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WO1997033006A1 - Verfahren zum herstellen von flüssigem roheisen oder flüssigen stahlvorprodukten sowie anlage zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum herstellen von flüssigem roheisen oder flüssigen stahlvorprodukten sowie anlage zur durchführung des verfahrens Download PDF

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Publication number
WO1997033006A1
WO1997033006A1 PCT/AT1997/000045 AT9700045W WO9733006A1 WO 1997033006 A1 WO1997033006 A1 WO 1997033006A1 AT 9700045 W AT9700045 W AT 9700045W WO 9733006 A1 WO9733006 A1 WO 9733006A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
reduction
line
export
melter gasifier
Prior art date
Application number
PCT/AT1997/000045
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ernst Eichberger
Günter SCHREY
Franz Reufer
Jörg DIEHL
Gerald Rosenfellner
Original Assignee
Voest-Alpine Industrieanlagenbau Gmbh
Deutsche Voest-Alpine Industrieanlagenbau Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voest-Alpine Industrieanlagenbau Gmbh, Deutsche Voest-Alpine Industrieanlagenbau Gmbh filed Critical Voest-Alpine Industrieanlagenbau Gmbh
Priority to AU18608/97A priority Critical patent/AU723568C/en
Priority to DE19780163A priority patent/DE19780163C1/de
Priority to KR19980706977A priority patent/KR19990087540A/ko
Priority to DE19780163D priority patent/DE19780163D2/de
Priority to BR9708167A priority patent/BR9708167A/pt
Priority to US09/125,869 priority patent/US6251162B1/en
Priority to JP9531249A priority patent/JP2000506221A/ja
Publication of WO1997033006A1 publication Critical patent/WO1997033006A1/de

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    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • C21B13/0013—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes obtaining iron or steel in a molten state introduction of iron oxide into a bath of molten iron containing a carbon reductant
    • C21B13/002—Reduction of iron ores by passing through a heated column of carbon
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    • Y02P10/134—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions by avoiding CO2, e.g. using hydrogen

Definitions

  • the invention relates to a process for producing molten pig iron or molten steel precursors from starting materials formed from iron ore, preferably in bar and / or pellet form, and optionally aggregates, the starting materials being reduced directly to sponge iron in a reduction zone, and the sponge iron in a melt - Gasification zone melted with the supply of carbon carriers and oxygen-containing gas and a reducing gas containing CO and H 2 is generated, which is introduced into the reduction zone, converted there and extracted as export gas, and the extracted export gas being fed to a consumer, and a plant to carry out the procedure.
  • a method of this type is known, for example, from DE-C - 40 37 977.
  • DE-C - 40 37 977 the export gas which is produced in large quantities and still has a considerable content of carbon monoxide and hydrogen is used to minimize the production costs for the sponge iron or for the pig iron melted from it is fed to a further reduction zone functioning as a consumer for the reduction of additional iron-containing material, etc. after it has been processed.
  • the invention aims to avoid these disadvantages and difficulties and has as its object to provide a method and an apparatus for carrying out the method, which enable the use of carbon carriers with a high C fix content. Furthermore, the specific oxygen consumption for coal gasification is said to be reduced.
  • the CO 2 -containing export gas is cooled in a scrubber with part of the CO 2 -lower, reducing gas formed in the melter gasifier and subjected to a technically complex desulfurization cleaned and then used as fuel gas for a gas turbine.
  • the procedural effort for the treatment of a fuel gas that meets environmental requirements is relatively large and also requires considerable investments.
  • the CO 2 is converted according to the equation CO 2 + C -> 2 CO.
  • Carbon monoxide is formed, which increases the reducing gas flow and is therefore available for reduction.
  • the conversion of the carbon dioxide gas with the formation of carbon monoxide takes place endothermally, whereby the desired temperature can be set by appropriate metering of the introduction of the gas containing a high CO 2 content in the melter gasifier and any overheating can be avoided.
  • carbon carriers which have a high C fix fraction and naturally a lack of volatile constituents, such as anthracites and calculable petroleum coke qualities, can thus be used in amounts which, owing to the overheating effect, do not involve the simultaneous use of the gas containing a high CO 2 fraction, that has a temperature-lowering effect would not be possible.
  • the carbon monoxide generated in the melter gasifier from the exhaust gas containing a high proportion of CO 2 - two moles of carbon monoxide are formed per mole of CO 2 with one mole of carbon - in a useful manner the reducing gas flow required for the reduction of iron oxides.
  • Another advantage of the method according to the invention can be seen in the fact that the specific consumption of O 2 per unit of reductants produced drops, since some of the carbon carriers in the melter gasifier for the formation of carbon monoxide are not consumed using oxygen, but instead using the Carbon dioxide. This also significantly reduces the energy required to provide oxygen.
  • the method according to the invention thus enables the CO 2 emission into the atmosphere to be minimized, so that, in the sense of the Toronto Declaration, a contribution is made to reducing the CO 2 emission, which is regarded as the main cause of a climate change.
  • a further reduction in the oxygen consumption in the melter gasifier can still be achieved if the gas containing a high proportion of CO 2 is preheated, since then less C fix has to be burned in the carbon carrier used in the melter gasifier.
  • Another object of the invention results from the following problem:
  • the processing of the export gas according to the prior art is generally carried out in such a way that it is first cleaned of solid particles in a scrubber, whereby it is cooled down considerably. Thereafter, according to DE-C - 40 37 977, the CO 2 contained in the export gas is removed, because this CO 2 hinders the further use of the export gas as a reducing gas; the percentage of reductants in the export gas would be too low.
  • Various methods are known for removing the CO 2 from the export gas, for example the pressure change adsorption method or a chemical CO 2 scrubbing.
  • This exhaust gas contains CO, H2, CH4 and H2S and therefore cannot be released into the environment in this state for environmental reasons. For this reason, it is only of limited suitability for any further processing. Therefore, the sulfur compounds are usually removed from the exhaust gas.
  • This desulfurization has hitherto been carried out with the aid of various processes, such as, for example, the so-called “Stretford wash” or by catalytic oxidation on activated carbon, etc. All of these processes are complex and require additional materials, such as activated carbon or absorbent, which, among other things. must be stored and disposed of separately.
  • the invention further aims to avoid these disadvantages and difficulties and has the additional task of creating an efficient possibility of utilizing the export gas resulting from ore reduction, such as a direct reduction for the production of sponge iron, bypassing the difficulties associated therewith in the prior art.
  • CO 2 -containing exhaust gas should not only be processed and disposed of in an environmentally friendly manner, but should also be used as far as possible in the energy strategy of the process and the system.
  • problems that are related to the simultaneous H2S separation that takes place during the CO 2 separation are also to be solved in an environmentally friendly manner.
  • This object is achieved according to the invention in a method according to Claim 1 in that, during the removal of CO 2, separate offgas containing a high proportion of CO 2 are at least partially introduced into the single-gasification zone and are reacted there with carbon to form CO.
  • the invention in addition to reducing the high CO 2 emissions from the CO 2 elimination system, there is an increase in the CO excess for further use by a consumer, which results in a rapid reduction of the CO 2 content. It is also not necessary according to the invention to remove CO 2 from the export gas - if it is to be available for a further reduction zone - in such a high percentage as according to the prior art. If petroleum coke is used, there may be an advantage in that the H 2 S which is simultaneously separated during the CO 2 removal is also passed into the melter gasifier, as a result of which the sulfur reaches the liquid phase melted in the melter gasifier. However, the sulfur can be removed from this in a simple manner using known methods, etc. easier and with less energy expenditure than the gaseous H 2 S from the reducing gas.
  • the gas containing a high CO 2 content is introduced into the lower end region of the fluidized bed formed in the melt-down gasification zone, as a result of which the reaction of the CO 2 with carbon proceeds particularly effectively.
  • the gas containing a high proportion of CO 2 is advantageously introduced into this together with the oxygen-containing gas fed to the melting gasification zone.
  • the CO 2 -containing gas must not contain any combustible components, otherwise separate lines for the oxygen-containing gas and the CO 2 -containing gas must be provided, which only come together in a burner of the melter gasifier.
  • the gas containing a high proportion of CO 2 is introduced into the melting gasification zone with dusts to be introduced into the melting gasification zone, the gas containing a high CO 2 proportion expediently being introduced with dusts which are to be returned to the melting gasification zone and which originate in the reducing gas produced in the melting gasification zone have been separated, is introduced into the melting gasification zone.
  • a re-oxidation of iron with CO 2 which is endothermic, results in a temperature drop, so that the risk of uncontrolled oxidation is greatly reduced.
  • the gas containing a high CO 2 content can optionally be admixed as the conveying gas with the nitrogen previously used, which has the advantage that an enrichment of the nitrogen in the system can be reduced.
  • the nitrogen is difficult to remove from the system again and requires a higher energy expenditure to promote the gas volume which is increased by the nitrogen, which must only be required as ballast.
  • the gas which is introduced into the melting gasification zone and contains a high CO 2 content is expediently subjected to desulphurization before being introduced into the melting gasification zone.
  • the process according to the invention can be used with particular advantage if the export gas subjected to CO 2 removal is formed in at least one first reduction zone and the export gas cleaned of CO 2 as a reducing gas, if appropriate after heating, in at least one further reduction zone for reducing further particulate metal oxide-containing material, preferably iron oxide-containing material, is used and implemented there.
  • the gas withdrawn from the export gas of the first reduction zone after CO 2 removal and serving as a reduction gas for the further reduction zone has a particularly high percentage of reductants.
  • this can be achieved in that the CO 2 removal from the export gas of the first reduction zone does not have to take place to the extent that the reduction gas formed in the melter gasifier does (due to the excess carbon monoxide (improved CO / CO 2 ratio)) it was previously required.
  • part of the export gas can be introduced directly into the further reduction zone without being subjected to CO 2 removal.
  • Cooling the flue gas is particularly effective for the overall process if the flue gas is cooled before being introduced into the melting gasification zone with recuperative heating of a gas, preferably an oxygen-containing gas, which is used for the process. Recuperative heating can also be used to generate steam, which can be used as an oxidizing agent.
  • a gas preferably an oxygen-containing gas
  • the export gas discharge line of the reduction reactor is routed via a CO 2 removal system and a separated CO 2 -containing exhaust gas-discharging exhaust gas line is connected by line from the CO 2 removal system to the melter gasifier.
  • the gas line expediently opens into the lower part of the melting gasifier, approximately at the level of the lower end region of the fluidized bed formed in the melting gasifier, and if there is no risk of explosion (with approximately 100% oxidants and 0% reductants), the gas line advantageously together with a Supply line for oxygen-containing gases opens into the melter.
  • the gas line opens with a dust into the feed gas inlet, preferably via a burner that introduces the dust into the melt gasifier, into the melt gasifier, expediently in the feed line for the reducing gas, which connects the melt gasifier with the reduction reactor a dust separator is provided, which is connected to the melting gasifier by a dust return line, and the gas line with this dust return line opens into the melting gasifier via a dust burner.
  • a desulfurization device is expediently provided in the gas line.
  • a preferred embodiment is characterized in that two reduction reactors are provided which are connected to one another in terms of lines by way of the export gas discharge of the first reduction reactor and by way of the CO 2 elimination system, the export gas exiting from the CO 2 elimination system being introduced into the second reduction reactor is performed.
  • a feed line discharging an export gas of the second reduction reactor expediently opens into a CO 2 removal system, preferably into the CO 2 removal system for the export gas of the second reduction reactor.
  • an exhaust gas branch line opens from the CO 2 removal system into the heating device for the purpose of supplying a heating gas, and from the heating device a flue gas discharge line which leads off the flue gas is connected in line with the melter gasifier.
  • an export gas branch line leads from the export gas line to a combustion device and from this a flue gas line leads into the melter gasifier.
  • Another preferred embodiment is characterized in that a recuperator in the flue gas discharge line, preferably for heating an oxygen-containing gas, e.g. Air, is interposed.
  • the hot air can be used for ore preheating, drying, etc.
  • FIGS. 1 to 5 each illustrating method variants shown in the block diagram.
  • a first shaft furnace forming a reduction reactor 1 2-piece iron ore and / or iron ore in pellet form is charged from above via a conveyor device via a lock system, not shown, optionally together with additives to form a moving bed.
  • the shaft furnace 1 is connected to a melter gasifier 3, in which a reduction gas is generated from coal and oxygen-containing gas, which is fed to the shaft furnace 1 via a feed line 4, a gas cleaning device 4 ′ being optionally provided in the feed line 4 for dry dedusting is.
  • a moving bed is understood to mean a continuously moving stream of material, the moving particles of which come into contact with a flowing reducing gas.
  • a material flow that moves continuously downward due to the action of gravity is used.
  • a reactor with a Venturi fluidized bed, a circulating fluidized bed, a fluidized bed or a reactor with moving grate or a rotary kiln can also be provided as the reduction reactor.
  • the iron ore reduced to sponge iron in the shaft furnace 1 in a direct reduction zone 12 is fed together with the aggregates burned in the direct reduction zone 12 via a conveyor line 13 connecting the shaft furnace 1 to the melter gasifier 3, for example by means of discharge screws etc..
  • the upper part of the shaft furnace 1 closes an export gas discharge line 14 for the export gas resulting from reduction gas in the direct reduction zone 12.
  • the export gas drawn off via the export gas discharge line 14 is first subjected to cleaning in a scrubber 15 in order to remove dust particles as completely as possible and to lower the water vapor content, so that it is then available for further use.
  • the export gas then arrives with the aid of a compressor 16 in a CO 2 removal system 17 (for example a CO2 scrubber or a pressure swing adsorption system), in which it is largely freed of CO2.
  • the exhaust gas emerging from the CO2 removal system 17 is optionally fed to a desulfurization device 18.
  • the export gas cleaned in this way from CO2 is fed via a reducing gas feed line 19 to a second reduction reactor which is designed as a shaft furnace 20 and, like the first shaft furnace 1, likewise has a moving bed and works in the countercurrent principle.
  • the export gas has been cooled sharply by the cleaning, it is subjected to heating before being introduced into the second reduction shaft furnace 20.
  • the heating takes place in two stages: First, the cleaned export gas is subjected to indirect heating in a first stage, a heating device 22 serving for this purpose being designed as a heat exchanger.
  • the heat exchanger 22 (recuperator) is operated with purified export gas which is drawn off from the second reduction shaft furnace 20 via a line 23.
  • oxygen-containing gas oxygen is in molecular form
  • air oxygen is fed to the burner of the heat exchanger 22 via a line 24.
  • the heated export gas is then subjected to post-combustion, etc. in the afterburning device 25, in which a part of the cleaned export gas is burned with the supply of oxygen 26.
  • the purified export gas reaches the temperature required for the reduction in the second reduction shaft furnace 20, which is preferably in a temperature range between 600 and 900 ° C., but can also be above this, in particular for coated feed material.
  • the export gas drawn off from the second reduction shaft furnace 20 is also subjected to cleaning and cooling in the export gas scrubber 27 in order to clean it of dust particles and to lower the water vapor content, whereupon it can be used again.
  • a part of the export gas is fed to the heat exchanger 22 via the line 23.
  • Another part of the export gas produced in the second reduction shaft furnace 20 is also fed to the CO 2 removal system 17 via a compressor 28, and so on.
  • a part of the export gas of the second reduction shaft furnace 20 is supplied via the export gas line 30 for other purposes.
  • a part of the reduction gas formed in the melter gasifier 3 is unwashed via a branch line 31, which branches off from the feed line 4, after passing through a dust removal cyclone 4 ', ie without flowing through a scrubber, in the hot state that of the export gas purified from recycle reduction gas and CO2 formed reducing gas mixture mixed in via the branch line 31, etc. after this reducing gas mixture has passed the heat exchanger 22 and the afterburning device 25.
  • the sensible heat of the reduction gas formed in the melter gasifier 3 is fed to the direct reduction process in the further reduction shaft furnace 20 and is thus used effectively. This allows savings not only in the CO 2 removal system 17 and in the dimensioning of the heat exchanger 22 and Achieve post-combustion device 25, but there are also energy savings when operating the same.
  • the hot branched-off reducing gas still has a residual dust content after it has passed through the dust-removing cyclone 4 ', this can be tolerated in the system without causing any disturbances, since by mixing this hot branched-off reducing gas with the recycle reducing gas and cleaning it Export gas subjected to CO2, the dust content is very diluted. An impairment of the direct reduction process in the second reduction shaft furnace 20 is therefore not to be feared.
  • Part of the reducing gas is fed back into the feed line 4 via a scrubber 32 and via a line 33 with a compressor 34 in order to condition the reducing gas emerging from the melter gasifier 3 in a very hot state before entering the gas cleaning device 4 ′, in particular on to cool a temperature range favorable for the direct reduction process in the shaft furnace 1.
  • reducing gas can optionally be added to the export gas emerging from the shaft furnace 1 for the purpose of regulating the system pressure.
  • CO 2 -containing exhaust gas separated in the CO 2 removal system 17 is fed via an exhaust gas line 36 to the desulfurization device 18 and is discharged after the desulfurization.
  • the desulfurization of the exhaust gas emerging from the CO 2 removal system 17 can be carried out much more efficiently than a desulfurization at another point in the system, since the exhaust gas emerging from the Cu 2 removal system 17 has a sulfur content which is about three times as high as the export gas, which among other things. depends on the driving style of the further direct reduction process.
  • Part of the exhaust gas having a high CO 2 content is fed from the exhaust gas line 36 to the melter gasifier 3 via a branch line 37, and so on. above the lower end region of the fluidized bed 38 formed in the melter gasifier 3.
  • the CO2 of the exhaust gas reacts with the carbon contained in the melter 3 according to the equation CO2 + C ⁇ 2 CO.
  • the resulting carbon monoxide rises through the fluidized bed 38 and increases the reducing gas flow and its reductant components.
  • the endothermic conversion of the carbon dioxide gas into carbon monoxide reliably prevents overheating in the melter gasifier 3, as can occur especially when using carbon with a high C fix content.
  • part of the exhaust gas having a high CO2 content is passed via a line 37 'branching off the branch line 37 to a dust burner 39, via which the dust of the reducing gas separated in the dust separator 4' is in turn fed to the melter gasifier 3 , fed and introduced together with the dust introduced via the dust burner 39 into the melter gasifier 3.
  • the exhaust gas which has a high proportion of CO2
  • flue gas which flows out of the heating device 22 via the flue gas discharge line 39, is introduced into the melter gasifier 3 at least in part via a branch line 40 in which a compressor 41 is provided.
  • This flue gas also has a very high CO 2 content and a very low CO content.
  • exhaust gas from the CO2 removal system can also be used, this exhaust gas being supplied to the heating device 22 via an exhaust gas branch line 42, which is shown in broken lines in FIG. 4.
  • first reduction shaft furnaces 1 can also be provided, the export gases of which can be combined and made available to at least one further reduction shaft furnace 20 after CO 2 removal. Furthermore, it is possible to pass the export gas recirculated from the reduction shaft furnace 20 via its own system for eliminating the CO 2 , which works independently of the CO 2 removal system for the export gas originating from the reduction shaft furnace 1, this CO 2 - Elimination system can be designed as a reformer.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Herstellen von flüssigem Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten aus von Eisenerz, vorzugsweise in Stück- und/oder Pelletform, und gegebenenfalls Zuschlägen gebildeten Einsatzstoffen werden die Einsatzstoffe in einer Reduktionszone (12) zu Eisenschwamm direkt reduziert und wird der Eisenschwamm in einer Einschmelz-Vergasungszone (8) unter Zufuhr von Kohlenstoffträgern und sauerstoffhältigem Gas erschmolzen und ein CO- und H2-hältiges Reduktionsgas erzeugt, welches in die Reduktionszone (12) eingeleitet, dort umgesetzt und als Exportgas abgezogen wird, wobei das abgezogene Exportgas einem Verbraucher (20) zugeführt wird. Um Kohlenstoffträger mit hohem Cfix-Anteil sowie den Verbrauch an O2 gering halten zu können, wird in die Einschmelzvergasungszone (8) ein hoch CO2-hältiges Gas, dessen CO2-Gehalt weit über dem CO2-Gehalt des Exportgases, vorzugsweise über 40 %, liegt und dessen CO-Gehalt - falls CO-hältig - weit unter dem CO-Gehalt des Exportgases liegt, eingeleitet und dort mit Kohlenstoff unter Bildung von CO umgesetzt.

Description

Verfahren zum Herstellen von flüssigem Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten sowie Anlage zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von flüssigem Roheisen oder flüssigen Stahl Vorprodukten aus von Eisenerz, vorzugsweise in Stück- und/oder Pelletform, und gegebenenfalls Zuschlägen gebildeten Einsatzstoffen, wobei die Einsatzstoffe in einer Reduktionszone zu Eisenschwamm direkt reduziert werden, der Eisenschwamm in einer Einschmelz-Vergasungszone unter Zufuhr von Kohlenstoffträgern und sauerstoffhältigem Gas erschmolzen und ein CO- und H2-hältiges Reduktionsgas erzeugt wird, welches in die Reduktionszone eingeleitet, dort umgesetzt und als Exportgas abgezogen wird, und wobei das abgezogene Exportgas einem Verbraucher zugeführt wird, sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
Ein Verfahren dieser Art ist beispielsweise bekannt aus der DE-C - 40 37 977. Gemäß der DE-C - 40 37 977 wird das in großen Mengen anfallende Exportgas, welches noch einen erheblichen Gehalt an Kohlenmonoxid und Wasserstoff aufweist, zur Minimierung der Erzeugungskosten für den Eisenschwamm bzw. für daraus erschmolzenes Roheisen einer als Verbraucher fungierenden weiteren Reduktionszone zur Reduktion von zusätzlichem eisenhaltigem Material zugeführt, u.zw. nachdem es einer Aufbereitung unterworfen wurde.
Bei diesem bekannten Verfahren kann es zu einer Überhitzung im Einschmelzvergaser kommen, wenn in den Einschmelzvergaser Kohlenstoffträger mit einem hohen Cfix-Gehalt vergast werden. Kohlenstoffträger dieser Art sind beispielsweise Anthrazite und kalzinierfähige Petrolkoksqualitäten. Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren ist darin zu sehen, daß der spezifische Verbrauch von O2 pro erzeugter Einheit Reduktanten relativ hoch ist, da die Bildung von Kohlenmonoxid im Einschmelzvergaser ausschließlich über Sauerstoff unter Vergasung der Kohlenstoffträger erfolgt.
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, welche den Einsatz von Kohlenstoffträgern mit einem hohen Cfix-Anteil ermöglichen. Weiters soll der spezifische SauerstoffVerbrauch für die Kohlevergasung herabgesetzt sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in die Einschmelzvergasungszone ein hoch CO2-hältiges Gas, dessen CO2-Gehalt weit über dem CO2-Gehalt des Exportgases, vorzugsweise über 40 %, liegt und dessen CO-Gehalt - falls CO-hältig - weit unter dem CO- Gehalt des Exportgases liegt, eingeleitet wird und dort mit Kohlenstoffträgem unter Bildung von CO umgesetzt wird.
Gemäß der AT-B - 394.201, die ein Verfahren ähnlich der eingangs beschriebenen Art betrifft, wird das CO2-hältige Exportgas mit einem Teil des CO2-ärmeren, im Einschmelzvergaser gebildeten und einer technisch aufwendigen Entschwefelung unterzogenen heißen Reduktionsgas in einem Wäscher gekühlt und gereinigt und sodann als Brenngas für eine Gasturbine eingesetzt. Hierbei ist der verfahrenstechnische Aufwand für die Aufbereitung eines den Umweltansprüchen gerecht werdenden Brenngases relativ groß und erfordert auch beträchtliche Investitionen.
Aus der AT-B - 394.201 ist es bekannt, Exportgas aus der Reduktionsstufe als Sauerstoffträger wärmeverbrauchend in das Wirbelbett des Einschmelzvergasers einzubringen. Da der Cθ2-Gehalt des Exportgases, er liegt bei etwa 25 % bis 35 %, nur gering ist und das Exportgas zudem noch staubbeladen ist, ist der dabei erzielte Effekt ebenfalls nur gering. Nachteilig ist hierbei, daß mit dem Exportgas ein relativ hoher Anteil an Kohlenmonoxid in den Einschmelzvergaser gelangt, das vorher gekühlt und im Einschmelzvergaser wieder aufgeheizt werden muß. Dieser Anteil an CO stellt somit einen durch den Einschmelzvergaser durchzuschleusenden Ballast mit allen daraus resultierenden Nachteilen (Druckverlust, unnötig hoch leistungsfähige Verdichter, höherer Energieverbrauch etc.) dar.
Ein weiterer Nachteil ist noch darin zu sehen, daß gemäß der AT-B - 394.201 für das Reduktions-Überschußgas eine Entschwefelungseinrichtung vorgesehen sein muß, wogegen erfindungsgemäß eine solche Einrichtung entweder - wenn man den Schwefelgehalt des Reduktionsgases in die Flüssigphase einbringen will - gar nicht vorhanden sein muß oder nur für das aus der CO2- Entfernungsanlage austretende Abgas vorzusehen ist.
Die durch das erfindungsgemäße Verfahren erzielten Vorteile sind folgende:
Durch die erfindungsgemäße Einleitung des einen hohen CO2-Anteil enthaltenden Gases erfolgt eine Umsetzung des CO2 nach der Gleichung CO2 + C — > 2 CO. Es kommt zur Bildung von Kohlenmonoxid, welches den Reduktionsgasstrom vermehrt und damit zur Reduktion zur Verfügung steht. Die Umsetzung des Kohlendioxidgases unter Bildung von Kohlenmonoxid erfolgt endotherm, wodurch sich durch entsprechende Dosierung des Einbringens des einen hohen CO2- Anteil enthaltenden Gases im Einschmelzvergaser die gewünschte Temperatur einstellt und jede Überhitzung vermeiden läßt. Erfindungsgemäß können somit Kohlenstoffträger, welche einen hohen Cfix-Anteil und naturgemäß einen Mangel an flüchtigen Bestandteilen aufweisen, wie Anthrazite und kalzinierfähige Petrolkoksqualitäten, in Mengen eingesetzt werden, die aufgrund des Überhitzungseffektes ohne den gleichzeitigen Einsatz des einen hohen CO2-Anteil enthaltenden Gases, das einen temperaturabsenkenden Effekt ausübt, nicht möglich wäre. Darüber hinaus vermehrt das im Einschmelzvergaser aus dem einen hohen CO2-Anteil enthaltenden Abgas entstehende Kohlenmonoxid - pro Mol CO2 werden mit einem Mol Kohlenstoff zwei Mole Kohlenmonoxid gebildet - in nutzbringender Weise den für die Reduktion von Eisenoxiden notwendigen Reduktionsgasstrom.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist noch darin zu sehen, daß der spezifische Verbrauch von O2 pro erzeugter Einheit Reduktanten sinkt, da ein Teil der Kohlenstoffträger im Einschmelz- Vergaser zur Bildung von Kohlenmonoxid nicht unter Beiziehung von Sauerstoff verbraucht wird, sondern unter Beiziehung des Kohlendioxids. Damit sinkt auch der für die Bereitstellung des Sauerstoffes erforderliche Energiebedarf wesentlich. Damit ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine Minimierung des CO2- Abganges in die Atmosphäre, sodaß im Sinne der Toronto-Declaration ein Beitrag zur Verringerung des CO2-Ausstoßes, welcher als Hauptverursacher einer Klimaverschiebung angesehen wird, geleistet wird.
Eine weitere Reduktion des Sauerstoffverbrauchs im Einschmelzvergaser ist noch dadurch erzielbar, wenn das einen hohen Anteil an CO2 aufweisende Gas einer Vorwärmung unterzogen wird, da dann weniger Cfix der im Einschmelz- Vergaser eingesetzten Kohlenstoffträger verbrannt werden muß.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ergibt sich aus folgender Problematik:
Die Aufbereitung des Exportgases gemäß dem Stand der Technik erfolgt im allgemeinen derart, daß es zunächst in einem Wäscher von Feststoffteilchen gereinigt wird, wobei es stark abgekühlt wird. Danach wird gemäß der DE-C - 40 37 977 das im Exportgas enthaltene CO2 entfernt, denn dieses CO2 ist einer weiteren Verwendung des Exportgases als Reduktionsgas hinderlich; der Prozentsatz an Reduktanten im Exportgas wäre zu niedrig. Zur Entfernung des CO2 aus dem Exportgas sind verschiedene Verfahren bekannt, beispielsweise das Dmckwechsel-Adsorptionsverfahren oder eine chemische CO2- Wäsche. Gemäß der DE-C - 40 37 977 gelingt somit eine weitgehende Ausnutzung der im Exportgas chemisch gebundenen Energie, jedoch stellt das bei der Exportgasreinigung anfallende CO2-hältige Abgas ein Problem dar, da dieses Abgas umweltgerecht entsorgt werden muß.
Dieses Abgas enthält u.a. CO, H2, CH4 sowie H2S und kann daher aus Umweltschutzgründen in diesem Zustand nicht an die Umgebung abgegeben werden. Aus diesem Grund ist es auch für eine etwaige Weiterverarbeitung nur bedingt geeignet. Daher werden üblicherweise die Schwefelverbindungen aus dem Abgas entfernt. Diese Entschwefelung wird bisher mit Hilfe verschiedener Verfahren, wie beispielsweise mit der sogenannten "Stretford- Wäsche" oder durch katalytische Oxidation an Aktivkohle etc., durchgeführt. Sämtliche dieser Verfahren sind aufwendig und benötigen zusätzliche Materialien, wie Aktivkohle oder Absorptionsmittel, die u.a. gesondert gelagert und entsorgt werden müssen.
Es ist intern bekannt, das Cθ2-hältige Abgas abzufackeln. Dieses Abfackeln erfordert jedoch das Bereitstellen von brennbarem Stützgas als Zünd- und Aufkarborierungsgas, da der Heizwert des Cθ2-hältigen Abgases nur gering ist.
Die Erfindung bezweckt weiters die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die zusätzliche Aufgabe, eine effiziente Verwertungsmöglichkeit des bei der Erz¬ Reduktion, wie einer Direktreduktion zur Eisenschwammherstellung, anfallenden Exportgases unter Umgehung der damit beim Stand der Technik verbundenen Schwierigkeiten zu schaffen. Insbesondere soll Cθ2-hältiges Abgas nicht nur umweltgerecht verarbeitet und so entsorgt, sondern so weit wie möglich auch in der Energiestrategie des Verfahrens und der Anlage genutzt werden. Weiters sollen Probleme, die mit der bei der Cθ2-Abscheidung gleichzeitig stattfindenden H2S- Abscheidung zusammenhängen, ebenfalls umweltgerecht gelöst werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren gemäß Anspmch 1 dadurch gelöst, daß bei der CO2-Entfernung abgesondertes, einen hohen CO2-Anteil enthaltendes Abgas zumindest teilweise in die Einschrnelzvergasungszone eingeleitet wird und dort mit Kohlenstoff unter Bildung von CO umgesetzt wird.
Erfindungsgemäß ergibt sich zusätzlich zur Verminderung des hohen CO2-Ausstoßes aus der CO2-Eliminierungsanlage eine Vergrößerung des CO-Überschusses für die weitere Nutzung durch einen Verbraucher, wodurch eine rpozentuelle Verminderung des CO2-Anteiles gegeben ist. Es ist auch erfindungsgemäß nicht notwendig, aus dem Exportgas - falls es für eine weitere Reduktionszone zur Verfügung stehen soll - CO2 in einem so hohen Prozentsatz zu entfernen wie gemäß dem Stand der Technik. Beim Einsatz von Petrolkoks ergibt sich gegebenenfalls ein Vorteil, indem das bei der CO2- Entfernung gleichzeitig abgeschiedene H2S ebenfalls in den Einschmelz-Vergaser geführt wird, wodurch der Schwefel in die im Einschmelz-Vergaser eingeschmolzene Flüssigphase gelangt. Aus diesem läßt sich der Schwefel jedoch in einfacher Weise mit bekannten Verfahren entfernen, u.zw. einfacher und mit geringerem Energieaufwand als das gasförmige H2S aus dem Reduktionsgas.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird erfindungsgemäß das einen hohen CO2- Anteil enthaltende Gas in den unteren Endbereich des in der Einschmelzvergasungszone ausgebildeten Fließbettes eingebracht, wodurch die Umsetzung des CO2 mit Kohlenstoff besonders effektiv vonstatten geht.
Vorteilhaft wird das einen hohen CO2-Anteil enthaltende Gas gemeinsam mit dem der Einschmelzvergasungszone zugeführten sauerstoffhältigen Gas in diese eingeleitet. In diesem Fall dürfen jedoch im CO2-hältigen Gas keine brennbaren Anteile enthalten sein, andernfalls sind getrennte Leitungen für das sauerstoffhältige Gas und das CO2-hältige Gas, die erst in einem Brenner des Einschmelzvergasers zusammenmünden, vorzusehen.
Es ist von besonderem Vorteil, wenn das einen hohen CO2-Anteil enthaltende Gas mit in die Einschmelzvergasungszone einzuleitenden Stäuben in die Einschmelzvergasungszone eingeleitet wird, wobei zweckmäßig das einen hohen CO2-Anteil enthaltende Gas mit in die Einschmelzvergasungszone rückzuführenden Stäuben, die aus dem in der Einschmelzvergasungszone entstehenden Reduktionsgas abgeschieden wurden, in die Einschmelzvergasungszone eingeleitet wird. Durch eine Rückoxidation von Eisen mit CO2, die endotherm abläuft, kommt es zu einer Temperaturabsenkung, so daß die Gefahr einer unkontrollierten Oxidation stark herabgesetzt ist. Hierbei kann gegebenenfalls das einen hohen CO2-Anteil enthaltende Gas als Fördergas dem bisher verwendeten Stickstoff zugemischt werden, was den Vorteil bietet, daß eine Anreichemng des Stickstoffs im System gesenkt werden kann. Der Stickstoff ist nur schwer aus dem System wieder entfembar und bedingt einen höheren Energieaufwand zur Förderung des um den Stickstoff, der ausschließlich als Ballast mitgefordert werden muß, vergrößerten Gasvolumens.
Will man Roheisen bzw. Stahlvormaterial mit einem besonders niedrigen Schwefelgehalt herstellen, wird zweckmäßig das in die Einschmelzvergasungszone eingeleitete, einen hohen CO2- Anteil enthaltende Gas vor dem Einleiten in die Einschmelzvergasungszone einer Entschwefelung unterzogen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist mit besonderem Vorteil anzuwenden, wenn das einer CO2-Entfernung unterworfene Exportgas in mindestens einer ersten Reduktionszone gebildet wird und das von CO2 gereinigte Exportgas als Reduktionsgas, gegebenenfalls nach Aufheizung, in mindestens einer weiteren Reduktionszone zur Reduktion von weiterem teilchenförmigem metal loxidhältigem Material, vorzugsweise eisenoxidhältigem Material, eingesetzt und dort umgesetzt wird. Dies deswegen, weil das aus dem Exportgas der ersten Reduktionszone nach der CO2-Entfemung abgezogene und als Reduktionsgas für die weitere Reduktionszone dienende Gas einen besonders hohen Prozentsatz von Reduktanten aufweist. Dies kann, wie oben beschrieben, dadurch erzielt werden, daß die CO2-Entfernung aus dem Exportgas der ersten Reduktionszone infolge des Kohlenmonoxid-Uberschusses (verbessertes CO/CO2-Verhältnis) des im Einschmelzvergaser gebildeten Reduktionsgases nicht in dem Maß erfolgen muß, wie es bisher erforderlich war. Es kann beispielsweise ein Teil des Exportgases, ohne einer CO2-Entfernung unterworfen zu werden, direkt in die weitere Reduktionszone eingeleitet werden.
Hierbei wird vorteilhaft das von der Aufheizung stammende Rauchgas zumindest teilweise in die Einschmelzvergasungszone eingeleitet und zweckmäßig ein bei der CO2-Entfernung abgesondertes, einen hohen CO2-Anteil enthaltendes Abgas für die Aufheizung verwendet, wobei es weiters von Vorteil ist, wenn ein in einer weiteren Reduktionszone umgesetztes Reduktionsgas für die Aufheizung eingesetzt und das dabei gebildete Rauchgas zumindest teilweise in die Einschmelzvergasungszone eingeleitet wird.
Eine besonders hohe Nutzung ist dann gegeben, wenn ein Teil des in der ersten Reduktionszone gebildeten Exportgases zumindest einer Teilverbrennung unterworfen wird und das Rauchgas in die Einschmelzvergasungszone eingeleitet wird und wenn weiters dem Rauchgas vor Einleiten in die Einschmelzvergasungszone ein Kühlgas zugemischt wird.
Eine Kühlung des Rauchgases ist für den Gesamtprozeß besonders effektiv, wenn das Rauchgas vor dem Einleiten in die Einschmelzvergasungszone unter rekuperativer Erwärmung eines Gases, vorzugsweise eines sauerstoffhältigen und für den Prozeß eingesetzten Gases abgekühlt wird. Die rekuperative Erwärmung kann auch zur Erzeugung von Dampf dienen, der als Oxidationsmittel eingesetzt werden kann.
Vorteilhaft wird hierbei das in der zweiten Reduktionszone gebildete Exportgas zumindest teilweise ebenfalls einer CO2-Eliminierung, vorzugsweise nach Mischen mit dem aus der ersten Reduktionszone stammenden Exportgas, unterworfen und das hierbei abgesonderte, einen hohen CO2-Anteil enthaltende Abgas zumindest teilweise ebenfalls in die Einschmelzvergasungszone eingeleitet und dort mit Kohlenstoff unter Bildung von CO umgesetzt.
Eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens mit einem Reduktionsreaktor für Eisenerz, vorzugsweise in Stück- und/oder Pelletform, einem Einschmelzvergaser, einer den Einschmelzvergaser mit dem Reduktionsreaktor verbindenden Zuleitung für ein Reduktionsgas, einer den Reduktionsreaktor mit dem Einschmelzvergaser verbindenden Förderleitung für das im Reduktionsreaktor gebildete Reduktionsprodukt, mit einer vom Reduktionsreaktor ausgehenden Exportgas- Ableitung, mit in den Einschmelzvergaser mündenden Zuleitungen für sauerstoffhältige Gase und Kohlenstoffträger und mit einem am Einschmelzvergaser vorgesehenen Abstich für Roheisen und Schlacke, ist dadurch gekennzeichnet, daß in den Einschmelzvergaser eine ein hoch CO2-hältiges Gas mit möglichst geringem CO-Gehalt führende Gasleitung mündet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Exportgas- Ableitung des Reduktionsreaktors über eine CO2-Entfernungsanlage geführt und von der CO2- Entfemungsanlage eine abgeschiedenes CO2-hältiges Abgas ableitende Abgasleitung leitungsmäßig mit dem Einschmelzvergaser verbunden.
Zweckmäßig mündet die Gasleitung in den unteren Teil des Einschmelzvergasers, etwa in Höhe des unteren Endbereiches des im Einschmelzvergaser gebildeten Fließbettes, in diesen, wobei, wenn keine Explosionsgefahr gegeben ist (bei etwa 100 % Oxidanten und 0 % Reduktanten) vorteilhaft die Gasleitung zusammen mit einer Zuleitung für sauerstoffhältige Gase in den Einschmelzvergaser mündet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mündet die Gasleitung mit einer Stäube in den Einschmelzvergaser einleitenden Zuleitung, vorzugsweise über einen die Stäube in den Einschmelzvergaser einbringenden Brenner, in den Einschmelzvergaser, wobei zweckmäßig in der den Einschmelzvergaser mit dem Reduktionsreaktor verbindenden Zuleitung für das Redukt'c..sgas ein Staubabscheider vorgesehen ist, der mit einer Staubrückführleitung mit dem Einschmelzvergaser verbunden ist, und die Gasleitung mit dieser Staubrückführleitung über einen Staubbrenner in den Einschmelzvergaser mündet.
Zur Erzielung eines Produktes mit möglichst geringem Schwefelgehalt ist zweckmäßig in der Gasleitung eine Entschwefelungseinrichtung vorgesehen. Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei Reduktionsreaktoren vorgesehen sind, die miteinander über die Exportgas- Ableitung des ersten Reduktionsreaktors und über die CO2-Eliminierungsanlage leitungsmäßig miteinander verbunden sind, wobei das von der CO2-Eliminierungsanlage austretende Exportgas über eine Heizeinrichtung in den zweiten Reduktionsreaktor geführt ist.
Hierbei mündet zweckmäßig eine ein Exportgas des zweiten Reduktionsreaktors ableitende Förderleitung in eine CO2-Entfernungsanlage, vorzugsweise in die CO2-Entfernungsanlage für das Exportgas des zweiten Reduktionsreaktors.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mündet von der CO2-Entfemungsanlage eine Abgas-Zweigleitung in die Heizeinrichtung zwecks Zuführung eines Heizgases und ist von der Heizeinrichtung eine das Rauchgas ableitende Rauchgas-Ableitung leitungsmäßig mit dem Einschmelzvergaser verbunden.
Zweckmäßig führt von der Exportgas- Ab leitung eine Exportgas-Zweigleitung zu einer Verbrennungseinrichtung und mündet von dieser eine Rauchgas- Ableitung in den Einschmelzvergaser.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß in der Rauchgas- Ableitung ein Rekuperator, vorzugsweise zur Erwärmung eines sauerstoffhältigen Gases, z.B. Luft, zwischengeschaltet ist. Die heiße Luft kann zur Erzvorwärmung, Trocknung etc. herangezogen werden.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei die Fig. 1 bis 5 jeweils im Blockschema dargestellte Verfahrensvarianten veranschaulichen.
In einen ersten, einen Reduktionsreaktor 1 bildenden Schachtofen wird von oben über eine Fördereinrichtung 2 stückiges Eisenerz und/oder Eisenerz in Pelletform über ein nicht dargestelltes Schleusensystem, gegebenenfalls zusammen mit Zuschlagstoffen unter Bildung eines bewegten Bettes, chargiert. Der Schachtofen 1 steht mit einem Einschmelzvergaser 3 in Verbindung, in dem aus Kohle und sauerstoffhältigem Gas ein Reduktionsgas erzeugt wird, welches über eine Zuleitung 4 dem Schachtofen 1 zugeführt wird, wobei in der Zuleitung 4 gegebenenfalls eine Gasreinigungseinrichtung 4' für eine Trocken-Entstaubung vorgesehen ist. Unter bewegtem Bett wird ein sich kontinuierlich bewegender Materialstrom verstanden, dessen sich bewegende Teilchen mit einem strömenden Reduktionsgas in Kontakt gelangen. Vorzugsweise kommt ein sich kontinuierlich infolge Schwerkraftwirkung nach unten bewegender Materialstrom zur Anwendung.
Als Reduktionsreaktor kann anstelle eines Schachtofens 1 auch ein Reaktor mit einer Venturi- Wirbelschicht, einer zirkulierenden Wirbelschicht, einem Fließbett oder ein Reaktor mit Wanderrost bzw. ein Drehrohrofen vorgesehen sein.
Der Einschmelzvergaser 3 weist eine Zuführung 5 für feste Kohlenstoffträger, eine Zufühmng 6 für sauerstoffhältige Gase sowie gegebenenfalls Zuführungen 7 für bei Raumtemperatur flüssige oder gasförmige Kohlenstoffträger, wie Kohlenwasserstoffe, sowie für gebrannte Zuschläge auf. In dem Einschmelzvergaser 3 sammelt sich unterhalb der Einschmelzvergasungszone 8 schmelzflüssiges Roheisen 9 und schmelzflüssige Schlacke 10, die über einen Abstich 11 abgestochen werden.
Das im Schachtofen 1 in einer Direktreduktionszone 12 zu Eisenschwamm reduzierte Eisenerz wird zusammen mit den in der Direktreduktionszone 12 gebrannten Zuschlägen über eine den Schachtofen 1 mit dem Einschmelzvergaser 3 verbindende Förderleitung 13 zugeführt, beispielsweise mittels Austragsschnecken etc.. An dem oberen Teil des Schachtofens 1 schließt eine Exportgas-Ableitung 14 für das in der Direktreduktionszone 12 aus Reduktionsgas entstehende Exportgas an.
Das über die Exportgas-Ableitung 14 abgezogene Exportgas wird zunächst einer Reinigung in einem Wäscher 15 unterzogen, um es möglichst vollständig von Staubpartikeln zu befreien und den Wasserdampfgehalt zu erniedrigen, so daß es dann einer weiteren Verwendung zur Verfügung steht. Anschließend gelangt das Exportgas mit Hilfe eines Verdichters 16 in eine Cθ2-Entfernungsanlage 17 (z.B. ein CO2- Wäscher oder eine Druckwechsel- Adsorptionsanlage), in der es möglichst weitgehend von CO2 befreit wird. Das aus der CO2- Entfemungsanlage 17 austretende Abgas wird gegebenenfalls einer Entschwefelungseinrichtung 18 zugeführt. Das so von CO2 gereinigte Exportgas wird über eine Reduktionsgas-Zuleitung 19 einem zweiten, als Schachtofen 20 ausgebildeten Reduktionsreaktor, der wie der erste Schachtofen 1 ebenfalls ein bewegtes Bett aufweist und im Gegenstromprinzip arbeitet, zugeführt. In diesem zweiten Schachtofen 20 wird Eisenerz in Stück- und/oder Pelletform in einer Reduktionszone 21 direktreduziert. Die Erzzuleitung ist mit 20' und die Eisenschwammausbringeinrichtung mit 20" bezeichnet. Da das Exportgas durch die Reinigung eine starke Abkühlung erfahren hat, wird es vor Einleitung in den zweiten Reduktions-Schachtofen 20 einer Aufheizung unterzogen. Die Aufheizung erfolgt in zwei Stufen: Zunächst wird das gereinigte Exportgas in einer ersten Stufe einer indirekten Aufheizung unterzogen, wobei eine hierzu dienende Heizeinrichtung 22 als Wärmetauscher ausgebildet ist. Der Wärmetauscher 22 (Rekuperator) wird mit gereinigtem Exportgas, das aus dem zweiten Reduktions-Schachtofen 20 über eine Leitung 23 abgezogen wird, betrieben. Zusätzlich wird noch über eine Leitung 24 sauerstoffhältiges Gas (Sauerstoff liegt in Molekülform vor), wie Luft, dem Brenner des Wärmetauschers 22 zugeführt. Anschließend wird das aufgeheizte Exportgas einer Nachverbrennung unterzogen, u.zw. in der Nachverbrennungseinrichtung 25, in der ein Teil des gereinigten Exportgases unter Sauerstoffzuführung 26 verbrannt wird. Hierdurch erreicht das gereinigte Exportgas die für die Reduktion im zweiten Reduktions-Schachtofen 20 erforderliche Temperatur, die vorzugsweise in einem Temperaturbereich zwischen 600 und 900°C liegt, jedoch auch darüber liegen kann, insbesondere für beschichtetes Einsatzmaterial.
Das aus dem zweiten Reduktions-Schachtofen 20 abgezogene Exportgas wird ebenfalls einer Reinigung und Kühlung im Exportgaswäscher 27 unterzogen, um es von Staubpartikeln zu säubern und den Wasserdampfgehalt zu erniedrigen, worauf es einer weiteren Verwendung zugeführt werden kann. Ein Teil des Exportgases wird über die Leitung 23 dem Wärmetauscher 22 zugeführt. Ein weiterer Teil des im zweiten Reduktions-Schachtofen 20 anfallenden Exportgases wird über einen Verdichter 28 ebenfalls der Cθ2-Entfernungsanlage 17 zugeführt, u.zw. über die Förderleitung 29, die in die Exportgas-Ableitung 14 mündet, und steht dann nach der Cθ2-Entfernung als Recycle-Reduktionsgas dem zweiten Reduktions- Schachtofen 20 zur Verfügung. Ein Teil des Exportgases des zweiten Reduktions- Schachtofens 20 wird über die Exportgasleitung 30 anderen Verwendungszwecken zugeführt.
Ein Teil des im Einschmelzvergaser 3 gebildeten Reduktionsgases wird über eine Abzweigleitung 31, die von der Zuleitung 4 abzweigt, nach Durchtritt durch einen Staubentfemungszyklon 4' ungewaschen, d.h. ohne einen Wäscher zu durchströmen, im heißen Zustand dem aus Recycle-Reduktionsgas und von CO2 gereinigtem Exportgas gebildeten Reduktionsgasgemisch über die Abzweigleitung 31 zugemischt, u.zw. nachdem dieses Reduktionsgasgemisch den Wärmetauscher 22 und die Nachverbrennungseinrichtung 25 passiert hat. Hierdurch wird die fühlbare Wärme des im Einschmelzvergaser 3 gebildeten Reduktionsgases dem Direktreduktionsprozeß im weiteren Reduktions-Schachtofen 20 zugeführt und damit wirkungsvoll genutzt. Hierdurch lassen sich Einsparungen nicht nur bei der Cθ2-Entfemungsanlage 17 und bei der Dimensionierung des Wärmetauschers 22 und der Nachverbrennungseinrichtung 25 erzielen, sondern es ergeben sich auch Energieeinspamngen beim Betrieb derselben.
Zwar weist das heiße abgezweigte Reduktionsgas nach Durchtritt durch den Staubentfernungszyklon 4' noch einen Reststaubgehalt auf, der jedoch in dem System, ohne Störungen zu bewirken, verkraftbar ist, da durch die Mischung dieses heißen abgezweigten Reduktionsgases mit dem Recycle-Reduktionsgas und dem der Reinigung von CO2 unterworfenen Exportgas der Staubgehalt sehr verdünnt wird. Eine Beeinträchtigung des Direktreduktionsprozesses im zweiten Reduktions-Schachtofen 20 ist daher nicht zu befürchten.
Ein Teil des Reduktionsgases wird über einen Wäscher 32 und über eine Leitung 33 mit Verdichter 34 im Kreislauf wieder in die Zuleitung 4 eingespeist, um das in sehr heißem Zustand aus dem Einschmelzvergaser 3 austretende Reduktionsgas vor Eintritt in die Gasreinigungseinrichtung 4' zu konditionieren, insbesondere auf einen für den Direktreduktionsprozeß im Schachtofen 1 günstigen Temperaturbereich zu kühlen. Über eine Ausgleichsleitung 35 kann gegebenenfalls Reduktionsgas dem aus dem Schachtofen 1 austretenden Exportgas zwecks Regelung des Systemdruckes zugemischt werden.
Dadurch, daß ein nicht unerheblicher Volumensstrom des dem zweiten Reduktions- Schachtofen 20 zugeführten Reduktionsgases nicht der Cθ2-Entfemungsanlage 17 zugeführt wird, sondern in Strömungsrichtung des Reduktionsgases erst danach mit dem aus der CO2- Entfernungsanlage 17 kommenden Teil des Reduktionsgases gemischt wird, ist eine erhebliche Reduzierung der Größe der Cθ2-Entfernungsanlage 17 möglich.
Gemäß der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wird in der Cθ2-Entfernungsanlage 17 abgeschiedenes Cθ2-hältiges Abgas über eine Abgasleitung 36 der Entschwefelungseinrichtung 18 zugeführt und nach der Entschwefelung abgeleitet. Die Entschwefelung des aus der Cθ2-Entfernungsanlage 17 austretenden Abgases ist wesentlich effizienter durchzuführen als eine Entschwefelung an einer anderen Stelle der Anlage, da das aus der Cu2-Entfernungsanlage 17 austretende Abgas einen etwa dreimal so hohen Schwefelgehalt aufweist wie das Exportgas, der u.a. abhängig ist von der Fahrweise des weiteren Direktreduktionsprozesses.
Von der Abgasleitung 36 wird ein Teil des einen hohen Cθ2-Gehalt aufweisenden Abgases über eine Zweigleitung 37 dem Einschmelzvergaser 3 zugeführt, u.zw. oberhalb des unteren Endbereiches des im Einschmelzvergaser 3 ausgebildeten Fließbettes 38. In diesem Fließbett 38 reagiert das CO2 des Abgases mit dem im Einschmelzvergaser 3 enthaltenen Kohlenstoff nach der Gleichung CO2 + C → 2 CO. Das entstehende Kohlenmonoxid steigt durch das Fließbett 38 auf und vermehrt den Reduktionsgasstrom sowie dessen Reduktantenanteile. Durch die endotherme Umsetzung des Kohlendioxidgases in Kohlenmonoxid lassen sich Überhitzungen im Einschmelzvergaser 3, wie sie vor allem bei Einsatz von Kohlen mit hohem Cfix-Anteil vorkommen können, zuverlässig vermeiden.
Gemäß der in Fig. 2 dargestellten Ausfuhrungsvariante wird ein Teil des einen hohen CO2- Anteil aufweisenden Abgases über eine von der Zweigleitung 37 abzweigende Leitung 37' einem Staubbrenner 39, über den der im Staubabscheider 4' abgeschiedene Staub des Reduktionsgases wiederum dem Einschmelzvergaser 3 zugeführt wird, zugeleitet und gemeinsam mit dem über den Staubbrenner 39 eingebrachten Staub in den Einschmelzvergaser 3 eingebracht. Hierbei kann das einen hohen Anteil an CO2 aufweisende Abgas einen Teil des den Staub üblicherweise zum Staubbrenner 39 fordernden Stickstoffes ersetzen, wodurch die oben erwähnten Vorteile eines geringeren Stickstoffballastes im Reduktionsgas erzielt werden.
Gemäß Fig. 3 wird nur das in den Einschmelzvergaser 3 rückgeführte Cθ2-hältige Abgas der Cθ2-Entfernungsanlage 17 einer Entschwefelung unterzogen und mündet die Zweigleitung 37 gemeinsam mit der den Sauerstoff in den Einschmelzvergaser 3 einbringenden Zufühmng 6 in den Einschmelzvergaser 3.
Nachstehend ist anhand eines Beispieles das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert:
Bei der Herstellung von flüssigem Roheisen im Einschmelzvergaser 3 aus Eisenerz-Pellets fallen etwa 100 t/h Roheisen sowie etwa 155.000 NmVh Exportgas an. Dieses Exportgas wird dem zweiten Reduktions-Schachtofen 20 zur weiteren Reduktion von Eisenerz zugeführt, nachdem es in einer Cθ2-Entfemungsanlage 17 vom CO2 befreit wurde. Das aus dem Reduktions-Schachtofen 1 austretende Exportgas weist einen Cθ2-Gehalt von etwa 37 Vol.% auf. Damit ergibt sich eine Menge von 57.350 NmVh in der Cθ2-Entfemungsanlage 17 anfallendes CO2.
Von dieser Cθ2-Menge werden in den Einschmelzvergaser 3, in dem als Kohlenstoffträger 100 % Anthrazit eingesetzt ist, etwa 10.500 NmVh CO2 rückgeführt. Hierdurch wird einerseits durch die endotherme Reaktion des CO2 mit dem im Einschmelzvergaser 3 vorhandenen Kohlenstoff die Reaktionstemperatur auf das prozeßtechnisch notwendige Maß reduziert und werden andererseits etwa 21.000 NmVh CO aufgrund der durch die chemische Reaktion des CO2 mit C erfolgenden Verdoppelung des Cθ2-Mengenstromes gebildet. Die zusätzliche Menge an CO steht dann dem weiteren Reduktions-Schachtofen 20 zur Verfügung. Etwa 18 % des die Cθ2-Entfernungsanlage 17 verlassenden, einen hohen CO2- Anteil aufweisenden Abgases können somit nutzvoll wiederverwendet werden.
Nachstehend ist die Wärmebilanz des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert, wobei jedoch nur die über die notwendigen Wärmemengen der im Einschmelzvergaser stattfindenden Schmelzreduktion hinausgehenden Energiemengen näher betrachtet sind. Es werden die Auswirkungen eines einzigen Nm3 CO2 in reiner Form dargestellt, wobei zur leichteren Rechenbarkeit die vereinfachende Annahme getroffen wurde, daß das CO2, C und O2 bei 25°C zur Verfügung stehen und das Reaktionsprodukt CO eine Temperatur von 1060°C aufweist. Hierbei beträgt bei der Reaktion CO2 + C — > 2 CO die Reaktionsenthalpie ΔH = +238 kJ/mol. Für die Reaktion O2 + 2 C → 2 CO beträgt die Reaktionsenthalpie ΔH = -156 kJ/mol. Hieraus folgt, daß pro Nm3 CO2 1,53 Nm3 O2 eingesetzt werden müssen, wobei aus 1 Nm3 CO2 etwa 5 Nm3 CO gebildet werden, u.zw. unter Verbrauch von 2,17 kg C.
Gemäß der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform wird Rauchgas, das über die Rauchgas- Ableitung 39 aus der Heizeinrichtung 22 ausströmt, zumindest zum Teil über eine Zweigleitung 40, in der ein Verdichter 41 vorgesehen ist, in den Einschmelzvergaser 3 eingeleitet. Dieses Rauchgas weist ebenfalls einen sehr hohen Cθ2-Gehalt und einen sehr niedrigen CO-Gehalt auf. Zur Aufheizung des dem weiteren Reduktionsreaktor 20 zugeführten Reduktionsgases kann hierbei noch zusätzlich Abgas aus der CO2- Entfernungsanlage herangezogen werden, wobei dieses Abgas über eine Abgas-Zweigleitung 42, die in Fig. 4 mit strichlierten Linien dargestellt ist, der Heizeinrichtung 22 zugeführt wird.
Gemäß der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform wird ein Teil des aus dem Reduktionsreaktor 1 abgeleiteten Exportgases über eine Exportgas-Zweigleitung 43, einen Verdichter 44 einer Verbrennung in einer Verbrennungseinrichtung 45 unterzogen und das hierbei gebildete Rauchgas über eine Rauchgas-Ableitung 46 zumindest zum Teil in den Einschmelzvergaser 3 eingespeist. In der Rauchgas-Ableitung ist vorteilhaft ein Rekuperator 47, z.B. zur Vorwärmung von Sauerstoff, der für den Kohlevergasungsprozeß erforderlich ist, vorgesehen. Dies ist insbesondere dann notwendig, wenn die Verbrennung des Exportgases vollständig und ohne nachfolgende Mischung mit einem Kühlgas erfolgt, da eine vollständige Verbrennung eine sehr hohe Verbrennungstemperatur ergibt. Die Verbrennung kann jedoch auch nach Mischung des Exportgases mit einem anderen Gas oder auch als Teil Verbrennung erfolgen. Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die in der Beschreibung näher erläuterten Ausführungsbeispiele, sondern sie kann in verschiedener Hinsicht modifiziert werden. Beispielsweise können auch zwei oder mehrere erste Reduktions-Schachtöfen 1 vorgesehen sein, wobei deren Exportgase zusammengefaßt und zumindest einem weiteren Reduktions- Schachtofen 20 nach einer Cθ2-Entfernung zur Verfügung gestellt werden können. Weiters ist es möglich, das vom Reduktions- Schachtofen 20 rezirkulierte Exportgas über eine eigene Anlage zur Eliminierung des CO2, die unabhängig von der Cθ2-Entfernungsanlage für das aus dem Reduktions-Schachtofen 1 stammende Exportgas arbeitet, zu führen, wobei diese CO2-Eliminierungsanlage als Reformer ausgebildet sein kann.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen von flüssigem Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten aus von Eisenerz, vorzugsweise in Stück- und/oder Pelletform, und gegebenenfalls Zuschlägen gebildeten Einsatzstoffen, wobei die Einsatzstoffe in einer Reduktionszone (12) zu Eisenschwamm direkt reduziert werden, der Eisenschwamm in einer Einschmelz- Vergasungszone (8) unter Zufuhr von Kohlenstoffträgem und sauerstoffhältigem Gas erschmolzen und ein CO- und H2-hältiges Reduktionsgas erzeugt wird, welches in die Reduktionszone (12) eingeleitet, dort umgesetzt und als Exportgas abgezogen wird, und wobei das abgezogene Exportgas einem Verbraucher (20) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in die Einschmelzvergasungszone (8) ein hoch CO2-hältiges Gas, dessen CO2-Gehalt weit über dem CO2-Gehalt des Exportgases, vorzugsweise über 40 %, liegt und dessen CO-Gehalt - falls CO-hältig - weit unter dem CO-Gehalt des Exportgases liegt, eingeleitet wird und dort mit Kohlenstoffträgem unter Bildung von CO umgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspmch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das abgezogene Exportgas einer CO2-Entfemung unterzogen und das bei der CO2-Entfernung abgesonderte, einen hohen CO2- Anteil enthaltende Abgas zumindest teilweise in die Einschmelzvergasungszone (8) eingeleitet wird.
3. Verfahren nach Anspmch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das einen hohen CO2-Anteil enthaltende Gas in den unteren Endbereich des in der Einschmelzvergasungszone (8) ausgebildeten bewegten Bettes (38) eingebracht wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das einen hohen CO2-Anteil enthaltende Gas gemeinsam mit dem der Einschmelzvergasungszone (8) zugeführten sauerstoffhältigen Gas in diese eingeleitet wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das einen hohen CO2-Anteil enthaltende Gas mit in die Einschmelzvergasungszone (8) einzuleitenden Stäuben in die Einschmelzvergasungszone (8) eingeleitet wird.
6. Verfahren nach Anspmch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das einen hohen CO2-Anteil enthaltende Gas mit in die Einschmelzvergasungszone (8) rückzuführenden Stäuben, die aus dem in der Einschmelzvergasungszone (8) entstehenden Reduktionsgas abgeschieden wurden, in die Einschmelzvergasungszone (8) eingeleitet wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das in die Einschmelzvergasungszone (8) eingeleitete, einen hohen CO2-Anteil enthaltende Gas vor dem Einleiten in die Einschmelzvergasungszone (8) einer Entschwefelung unterzogen wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das einer CO2-Entfemung unterworfene Exportgas in mindestens einer ersten Reduktionszone (12) gebildet wird und das von CO2 gereinigte Exportgas als Reduktionsgas, gegebenenfalls nach einer Aufheizung, in mindestens einer weiteren Reduktionszone (21 ) zur Reduktion von weiterem teilchenförmigem metalloxidhältigem Material, vorzugsweise eisenoxidhältigem Material, eingesetzt und dort umgesetzt wird.
9. Verfahren nach Anspmch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Aufheizung stammende Rauchgas zumindest teilweise in die Einschmelzvergasungszone (8) eingeleitet wird.
10. Verfahren nach Anspmch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein bei der CO2- Entfemung abgesondertes, einen hohen CO2-Anteil enthaltendes Abgas für die Aufheizung verwendet wird (Fig. 4).
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein in einer weiteren Reduktionszone (21) umgesetztes Reduktionsgas für die Aufheizung eingesetzt und das dabei gebildete Rauchgas zumindest teilweise in die Einschmelzvergasungszone (8) eingeleitet wird (Fig. 4).
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des in der ersten Reduktionszone (12) gebildeten Exportgases zumindest einer Teilverbrennung unterworfen wird und das Rauchgas in die Einschmelzvergasungszone (8) eingeleitet wird (Fig. 5).
13. Verfahren nach Anspmch 12, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rauchgas vor Einleiten in die Einschmelzvergasungszone (8) ein Kühlgas zugemischt wird (Fig. 5).
14. Verfahren nach Anspmch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Rauchgas vor Einleiten in die Einschmelzvergasungszone (8) unter rekuperativer Erwärmung eines Gases, vorzugsweise eines sauerstoffhältigen, für den Prozeß eingesetzten Gases, oder zur Erzeugung von Dampf abgekühlt wird (Fig. 5).
15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das in der zweiten Reduktionszone (21) gebildete Exportgas zumindest teilweise ebenfalls einer CO2-Eliminierung, vorzugsweise nach Mischen mit dem aus der ersten Reduktionszone (12) stammenden Exportgas, unterworfen wird und das hierbei abgesonderte, einen hohen CO2-Anteil enthaltende Abgas zumindest teilweise ebenfalls in die
Einschmelzvergasungszone (8) eingeleitet wird und dort mit Kohlenstoff unter Bildung von CO umgesetzt wird.
16. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, mit einem Reduktionsreaktor (1) für Eisenerz, vorzugsweise in Stück- und/oder Pelletform, einem Einschmelzvergaser (3), einer den Einschmelzvergaser (3) mit dem Reduktionsreaktor (1) verbindenden Zuleitung (4) für ein Reduktionsgas, einer den Reduktionsreaktor (1) mit dem Einschmelzvergaser (3) verbindenden Förderleitung (13) für das im Reduktionsreaktor (1) gebildete Reduktionsprodukt, mit einer vom Reduktionsreaktor (1) ausgehenden Exportgas-Ableitung (14), mit in den Einschmelzvergaser (3) mündenden Zuleitungen (6, 7) für sauerstoffhältige Gase und Kohlenstoffträger und mit einem am Einschmelzvergaser (3) vorgesehenen Abstich (11) für Roheisen und Schlacke, dadurch gekennzeichnet, daß in den Einschmelzvergaser (3) eine ein hoch CO2-hältiges Gas mit möglichst geringem CO-Gehalt führende Gasleitung mündet.
17. Anlage nach Anspmch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Exportgas-Ableitung (14) des Reduktionsreaktors (1) über eine CO2-Entfernungsanlage (17) geführt ist und von der CO2 -Entfernungsanlage (17) eine abgeschiedenes CO2-hältiges Abgas ableitende Abgasleitung (36, 37, 37') leitungsmäßig mit dem Einschmelzvergaser (3) verbunden ist.
18. Anlage nach Anspmch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleitung (37, 37') in den unteren Teil des Einschmelzvergasers (3), etwa in Höhe des unteren Endbereiches des im Einschmelzvergaser (3) gebildeten Fließbettes (38), in diesen mündet.
19. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleitung (37) zusammen mit einer Zuleitung (6) für sauerstoffhältige Gase in den Einschmelzvergaser (3) mündet (Fig. 3).
20. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleitung (37') mit einer Stäube in den Einschmelzvergaser (3) einleitenden Zuleitung, vorzugsweise über einen die Stäube in den Einschmelzvergaser einbringenden Brenner (39), in den Einschmelzvergaser (3) mündet (Fig. 2, 3).
21. Anlage nach Anspmch 20, dadurch gekennzeichnet, daß in der den Einschmelzvergaser (3) mit dem Reduktionsreaktor (1) verbindenden Zuleitung (4) für das Reduktionsgas ein Staubabscheider (4') vorgesehen ist, der mit einer Staubrückführleitung mit dem Einschmelzvergaser (3) verbunden ist, und daß die Gasleitung (37') mit dieser Staubrückführleitung über einen Staubbrenner (39) in den Einschmelzvergaser (3) mündet (Fig. 2, 3).
22. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, daß in der Gasleitung (36, 37) eine Entschwefelungseinrichtung (18) vorgesehen ist.
23. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, daß zwei Reduktionsreaktoren (1, 20) vorgesehen sind, die miteinander über die Exportgas- Ableitung (14) des ersten Reduktionsreaktors (1) und über die CO2-Eliminierungsanlage (17) leitungsmäßig miteinander verbunden sind, wobei das von der CO2-Eliminierungsanlage (17) austretende Exportgas in den zweiten Reduktionsreaktor (20) geführt ist, gegebenenfalls über eine Heizeinrichtung (22, 25).
24. Anlage nach Anspmch 23, dadurch gekennzeichnet, daß eine ein Exportgas des zweiten Reduktionsreaktors (20) ableitende Förderleitung (29) in eine CO2-Entfernungsanlage (17) mündet, vorzugsweise in die CO2-Entfemungsanlage (17) für das Exportgas des zweiten Reduktionsreaktors .
25. Anlage nach Anspmch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß von der CO2- Entfemungsanlage (17) eine Abgas-Zweigleitung (42) in die Heizeinrichtung (22) zwecks Zuführen eines als Heizgas dienenden Abgases mündet und daß von der Heizeinrichtung (22) eine das Rauchgas ableitende Rauchgas-Ableitung (39, 40) leitungsmäßig mit dem Einschmelzvergaser (3) verbunden ist (Fig. 4).
26. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß von der Exportgas-Ableitung eine Exportgas-Zweigleitung zu einer Verbrennungseinrichtung führt und von dieser eine Rauchgas- Ab leitung in den Einschmelzvergaser (3) mündet (Fig. 5).
27. Anlage nach Anspmch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rauchgas- Ableitung ein Rekuperator, vorzugsweise zur Erwärmung eines sauerstoffhältigen Gases, zwischengeschaltet ist (Fig. 5).
28. Handelsfähiges Produkt, wie Walzgut, erzeugt aus Roheisen oder Stahlvorprodukten, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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