WO2015000604A1 - Entschwefelung von gasen bei der herstellung von roheisen - Google Patents

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Siemens Vai Metals Technologies Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a process for producing molten pig iron, the process comprising the reduction of iron-oxide starting materials to a partially reduced first iron product in a first reduction system using a reduction gas and removal of the ver ⁇ needed in the reduction of the reducing gas as export gas, the removal of CO 2 from the export gas and introduction of the export gas in at least a second ⁇ reduction plant for producing a partially reduced second iron product, introducing the partially reduced first iron product, a
  • Meltdown gasifier the gasification of the carbon carrier with the oxygen-containing gas and melting the partially reduced first iron product to liquid pig iron with formation of the reducing gas in the melter gasifier and the introduction of at least a subset of the reducing gas in the first reduction plant by means of a reducing gas line comprises.
  • Coke oven gas is often used to support the calorific value of blast furnace gas before it is used in blast furnaces.
  • Other known uses of coke oven gas are its use as fuel gas in slab pusher furnaces or roller hearth furnaces, its use in power plants to generate power, blowing in through the tuyeres of blast furnaces to reduce reductant consumption.
  • the coke oven gas is often combined with a wide ren gas used as a reducing gas in direct reduction plants.
  • iron oxide-containing feedstocks are reduced to directly reduced iron (DRI), for example sponge iron.
  • Coke oven gas contains sulfur mainly in the form of hydrogen sulphide (H 2 S).
  • H 2 S contents Zvi ⁇ rule 300mg per standard cubic meter coke oven gas and coke oven gas 500mg per standard cubic meter. If the coke oven gas is introduced into the direct reduction plant, a large part of the sulfur water substance contained in the coke oven gas is deposited according to the reaction equation Fe (iron, DRI) +
  • the DRI is instituteerwei ⁇ se in an Electric Are Furnace (EAF) or a Ba they Oxygen Furnace (BOF) further processed into liquid steel. Due to the increased sulfur content in DRI is ei ⁇ ne additional desulfurization of the DRI, either directly in the EAF or BOF, or the liquid steel produced in the EAF or BOF required.
  • Coke oven gas contains sulfur as well as methane. Common are methane contents between 20 and 25 vol% in coke oven gas. If the coke oven, the complete reductive ⁇ tion gas introduced into the direct reduction unit, so that methane decomposes in an endothermic reaction
  • the coke oven gas before the ⁇ sen use for the production of DRI for example, by means known from the prior art methods of a desulfurization and / or a treatment in a so-called thermal reactor system for the conversion of methane contained in the coke oven gas to carbon monoxide (CO) and Subjected to hydrogen.
  • CO carbon monoxide
  • the object of the present invention is to provide a method and a device for the desulfurization of gases in the production of molten pig iron.
  • a method for producing molten pig iron comprising: reducing the iron-oxide feedstock to a teilredu- ed first iron product in a first reduction system using a reduction gas and removal of the consumed in the reductive ⁇ tion reducing gas as export gas, removing CO 2 from the export gas and introducing the export gas into at least a second reduction plant for producing a partially reduced second iron product, introducing the partially reduced first iron product, an oxygen-containing gas and carbon carrier in a melter gasifier, gasification of the carbon carrier with the oxygen-containing gas and melting of the partially reduced first iron product to the molten pig iron with formation of the reducing gas in
  • Meltdown gasifier introducing at least a partial amount of the reducing gas into the first reduction plant by means of a reducing gas line, the method further comprising: Injecting or introducing a sulfur-containing coke oven gas, a sulfur-containing natural gas or a mixture of the sulfur-containing natural gas and coke oven gas - together with the oxygen-containing gas and optionally together with fine coal in the melter gasifier by means of oxygen nozzles and / or together with dust and the oxygen-containing gas in the melter gasifier Dust burner and / or together with the oxygen-containing gas in the
  • sulfur-containing gas is used in this application.
  • the reduction of the iron oxide starting materials to the first partially reduced iron product is carried out by means of the Redukti ⁇ onsgases.
  • the first Redukti ⁇ onsstrom can beispielsweie as a prior Tech ⁇ nik known COREX® - be formed reduction cascade - reduction shaft, or as a fluidized bed reactor ⁇ a FINEX®.
  • Iron oxide-containing feedstocks are iron ore products.
  • the reducing gas consumed in the reduction is withdrawn from the first reduction plant as export gas. Usually, this export gas is also referred to as Topgas. In the present application, however, the export gas is introduced into a second reduction plant separate from the first reduction plant, optionally in
  • the two ⁇ th reduction system is preferably formed as a direct reduction shaft.
  • Well-known direct reduction wells are, for example, MIDREX® high-pressure shafts or MIDREX® low-pressure shafts.
  • the second reduction plant may also, like the first reduction plant, be designed as a fluidized-bed reactor of a reduction cascade. Second Re ⁇ dumiesstrom the reduction of another takes place
  • Iron oxide containing feedstocks to the second partially reduced iron product in particular to Direct Reduced Iron (DRI) or sponge iron.
  • the sponge iron is subsequently processed into liquid steel in an Electric Are Furnace (EAF) or in a Basic Oxygen Furnace (BOF).
  • EAF Electric Are Furnace
  • BOF Basic Oxygen Furnace
  • the partially reduced first iron product produced in the first reduction unit is melted down in the melter gasifier with addition of the carbon carriers and the oxygen-containing gas to form liquid pig iron.
  • the reducing gas which is introduced by means of the reducing gas line in the first reduction plant.
  • the sulfur-containing gas by means of the sow ⁇ erstoffdüsen together with the oxygen-containing gas and Where appropriate, together with the fine coal in the
  • sulfur-containing gas is incident, for example, in the production of coke in a coking plant or in the gasification of coal with oxygen.
  • sulfur-containing gas is to be understood to mean coke oven gas from a coking plant.
  • gases contain besides a high one
  • a typical composition of coke oven gas is as follows:
  • Fine coal injection is known by the term Pulverized Coal Injection (PCI).
  • PCI Pulverized Coal Injection
  • nitrogen is normally used as the propellant gas, as a result of which the reducing gas formed in the melter gasifier also produces a nitrogen in the reduction of the
  • iron oxide-containing starting materials contains ineffective nitrogen content.
  • the nitrogen content is substituted or reduced by the sulfur-containing gas with the advantage of a more efficient reduction process both in the first and in the second reduction plant. Is it the sulfur-containing gas to
  • the sulfur-containing gas is in a further variant of the method according to the invention by means of dust burner together with the dust and the oxygen-containing gas, preferably with technically pure oxygen in the melter gasifier
  • the dust comes, for example, from dry dust removal facilities of the first reduction plant. Due to the additional energy input of oxygen in the
  • Oxygen-containing gas it is possible to agglomerate dust with low carbon content by means of dust burner, so that the dust is not discharged with the reducing gas from the melter gasifier.
  • the sulfur-containing gas can also be used together with the
  • oxygen-containing gas by means of oxygen burner in the
  • the special ⁇ a hot gas cyclone in which the from the
  • Meltdown carburetor derived reducing gas is dedusted prior to introduction into the first reduction plant. Since the temperature ⁇ structure of the sulfur-containing gas is below the temperature of the drawn-off from the melter gasifier reducing gas is effected by the introduction of the sulfur-containing gas into the reduction-gas line upstream of the dust removal device - seen in the flow direction of the reducing gas - cooling of the reducing gas. In this case, the sulfur-containing gas additionally acts as a cooling gas for setting the optimum temperature for the reduction in the first reduction plant and at the same time allows a reduction in the required amount of cooling gas.
  • the sulfur-containing gas is preheated before being introduced into the reducing gas line in a preheating device, in particular in a heat exchanger.
  • the sensible heat of a metallurgical gas is used.
  • the feedable amount of the sulfur-containing gas is maximized.
  • the sulfur-containing gas in which the sulfur CARDINAL ⁇ Lich in the form of hydrogen sulphide (H 2 S) is included in contact with the iron (Fe) of the first partially reduced iron product, such a reaction is carried out after the reaction sliding ⁇ chung Fe + H 2 S -> FeS (iron (II) sulfide) + H 2 . This reaction takes place either in the melter gasifier or in the first reduction plant.
  • the direct use of the sulfur-containing gas in the process according to the invention eliminates the need for expensive and expensive desulphurisation equipment without adversely affecting the quality of the liquid pig iron with regard to the sulfur content.
  • the DRI in the second reduction system is by introducing the sulfur-containing gas in the first reduction plant or in the
  • Melter gasifier is not negatively influenced in terms of its sulfur content, since the export gas, which is introduced into the second reduction plant, already passes into this desulfurized. Before or during further processing of the DRI into liquid steel, additional desulphurization processes are therefore no longer necessary.
  • the coke oven gas contains sulfur as well as CH 4 (methane), C 2 H 4 (ethane), C 6 H 6 (benzene), C 7 H 8 (toluene) and Ci 0 H 8 (naphthalene), which are partly toxic and all undesirable are ⁇ OF iNVENTION the method to the invention.
  • These hydrocarbons contained in the coke oven are in the melter gasifier ⁇ relationship, in the first reduction plant by the prevailing high temperatures therein and the oxygen contained therein at least partially into CO (carbon monoxide), CO2 (Carbon dioxide), H 2 O (water) and C (carbon) reacted.
  • the hydrocarbons contained in the coke oven gas are converted into ⁇ comparatively harmless for the Invention ⁇ process according to the environment and in relatively unproblematic compounds and Ele ⁇ elements.
  • a preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that the first Reduktionsan ⁇ layer comprises at least a first and a second fluidized bed ⁇ reactor, the fluidized bed reactors are connected by means of connecting pipes for introducing the reducing gas into the fluidized-bed reactors and withdrawing the reducing gas from the fluidized-bed reactors, that the reducing gas, after flowing through the two Wirbel Anlagenreakto ⁇ ren is drawn off as export gas and that the method wei ⁇ ter comprises injecting or introducing the
  • FINEX® - reduction cascade wel ⁇ surface is sufficiently known from the prior art.
  • the individual fluidized bed reactors are connected by means of the connecting lines, wherein the reducing gas is first in the first fluidized bed reactor is introduced. After reduction of the iron oxide starting materials in the first fluidized bed reactor, the reducing gas is withdrawn by means of the dung Verbin ⁇ line therefrom and located in the further fluidized bed reactor to reduce the therein
  • oxygen burner oxygen burner
  • introducing the sulfur-containing gas directly into at least one of the connecting lines Under direct in this context is to be understood as the direct introduction of the sulfur-containing gas in the connecting lines. This means that the sulfur-containing gas is introduced into the connection line without prior combustion in the oxygen burner.
  • Coke oven gas typically contains between 60 and 65 volume percent hydrogen (H 2 ) and between 6 and 6.5 volume percent carbon monoxide (CO). This means there is potential for reduction in coke oven gas, which includes the ability to reduce iron oxides to iron. This reduction potential is in fiction, ⁇ introducing the sulfur-containing gas in the
  • Melter carburetor used in the reducing gas line or in the connecting lines, thereby reducing the consumption of reducing agents, in particular the carbon carriers such as coal or coal briquettes in
  • Another object of the present invention is a device for carrying out the method according to the invention, wherein the device comprises: a first Reduktionsan ⁇ position with an export gas line and a supply line for the supply of iron oxide-containing feedstocks, a
  • Melter which is connected via a reducing gas duct with the first reduction unit, at least one second reduction unit which is connected via an export gas line to the first reduction unit, a C0 2 arranged in the export gas line ⁇ removal plant to Entfer ⁇ voltage of CO 2, at least one in the melter carburetor mün ⁇ dende iron product supply line and a Kohlenstoffismezu- supply line, one or more opening into the melter carburetor Einbringieri which are designed as oxygen nozzles or as a dust burner or as an oxygen burner, each with a media supply line for introducing a gas and / or a solid in the melter gasifier , wherein at least one process gas line for supplying a
  • sulfur-containing coke oven gas a sulfur-containing natural gas or a mixture of the sulfur-containing natural gas and the coke oven gas, which opens into at least one of the media supply lines and / or in at least one of the introduction elements and / or - in the reducing gas line.
  • a melter gasifier is, in contrast to a blast furnace, characterized in that it predominantly with reduction ⁇ means in particulate form, such as charcoal or ⁇ coal briquettes, with at least pre-reduced egg ⁇ senarrin and with technically pure oxygen - oxygen ⁇ proportion greater than 90 Volume percent - is operated.
  • a melter gasifier has a dome with a settling space.
  • the first reduction plant is connected to the melter gasifier via the reduction gas line.
  • the first reduction unit can be designed, for example, as a COREX® reduction shaft known from the prior art or as a fluidized bed reactor of a FINEX® reduction cascade. Under iron-oxide feedstocks Eisenerzpro ⁇ -products are understood. That in the reduction of
  • Iron oxide-containing feedstocks in the first Reduktionsanla ⁇ ge consumed reducing gas is deducted from the first reduction Anläge means of the export gas as export gas.
  • the export gas line flows into the second, from the first reduction plant different reduction system.
  • the second re ⁇ dutechnischsstrom is preferably formed as a direct reduction shaft.
  • Known direct reduction shafts are examples play as MIDREX® - high-pressure shafts or MIDREX® - None ⁇ derdrucktech.
  • the second reduction plant can be, just as the first reduction plant, designed as a fluidized bed reactor ei ⁇ ner reduction cascade. In the second reductive ⁇ tion system, the DRI is produced.
  • the C0 2 ⁇ removal plant preferably a pressure swing adsorption plant (PSA plant) or a vacuum pressure swing adsorption plant (VPSA plant)
  • PSA plant pressure swing adsorption plant
  • VPSA plant vacuum pressure swing adsorption plant
  • the melter gasifier has at least one iron product feed line opening into the melter gasifier and a carbon carrier supply line.
  • the Eisenpro ⁇ duktzuschreib technisch the first partially reduced iron product from the first reduction unit is introduced into the melter gasifier.
  • the carbon carriers preferably chopped coals or coal briquettes, are introduced into the melter gasifier via the carbon carrier supply line.
  • the gases or the hard ⁇ materials are introduced into the melter gasifier.
  • the oxygen-containing gas and the dust are introduced into the melter gasifier by means of the media supply lines.
  • the melter gasifier the molten pig iron is produced.
  • the introduction elements are designed as oxygen nozzles or as dust burners or as oxygen burners.
  • one or more process gas lines can also open into the reduction gas line.
  • Dedusting devices for dedusting the reducing gas are optionally present in the reducing gas line.
  • the process gas lines can, viewed in the flow direction of the reducing gas, open into the reducing gas line before and / or after the dedusting device.
  • sulfur-containing gas at the production of liquid raw egg ⁇ sen, or DRI can be used at the same time increase productivity ⁇ without polluting the environment or to affect the quality of the liquid pig iron or DRI negatively.
  • the first reduction plant comprises at least a first and a second fluidized bed reactor, wherein the fluidized bed reactors are connected by means of connecting lines for introducing the reducing gas into the fluidized bed reactors and removing the reducing gas from the fluidized bed reactors, one or more in at least one of the gleichslei ⁇ obligations opens and formed as oxygen nozzles inputs bring elements, each having a media supply pipe for introducing a gas into the connecting line and at least one process gas line for feeding the sulfur-containing coke oven gas, the sulfur-containing natural gas, or the mixture of the sulfur-containing natural gas and coke oven gas, which - one in at least the media supply lines and / or
  • the process gas line originates from a sulfuric coke oven gas, the sulfur-containing natural gas or the mixture of the sulfur-containing natural gas and the coke oven gas producing plant, in particular a plant for the production of coke and / or a coal gasification plant and / or another source of sulfur-containing natural gas.
  • sulfur-containing natural gas or a mixture of the sulfur-containing natural gas and the coke oven gas can be used in the production of liquid pig iron and
  • a first reduction plant 4 a COREX® - reduction ⁇ bay with fixed bed, via a supply line 20 for the supply of iron oxide-containing feeds 2 the
  • Carbon carrier supply line 23 and oxygen-containing gas 9 are introduced via media supply lines 24.
  • the in the Melt carburetor 11 introduced carbon carrier 10 are gasified by means of the oxygen-containing gas 9 to form the reducing gas 5.
  • the reducing gas 5 is introduced via the reducing gas line 12 into the first reduction unit 4.
  • the first iron product 3 introduced into the melter gasifier 11 is melted by the heat resulting from the gasification of the carbon carriers 10 into the molten pig iron 1. That in the reduction of
  • iron oxide starting materials 2 spent reducing gas 5 is withdrawn from the first reduction unit 4 via an export gas ⁇ line 19 as export gas 6 and compressed after which a C0 2 ⁇ distance in a in the export gas conduit 19 arranged C0 2 ⁇ removal device 21 takes place. Subsequently, the export gas 6 is introduced into a second reduction plant 7 for producing a partially reduced second iron product 8, in particular Direct Reduced Iron (DRI).
  • the melter gasifier 11 has three in the
  • Melter gasifier 11 opening Einbringetti which are formed as an oxygen nozzle 15, as a dust burner 17 and as an oxygen burner 18. On the outside, based on the
  • melter gasifier 11 the introduction elements are connected to the media supply lines 24.
  • process gas lines 25 are present, wherein two of the process gas lines 25 in the reducing gas line 12 and one each in the oxygen nozzle 15, in the dust burner 17 and in the oxygen ⁇ burner 18 open.
  • process gas lines 25 is supplied to the melter gasifier 11 sulfur-containing gas 13, in the specific case coke oven gas with a typical composition of - 65 volume percent hydrogen (H2),
  • oxygen-containing gas 9 is injected by means of the oxygen burner 18 in the melter gasifier.
  • the sulfur-containing gas 13, or the coke oven gas is introduced by means of the process gas lines 25 directly to the reduction gas line ⁇ 12th Seen in the flow direction of the reducing gas 5, this is done once before in the re ⁇ dutechnischsgastechnisch 12 arranged dedusting device 26 and again after this.
  • the process gas lines 25 originate from a plant producing the sulfur-containing gas 13, in particular a coking plant.
  • the invention relates to a process for the production of liquid pig iron 1, in which iron oxide-containing feedstocks 2 reduced in a first reduction plant 4 by means of a reducing gas 5 to a partially reduced first iron product 3 and melted in a melter gasifier 11 to the molten pig iron 1, wherein the consumed Reduction gas 5 is introduced as export gas 6 in a second reduction unit 7, and wherein a
  • oxygen-containing gas 9 and / or is introduced together with dust 16 in the melter gasifier 11 and / or in the reducing gas line 12. Furthermore, the invention relates to a device for carrying out the method.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von flüssigem Roheisen (1), bei dem eisenoxidhältige Einsatzstoffe (2) in einer ersten Reduktionsanlage (4) mittels eines Reduktionsgases (5) zu einem teilreduzierten ersten Eisenprodukt (3) reduziert und in einem Einschmelzvergaser (11) zu dem flüssigen Roheisen (1) aufgeschmolzen werden, wobei das verbrauchte Reduktionsgas (5) als Exportgas (6) in eine zweite Reduktionsanlage (7) eingebracht wird, und wobei ein schwefelhältiges Gas (13), zusammen mit einem sauerstoffhältigen Gas (9) und/oder zusammen mit Staub (16) in den Einschmelzvergaser (11) und/oder in die Reduktionsgasleitung (12) eingebracht wird. Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Damit kann schwefelhältiges Gas (13) bei der Herstellung von flüssigem Roheisen (1), beziehungsweise DRI, bei gleichzeitiger Produktivitätssteigerung eingesetzt werden, ohne die Umwelt zu belasten oder die Qualität des flüssigen Roheisens (1) oder des DRI negativ zu beeinflussen.

Description

Titel
Entschwefelung von Gasen bei der Herstellung von Roheisen. Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von flüssigem Roheisen, wobei das Verfahren die Reduktion von eisenoxidhältigen Einsatzstoffen zu einem teilreduzierten ersten Eisenprodukt in einer ersten Reduktionsanlage mittels eines Reduktionsgases und Abziehen des bei der Reduktion ver¬ brauchten Reduktionsgases als Exportgas, das Entfernen von CO2 aus dem Exportgas und Einbringen des Exportgases in zu¬ mindest eine zweite Reduktionsanlage zur Herstellung eines teilreduzierten zweiten Eisenprodukts, das Einbringen des teilreduzierten ersten Eisenprodukts, eines
sauerstoffhaltigen Gases und Kohlenstoffträger in einen
Einschmelzvergaser, die Vergasung der Kohlenstoffträger mit dem Sauerstoffhältigen Gas und Aufschmelzen des teilreduzier- ten ersten Eisenprodukts zu flüssigem Roheisen unter Entstehung des Reduktionsgases im Einschmelzvergaser und das Einbringen zumindest einer Teilmenge des Reduktionsgases in die erste Reduktionsanlage mittels einer Reduktionsgasleitung um- fasst .
Stand der Technik
Bei der Herstellung von Koks in einer Kokerei oder bei der Vergasung von Kohle mit Sauerstoff fallen Gase, beispielswei- se Koksgas einer Kokerei, an, die neben einem hohen Anteil an Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO) auch Schwefelwasser¬ stoff (H2S) und Methan (CH4) enthalten. Das Koksofengas wird oftmals zur Stützung des Heizwerts von Hochofengichtgas vor dessen Nutzung in Winderhitzern eingesetzt. Weitere bekannte Nutzungsarten des Koksofengases sind der Einsatz als Brenngas in Brammenstoßöfen oder Rollenherdöfen, der Einsatz in Kraftwerken zur Stromerzeugung, das Einblasen über die Windformen von Hochöfen zur Senkung des Reduktionsmittelverbrauches. Weiter wird das Koksofengas oftmals zusammen mit einem weite- ren Gas als Reduktionsgas in Direktreduktionsanlagen eingesetzt. In der Direktreduktionsanlage erfolgt eine Reduktion von eisenoxidhältigen Einsatzstoffen zu direkt reduziertem Eisen (DRI), beispielsweise Eisenschwamm.
Erfolgt eine Nutzung des Koksofengases in Direktreduktionsanlagen, so ist dies mit folgenden Nachteilen verbunden:
Koksofengas enthält Schwefel hauptsächlich in Form von Schwefelwasserstoff (H2S) . Üblich sind H2S-Gehalte zwi¬ schen 300mg pro Normkubikmeter Koksofengas und 500mg pro Normkubikmeter Koksofengas. Wird das Koksofengas in die Direktreduktionsanlage eingebracht, so lagert sich ein Großteil des im Koksofengas enthaltenen Schwefelwasser- Stoffes nach der Reaktionsgleichung Fe (Eisen, DRI) +
H2S (Schwefelwasserstoff) -> FeS (Eisen ( II ) -sulfid) + H2 im DRI beziehungsweise im Eisenschwamm an und erhöht da¬ mit den Schwefelgehalt im DRI. Das DRI wird üblicherwei¬ se in einem Electric Are Furnace (EAF) oder in einem Ba- sie Oxygen Furnace (BOF) zu flüssigem Stahl weiterverarbeitet. Durch den erhöhten Schwefelgehalt im DRI ist ei¬ ne zusätzliche Entschwefelung des DRI, entweder direkt im EAF oder im BOF oder des im EAF oder im BOF hergestellten flüssigen Stahls erforderlich.
Koksofengas enthält neben Schwefel auch Methan. Üblich sind Methangehalte zwischen 20 und 25 Volumsprozent im Koksofengas. Wird das das Koksofengas umfassende Reduk¬ tionsgas in das Direktreduktionsaggregat eingebracht, so zerfällt das Methan in einer endothermen Reaktion unter
Absenkung der Reduktionsgastemperatur. Speziell bei einem Methangehalt von über 8 Volumsprozent im Reduktions¬ gas wird die Reduktionsgastemperatur unter eine für die Reduktion der eisenerzhältigen Einsatzstoffe erforder- liehe Mindesttemperatur abgesenkt, und damit die Produk¬ tivität und Anlagenleistung des Direktreduktionsaggrega- tes wesentlich verringert. Deshalb ist der Einsatz von Koksofengas in Direktreduktionsanlagen mengenmäßig be¬ schränkt .
Zur Vermeidung dieser Nachteile wird das Koksofengas vor des¬ sen Nutzung zur Herstellung von DRI beispielsweise mittels aus dem Stand der Technik bekannten Methoden einer Entschwefelung und/oder einer Behandlung in einem sogenannten Thermal Reaktorsystem zur Umwandlung des im Koksofengas enthaltenen Methans zu Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff unterzogen. Da¬ zu sind jedoch aufwändige und kostenintensive Methoden bezie- hungsweise Anlagen erforderlich.
Zusammenfassung der Erfindung
Technische Aufgabe
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Entschwefelung von Gasen bei der Herstellung von flüssigem Roheisen. Technische Lösung
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von flüssigem Roheisen, wobei das Verfahren umfasst: Reduktion von eisenoxidhältigen Einsatzstoffen zu einem teilredu- zierten ersten Eisenprodukt in einer ersten Reduktionsanlage mittels eines Reduktionsgases und Abziehen des bei der Reduk¬ tion verbrauchten Reduktionsgases als Exportgas, Entfernen von CO2 aus dem Exportgas und Einbringen des Exportgases in zumindest eine zweite Reduktionsanlage zur Herstellung eines teilreduzierten zweiten Eisenprodukts, Einbringen des teilreduzierten ersten Eisenprodukts, eines Sauerstoffhältigen Gases und Kohlenstoffträger in einen Einschmelzvergaser, Vergasung der Kohlenstoffträger mit dem Sauerstoffhältigen Gas und Aufschmelzen des teilreduzierten ersten Eisenprodukts zu dem flüssigen Roheisen unter Entstehung des Reduktionsgases im
Einschmelzvergaser, Einbringen zumindest einer Teilmenge des Reduktionsgases in die erste Reduktionsanlage mittels einer Reduktionsgasleitung, wobei das Verfahren weiter umfasst: Eindüsen beziehungsweise Einbringen eines schwefelhaltigen Koksofengases, eines schwefelhaltigen Erdgases oder einer Mischung aus dem schwefelhaltigen Erdgas und dem Koksofengas - zusammen mit dem sauerstoffhaltigen Gas und gegebenenfalls zusammen mit Feinkohle in den Einschmelzvergaser mittels Sauerstoffdüsen und/oder zusammen mit Staub und dem sauerstoffhaltigen Gas in den Einschmelzvergaser mittels Staubbrenner und/oder zusammen mit dem sauerstoffhaltigen Gas in den
Einschmelzvergaser mittels Sauerstoffbrenner und/oder - in die Reduktionsgasleitung.
Unter dem Ausdruck schwefelhaltiges Gas ist im Rahmen dieser Anmeldung
• das schwefelhaltige Koksofengas,
· das schwefelhaltige Erdgas oder die
• Mischung aus dem schwefelhaltigen Erdgas und dem Koksofengas zu verstehen.
In der ersten Reduktionsanlage erfolgt mittels des Redukti¬ onsgases die Reduktion der eisenoxidhältigen Einsatzstoffe zu dem ersten teilreduzierten Eisenprodukt. Die erste Redukti¬ onsanlage kann beispielsweie als ein aus dem Stand der Tech¬ nik bekannter COREX® - Reduktionsschacht oder als ein Wirbel¬ schichtreaktor einer FINEX® - Reduktionskaskade ausgebildet sein. Unter eisenoxidhältige Einsatzstoffe sind Eisenerzpro- dukte zu verstehen. Das bei der Reduktion verbrauchte Reduktionsgas wird aus der ersten Reduktionsanlage als Exportgas abgezogen. Üblicherweise wird dieses Exportgas auch mit dem Ausdruck Topgas bezeichnet. In der vorliegenden Anmeldung wird das Exportgas jedoch in eine von der ersten Reduktions- anläge separate zweite Reduktionsanlage, gegebenenfalls in
Mischung mit weiteren Gasen, eingebracht beziehungsweise ex¬ portiert. Aus dem Exportgas, beziehungsweise der Mischung, wird das CO2 mittels aus dem Stand der Technik bekannten Ein- richtungen, beispielsweise PSA-Anlagen entfernt und nach Auf¬ heizung in die zweite Reduktionsanlage eingebracht. Die zwei¬ te Reduktionsanlage ist vorzugsweise als Direktreduktions- schacht ausgebildet. Bekannte Direktreduktionsschächte sind beispielsweise MIDREX® - Hochdruckschächte oder MIDREX® - Niederdruckschächte. Die zweite Reduktionsanlage kann auch, so wie die erste Reduktionsanlage, als Wirbelschichtreaktor einer Reduktionskaskade ausgebildet sein. In der zweiten Re¬ duktionsanlage erfolgt die Reduktion von weiteren
eisenoxidhältigen Einsatzstoffen zu dem zweiten teilreduzierten Eisenprodukt, insbesondere zu Direct Reduced Iron (DRI) beziehungsweise Eisenschwamm. Der Eisenschwamm wird nachfolgend in einem Electric Are Furnace (EAF) oder in einem Basic Oxygen Furnace (BOF) zu flüssigem Stahl weiterverarbeitet. Das im ersten Reduktionsaggregat hergestellte teilreduzierte erste Eisenprodukt wird im Einschmelzvergaser unter Zugabe der Kohlenstoffträgern und des Sauerstoffhältigen Gases zu flüssigem Roheisen eingeschmolzen. Bei der Vergasung der Kohlenstoffträger durch das Sauerstoffhältige Gas entsteht das Reduktionsgas, welches mittels der Reduktionsgasleitung in die erste Reduktionsanlage eingebracht wird.
Erfindungsgemäß wird das schwefelhältige Gas mittels der Sau¬ erstoffdüsen zusammen mit dem Sauerstoffhältigen Gas und ge- gebenenfalls zusammen mit der Feinkohle in den
Einschmelzvergaser eingedüst. Das schwefelhältige Gas fällt beispielsweise bei der Herstellung von Koks in einer Kokerei oder bei der Vergasung von Kohle mit Sauerstoff an. Insbesondere ist unter schwefelhältigem Gas Koksofengas aus einer Ko- kerei zu verstehen. Solche Gase enthalten neben einem hohen
Anteil an Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO) auch Schwe¬ fel (S) und Methan (CH4) .
Eine typische Zusammensetzung von Koksofengas ist wie folgt:
- zwischen 60 und 65 Volumsprozent Wasserstoff (H2) , zwischen 2 und 3 Volumsprozent Stickstoff (N2) , zwischen 6 und 6,5 Volumsprozent Kohlenmonoxid
(CO) , zwischen 20 und 25 Volumsprozent Methan (CH4) , zwischen 2,5 und 3,5 Volumsprozent andere Kohlenwas¬ serstoffe (CnHm) ,
zwischen 1,5 und 1,5 Volumsprozent Kohlendioxid (C02),
zwischen 350 und 500 mg Schwefelwasserstoff (H2S) pro Normkubikmeter Koksofengas,
zwischen 500 und 550 mg Teer pro Normkubikmeter Koksofengas und
- zwischen 500 und 550 mg Staub pro Normkubikmeter
Koksofengas
Die Eindüsung von Feinkohle ist unter dem Ausdruck Pulverized Coal Injection (PCI) bekannt. Dabei dient als Treibgas norma- lerweise Stickstoff, wodurch auch das im Einschmelzvergaser gebildete Reduktionsgas einen bei der Reduktion der
eisenoxidhältigen Einsatzstoffe wirkungslosen Stickstoffanteil enthält. Erfindungsgemäß wird der Stickstoffanteil durch das schwefelhältige Gas substituiert beziehungsweise verrin- gert mit dem Vorteil eines effizienteren Reduktionsprozesses sowohl in der ersten als auch in der zweiten Reduktionsanlage. Handelt es sich bei dem schwefelhältigen Gas um
schwefelhältiges Erdgas, so wird, zusätzlich zur Substitution des Stickstoffanteils , das im schwefelhältigen Erdgas enthal- tene CH4 zusammen mit dem im Sauerstoffhältigen Gas enthaltenen Sauerstoff zu CO und H2 umgesetzt. Sowohl CO als auch H2 tragen zur Steigerung der Effizienz des Reduktionsprozesses bei .
Das schwefelhältige Gas wird in einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels Staubbrenner zusammen mit dem Staub und dem Sauerstoffhältigen Gas, bevorzugt mit technisch reinem Sauerstoff in den Einschmelzvergaser
eingedüst. Der Staub stammt beispielsweise von Trockenent- staubungseinrichtungen der ersten Reduktionsanlage. Durch den zusätzlichen Energieeintrag des Sauerstoffs im
Sauerstoffhältigen Gas ist es möglich, Staub mit geringem Kohlenstoffgehalt mittels Staubbrenner zu agglomerieren, so dass der Staub nicht mit dem Reduktionsgas aus dem Einschmelzvergaser ausgetragen wird.
Das schwefelhaltige Gas kann auch zusammen mit dem
sauerstoffhaltigen Gas mittels Sauerstoffbrenner in den
Einschmelzvergaser eingedüst oder direkt in die Reduktions¬ gasleitung eingebracht werden. In der Reduktionsgasleitung befindet sich vorzugsweise eine Entstaubungseinrichtung, ins¬ besondere ein Heißgaszyklon, in welcher das aus dem
Einschmelzvergaser stammende Reduktionsgas vor dem Einbringen in die erste Reduktionsanlage entstaubt wird. Da die Tempera¬ tur des schwefelhaltigen Gases unter der Temperatur des vom Einschmelzvergaser abgezogenen Reduktionsgases liegt, erfolgt durch das Einleiten des schwefelhaltigen Gases in die Reduk- tionsgasleitung vor der Entstaubungseinrichtung - in Strömungsrichtung des Reduktionsgases gesehen - eine Kühlung des Reduktionsgases. Das schwefelhaltige Gas wirkt in diesem Fall zusätzlich als Kühlgas zur Einstellung der für die Reduktion in der ersten Reduktionsanlage optimalen Temperatur und er- möglicht gleichzeitig eine Reduktion der erforderlichen Kühlgasmenge. Gegebenenfalls wird das schwefelhältige Gas vor dem Einleiten in die Reduktionsgasleitung in einer Vorwärmeinrichtung, insbesondere in einem Wärmetauscher, vorgewärmt. In der Vorwärmeeinrichtung wird beispielsweise die fühlbare Wär- me eines Hüttenwerksgases genutzt. Dadurch wird, insbesondere wenn die Temperatur des schwefelhältigen Gases sehr viel geringer als die Temperatur des Reduktionsgases ist, die zuführbare Menge des schwefelhältigen Gases maximiert. Kommt das schwefelhältige Gas, in dem der Schwefel hauptsäch¬ lich in Form von Schwefelwasserstoff (H2S) enthalten ist, in Kontakt mit dem Eisen (Fe) des ersten teilreduzierten Eisenprodukts, so erfolgt eine Reaktion nach der Reaktionsglei¬ chung Fe + H2S -> FeS (Eisen ( II ) -sulfid) + H2. Diese Reaktion erfolgt entweder im Einschmelzvergaser oder in der ersten Reduktionsanlage. Bei der Herstellung von flüssigem Roheisen werden neben den eisenoxidhältigen Einsatzstoffen auch Zuschlagstoffe wie CaO (Kalziumoxid) und/oder MgO (Magnesium- oxid) verwendet. Dabei laufen bei Kontakt dieser Zuschlag¬ stoffe mit dem schwefelhaltigen Gas die Reaktionen: CaO (Kalziumoxid) + H2S -> CaS (Kalziumsulfid) + H2O (Wasser) bezie¬ hungsweise MgO (Magnesiumoxid) + H2S -> MgS + H2O ab. Das Ei- sen ( I I ) -sulfid, das Magnesiumsulfid und das Kalziumsulfid werden über die Schlacke, welche im Einschmelzvergaser auf dem flüssigen Roheisen schwimmt, ausgetragen.
Damit erfolgt eine sehr umweltfreundliche Entschwefelung des schwefelhaltigen Gases, da der Schwefel überwiegend in der Schlacke gebunden ist und daher nicht in die Atmosphäre ge¬ langt. Weiter wird durch das Eindüsen beziehungsweise Ein¬ bringen des schwefelhaltigen Gases in das erfindungsgemäße Verfahren der Wasserstoffgehalt des Reduktionsgases erhöht. Dies führt durch Erhöhung der Reaktionskinetik zu einer Verbesserung des Reduktionsprozesses in der ersten Reduktionsanlage. Durch die direkte Nutzung des schwefelhältigen Gases im erfindungsgemäßen Verfahren entfallen teure und aufwändige Einrichtungen zur Entschwefelung, ohne die Qualität des flüs- sigen Roheisens hinsichtlich des Schwefelgehaltes negativ zu beeinflussen. Auch das DRI in der zweiten Reduktionsanlage wird durch das Einbringen des schwefelhältigen Gases in die erste Reduktionsanlage beziehungsweise in den
Einschmelzvergaser hinsichtlich seines Schwefelgehaltes nicht negativ beeinflusst, da das Exportgas, welches in die zweite Reduktionsanlage eingebracht wird, bereits entschwefelt in dieses gelangt. Vor oder bei der Weiterverarbeitung des DRI zu flüssigem Stahl entfallen daher zusätzliche Entschwefelungsprozesse .
Das Koksofengas enthält neben Schwefel auch CH4 (Methan) , C2H4 (Ethan) , C6H6 (Benzol), C7H8 (Toluol) und Ci0H8 (Naphtalin) , welche teilweise giftig und allesamt unerwünscht im erfin¬ dungsgemäßen Verfahren sind. Diese im Koksofengas enthaltenen Kohlenwasserstoffe werden im Einschmelzvergaser beziehungs¬ weise in der ersten Reduktionsanlage durch die darin vorherrschenden hohen Temperaturen und durch den darin enthaltenen Sauerstoff zumindest teilweise in CO (Kohlenmonoxid) , CO2 (Kohlendioxid), H2O (Wasser) und C (Kohlenstoff) umgesetzt. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die im Koks¬ ofengas enthaltenen Kohlenwasserstoffe in für das erfindungs¬ gemäße Verfahren vergleichsweise unschädliche und in für die Umwelt vergleichsweise unproblematische Verbindungen und Ele¬ mente umgesetzt.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann
schwefelhältiges Gas bei der Herstellung von flüssigem Rohei- sen beziehungsweise DRI bei gleichzeitiger Produktivitäts¬ steigerung eingesetzt werden, ohne die Umwelt zu belasten oder die Qualität des flüssigen Roheisens oder des DRI nega¬ tiv zu beeinflussen. Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste Reduktionsan¬ lage zumindest einen ersten und einen zweiten Wirbelschicht¬ reaktor umfasst, dass die Wirbelschichtreaktoren mittels Verbindungsleitungen zum Einbringen des Reduktionsgases in die Wirbelschichtreaktoren und zum Abziehen des Reduktionsgases aus den Wirbelschichtreaktoren verbunden sind, dass das Reduktionsgas nach Durchströmen der beiden Wirbelschichtreakto¬ ren als Exportgas abgezogen wird und dass das Verfahren wei¬ ter umfasst: Eindüsen beziehungsweise Einbringen des
schwefelhältigen Koksofengases, des schwefelhältigen Erdgases oder der Mischung aus dem schwefelhältigen Erdgas und dem Koksofengas zusammen mit dem Sauerstoffhältigen Gas in zumindest eine der Verbindungsleitungen mittels Sauerstoffbren- ner und/oder
direkt in zumindest eine der Verbindungsleitungen.
Typischerweise handelt es sich bei dieser Ausführungsform um Wirbelschichtreaktoren einer FINEX® - Reduktionskaskade, wel¬ che aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt ist. Die einzelnen Wirbelschichtreaktoren sind mittels der Verbindungsleitungen verbunden, wobei das Reduktionsgas zunächst in den ersten Wirbelschichtreaktor eingeleitet wird. Nach Reduktion der eisenoxidhältigen Einsatzstoffe im ersten Wirbelschichtreaktor wird das Reduktionsgas mittels der Verbin¬ dungsleitung aus diesem abgezogen und in den weiteren Wirbel- schichtreaktor zur Reduktion der darin befindlichen
eisenoxidhältigen Einsatzstoffe eingeleitet. Sind mehr als zwei Wirbelschichtreaktoren vorhanden, so erfolgt dieser Vorgang entsprechend öfter. Nach Durchströmen des letzten vorhandenen Wirbelschichtreaktors wird das verbrauchte Redukti- onsgas aus diesem als Exportgas abgezogen. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das
Eindüsen des schwefelhältigen Gases zusammen mit dem
Sauerstoffhältigen Gas in zumindest eine der Verbindungslei¬ tungen mittels Sauerstoffbrenner und/oder das Einbringen des schwefelhältigen Gases direkt in zumindest eine der Verbindungsleitungen. Unter direkt ist in diesem Zusammenhang das unmittelbare Einbringen des schwefelhältigen Gases in die Verbindungsleitungen zu verstehen. Das bedeutet, dass das schwefelhältige Gas ohne vorherige Verbrennung im Sauerstoff- brenner in die Verbindungsleitung eingebracht wird.
Neben den schon erwähnten Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich auf Grund des im schwefelhältigen Gas, insbesondere des im Koksofengas vorhandenen Reduktionspoten- tials eine weitere vorteilhafte Wirkung. Koksofengas enthält typischerweise zwischen 60 und 65 Volumsprozent Wasserstoff (H2) und zwischen 6 und 6,5 Volumsprozent Kohlenmonoxid (CO) . Damit ist im Koksofengas Reduktionspotential - darunter ist die Fähigkeit Eisenoxide zu Eisen zu reduzieren zu verstehen - vorhanden. Dieses Reduktionspotential wird beim erfindungs¬ gemäßen Einbringen des schwefelhältigen Gases in den
Einschmelzvergaser, in die Reduktionsgasleitung beziehungsweise in die Verbindungsleitungen genutzt, wodurch eine Reduzierung des Reduktionsmittelverbrauchs, insbesondere der Koh- lenstoffträger wie Kohle oder Kohlebriketts im
Einschmelzvergaser erzielt wird. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die Vorrichtung umfasst: eine erste Reduktionsan¬ lage mit einer Exportgasleitung und einer Zufuhrleitung zur Zufuhr von eisenoxidhältigen Einsatzstoffen, einen
Einschmelzvergaser, welcher über eine Reduktionsgasleitung mit der ersten Reduktionsanlage verbunden ist, zumindest eine zweite Reduktionsanlage, welche über die Exportgasleitung mit der ersten Reduktionsanlage verbunden ist, eine in der Ex- portgasleitung angeordnete C02~Entfernungsanlage zur Entfer¬ nung von CO2, zumindest eine in den Einschmelzvergaser mün¬ dende Eisenproduktzufuhrleitung und eine Kohlenstoffträgerzu- fuhrleitung, ein oder mehrere in den Einschmelzvergaser mündende Einbringelemente, welche als Sauerstoffdüsen oder als Staubbrenner oder als Sauerstoffbrenner ausgebildet sind, mit jeweils einer Medienzufuhrleitung zum Einbringen eines Gases und/oder eines Feststoffes in den Einschmelzvergaser, wobei zumindest eine Prozessgasleitung zur Zufuhr eines
schwefelhaltigen Koksofengases, eines schwefelhaltigen Erdga- ses oder einer Mischung aus dem schwefelhaltigen Erdgas und dem Koksofengas, welche in zumindest eine der Medienzufuhrleitungen und/oder in zumindest eines der Einbringelemente und/oder - in die Reduktionsgasleitung mündet .
Ein Einschmelzvergaser ist, im Gegensatz zu einem Hochofen, dadurch charakterisiert, dass er überwiegend mit Reduktions¬ mitteln in stückiger Form, wie beispielsweise Stückkohle be¬ ziehungsweise Kohlebriketts, mit zumindest vorreduzierten Ei¬ senträgern und mit technisch reinem Sauerstoff - Sauerstoff¬ anteil größer als 90 Volumsprozent - betrieben wird. Außerdem weist ein Einschmelzvergaser, im Gegensatz zu einem Hochofen, eine Kuppel mit einem Beruhigungsraum auf. Die erste Reduktionsanlage ist über die Reduktionsgasleitung mit dem Einschmelzvergaser verbunden. Die erste Reduktionsanlage kann beispielsweise als ein aus dem Stand der Technik bekannter COREX® - Reduktionsschacht oder als ein Wirbel- schichtreaktor einer FINEX® - Reduktionskaskade ausgebildet sein. Unter eisenoxidhältige Einsatzstoffe sind Eisenerzpro¬ dukte zu verstehen. Das bei der Reduktion der
eisenoxidhältigen Einsatzstoffe in der ersten Reduktionsanla¬ ge verbrauchte Reduktionsgas wird aus der ersten Reduktions- anläge mittels der Exportgasleitung als Exportgas abgezogen. Die Exportgasleitung mündet in die zweite, von der ersten Reduktionsanlage verschiedene, Reduktionsanlage. Die zweite Re¬ duktionsanlage ist vorzugsweise als Direktreduktionsschacht ausgebildet. Bekannte Direktreduktionsschächte sind bei- spielsweise MIDREX® - Hochdruckschächte oder MIDREX® - Nie¬ derdruckschächte. Die zweite Reduktionsanlage kann auch, so wie die erste Reduktionsanlage, als Wirbelschichtreaktor ei¬ ner Reduktionskaskade ausgebildet sein. In der zweiten Reduk¬ tionsanlage wird das DRI hergestellt. In der Exportgasleitung ist die C02~Entfernungsanlage, vorzugsweise eine Druckwech- selabsorptionsanlage (PSA-Anlage) oder eine Vakuum- Druckwechseladsorptionsanlage (VPSA-Anlage) , zur Entfernung von CO2 aus dem Exportgas angeordnet. Gegebenenfalls sind zu¬ sätzlich ein oder mehrere Kompressorstufen und/oder Heizein- richtungen und/oder Kühleinrichtungen in der Exportgasleitung angeordnet. Der Einschmelzvergaser weist zumindest eine in den Einschmelzvergaser mündende Eisenproduktzufuhrleitung und eine Kohlenstoffträgerzufuhrleitung auf. Über die Eisenpro¬ duktzufuhrleitung wird das erste teilreduzierte Eisenprodukt aus der ersten Reduktionsanlage in den Einschmelzvergaser eingebracht. Über die Kohlenstoffträgerzufuhrleitung werden die Kohlenstoffträger, vorzugsweise Stückkohlen oder Kohlebriketts, in den Einschmelzvergaser eingebracht. Mittels der Medienzufuhrleitungen, welche in die Einbringelemente des Einschmelzvergasers münden, werden die Gase oder die Fest¬ stoffe in den Einschmelzvergaser eingebracht. Insbesondere werden das Sauerstoffhältige Gas und der Staub mittels der Medienzufuhrleitungen in den Einschmelzvergaser eingebracht. Im Einschmelzvergaser wird das flüssige Roheisen hergestellt. Die Prozessgasleitungen zur Zufuhr des schwefelhaltigen
Gasesmünden erfindungsgemäß in zumindest einer der Medienzu- fuhrleitungen und/oder in zumindest einem der Einbringelemen- te . Die Einbringelemente sind als Sauerstoffdüsen oder als Staubbrenner oder als Sauerstoffbrenner ausgebildet. Erfindungsgemäß können ein oder mehrere Prozessgasleitungen auch in die Reduktionsgasleitung münden. In der Reduktionsgasleitung befinden sich gegebenenfalls Entstaubungseinrichtungen zur Entstaubung des Reduktionsgases. Die Prozessgasleitungen können, in Strömungsrichtung des Reduktionsgases gesehen, vor und/oder nach der Entstaubungseinrichtung in die Reduktionsgasleitung münden. Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann
schwefelhältiges Gasbei der Herstellung von flüssigem Rohei¬ sen, beziehungsweise DRI, bei gleichzeitiger Produktivitäts¬ steigerung eingesetzt werden, ohne die Umwelt zu belasten oder die Qualität des flüssigen Roheisens oder des DRI nega- tiv zu beeinflussen.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die erste Reduktionsanlage zumindest einen ersten und einen zweiten Wirbelschichtreaktor, wobei die Wirbelschicht- reaktoren mittels Verbindungsleitungen zum Einbringen des Reduktionsgases in die Wirbelschichtreaktoren und Abziehen des Reduktionsgases aus den Wirbelschichtreaktoren verbunden sind, ein oder mehrere in zumindest eine der Verbindungslei¬ tungen mündende und als Sauerstoffdüsen ausgebildete Ein- bringelemente mit jeweils einer Medienzufuhrleitung zum Einbringen eines Gases in die Verbindungsleitung und zumindest eine Prozessgasleitung zur Zufuhr des schwefelhältigen Koksofengases, des schwefelhältigen Erdgases oder der Mischung aus dem schwefelhältigen Erdgas und dem Koksofengas, welche - in zumindest eine der Medienzufuhrleitungen und/oder
in zumindest eines der Einbringelemente und/oder
in zumindest eine der Verbindungsleitungen
mündet . In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspringt die Prozessgasleitung aus einer das schwefelhaltige Koksofengas, das schwefelhaltige Erdgas oder die Mischung aus dem schwefelhaltigen Erdgas und dem Koks- ofengas produzierenden Anlage, insbesondere einer Anlage zur Herstellung von Koks und/oder einer Kohlevergasungsanlage und/oder aus einer anderen Quelle für das schwefelhaltiges Erdgas .
Damit kann auch schwefelhaltiges Erdgas oder eine Mischung aus dem schwefelhaltigen Erdgas und dem Koksofengas bei der Herstellung von flüssigem Roheisen genutzt und
gleichzeitigentschwefelt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Es zeigt beispielhaft und schematisch
FIG 1 ein erfindungsgemäßes Verfahren und eine erfindungsge¬ mäße Vorrichtung zur Herstellung von flüssigem Roheisen 1 un- ter Nutzung und Entschwefelung von Koksofengas.
Beschreibung der Ausführungsform
FIG 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren und eine erfin¬ dungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von flüssigem Roheisen 1 unter Nutzung und Entschwefelung von Koksofengas in der Ausführung einer COREX® - Direktreduktionsverbundanlage .
Einer ersten Reduktionsanlage 4, einem COREX® - Reduktions¬ schacht mit Festbett, werden über einer Zufuhrleitung 20 zur Zufuhr von eisenoxidhältigen Einsatzstoffen 2 die
eisenoxidhältigen Einsatzstoffe 2 zugeführt. Diese werden mittels eines Reduktionsgases 5 zu einem teilreduzierten ers¬ ten Eisenprodukt 3 reduziert, welches anschließend über meh¬ rere in einen Einschmelzvergaser 11 mündende Eisenproduktzu- fuhrleitungen 22 in den Einschmelzvergaser 11 eingebracht wird. Zusätzlich werden in den Einschmelzvergaser 11 Kohlenstoffträger 10 als Stückkohlen über eine
Kohlensstoffträgerzufuhrleitung 23 und Sauerstoffhältiges Gas 9 über Medienzufuhrleitungen 24 eingebracht. Die in den Einschmelzvergaser 11 eingebrachten Kohlenstoffträger 10 werden mittels des sauerstoffhaltigen Gases 9 unter Entstehung des Reduktionsgases 5 vergast. Das Reduktionsgas 5 wird über die Reduktionsgasleitung 12 in die erste Reduktionsanlage 4 eingebracht. Das in den Einschmelzvergaser 11 eingebrachte erste Eisenprodukt 3 wird durch die bei der Vergasung der Kohlenstoffträger 10 entstehende Wärme zu dem flüssigen Roheisen 1 aufgeschmolzen. Das bei der Reduktion der
eisenoxidhältigen Einsatzstoffe 2 verbrauchte Reduktionsgas 5 wird aus der ersten Reduktionsanlage 4 über eine Exportgas¬ leitung 19 als Exportgas 6 abgezogen und komprimiert wonach eine C02~Entfernung in einer in der Exportgasleitung 19 angeordneten C02~Entfernungseinrichtung 21 erfolgt. Anschließend wird das Exportgas 6 in eine zweite Reduktionsanlage 7 zur Herstellung eines teilreduzierten zweiten Eisenprodukts 8, insbesondere Direct Reduced Iron (DRI), eingebracht. Der Einschmelzvergaser 11 verfügt über drei in den
Einschmelzvergaser 11 mündende Einbringelemente, welche als Sauerstoffdüse 15, als Staubbrenner 17 und als Sauerstoff- brenner 18 ausgebildet sind. Außenseitig, bezogen auf den
Einschmelzvergaser 11, sind die Einbringelemente mit den Me- dienzufuhrleitungen 24 verbunden. Es sind fünf Prozessgasleitungen 25 vorhanden, wobei zwei der Prozessgasleitungen 25 in die Reduktionsgasleitung 12 und jeweils eine in die Sauer- stoffdüse 15, in den Staubbrenner 17 und in den Sauerstoff¬ brenner 18 münden. Über die Prozessgasleitungen 25 wird dem Einschmelzvergaser 11 schwefelhältiges Gas 13, im konkreten Fall Koksofengas mit einer typischen Zusammensetzung von - 65 Volumsprozent Wasserstoff (H2) ,
- 2,5 Volumsprozent Stickstoff (N2) ,
6 Volumsprozent Kohlenmonoxid (CO) ,
22 Volumsprozent Methan (CH4) ,
3 Volumsprozent andere Kohlenwasserstoffe (CnHm) ,
1,5 Volumsprozent Kohlendioxid (C02) ,
350 mg Schwefelwasserstoff (H2S) pro Normkubikmeter
Koksofengas ,
500 mg Teer pro Normkubikmeter Koksofengas und 500 mg Staub pro Normkubikmeter Koksofengas, zugeführt . Die Zufuhr des Koksofengases erfolgt durch Eindüsen des Koks¬ ofengases in den Einschmelzvergaser 11, wobei im ersten Fall das Koksofengas zusammen mit dem sauerstoffhaltigen Gas 9 und Feinkohle 14 mittels der Sauerstoffdüse 15, im zweiten Fall das Koksofengas zusammen mit Staub 16 und dem
sauerstoffhaltigen Gas 9 mittels des Staubbrenners 17 und im dritten Fall das Koksofengas zusammen mit dem
sauerstoffhaltigen Gas 9 mittels des Sauerstoffbrenners 18 in den Einschmelzvergaser eingedüst wird. Im vierten Fall wird das schwefelhaltige Gas 13, beziehungsweise das Koksofengas, mittels der Prozessgasleitungen 25 direkt in die Reduktions¬ gasleitung 12 eingebracht. In Strömungsrichtung des Reduktionsgases 5 gesehen, erfolgt dies einmal vor einer in der Re¬ duktionsgasleitung 12 angeordneten Entstaubungseinrichtung 26 und einmal nach dieser. Die Prozessgasleitungen 25 entsprin- gen einer das schwefelhaltige Gas 13 produzierenden Anlage, insbesondere einer Kokerei.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von flüssigem Roheisen 1, bei dem eisenoxidhältige Einsatzstoffe 2 in einer ersten Reduktionsanlage 4 mittels eines Reduktionsgases 5 zu einem teilreduzierten ersten Eisenprodukt 3 reduziert und in einem Einschmelzvergaser 11 zu dem flüssigen Roheisen 1 aufgeschmolzen werden, wobei das verbrauchte Reduktionsgas 5 als Exportgas 6 in eine zweite Reduktionsanlage 7 eingebracht wird, und wobei ein
schwefelhaltiges Gas 13, zusammen mit einem
sauerstoffhaltigen Gas 9 und/oder zusammen mit Staub 16 in den Einschmelzvergaser 11 und/oder in die Reduktionsgasleitung 12 eingebracht wird. Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Damit kann schwefelhaltiges Gas 13, insbesondere Koksofengas, bei der Herstellung von flüssigem Roheisen 1, beziehungsweise DRI, bei gleichzeitiger Produktivitätssteigerung eingesetzt werden, ohne die Umwelt zu belasten oder die Qualität des flüssigen Roheisens 1 oder des DRI negativ zu beeinflussen.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch das offenbarte Beispiel einge¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .
Liste der Bezugszeichen
1 flüssiges Roheisen
2 eisenoxidhältige Einsatzstoffe
3 teilreduziertes erstes Eisenprodukt
4 erste Reduktionsanlage
5 Reduktionsgas
6 Exportgas
7 zweite Reduktionsanlage
8 teilreduziertes zweites Eisenprodukt
9 Sauerstoffhältiges Gas
10 Kohlenstoffträger
11 Einschmelzvergaser
12 Reduktionsgasleitung
13 schwefelhältiges Gas
14 Feinkohle
15 Sauerstoffdüse
16 Staub
17 Staubbrenner
18 Sauerstoffbrenner
19 Exportgasleitung
20 Zufuhrleitung zur Zufuhr von eisenoxidhältigen Einsatzstoffen
21 C02~Entfernungsanlage
22 Eisenproduktzufuhrleitung Kohlenstoffträgerzufuhrleitung Medienzufuhrleitung
Prozessgasleitung
Entstaubungseinrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von flüssigem Roheisen (1), wobei das Verfahren umfasst:
Reduktion von eisenoxidhältigen Einsatzstoffen (2) zu einem teilreduzierten ersten Eisenprodukt (3) in einer ersten Reduktionsanlage (4) mittels eines Reduk¬ tionsgases (5) und Abziehen des bei der Reduktion verbrauchten Reduktionsgases (5) als Exportgas (6), Entfernen von CO2 aus dem Exportgas (6) und Einbrin¬ gen des Exportgases (6) in zumindest eine zweite Re¬ duktionsanlage (7) zur Herstellung eines teilredu¬ zierten zweiten Eisenprodukts (8),
Einbringen des teilreduzierten ersten Eisenprodukts (3), eines sauerstoffhaltigen Gases (9) und Kohlenstoffträger (10) in einen Einschmelzvergaser (11), Vergasung der Kohlenstoffträger (10) mit dem
Sauerstoffhältigen Gas (9) und Aufschmelzen des teilreduzierten ersten Eisenprodukts (3) zu dem flüssigen Roheisen (1) unter Entstehung des Reduktionsgases (5) im Einschmelzvergaser (11),
Einbringen zumindest einer Teilmenge des Reduktions¬ gases (5) in die erste Reduktionsanlage (4) mittels einer Reduktionsgasleitung (12), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiter umfasst:
Eindüsen beziehungsweise Einbringen eines schwefelhältigen Koksofengases, eines schwefelhältigen Erdgases oder einer Mischung aus dem schwefelhältigen Erdgas und dem Koksofengas
zusammen mit dem Sauerstoffhältigen Gas (9) und gegebenenfalls zusammen mit Feinkohle (14) in den Einschmelzvergaser (11) mittels Sauerstoffdüsen (15) und/oder zusammen mit Staub (16) und dem sauerstoffhaltigen Gas (9) in den Einschmelzvergaser (11) mittels Staub¬ brenner (17) und/oder
zusammen mit dem sauerstoffhaltigen Gas (9) in den Einschmelzvergaser (11) mittels Sauerstoffbrenner
(18) und/oder
in die Reduktionsgasleitung (12) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Reduktionsanlage (4) zumindest einen ersten und ei¬ nen zweiten Wirbelschichtreaktor umfasst, dass die Wirbelschichtreaktoren mittels Verbindungsleitungen zum Einbringen des Reduktionsgases (5) in die Wirbelschichtreaktoren und zum Abziehen des Reduktionsgases (5) aus den Wirbelschichtreakto- ren verbunden sind, dass das Reduktionsgas (5) nach Durch¬ strömen der beiden Wirbelschichtreaktoren als Exportgas (6) abgezogen wird und dass das Verfahren weiter umfasst:
Eindüsen beziehungsweise Einbringen des schwefelhaltigen Koksofengases, des schwefelhaltigen Erdgases oder der Mi- schung aus dem schwefelhaltigen Erdgas und dem Koksofengas zusammen mit dem sauerstoffhaltigen Gas (9) in zumindest eine der Verbindungsleitungen mittels Sauerstoffbrenner und/oder
direkt in zumindest eine der Verbindungsleitungen.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Vorrichtung umfasst:
eine erste Reduktionsanlage (4) mit einer Exportgas¬ leitung (19) und einer Zufuhrleitung (20) zur Zufuhr von eisenoxidhältigen Einsatzstoffen (2),
einen Einschmelzvergaser (11), welcher über eine Reduktionsgasleitung (12) mit der ersten Reduktionsanlage (4) verbunden ist,
zumindest eine zweite Reduktionsanlage (7), welche über die Exportgasleitung (19) mit der ersten Reduktionsanlage (4) verbunden ist,
eine in der Exportgasleitung (19) angeordnete CO2- Entfernungsanlage (21) zur Entfernung von CO2, zumindest eine in den Einschmelzvergaser (11) mündende Eisenproduktzufuhrleitung (22) und eine Kohlenstoffträgerzufuhrleitung (23) ,
ein oder mehrere in den Einschmelzvergaser (11) mün- dende Einbringelemente, welche als Sauerstoffdüse
(15) oder als Staubbrenner (17) oder als Sauerstoffbrenner (18) ausgebildet sind, mit jeweils einer Me- dienzufuhrleitung (24) zum Einbringen eines Gases und/oder eines Feststoffes in den Einschmelzvergaser (11), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Prozessgasleitung (25) zur Zufuhr eines schwefelhaltigen Koksofengases, eines schwefelhaltigen
Erdgases oder einer Mischung aus dem schwefelhaltigen Erdgas und dem Koksofengas, welche
in zumindest eine der Medienzufuhrleitungen (24) und/oder
- in zumindest eines der Einbringelemente und/oder
in die Reduktionsgasleitung (12)
mündet .
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Reduktionsanlage (4) zumindest einen ersten und ei¬ nen zweiten Wirbelschichtreaktor umfasst, wobei die Wirbelschichtreaktoren mittels Verbindungsleitungen zum Einbringen des Reduktionsgases (5) in die Wirbelschichtreaktoren und Ab¬ ziehen des Reduktionsgases (5) aus den Wirbelschichtreaktoren verbunden sind, dass ein oder mehrere in zumindest eine der Verbindungsleitungen mündende und als Sauerstoffdüsen (18) ausgebildete Einbringelemente mit jeweils einer Medienzufuhr¬ leitung (24) zum Einbringen eines Gases in die Verbindungsleitung vorhanden sind und dass zumindest eine Prozessgaslei- tung (25) zur Zufuhr des schwefelhaltigen Koksofengases, des schwefelhaltigen Erdgases oder der Mischung aus dem
schwefelhaltigen Erdgas und dem Koksofengasvorhanden ist, welche in zumindest eine der Medienzufuhrleitungen (24)
und/oder
in zumindest eines der Einbringelemente und/oder
in zumindest eine der Verbindungsleitungen
mündet.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessgasleitung (25) aus einer das schwefelhaltige Koksofengas, das schwefelhaltige Erdgas oder die Mischung aus dem schwefelhaltigen Erdgas und dem Koksofengas produzierenden Anlage, insbesondere einer Anlage zur Herstellung von Koks und/oder einer Kohlevergasungsanlage und/oder einer Quelle für das schwefelhaltig Erdgas ent¬ springt .
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