DE3608150C1

DE3608150C1 - Verfahren und Vorrichtung zur reduzierenden Schmelzvergasung

Info

Publication number: DE3608150C1
Application number: DE3608150A
Authority: DE
Inventors: Greul Artur Richard
Original assignee: Individual
Current assignee: GREUL, ARTUR RICHARD, 6050 OFFENBACH, DE
Priority date: 1986-03-12
Filing date: 1986-03-12
Publication date: 1987-07-02
Also published as: EP0263119A1; WO1987005634A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion von Eisenerzen und zum Erschmelzen von Eisen sowie zur gleichzeitigen Erzeugung von Synthese- oder Brenngasen im abwärts gerichteten Gleichstrom, bei dem in einem Möller, bestehend aus Erz, Zuschlagstoffen und über schüssigem kohlenstoffhaltigem Brennstoff in einer Verbrennungszone reiner Sauerstoff eingeblasen wird und die dabei erzeugten Gase abwärts durch eine darunter liegende Reduktionszone geführt werden, wobei das ent stande CO₂ durch Teile des überschüssigen Kohlenstoffs zu CO reduziert wird, das seinerseits das Eisenerz einer indirekten Reduktion unterwirft, bei dem ferner das reduzierte, flüssige Eisen sowie die flüssige Schlacke nach unten abtropfen und das spezifisch schwerere Eisen von der auf ihm schwimmenden Schlacke zur Reoxidation geschützt wird und das gebildete CO₂ mit dem Rest kohlenstoff völlig in CO dissoziiert wird und bei dem schließlich das gebildete Reaktionsgas, das hauptsäch lich aus CO und kleineren Mengen H₂ besteht, abgezogen wird, während das aufgekohlte Roheisen sowie die Schlacke sporadisch abgezogen werden. Ferner betrifft die Erfindung einen Schmelzofen zur Durchführung dieses Verfahrens.

Auch im konventionellen Hochofen werden in Form der Gichtgase als Abfallprodukt bereits Brenngase erzeugt. Ihre Verwertung ist wegen des hohen Staubgehalts schwierig, der hohe Stickstoffgehalt bedingt eine sehr schlechte Energiebilanz, die jedoch durch Sauerstoff anreicherung verbessert werden kann.

Das Einblasen von Sauerstoff im Abwärtszug bringt eine Verbesserung der Energiebilanz mit sich, und damit eine Erzeugung von Synthesegasen, wie CO und H₂. Nachteilig bei diesem Verfahren der eingangs genannten Art ist jedoch, daß das Gas nur proportional zur Roheisenmenge erzeugt werden kann.

In der DE-OS 33 24 064 ist bereits ein derartiges Gleichstromverfahren sowie eine Vorrichtung zur Durch führung dieses Verfahrens beschrieben worden. Diese Vorrichtung besteht aus einem Schachtofen, der eine lichte Höhe von etwa 15 m aufweist, bei dem die Vorrichtungen zum Einblasen von Sauerstoff mindestens 3 m oberhalb der Gasabzugsöffnungen angeordnet sind. Es handelt sich hierbei um einen Schachtofen, der von oben mit einem Überschuß an Koks bzw. Kohle beschickt wird und in den der Sauerstoff durch seitliche Düsen einge blasen wird. Die Sauerstoffdüsen befinden sich im oberen Teil des Schachtofens im Verbrennungsraum.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine verbesserte Energiebilanz aufweisen und eine Gaserzeugung unabhängig von der Roheisenmenge gestatten.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1.

Es wurde überraschenderweise gefunden, daß die Teilung der Sauerstoffgabe, einmal in die obere Verbrennungs- bzw. Schwelzone, zum anderen in den Grenzbereich zwischen der Reduktionszone und der darunter liegenden Schmelzzone, die Energiebilanz entscheidend verbessert, ohne daß ein nachteiliger Effekt auf den Reduktions- und Schmelzvorgang feststellbar ist.

Die als Ausgangsmaterialien dienenden Stoffe sind bekannt. So wird beispielsweise Eisenkoks hergestellt, indem Feinerz und Feinkohle mit einem Bindemittel gemischt, brikettiert und dann nach einem bekannten Formkoksverfahren verkokt werden. Eisenschwelbriketts werden erhalten, indem man feingemahlenes Erz und Kohle mit Teer als Bindemittel zu Briketts preßt. Entsprechend erhält man Eisenholzbriketts, nur mit anderen Binde mitteln, z. B. mit Sulfitablauge.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich neben Roheisen große Mengen Synthesegase oder Brenngase erzeugen. Die erzeugte Gasmenge läßt sich erhöhen, indem dem Sauerstoff ein Kühlmittel in Form von Wasserdampf und/oder CO₂ zugegeben wird. In die Verbrennungszone können zusätzliche Brennstoffe eingegeben werden, beispielsweise in Form von Gasen, Ölen, Teeren sowie stückiger Kohle. In den Möller werden die bekannten Zuschlagstoffe brikettiert eingebracht und als Kühlmittel kann Kleinschrott zuge geben werden.

Eine Erhöhung der gebildeten Gasmenge kann auch dadurch bewirkt werden, daß dem Möller Blindkoks oder Blind briketts, d. h. Briketts ohne Erzbeimischung zugegeben werden, wobei die Temperatur durch Zugabe von Wasser dampf oder CO₂ gesteuert werden kann.

Die erzeugten Synthesegase bzw. Brenngase sind weit gehend CO₂-frei. Darüber hinaus sind sie weitgehend frei von Schwefel und Staub, was für viele Anwendungszwecke von entscheidender Bedeutung ist.

Durch das Einblasen des Sauerstoffs in die obere Verbrennungs- und Schwelzone wird mit einem Teil des Kohlenstoffs der Beschickung Wärme erzeugt, welche auch zum Schwelen genutzt wird. Das so erzeugte CO₂ wird im Abwärtszug mit weiterem überschüssigem Kohlenstoff auf bekannte Weise zu CO dissoziiert und nimmt an der Reduktion des Erzes im Koks bzw. in den Briketts teil. Durch die Zugabe von weiterem Sauerstoff im Mittelteil der Vorrichtung, d. h. im Grenzbereich zwischen der Reduktionszone und der darunter liegenden Schmelzzone wird die Temperatur auf über 1600°C erhöht, wobei sich das reduzierte Eisen verflüssigt und nach unten tropft. Auch die gebildete Schlacke verflüssigt sich und tropft nach unten, wo sie auf dem flüssigen Eisen schwimmt. Das flüssige Eisen kann über einen Eisenabstich, die ent stande flüssige Schlacke über einen Schlackenabstich abgezogen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann durch Variation der Beschickung und der eingesetzten Energieträger und Kühlmittel äußerst variabel gestaltet werden, wodurch nach Wunsch sehr unterschiedliche Brenn- oder Synthese gase erhalten werden können.

Eine Vorrichtung, in der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann, besteht aus einem Schmelzofen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 6 angegebenen Art, der als Niederschachtschmelzvergaser mit verkürztem Schacht und einer Höhe von weniger als etwa 10 m, mindestens jedoch etwa 5 m, ausgebildet ist und der unterteilt ist in eine untere Schmelzzone, in der die Abzugsdüsen für die Reaktionsgase angeordnet sind, eine oberhalb der Schmelzzone liegende Reduktionszone, wobei im Grenzbereich zwischen Schmelzzone und Reduktions zone untere Sauerstoffdüsen angeordnet, an die Zusatz leitungen für Kühlmittel angeschlossen sind, sowie in eine oberhalb der Reduktionszone liegende Verbrennungs- und Schwelzone, in der obere Sauerstoffdüsen angeordnet sind.

Diese Vorrichtung entspricht in Beschickung, Ausmauerung, Panzerung, Kühlung sowie Roheisen- und Schlackenabzug weitgehendst dem Niederschacht- bzw. Hochofen.

Neben den bereits geschilderten Vorteilen einer varia blen Gaserzeugung ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung eine erhebliche Absenkung des Möllerdrucks im Schmelzofen, was zur Folge hat, daß auch gering wertige Brennstoffe mit geringer Festigkeit einge setzt werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher anhand eines Beispiels erläutert, wobei alle in der Figurenbeschreibung enthaltenen Merkmale als erfindungswesentlich ange sehen werden.

Die Figur zeigt einen Vertikalschnitt durch eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Niederschacht schmelzvergasers.

Der Niederschachtschmelzvergaser 70 enthält eine untere Schmelzzone 80, eine mittlere Reduktionszone 81 und eine darüber gelegene Verbrennungszone 82. Oberhalb der Verbrennungszone befindet sich als freier Raum der Beschickungsraum 84, in den Schleu sensysteme 79 einmünden, über die das Beschickungs material, der Möller, eingegeben werden kann. Die Schleusensysteme sind in der waagerechten Abdeckung des Beschickungsraumes angeordnet, so daß das Beschic kungsgut von oben in die Beschickungszone fällt.

In der Wand des Beschickungsraumes 84 sind Düsen 77 für Zusatzöl oder Gas angeordnet, durch die der Beschickungsraum zusätzlich aufgeheizt werden kann. Die Düsen 77 stehen mit einer Ringleitung 78 in Ver bindung, über die der Zusatzbrennstoff zugeführt wird. Unterhalb des Beschickungsraumes 84 sind in der Ver brennungszone 82 in den Wänden obere Sauer stoffdüsen 74 angeordnet, die mit einer Ringleitung 73 in Verbindung stehen, über die Sauerstoff in denVer brennungsraum geführt wird. Ebenso wie in der Ver brennungszone 82 sind auch in der darunter befind lichen Reduktionszone mittlere Sauerstoffdüsen 75 angeordnet, die gleichfalls mit der Ringleitung 73 für Sauerstoff verbunden sind. Die mittleren Sauer stoffdüsen 75 liegen im Grenzbereich zwischen der Reduktionszone 81 und der darunter liegenden Schmelz zone 80. In der Schmelzzone 80 verjüngt sich der Querschnitt des Niederschachtschmelzvergasers 70. Unterhalb der Verjüngung sind Abzugsdüsen 71 für die entstehenden Reaktionsgase in den Wänden des Niederschachtschmelzvergasers 70 angeordnet, die mit einer Ringleitung 72 für abziehen des Gas in Verbindung stehen.

Über Zusatzleitungen 76 kann in die mittleren Sauer stoffdüsen 75 Kühlmittel in Form von CO₂ oder Wasser dampf etc. zugegeben werden.

Claims

1. Verfahren zur Reduktion von Eisenerzen und zum Erschmelzen von Eisen sowie zur gleichzeitigen Er zeugung von Synthese- oder Brenngasen im abwärts gerichteten Gleichstrom, bei dem in einen Möller, bestehend aus Erz, Zuschlagstoffen und überschüssigem kohlenstoffhaltigem Brennstoff in einer Verbrennungs zone reiner Sauerstoff eingeblasen wird und die dabei erzeugten Gase abwärts durch eine darunter liegende Reduktionszone geführt werden, wobei das entstandene CO₂ mit dem Restkohlenstoff völlig in CO dissoziiert wird und bei dem schließlich das gebildete Reaktions gas, das hautpsächlich aus CO und kleineren Mengen H₂ besteht, abgezogen wird, während das aufgekohlte Roheisen sowie die Schlacke sporadisch abgezogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Erz und der Brennstoff in Form von Eisenkoks, Eisenschwelbriketts und/oder Eisenholzbriketts eingesetzt werden,

- daß in einer oberen Verbrennungs- und Schwelzone nur ein Teil des Sauerstoffs bis zum Erreichen einer Temperatur von etwa 900 - 1000°C einge blasen wird,
- daß in der darunter liegenden Reduktionszone das Eisenerz in fester Form einer indirekten Reduktion unterworfen wird und
- daß im Grenzbereich zwischen der Reduktionszone und einer darunter liegenden Schmelzzone durch Einblasen des restlichen Teils des Sauerstoffs die Temperatur auf mindestens 1600°C erhöht und durch Zugabe eines Kühlmittels, in Form von Wasserdampf und/oder CO₂, so gesteuert wird, daß sowohl das reduzierte Erz als auch die Schlacke verflüssigt werden und nach unten abtropfen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbrennungszone zusätzliche Brennstoffe in Form von Gasen, Ölen, Teeren sowie stückiger Kohle zugegeben werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuschlagstoffe dem Möller in brikettierter Form zugeschlagen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Möller Kleinschrott in etwa 5-Markstück-Größe als Kühlmittel zugegeben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Möller Blindkoks oder Blindbriketts ohne Erzbeimischung zur Erhöhung der Gasmenge zugegeben werden.

6. Schmelzofen zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5 in Form eines Schachtofens mit einer Beschickungsvorrichtung, Eisen- und Schlacken abstich, mit über eine Ringleitung für Sauerstoff verbundenen Sauerstoffdüsen, mit Gasabzugsdüsen, die ebenfalls über eine Ringleitung miteinander verbunden sind, sowie mit Düsen für Zusatzgas oder Öl, die in dem im Oberteil des Schachts befindlichen Beschickungs raum angeordnet und gleichfalls an eine Ringleitung angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzofen als Niederschachtschmelzvergaser (70) mit verkürztem Schacht und einer Höhe von weniger als etwa 10 m, mindestens jedoch etwa 5 m, ausgebildet ist und in die folgenden Zonen unterteilt ist:

- einer unteren Schmelzzone (80), in der die Abzugs düsen (71) für die Reaktionsgase angeordnet sind,
- einer oberhalb der Schmelzzone (80) liegenden Reduktionszone (81), wobei im Grenzbereich zwischen Schmelzzone (80) und Reduktionszone (81) untere Sauerstoffdüsen (75) angeordnet sind, an die Zusatzleitungen (76) für Kühlmittel angeschlossen sind, sowie
- einer oberhalb der Reduktionszone (81) liegenden Verbrennungs- und Schwelzone (82), in der obere Sauerstoffdüsen (74) angeordnet sind.