AT5280U1 - Verfahren und vorrichtung zur einstellung des oxidationsgrades eines reduktionsgases - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Einstellung des Oxidationsgrades eines, insbesondere kohlenstoffstaub-hältigen, Reduktionsgases, wobei das Reduktionsgas Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthält und zur Reduktion von metallischen Erzen, vorzugsweise zur Reduktion von Eisenoxid zu Eisenschwamm, in einem Reaktor der physikalischen oder chemischen Verfahrenstechnik, insbesondere in einem Reduktions-Schachtofen, eingesetzt wird, und wobei dem Reduktionsgas vor Einleitung in den Reaktor, vorzugsweise in Abhängigkeit von seinem Oxidationsgrad und seiner Temperatur, H`2 O und/oder CO`2 zugeführt wird. Dabei wird das Reduktionsgas vor oder bei Einleitung in den Reaktor durch Zuführung eines sauerstoffhältigen Mediums, insbesondere reinen Sauerstoffes, teilverbrannt. Mit dieser Verfahrensweise wird eine einfache und effektive Einstellung des Oxidationsgrades eines Reduktionsgases erreicht.
Description
<Desc/Clms Page number 1> Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Einstellung des Oxidationsgrades eines, insbesondere kohlenstoffstaub-hältigen Reduktionsgases, wobei das Reduktionsgas im wesentllchon Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthält und zur Reduktion von metallischen Erzen, vorzugsweise zur Reduktion von Eisenoxid zu Eisenschwamm, in einem Reaktor der physikalischen oder chemischen Verfahrenstechnik, insbesondere in einem Reduktions-Schachtofen, eingesetzt wird, und wobei dem Reduktionsgas vor Einleitung in den Reaktor, vorzugsweise in Abhängigkeit von seinem Oxidationsgrad und seiner Temperatur, H20 und/oder CO2 zugeführt wird. EMI1.1 Eisenoxid, reduzierendes Gas zu erzeugen. DE-C-3535572 hat ein Verfahren zur Herstellung von Roheisen aus Feinerz zum Inhalt. Dabei wird dem Reduktionsgas, das in einem Einschmelzvergaser erzeugt wird, ein Kühlgas beigemischt, und dieses Gemisch in den Reduktionsschachtofen eingeleitet. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass keine gleichbleibende Qualität des Reduktionsgases gewährleistet werden kann. AT-B-403925 lehrt ein Verfahren zum Erzeugen eines für eine Reduktion von stückigem Metallerz in einem Einschmelzvergaser erzeugtes Reduktionsgas, dem zur Erreichung eines thermodynamisch stabileren Zustandes CO2 und/oder H20 beigemischt wird. Einerseits ist die Verfügbarkeit von CO2 in einem Hüttenwerk jedoch beschränkt, und andererseits erfolgt durch die Zugabe von CO2 und/oder H20 eine unerwünschte Absenkung der Temperatur des Reduktionsgases. Unter dem Gesichtspunkt des Standes der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Anlage gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 7 zu entwickeln, die eine einfache und effektive Einstellung des Oxidationsgrades eines Reduktionsgases ermöglichen und die Nachteile aus dem Stand der Technik überwinden. <Desc/Clms Page number 2> Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss entsprechend dem erfindungsgemässen Verfahren nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1, und entsprechend der erfindungsgemässen Vorrichtung nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 7 gelöst. Bei einem Verfahren zur Erzeugung von Roheisen oder Roheisenvorprodukten aus eisenoxidhältigen Einsatzstoffen, insbesondere mit kohlenstoffhältigen Energieträgern und sauerstoffhältigen Vergasungsmitteln, wird, beispielsweise durch die Vergasung von Kohle, Kohlenmonoxid- und Wasserstoff-hältiges Reduktionsgas hergestellt. Das Reduktionsgas wird einem Reaktor zur Reduktion von Eisenoxid zugeführt. Da dieses Gas einen sehr niedrigen bzw. stark schwankenden Oxidationsgrad besitzt und bei der Reduktion metallisches Eisen entsteht, welches als Katalysator für Gasreaktionen bekannt ist, kommt es in der Umgebung der Gaszufuhr im Reduktionsschachtofen zu Reaktionen mit Bildung von Wärme und Kohlenstoff (Boudouard-Reaktion und heterogene Wassergasreaktion). Störungen des Schachtbetriebes durch zusätzlichen Staub und Überhitzungsgefahr sind die Folge. Es sind verschiedene Massnahmen zur Einstellung des Oxidationsgrades, wie beispielsweise eine Oxidationsgraderhöhung durch eine HO- (Wasser und/oder Dampf) oder C02-Beimischung zum Reduktionsgas, wie in AT-B-403929 geoffenbart, bekannt. Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird H20 und/oder Cor dem Reduktionsgas beigemischt. Besonders vorteilhaft handelt es sich dabei um eine Zugabe von flüssigem H20, da es sich hierbei um ein universell verfügbares Verfahrensmittel handelt. Die solcherart verfahrensmässige HO-Eindüsung führt dabei zu einer wärmeverbrauchenden Verdampfung, und/oder zu einer CO-verbrauchenden homogenen Wassergasreaktion, und/oder zu einer C-verbrauchenden heterogenen Wassergasreaktion. Vorzugsweise wird das gesamte, im flüssigen Aggregatzustand eingebrachte, Wasser verdampft, wodurch die Temperatur des Reduktionsgases abgesenkt, und auf diese Weise die maximal zuführbare Menge des flüssigen H20 beschränkt wird. Dabei kann die Temperaturabnahme zumindest in einem Teilbereich durch eine geringere Kühlgaszufuhr ausgeglichen werden. <Desc/Clms Page number 3> Nach einem erfindungsgemässen Merkmal wird durch Teilverbrennung des Reduktionsgases unter Zufuhr von Sàuerstoff der Oxidationsgrad je nach Sauerstoffmenge variabel eingestellt. Bei Zufuhr von Wasser und/oder Wasserdampf kann somit auch auf die verhältnismässig unkontrolliert ablaufende heterogene Wassergasreaktion Rücksicht genommen werden, und der Oxidationgrad nachjustiert werden. Die Teilverbrennung erfolgt dabei vor oder nach der Einleitung des H20, vor oder bei Einleitung des Reduktionsgases in den Reaktor. Nach einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Teilverbrennung unmittelbar vor Einleitung des Reduktionsgases in den Reaktor. Durch Variation der Sauerstoff- bzw. Wassermenge kann somit das Verhältnis wärmeverbrauchender und wärmeerzeugender Reaktionen in Abhängigkeit der SollTemperatur und des gewünschten Oxidationsgrades des Reduktionsgases eingestellt werden. Die bei der Teilverbrennung entstehende zusätzliche Wärme wird genutzt um den Temperaturabfall bei der Einleitung des H20 auszugleichen, bzw. um das Reduktionsgas auf eine für die weitere Verwendung im Schachtofen verträgliche Temperatur bei gewünschtem Oxidationsgrad zu erhitzen. Durch die Teilverbrennung wird nicht nur der Oxidationsgrad des Reduktionsgases erhöht, es erfolgt auch eine Senkung des Staubgehaltes des Gases, da eine Umsetzung der feinen C-Partikel mit O2 bzw. H20 erfolgt. Eventuell vorhandene Reste von unverbrannten oder teilverbrannten Kohlenwasserstoffen werden durch die Zufuhr des Sauerstoffes ebenfalls einer Oxidation unterworfen, und abgebaut. Im Stand der Technik sind an mehreren Stellen Einrichtungen zum Kühlen, insbesondere Kühlgasleitungen zur Zuführung eines Kühlgases, beschrieben, die eine Einstellung der Temperatur des Reduktionsgases auf die Erfordernisse im Schachtofen gewährleisten. Abhängig von der Temperaturentwicklung des Prozesses bei der Zugabe von H20 sowie der Teilverbrennung mit sauerstoffhältigen Medien, kann diese Kühlgaszufuhr geregelt <Desc/Clms Page number 4> werden. Auf diesem Weg ist eine weitere Verbesserung des Energiehaushaltes des erfindungsgemässen Verfahrens wie der erfindungsgemässen Anlage erreichbar. Bei dem sauerstoffhältigen Medium handelt es sich vorzugsweise um technisch reinen Sauerstoff. Vorzugsweise lautet die Zusammensetzung des, für die weitere Verwendung, EMI4.1 EMI4.2 <tb> <tb> C,CO <SEP> H2 <SEP> CH4 <SEP> N2 <SEP> C02 <tb> % <SEP> 65 <SEP> 24 <SEP> 2 <SEP> 4 <SEP> 5 <tb> EMI4.3 Einschmelzvergaser erzeugt, in dem reduzierte Eisenpartikel unter Zuführung von Kohle und sauerstoffhältigem Gas eingeschmolzen werden. Die Teilverbrennung des Reduktionsgases unter Zuführung eines sauerstoffhältigen Mediums, insbesondere reinen Sauerstoffes, erfolgt dabei nach Ableitung des Reduktionsgases aus dem Einschmelzvergaser und vor dem Einleiten des Reduktionsgases in den ReduktionsSchachtofen. Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dem Reduktionsgas vor Eintritt in den Reduktions-Schachtofen ein Kühlgas beigemischt. Die Temperaturabsenkung des Reduktionsgases durch das Einbringen von H20 wird dabei nach einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung durch eine geringere Menge an eingebrachtem Kühlgas kompensiert. Die vorliegende Erfindung erweist sich darüber hinaus als besonders günstig, da das Reduktionsgas aus dem Einschmelzvergaser einen Staubanteil, sowie einen geringen Kohlenwasserstoff-Gehalt aufweist, die jeweils durch die Oxidation gesenkt werden. <Desc/Clms Page number 5> Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes wird die Menge des zugeführten Sauerstoffes und/oder des H20 und/oder des C02 und/oder eines Kühlgases, in Abhängigkeit von dem Oxidationsgrad und/oder der Temperatur des Reduktionsgases geregelt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes erfolgt die Teilverbrennung des Reduktionsgases in Kombination mit der H2O- und/oder CO2Zugabe gezielt zur Erreichung eines vorbestimmten Oxidationsgrades, der durch die gewünschte Temperatur im Reduktionsschacht mitbestimmt wird. Auch die Ausscheidung des elementaren Kohlenstoffes im Reduktions-Schachtofen hängt primär vom Oxidationsgrad bzw. der Temperatur des eingeleiteten Reduktionsgases ab. Es bietet sich deshalb die Regelung der Teilverbrennung des Reduktionsgases an, um auf diese Weise effizient und einfach auf allfällige Veränderungen, beispielsweise der Temperatur, im Schachtofen zu reagieren. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird das sauerstoffhältige Medium, insbesondere reiner Sauerstoff, direkt in die Generatorgasleitung eingeleitet. Die Generatorgasleitung stellt jene Leitung dar, die das Reduktionsgas vom Einschmelzvergaser ableitet. Diese Ausführungsform erweist sich insbesondere dann als günstig, wenn keine spezielle Vorrichtung zur Wasser/Dampf/C02-Zufuhr vorgesehen wird. Es handelt es sich hierbei um eine besonders kostengünstige Verfahrensausführung. Einem weiteren Merkmal der Erfindung zufolge wird das sauerstoffhältige Medium, insbesondere reiner Sauerstoff, in die Kühlgasleitung, vorzugsweise in eine Brennkammer an der Kühlgasleitung, eingeleitet. Diese Ausgestaltung des Verfahrens erweist sich als vorteilhaft, da eine übermässige thermische und abrasive Belastung der 02-Düse verhindert wird. Damit sind lange Standzeiten erzielbar. Das Kühlgas weist vorzugsweise eine Temperatur von 50-100 C auf. <Desc/Clms Page number 6> EMI6.1 Anspruch 7 gekennzeichnet. Mit der Zufuhr des Sauerstoffes werden dabei der Oxidationsgrad und die Temperatur EMI6.2 EMI6.3 EMI6.4 Nach einem weiteren Merkmal der erfindungsgemässen Vorrichtung, wobei die Vorrichtung eine Generatorgasleitung aufweist, die das Reduktionsgas vom dem Reduktionsgas-Erzeuger, insbesondere dem Einschmelzvergaser, in den Reaktor, EMI6.5 Mediums vorgesehen. Im folgenden wird ein nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt : EMI6.6 <Desc/Clms Page number 7> Fig. 1 stellt einen Vergaser 1 dar, wobei aus diesem Vergaser durch eine Generatorgasleitung 2 Reduktionsgas abgezogen wird. Dabei sind verschiedene Möglichkeiten zur partiellen Oxidation dieses Reduktionsgases gegeben : Nach Detail A wird der Sauerstoff, beispielsweise durch eine oder mehrere Düsen, in die Generatorgasleitung nahe am Einschmelzvergaser eingeleitet 3. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Sauerstoff dabei direkt in den oberen Bereich des Vergasers eingeleitet 4. Nach Detail B wird der Sauerstoff in eine Brennkammer an einer Kühlgasleitung 5 eingebracht. Das Kühlgas wird teilverbrannt, und das resultierende Gasgemisch in die Generatorgasleitung 2 eingeleitet. Nach Detail C wird Sauerstoff gemeinsam mit CO2 und/oder H20 in die Generatorgasleitung 2 eingeleitet. Je nach Verfügbarkeit bzw. ökonomischen Gesichtspunkten kann hierbei CO2 oder H20 verwendet werden.
Claims (1)
- Ansprüche 1. Verfahren zur Einstellung des Oxidationsgrades eines, insbesondere kohlenstoffstaub- hältigen, Reduktionsgases, wobei das Reduktionsgas Im wseRthcAem Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthält und zur Reduktion von metallischen Erzen, vorzugsweise zur Reduktion von Eisenoxid zu Eisenschwamm, in einem Reaktor der physikalischen oder chemischen Verfahrenstechnik, insbesondere in einem Reduktions-Schachtofen, eingesetzt wird, und wobei dem Reduktionsgas vor Einleitung in den Reaktor, vorzugsweise in Abhängigkeit von seinem Oxidationsgrad und seiner Temperatur, H20 und/oder CO2 zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsgas vor oder bei Einleitung in den Reaktor durch Zuführung EMI8.1 wird.2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eisenoxidhältige Einsatzstoffe in einem Reduktions-Schachtofen durch das Reduktionsgas reduziert werden, und wobei die erhaltenen reduzierten Eisenpartikel in einem Einschmelzvergaser unter Zuführung von Kohle und sauerstoffhältigem Gas bei gleichzeitiger Bildung des Reduktionsgases eingeschmolzen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilverbrennung nach der Ableitung des Reduktionsgases aus dem EMI8.2 in Abhängigkeit von dem Oxidationsgrad und/oder der Temperatur des Reduktionsgases geregelt wird. EMI8.3 Reduktionsgases zur Erreichung eines vorbestimmten Oxidationsgrades in Abhängigkeit von der Temperatur im Reaktor bestimmt wird.5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine EMI8.4 <Desc/Clms Page number 9> EMI9.1 EMI9.2 <Desc/Clms Page number 10>10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Vorrichtung eine Generatorgasleitung aufweist, die das Reduktionsgas vom dem Reduktionsgas- Erzeuger, insbesondere dem Einschmelzvergaser, in den Reaktor, insbesondere den Reduktions-Schachtofen, überführt, dadurch gekennzeichnet, dass an der Generatorgasleitung eine oder mehrere Düsen vorgesehen sind, durch welche das sauerstoffhältige Medium direkt in die Generatorgasleitung eingeleitet werden kann.11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, wobei eine Kühlgasleitung zur Kühlung des Reduktionsgases vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kühlgasleitung eine oder mehrere Düsen zur Einbringung des sauerstoffhältigen Mediums vorgesehen sind.
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