hart, dass die Packung mehrere Male im Jahr erneuert werden muss.

Es wurden daher anstelle von Standardkühltürmen , die für die Kühlung von Waschwasser aus vergleichbaren Gaswäschen eingesetzt werden, Spezialkühltürme entwickelt, um die Zeitabstände zwischen den Reinigungszyklen zu verlängern und den Wartungsaufwand zu reduzieren. Dabei sind sehr große Kühltürme mit nur wenigen Einbauten und mit hoch aufgestellten Kühlturmtassen erforderlich, um ein Abfließen des Waschwassers zum zweiten Eindicker durch freies Gefälle zu ermöglichen. Außer Spezialdüsen für eine Verrieselung des Wassers unter einem höheren Druck sind verschiedene andere Maßnahmen notwendig, um den Reinigungsaufwand zu reduzieren und die Reinigungszeiten zu verkürzen. Neben einem hohen Aufwand für die Reinigung und Wartung ist auch der Energieverbrauch bedeutend höher als bei einem normalen Kühlturm. Die zusätzlichen Kosten für den zweiten in Serie geschalteten Eindicker und die spezifischen Investitionskosten für den Kühlturm sind ebenfalls sehr hoch .

Hierzu kommt noch ein zusätzlicher Platzbedarf für den zweiten in Serie geschalteten Eindicker und für eine Reserve-Kühlturmzelle, so dass es in vielen Fällen problematisch ist, derartige Anlagen in dem zur Verfügung stehenden Raum unterzubringen . Jedenfalls bedeuten derartige Anlagen sehr hohe Investitionskosten.

Ein weiteres Problem bei diesem bekannten Verfahren ist die Ausschleusung von relativ großen Mengen von Kohlenmonoxid in die Atmosphäre, da das Waschwasser in den Gaswäschern, die unter höherem Druck betrieben werden, in einen direkten Kontakt mit den Gasen, die überwiegend aus Kohlenmonoxid und Kohlendioxid bestehen, kommt. Besonders große Gasmengen werden mit dem wesentlich kälteren Rücklaufwasser aus der zweiten Waschstufe der Gaswäsche in die Atmosphäre ausgeschleust. Ein Teil von diesen Gasen entweicht aus dem Wasser im ersten Eindicker, der unter atmosphärischen Druck betrieben wird , und der Rest wird im Kühlturm ausgetrieben.

Aus der EP 0 914295 B1 ist es bekannt, dass nur das Wasser aus der ersten Stufe der Gaswäsche durch einen Eindicker zur Absetzung von Feststoffen geleitet, dann anstelle eines Kühlturms in einem indirekten Wärmetauscher gekühlt und das mit Wasserdampfkondensat verdünnte, mit Kohlendioxid nach Entspannung übersättigte Rücklaufwasser von der zweiten Waschstufe, ohne Abscheidung der Feststoffe und ohne Verbindung zur Atmosphäre, ungekühlt diesem Wasser zugegeben wird, damit im Wasser gelöste Salze in Lösungsform bleiben und nicht als Ablagerungen ausfallen. Weiterhin ist vorgesehen worden in dieses Wasser kohlendioxidhältiges Gas zur Anreicherung mit Kohlendioxid einzuleiten, um es so weit aus dem Ablagerungsbereich zu verschieben, und so Ablagerungen im Wasserkreislauf zu vermeiden.

Dieses Verfahren wurde industriell nicht realisiert, da es im indirekten Wärmetauscher durch Abkühlung des Wassers zur Ablagerungen und Verstopfungen des Wärmetauschers innerhalb relativ kurzer Zeit kommt. Da die Löslichkeit der Salze mit fallender Temperatur des Wassers abnimmt, so dass das mit Karbonaten und Hydrogenkarbonaten gesättigte Wasser aus dem Eindicker durch Abkühlung im indirekten Wärmetauscher übersättigt wird , fallen die überschüssigen Salze aus und führen zu Ablagerungen. Eine relativ komplizierte Prozessführung und mögliche Unfälle durch Kohlenmonoxid sind weitere Nachteile dieses Verfahrens.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren und eine Anlage zum Behandeln von Waschwasser aus der Gaswäsche einer Direktreduktions- oder aus einer Schmelzreduktionsanlage zur Verfügung zu stellen, das Umweltbelastungen und Verluste von Prozesswasser reduziert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 und des Anspruchs 12. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Waschwasser wird in zumindest zwei gasseitig in Reihe geschalteten Gaswäschern, welche in zwei Waschstufen angeordneten sind, mit Topgas und/oder gegebenenfalls mit Generatorgas aus einer Direktreduktions- oder Schmelzreduktionsanlage in direkten Kontakt gebracht, aus den Gaswäschern abgeleitet, gekühlt und nach einer Feststoffab- scheidung den Gaswäschern wieder zugeführt. Für die Behandlung des Topgases sind zumindest zwei gasseitig in Reihe geschaltete Topgaswäscher und gegebenenfalls für das Generatorgas zumindest zwei gasseitig in Reihe geschaltete Generatorgaswäscher vorgesehen .

Durch das erfindungsgemäße Verfahren erfolgt die Abscheidung von Feststoffen, die prozessbedingt im Topgas und im Generatorgas enthalten sind, und die Abscheidung von Karbonaten, welche nach einer Entgasung von Kohlendioxid aus dem Waschwasser aus Hydrogenkarbonaten gebildet werden, nur im Eindicker nicht aber in anderen Aggregaten, wie z.B. den Rohrleitungen des Wasserkreislaufs oder den Wärmetauschern. Damit werden ungewollte Ablagerungen in Anlagenteilen vermieden, sodass Fehlfunktionen ausgeschlossen oder aufwändige Reparaturen bzw. Wartungen entfallen können.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird das Waschwasser aus dem Topgaswäscher, und gegebenenfalls dem Generatorgaswäscher, der ersten Waschstufe und insbesondere nach einer Abkühlung in indirekten Wärmetauschern, und bevorzugt nach einer Entgasung in zumindest einen Entgasungsbehälter und in zumindest einen Eindicker eingeleitet. Im Eindicker kommt es zum Absetzen von Feststoffen und zum Ausfall und anschließendem Absetzen der bei der Entgasung von Kohlendioxid entstehenden Karbonate und Hydroxide. Dadurch erfolgt eine Abtrennung vom Waschwasser. Das so behandelte, aufbereitete Waschwasser kann optional in einen Vorlaufwasserbehälter eingeleitet und z.B. über eine Vorlaufwasserpumpe in die Topgaswäscher bzw. die Generatorgaswäscher rückgeführt werden. Das rückgeführte zumindest teilweise aufbereitete Waschwasser wird als Vorlaufwasser bezeichnet.

Das Waschwasser aus der zweiten Waschstufe des Topgaswäschers und gegebenenfalls aus dem Generatorgaswäscher kann ungekühlt oder nach einer Kühlung in indirekten Wärmetauschern dem Waschwasser aus dem Eindicker beigemischt werden, wodurch Ablagerungen im Wasserkreislauf weitgehend vermieden oder zumindest sehr stark reduziert werden können.

Obwohl das Wasser aus der ersten Waschstufe große Mengen an Eisen-, Kalzium- und Magnesiumhydrogenkarbonaten beinhaltet, kommt es in den, unter einem gegenüber dem Atmosphärendruck erhöhtem Druck betriebenen, indirekten Wärmetauschern zu keinen Ablagerungen, da das im Waschwasser enthaltene Kohlendioxid in gelöster Form vorliegt. Erst nach der Abkühlung des Waschwassers und einer Entgasung von Kohlendioxid in zumindest einem Entgasungsbehälter kommt es im Eindicker zur Umwandlung von Hydrogenkarbonaten in Karbonate. Karbonate fallen aufgrund der langen Verweilzeit im Eindicker aus und werden mit anderen Feststoffpartikeln ausgeschieden.

Durch die Kühlung des Waschwassers aus dem Topgaswäscher und gegebenenfalls dem Generatorgaswäscher der ersten Waschstufe und optional aus den Topgaswäscher und gegebenenfalls dem Generatorgaswäscher der zweiten Stufe vor einer Entspannung wird weniger an im Waschwasser adsorbierten Kohlenmonoxid und Kohlendioxid in die Atmosphäre ausgeschleust, als bei einer Entspannung des Waschwassers bei höheren Temperaturen , da die Löslichkeit von beiden Gasen bei geringen Wassertemperaturen größer ist als bei höheren Temperaturen.

Eine weitere Maßnahme zur Vermeidung von Ablagerungen stellt die Zugabe von mit Kohlendioxid angereichertem, wärmerem Waschwasser aus dem Topgas- und gegebenenfalls aus dem Generatorgaswäscher der zweiten Waschstufe dar.

Die Ausschleusung von Kohlenmonoxid in die Atmosphäre wird stark reduziert. Auch die Investitions- und Betriebskosten sowie der Platzbedarf werden wesentlich verringert.

Bei einer alternativen Variante erfolgt die Kühlung des Waschwassers aus dem Topgas- und gegebenenfalls aus dem Generatorgaswäscher der ersten Waschstufe und gegebenenfalls aus dem Generatorgaswäscher der zweiten Waschstufe in zumindest einem indirekten Wärmetauscher und zwar nach einer Entspannung des Waschwassers. Die hat den Vorteil, dass die indirekten Wärmetauscher nicht mehr unter erhöhtem Anlagendruck betrieben werden müssen . Nachteilig ist dabei jedoch, dass es durch die Abkühlung des entspannten und zum Teil entgasten Waschwassers, bei Vorliegen von weniger Kohlendioxid und bei reduzierter Löslichkeit von Hydrogenkarbonaten und Karbonaten bei niedrigeren Wassertemperaturen zu Ablagerungen in den indirekten Wärmetauschern kommen kann.

Durch Entgasung des abgekühlten Waschwassers aus der ersten Waschstufe und gegebenenfalls der zweiten Waschstufe aus dem Generatorgaswäschers in einem oder mehreren Entgasungsbehältern , wird ein Teil von Hydrogenkarbonaten erst danach in Karbonate umgewandelt, wobei diese im Eindicker ausfallen und mit Feststoffen als Schlamm ausgetragen werden.

Das Waschwasser aus dem Topgaswäscher, und gegebenenfalls aus dem Generatorgaswäscher, jeweils der zweiten Waschstufe, kann nach oder ohne eine Abkühlung in den indirekten Wärmetauschern, jedoch ohne eine Entgasung dem aufbereiteten Waschwasser aus dem Eindicker beigemischt werden. Dies kann z.B. im Vorlaufwasserbehälter erfolgen. Im Vorlaufwasserbehälter kann ein Teil von Kohlendioxid und Kohlenmonoxid entgast und über eine Rohrleitung einer Fackelanlage zur Verbrennung zugeführt werden.

Durch eine bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Waschwasser des Topgaswäschers aus der zweiten Waschstufe und gegebenenfalls des Generatorgaswäschers aus der zweiten Waschstufe, ohne eine Abkühlung oder nach einer Abkühlung in indirekten Wärmetauschern, jedoch ohne Entgasung direkt in die Saugleitung der Vorlaufwasserpumpe eingebracht, wobei die eingebrachte Menge kleiner ist als die geförderte Menge. Auf diese Weise wird erreicht, dass kleine Kohlendioxid-Gasbläschen im Waschwasser verbleiben , unter dem erhöhten Druck der Vorlaufwasserpumpe wieder im Waschwasser aufgelöst werden und zu einer weiteren Verschiebung des Gleichgewichts des Mischwassers aus dem Ablagerungsbereich beitragen.

Durch Beimischung des Waschwassers aus dem Topgaswäscher der zweiten Waschstufe, und gegebenenfalls aus dem Generatorgaswäscher der zweiten Waschstufe, in das aufbereitete Waschwasser aus dem Eindicker, ohne Kontakt dieses Waschwassers mit der Atmosphäre, wird erreicht, dass kein Gas aus dem Waschwasser in die Atmosphäre entweichen kann.

Da es bei der Einleitung von Waschwasser aus der zweiten Waschstufe in den Vorlaufwasserbehälter zum Entweichen eines Teils des Kohlendioxids und Kohlen- monoxids aus dem ischwasser kommen kann , ist die Einleitung des Waschwassers aus der zweiten Stufe direkt in die Saugleitung eine bevorzugte Variante.

Nach einer weiterentwickelten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Wassermengen zu den einzelnen Gaswäschern so aufgeteilt und/oder die Kühlwassermengen zu den indirekten Wärmetauschern so eingestellt, dass die Temperatur des Vorlaufwassers um etwa 1 °C höher ist als die Temperatur des abgekühlten und aufbereiteten Waschwassers aus dem Eindicker. Durch die Erhöhung der Temperatur des mit Hydrogenkarbonaten und Karbonaten gesättigten , aufbereiteten Waschwassers aus dem Eindicker führt neben dem im Waschwasser gelösten Kohlendioxid auch die höhere Wassertemperatur zu einer Stabilisierung des Vorlaufwaschwassers, da die Löslichkeit von Karbonaten mit steigender Temperatur höher wird. Es ist eine Temperaturerhöhung von etwa 1 °C vorteilhaft, da eine zu hohe Vorlaufwassertemperatur Nachteile auf der Gasseite mit sich bringen könnte.

Erfindungsgemäß wird der Topgaswäscher, und gegebenenfalls der Generatorgaswäscher, der ersten Waschstufe mit Warmwasser und/oder mit einer reduzierten Wassermenge betrieben wird, sodass es im Topgaswäscher und gegebenenfalls im Generatorgaswäscher zur Bildung von Dampf kommt, wobei ein Teil der fühlbaren Wärme aus dem Topgas, und gegebenenfalls aus dem Generatorgas, über das Waschwasser in den Eindicker abgeführt wird und die restliche, fühlbare Wärme in Dampfform in den Topgaswäscher, und gegebenenfalls den Generatorgaswäscher, der zweiten Stufe übergeführt wird.

Durch den Betrieb mit warmem Waschwasser und/oder mit reduzierten Wassermengen und/oder der Verwendung von für geringere Waschwassermengen ausgelegten Topgasbzw. Generatorgaswäscher, wird in der ersten Waschstufe nur ein kleinerer Teil der fühlbaren Wärme der Gase mit dem Waschwasser bzw. dem Kühlwasser der indirekten Wärmetauscher abgeführt. Ein großer Teil der fühlbaren Wärme wird in Dampfform in den Topgaswäscher und gegebenenfalls den Generatorgaswäscher der zweiten Stufe übergeleitet und mit Kühlwasser bzw. Waschwasser abgeführt. Dadurch wird die Abwärme der Gase für die Erzeugung von entsalztem Zusatzwasser, sogenanntem Kondensat, genutzt. Je höher die Gastemperatur aus der ersten Waschstufe ist, desto mehr Kondensat wird dem Vorlaufwasser über die zweite Waschstufe zugeführt. Das dem Waschwasserkreislauf über die zweite Waschstufe zugeführte, weitgehend salzfreie Kondensat führt zu einer Verdünnung und zu einem weiteren Herausführen des Vorlaufwassers aus dem Ablagerungsbereich. Da ein großer Teil der Kreislaufwassermenge über den Topgaswäscher und gegebenenfalls den Generatorgaswäscher der zweiten Waschstufe im Bypass zum Eindicker geführt wird und nur ein kleinerer Teil über den Topgaswäscher und gegebenenfalls den Generatorgaswäscher der ersten Waschstufe und über den Eindicker geführt wird, kann der Eindicker wesentlich kleiner ausgelegt bzw. gebaut werden, wodurch der Platzbedarf für die Wasseraufbereitungsanlage und die Investitionskosten insgesamt geringer werden.

Durch die Verlagerung der Wärmeabführung in die zweite Waschstufe wird erreicht, dass der Wasserkreislauf mit einer minimalen Menge an Zusatzwasser oder ohne Zusatzwasser betrieben werden kann. Die minimalen Waschwasserverluste durch die Verdunstung des Wassers aus dem mit abgekühlten Wasser betriebenen Eindicker und die Wasserverluste durch Schlamm können durch das in der Reduktion von Eisenoxiden mit Wasserstoff entstehende Wasser gedeckt werden , so dass der Waschwasserkreislauf ohne Zusatzwasser betrieben werden kann.

Da die meisten Kalzium- und Magnesiumoxide und metallischen Eisenpartikel mit dem Generatorgas der Gaswäsche zugeführt werden, kann es vorteilhaft sein das Waschwasser aus den beiden Waschstufen bzw. aus den verschiedenen Gaswäschern auch getrennt zu behandeln und aufzubereiten .

Die erfindungsgemäße Anlage sieht zur Entspannung und Entgasung des Waschwassers aus dem Topgaswäscher und gegebenenfalls aus dem Generatorgaswäscher der ersten Waschstufe zumindest eine Entgasungsvorrichtung vor. Diese ist leitungsmäßig mit zumindest einem Eindicker verbunden, in dem es zu einer Abtrennung von Feststoffen und von ausgefällten Karbonaten aus dem Waschwasser kommt. Dabei setzen sich die Feststoffe ab und das aufbereitete Waschwasser kann einer erneuten Nutzung zugeführt werden. Nachfolgend wird das aufbereitete Waschwasser aus dem zumindest einen Eindicker, insbesondere über zumindest einen Vorlaufwasserbehälter, und, bevorzugt mittels zumindest einer Vorlaufwasserpumpe, in die Topgaswäscher und gegebenenfalls in die Generatorgaswäscher rückgeführt.

Erfindungsgemäß sind zur Kühlung des Waschwassers aus dem Topgaswäscher und/oder gegebenenfalls aus dem Generatorgaswäscher der ersten Waschstufe, indirekte Wärmetauscher vorgesehen , welche in einer Ableitung des Topgaswäschers und gegebenenfalls in einer Ableitung des Generatorgaswäschers angeordnet und über eine Entgasungsleitung mit der Entgasungsvorrichtung verbunden sind. Durch die Kühlung wird die Löslichkeit für Gase im Waschwasser reduziert. Aufgrund des bei der Kühlung in den Wärmetauschern vorliegenden Druckes kommt es aber zu keiner ungewollten Abscheidung von Gasen bzw. kann die Ausfällung von Feststoffen im

Wärmetauscher sicher vermieden werden. Damit ist sichergestellt, dass Ausscheidungen

erst nach der Entgasung im Eindicker auftreten.

Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Anlage wird das aufbereitete

Waschwasser mittels der Vorlaufwasserpumpe und einer Vorlaufwasserleitung in die

Topgaswäscher und gegebenenfalls in die Generatorgaswäscher rückgeführt, wobei die

erste und die zweite Waschstufe über Vorlaufwasserleitungen und/oder die Topgaswäscher über Vorlaufwasserleitungen und/oder die Generatorgaswäscher über Vorlaufwasserleitungen jeweils hinsichtlich der Führung des Waschwassers parallel geschaltet sind.

Durch diese Maßnahme kann der apparative Aufwand gering gehalten werden .

Eine vorteilhafte Variante der erfindungsgemäßen Anlage sieht vor, dass der Topgaswäscher, und/oder gegebenenfalls der Generatorgaswäscher über Ableitungen mit der

Saugleitung der Vorlaufwasserpumpe in Verbindung stehen, sodass das Waschwasser

aus den Wäschern abgeführt und in die Saugleitung verbracht werden kann. Damit kann

das Waschwasser aus der zweiten Waschstufe ohne eine vorherige Entgasung oder

einem Kontakt mit der Atmosphäre direkt mit dem aufbereiteten Waschwasser aus dem

Eindicker gemischt werden.

Erfindungsgemäß sind zur Kühlung des Waschwassers aus dem Topgaswäscher

und/oder gegebenenfalls aus dem Generatorgaswäscher der zweiten Waschstufe,

jeweils indirekte Wärmetauscher vorgesehen, welche in einer Ableitung des Topgaswäschers und/oder gegebenenfalls in einer Ableitung des Generatorgaswäschers

angeordnet sind. Die Ableitungen können in eine gemeinsame Ableitung zusammengeführt werden, die wiederum in die Vorlaufwasserleitung mündet. Es sind aber auch

separate Ableitungen in die Vorlaufwasserleitung möglich.

Nach einer speziellen erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Anlage weist die

Entgasungseinrichtung eine Zwangsbelüftung auf. Durch die Zwangsentlüftung wird die

Entgasung durch ein Trägergas intensiviert, damit können die bei der Entgasung

anfallenden Gase abgeführt und der Betriebsdruck eingestellt werden.

Eine bevorzugte Variante der erfindungsgemäßen Anlage sieht vor, dass die indirekten

Wärmetauscher als Rohr-Wärmetauscher mit großem installiertem Gefälle ausgeführt

sind. Bevorzugt wird ein Gefälle von 90 bis 45°, besonders bevorzugt ein Gefälle von 90

Kommentar [al]: Eevocwjl 9 bis 60° ausgeführt. Damit kann auch [ Waschwasser aus der erst^ St^e. da^ größere 45", besondere bewiugt 90- SO'.ldealei eise vertioal ⁽90 ) Mengen an Feststoffen und an gröberen Partikeln beinhaltet sicher behandelt werden,

ohne dass es dabei zu Ablagerungen oder Störungen in den Wärmetauschern kommt. Erfindungsgemäß stehen die indirekten Wärmetauscher der ersten Waschstufe und/oder die indirekten Wärmetauscher der zweiten Waschstufe unter atmosphärischen Überdruck. Dies hat den Vorteil, dass Abscheidungen in den Wärmetauschern sicher vermieden werden können.

Gemäß einer vorteilhafte Variante der erfindungsgemäßen Anlage sind der Topgaswäscher, und gegebenenfalls der Generatorgaswäscher, der ersten Waschstufe derart für geringe Waschwassermengen ausgelegt, sodass es durch den direkten Kontakt des Topgases bzw. des Generatorgases mit Wasser zur Bildung von Dampf kommt. Durch die Verwendung von für geringere Waschwassermengen ausgelegten Topgas- bzw. Generatorgaswäscher, wird in der ersten Waschstufe nur ein geringer Teil (typischerweise <50%) der fühlbaren Wärme der Gase mit dem Waschwasser bzw. dem Kühlwasser der indirekten Wärmetauscher abgeführt. Ein großer Teil der fühlbaren Wärme wird in Dampfform in den Topgaswäscher und gegebenenfalls den Generatorgaswäscher der zweiten Stufe übergeleitet und mit Kühlwasser bzw. Waschwasser abgeführt. Die Abwärme der Gase wird dabei für die Erzeugung von entsalztem Zusatzwasser, sogenanntem Kondensat, genutzt. Das dem Waschwasserkreislauf über die zweite Waschstufe zugeführte, weitgehend salzfreie Kondensat führt zu einer Verdünnung und zu einem weiteren Herausführen des Vorlaufwassers aus dem Ablagerungsbereich . Die dabei erzielten Effekte können durch die Kombination der Auslegung für geringe Wassermengen und/oder mit der Verwendung von warmem Waschwasser und/oder von reduzierten Wassermengen weiter gesteigert werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Figur 1 dargestellten nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels näher erläutet. Die Figur zeigt die schemenhaft eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Anlage zur Behandlung von Waschwasser aus der Gaswäsche von Topgas und/oder Generatorgas einer Direktre- duktions- oder einer Schmelzreduktionsanlage.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Anlage sind besonders geeignet für die Behandlung von Gasen aus der Eisenmetallurgie, der Roheisenerzeugung und der Erzeugung von Stahlvorprodukten . Das dargestellte Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Reinigung und Kühlung der in einer aus einem Reduktionsschachtofen oder aus Wirbelschichtreaktoren und aus einem Einschmelzvergaser bestehender Eisenerzreduktions- bzw. Schmelzreduktionsanlage erzeugten Gase. Das Gas aus dem Reduktionsschachtofen oder aus dem Wrbelschichtreaktor wird Topgas TG und das vom Einschmelzvergaser erzeugte Gas als Generatorgas GG bezeichnet. Die Anlage weist zumindest zwei Waschstufen A und B mit zumindest jeweils einem Topgaswäscher auf.

Für den Fall, dass neben dem Topgas auch Generatorgas behandelt werden soll, wird in jeder Waschstufe zusätzlich zum Topgaswäscher zumindest ein Generatorgaswäscher vorgesehen . Die erste Waschstufe A umfasst somit beispielsweise einen Topgaswäscher 1 zum Waschen des Topgases und ein Generatorgaswäscher 2 zum Waschen des Generatorgases. In der zweiten Waschstufe B sind ein Topgaswäscher 3 zum Waschen des Generatorgases und ein Generatorgaswäscher 4 zum Waschen des Topgases vorgesehen.

Die Topgaswäscher 1 und 4 und die Generatorgaswäscher 2 und 3 sind jeweils gasseitig in Reihe geschaltet. Das Waschwasser wird allen Gaswäschern 1 bis 4 über Vorlaufwasserleitungen 5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f zugeführt. Die beiden Waschstufen selbst und die Gaswäscher 1 und 2 der ersten Waschstufe und die Gaswäscher 3 und 4 der zweiten Waschstufe sind in Bezug auf die Führung des Waschwassers jeweils parallel zueinander geschaltet.

Das aus den Gaswäschern 1 und 2 der ersten Waschstufe herausgeführte mit Verunreinigungen aus dem Topgas und dem Generatorgas belastete Waschwasser wird jeweils in indirekten, mit einem Gefälle installierten Rohr-Wärmetauschern 6 und 7, die unter Druck betrieben werden, abgekühlt, in einem Entgasungsbehälter 8, mit oder ohne Zwangsbelüftung 9 entgast und in einen Eindicker 10 geleitet, in welchem sich die Feststoffe und die durch Entgasung von Kohlendioxid gebildeten und durch Abkühlung des Wassers ausgefallenen Karbonate absetzen. Das von Feststoffen und überschüssigen Karbonaten befreite nun aufbereitete Waschwasser kann in einen Vorlaufwasserbehälter 1 1 eingeleitet werden , der als Vorlagebehälter für die Vorlaufwasserpumpe 12 dient. Es ist aber auch möglich die Anlage ohne einen Vorlaufwasserbehälter 1 1 zu betreiben.

Das aus den Gaswäschern 3 und 4 der zweiten Waschstufe abgeführte Waschwasser wird nach einer Kühlung in den indirekten , mit Gefälle installierten Rohr-Wärmetauschern 13 und 14 in die Saugleitung 15 der Vorlaufwasserpumpe 12 eingeleitet. Es ist auch denkbar das aus der zweiten Waschstufe abgeführte Waschwasser ungekühlt in die Saugleitung 15 einzuleiten. Die Wärmetauscher 13 und 14 sind in der Ableitung 4a des Topgaswäschers 4 bzw. in der Ableitung 3a des Topgaswäschers 3 angeordnet. Die Ableitungen 3a und 4a können vor der Einleitung in die Saugleitung 15 in einer Leitung zusammengeführt werden.

Es sind indirekte Wärmetauscher 6, 7 vorgesehen, welche in einer Ableitung 1 a des Topgaswäschers 1 und gegebenenfalls in einer Ableitung 2a des Generatorgaswäschers 2 angeordnet sind und welche über eine Entgasungsleitung 16 mit der Entgasungsvorrichtung 8 verbunden sind.

Das Waschwasser aus der zweiten Waschstufe ist kohlendioxidreich, hat eine höhere Temperatur als das Waschwasser vom Eindicker 10 und ist durch entsalztes Kondensat stark verdünnt.

Durch Beimischung des wärmeren Waschwassers aus der zweiten Waschstufe und Erwärmung des mit Karbonaten und Hydrogenkarbonaten gesättigten Waschwassers aus dem Eindicker 10 um etwa 1 °C, einer Anreicherung mit Kohlendioxid und einer Verdünnung mit Kondensat, wird die Gleichgewichtszusammensetzung des Vorlaufwassers so weit aus dem Ablagerungsbereich herausgeführt, dass der Waschwasserkreislauf ohne dem Problem von Ablagerungen, betrieben werden kann.

Durch die Führung eines größeren Anteils des Waschwassers im Kreislauf über die zweite Waschstufe 3 und 4, ohne einen Kontakt dieses Waschwassers zur Atmosphäre, kann ein kleinerer Eindicker vorgesehen werden.

Alternativ kann das Verfahren auch ohne eine Entgasung des Waschwassers aus der ersten Waschstufe betrieben werden , wobei das Waschwasser aus der ersten Waschstufe nach der Kühlung in den Eindicker eingebracht wird . Vorteilhaft wird dabei auch das Entweichen von Kohlenmonoxid in die Atmosphäre stark reduziert.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Topgaswäscher der ersten Waschstufe

2 Generatorgaswäscher der ersten Waschstufe

3 Topgaswäscher der zweiten Waschstufe

4 Generatorgaswäscher der zweiten Waschstufe

5 Vorlaufwasserleitung (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f)

6 Wärmetauscher

7 Wärmetauscher

8 Entgasungsvorrichtung

9 Zwangsbelüftung

10 Eindicker

1 1 Vorlaufwasserbehälter

12 Pumpe

13 Wärmetauscher

14 Wärmetauscher

15 Saugleitung

16 Entgasungsleitung

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1 . Verfahren zur Behandlung von Waschwasser aus der Gaswäsche von Topgas und/oder gegebenenfalls Generatorgas einer Direktreduktions- oder einer Schmelzreduktionsanlage, wobei das Waschwasser in zumindest zwei gasseitig in Reihe geschalteten Topgaswäschern (1 , 4), und gegebenenfalls zumindest zwei weiteren gasseitig in Reihe geschalteten Generatorgaswäschern (2, 3), in direkten Kontakt mit dem Topgas, und gegebenenfalls dem Generatorgas, gebracht, aus den Topgaswäschern (1 , 4) und gegebenenfalls den Generatorgaswäschern (2, 3) abgeführt, aufbereitet und erneut den Topgaswäschern (1 , 4) und gegebenenfalls den Generatorgaswäschern (2, 3) zugeführt wird, wobei die Topgaswäscher (1 , 4), und gegebenenfalls die Generatorgaswäscher (2, 3), in zumindest zwei Waschstufen angeordnet sind , dadurch gekennzeichnet, dass das Waschwasser aus dem Topgaswäscher (1) und gegebenenfalls dem Generatorgaswäscher (2) der ersten Waschstufe, insbesondere nach einer Kühlung, bevorzugt in indirekten Wärmetauschern (6, 7), in einer Entgasungsvorrichtung (8) entspannt und entgast wird , nachfolgend in zumindest einen Eindicker (10) eingeleitet wird, in dem es zu einer Abtrennung von Feststoffen und von ausgefällten Karbonaten aus dem Waschwasser kommt, wobei das aufbereitete Waschwasser aus dem zumindest einen Eindicker (10) nachfolgend, insbesondere über zumindest einen Vorlaufwasserbehälter (1 1), und, bevorzugt mittels zumindest einer Vorlaufwasserpumpe (12), in die Topgaswäscher (1 , 4) und gegebenenfalls in die Generatorgaswäscher (2, 3) rückgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Waschwasser aus dem Topgaswäscher (4) der zweiten Stufe und gegebenenfalls aus dem Gene- ratorgaswäscher (3) der zweiten Stufe, insbesondere nach einer Kühlung in zumindest einem indirekten Wärmetauscher (13, 14), dem aufbereiteten Wasser aus dem Eindicker (10) beigemischt und den Topgaswäschern (1 , 4) und gegebenenfalls den Generatorgaswäschern (2, 3) zugeführt wird .

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das

Waschwasser aus dem Topgaswäscher (4), und/oder gegebenenfalls aus dem Generatorgaswäscher (3), der zweiten Waschstufe nach einer Entspannung auf atmosphärischen Druck im indirekten Wärmetauscher (14), und gegebenenfalls im indirekten Wärmetauscher (13), abgekühlt wird .

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das

Waschwasser aus dem Topgaswäscher (4), und/oder gegebenenfalls aus dem Generatorgaswäscher (3), der zweiten Waschstufe, insbesondere nach einer Kühlung in indirekten Wärmetauschern (13, 14), dem aufbereiteten Waschwasser aus dem Eindicker (10) ohne Entgasung beigemischt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einleitung des Waschwassers aus dem Topgaswäscher (4), und/oder gegebenenfalls aus dem Generatorgaswäscher (3), der zweiten Waschstufe direkt in die Saugleitung der Vorlaufwasserpumpe (12), erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des mittels der Vorlaufwasserpumpe (12) rückgeführten Waschwassers um etwa 1 °C höher als die Temperatur des aufbereiteten Waschwassers aus dem Eindicker (10) ist.

7. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Topgaswäscher (1), und gegebenenfalls der Generatorgaswäscher (2), der ersten Waschstufe mit Warmwasser und/oder mit einer reduzierten Wassermenge betrieben wird, sodass es im Topgaswäscher (1 ) und gegebenenfalls im Generatorgaswäscher (2) zur Bildung von Dampf kommt, wobei ein Teil der fühlbaren Wärme aus dem Topgas, und gegebenenfalls aus dem Generatorgas, über das Waschwasser in den Eindicker (10) abgeführt wird und die restliche, fühlbare Wärme in Dampfform in den Topgaswäscher (4), und gegebenenfalls den Generatorgaswäscher (3), der zweiten Stufe übergeführt wird.

8. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die über den Topgaswäscher (4), und gegebenenfalls den Generatorgaswäscher (3), der zweiten Waschstufe und über die Vorlaufwasserpumpe (12) geführte Kreislaufwassermenge größer ist als die über den Topgaswäscher (1), und gegebenenfalls den Generatorgaswäscher (2), der ersten Waschstufe über den Eindicker (10) und die Vorlaufwasserpumpe (12) geführte Kreislaufwassermenge.

9. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die über den Topgaswäscher (1 ), und gegebenenfalls den Generatorgaswäscher (2), der ersten Waschstufe abgeführten Wärmemengen und die über den Topgaswäscher (4), und gegebenenfalls den Generatorgaswäscher (3), der zweiten Waschstufe so eingestellt werden , dass ein Waschwasserkreislauf mit einer geringen Menge, insbesondere 1 bis 10% der Kreislaufwassermenge, an Zusatzwasser oder ohne Zusatzwasser betrieben werden kann.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Wasserverluste, die durch eine Verdunstung von Waschwasser im Eindicker (10) entstehen, weitgehend durch Wasser, das bei der Reduktion von Eisenoxiden mit Wasserstoff entsteht, ausgeglichen werden.

1 1 . Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Waschwasser aus den beiden Waschstufen bzw. aus den verschiedenen Topgaswäschern (1 , 4) und gegebenenfalls aus den Generatorgaswäschern (2, 3) gemeinsam oder getrennt voneinander aufbereitet wird.

12. Anlage zur Behandlung von Waschwasser aus der Gaswäsche von Topgas und/oder Generatorgas einer Direktreduktions- oder einer Schmelzreduktionsanlage mit zwei gasseitig in Reihe geschalteten Topgaswäschern (1 , 4), und gegebenenfalls zwei weiteren gasseitig in Reihe geschalteten Generatorgaswäschern (2, 3), in denen Wasser in direkten Kontakt mit dem Topgas, und gegebenenfalls dem Generatorgas, gebracht werden kann, wobei das dabei gebildete Waschwasser mittels Ableitungen (1 a, 4a) aus den Topgaswäschern (1 , 4) und gegebenenfalls mittels Ableitungen (2a, 3a) aus den Generatorgaswäschern (2, 3) abgeführt, aufbereitet und über Vorlaufwasserleitungen (5, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f) erneut den Topgaswäschern (1 , 4) und gegebenenfalls den Generatorgaswäschern (2, 3) zugeführt werden kann , wobei die Topgaswäscher (1 , 4), und gegebenenfalls die Generatorgaswäscher (2, 3), in zwei Waschstufen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entspannung und Entgasung des Waschwassers aus dem Topgaswäscher (1 ) und gegebenenfalls aus dem Generatorgaswäscher (2) der ersten Waschstufe zumindest eine Entgasungsvorrichtung (8) vorgesehen ist, welche leitungsmäßig mit zumindest einem Eindicker (10) verbunden ist, in dem es zu einer Abtrennung von Feststoffen und von ausgefällten Karbonaten aus dem Waschwasser kommt, wobei das aufbereitete Waschwasser aus dem zumindest einen Eindicker (10) nachfolgend, insbesondere über zumindest einen Vorlaufwasserbehälter (1 1), und, bevorzugt mittels zumindest einer Vorlaufwasserpumpe (12), in die Topgaswäscher (1 , 4) und gegebenenfalls in die Generatorgaswäscher (2, 3) rückgeführt werden kann.

13. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kühlung des Waschwassers aus dem Topgaswäscher (1) und/oder gegebenenfalls aus dem Generatorgaswäscher (2) der ersten Waschstufe, indirekte Wärmetauscher (6, 7) vorgesehen sind, welche in einer Ableitung (1 a) des Topgaswäschers (1) und gegebenenfalls in einer Ableitung (2a) des Generatorgaswäschers (2) angeordnet und über eine Entgasungsleitung (16) mit der Entgasungsvorrichtung (8) verbunden sind.

14. Anlage nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das aufbereitete Waschwasser mittels der Vorlaufwasserpumpe (12) und einer Vorlaufwasserleitung (5) in die Topgaswäscher (1 , 4) und gegebenenfalls in die Generatorgaswäscher (3, 4) rückgeführt wird, wobei die erste und die zweite Waschstufe über Vorlaufwasserleitungen (5a, 5b) und/oder die Topgaswäscher (1 , 4) über Vorlaufwasserleitungen (5c, 5d) und/oder die Generatorgaswäscher (2, 3) über Vorlaufwasserleitungen (5e, 5f) jeweils hinsichtlich der Führung des Waschwassers parallel geschaltet sind .

15. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Topgaswäscher (4), und/oder gegebenenfalls der Generatorgaswäscher (3) über Ableitungen (3a, 4a) mit der Saugleitung (15) der Vorlaufwasserpumpe (12) in Verbindung stehen, sodass das Waschwasser aus den Wäschern abgeführt und in die Saugleitung verbracht werden kann.

16. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kühlung des Waschwassers aus dem Topgaswäscher (4) und/oder gegebenenfalls aus dem Generatorgaswäscher (3) der zweiten Waschstufe, jeweils indirekte Wärmetauscher (14, 13) vorgesehen sind, welche in einer Ableitung (4a) des Topgaswäschers (4) und/oder gegebenenfalls in einer Ableitung (3a) des Generatorgaswäschers (2) angeordnet sind.

17. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die

Entgasungseinrichtung (8) eine Zwangsbelüftung (9) aufweist.

18. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die indirekten Wärmetauscher als Rohr-Wärmetauscher mit großem installiertem Gefälle ausgeführt sind.

19. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die indirekten Wärmetauscher (6, 7) der ersten Waschstufe und/oder die indirekten Wärmetauscher (13, 14) der zweiten Waschstufe unter atmosphärischen Überdruck stehen .

20. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Topgaswäscher (1), und gegebenenfalls der Generatorgaswäscher (2), der ersten Waschstufe derart für geringe Waschwassermengen ausgelegt sind, sodass es durch den direkten Kontakt des Topgases bzw. des Generatorgases mit Wasser zur Bildung von Dampf kommt.