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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Erzeugen von Metall aus Metallerzen, bei dem das Metalloxide enthaltende
Erz mit einem zumindest Kohlenstoff enthaltenden Reduktionsgas in
Reaktionskontakt gebracht wird, welches zuvor aus festen kohlenstoffhaltigen
Substanzen und mit aschebildenden Reststoffen belastetem organischem
Feststoff gewonnen wurde, bei dem der mit aschebildenden Reststoffen
belastete organische Feststoff in zerkleinerter Form bereitgestellt
wird, der mit aschebildenden Reststoffen belastete organische Feststoff
mit kohlenstoffhaltigen Substanzen gemischt wird und das Gemisch
in den Windstrom im Gestell eines metallurgischen Schachtofens eingeblasen
wird.
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Die umweltverträgliche Entsorgung von nicht
metallischen Shredderabfällen
von Altautos bildet eines der wichtigsten aktuellen Entsorgungsprobleme.
Diese sogenannte Shredderleichtfraktion (SLF) fällt in einer Menge von 120.000
Tonnen/Jahr an. Sie enthält
Kunststoffe, Papieranteile, Gummi, Leder und Schaumstoffe, die allerdings
mit Öl,
Bremsflüssigkeit,
Batterieresten, Glasanteilen usw. verunreinigt ist, also neben Schadstoffen
auch noch einen großen
Anteil von Aschebildnern enthält.
Die stark schwankende Zusammensetzung der Shredderleichtfraktion
macht eine energetische Verwertung schwierig. Beim Einblasen beispielsweise
in einen Hochofen erhöht
sich der Schlackenanteil, aber nicht den Energiegehalt.
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Aus der
DE 44 02 025 A1 ist ein
Verfahren zur Aufbereitung und Verwertung von schadstoffbelasteten, kohlenstoffhaltigen
Reststoffen, wie sie beispielsweise bei der Entsorgung von Altfahrzeugen
oder Altgeräten als
Shredderleichtfraktion anfallen, bekannt, bei dem die Shredderleichtfraktion
durch Extrudieren in eine neue Struktur umgewandelt und diese als
Granulat oder in anderer kompaktierter Form vorliegende Struktur
in einem weiteren Verfahrensschritt auf eine Korngröße zerkleinert
wird, welche eine pneumatische Förderung
und eine prozeßverträgliche energetische
und stoffliche Nutzung in der Hochtemperaturzone eines metallurgischen
Schachtofens ermöglicht.
Korngrößen von
weniger als 3 mm sind dabei bevorzugt.
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Die
DE 42 38 935 A1 schlägt vor, die Shredderleichtfraktion
in ein pulverförmiges
Zwischenprodukt zu überführen, das
für den
Einsatz in Entsorgungsanlagen geeignet ist, die für staubförmige Einsatzgüter bestimmt
sind. Dazu werden die Abfallstoffe einer thermischen Behandlung
bei Endtemperaturen im Bereich zwischen 120 und 350 °C unterworfen,
wobei die Anteile an organischen Materialien und Kunststoffen verspröden. Anschließend kann
fein zerkleinert werden. Die bei der thermischen Vorbehandlung entbundenen
Gase und Dämpfe
können
zur Abtrennung schädlicher
und geruchsbildender Bestandteile über ein Filter geleitet werden, beispielsweise
aus Aktivkoksen, die nach Beladung gemeinsam mit dem Produkt der
thermischen Behandlung aufgemahlen und verwertet werden.
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Aus G. Schwanekamp "Einsatz von geshredderten
Kunststoffreststoffen als Reduktionsmittel und/oder Energieträger in Schmelzaggregaten
der Eisen- und Stahlindustrie (Hochofen, Kupolofen)", Berichte aus dem Institut
für Eisenhüttenkunde
der RWTH Aachen, 1979, ist ein Verfahren der eingangs genannten
Gattung bekannt. Shredderleichtfraktion wurde in Anteilen von 10
% bis 100 % mit Lohbergkohle gemischt; die Umsetzung wurde in einer
Versuchsanlage untersucht, die die Bedingungen in einem Hochofen
simulieren kann. Alle Mischungen wurden bei gleichen O/C-Verhältnissen
zwischen 1.2 und 2.9 untersucht. Es wurde gefunden, daß durch
den niedrigen Kohlenstoffgehalt in der Shredderleichtfraktion die
Einblasrate extrem ansteigt, wobei 450 bis 1100 kg/tRE eingesetzt
werden müßten. Ein
störungsfreier
Hochofenbetrieb wäre
wegen eines erheblichen Einflusses auf die Durchgasbarkeit und auf
die Flammtemperatur bei diesen Mengen nicht gewährleistet. Es sei angemerkt,
daß die
bei diesen Versuchen verwendete Shredderleichtfraktion einen Aschegehalt
von etwa 60 % aufwies. Die Lohbergkohle ist eine Gasflammkohle mit
mehr als 25 % flüchtigen
Bestandteilen, einem Aschegehalt von etwa 10 % und einem Kohlenstoffgehalt
von unter 80 %.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, das bekannte Verfahren so zu modifizieren, daß mit aschebildenden
Reststoffen belasteter Kunststoff, insbesondere Shredderleichtfraktion,
als Reduktionsgas im Hochofen eingesetzt werden kann.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß als feste
kohlenstoffhaltige Substanz Anthrazitkohle mit einem Gehalt an flüchtigen
Bestandteilen von weniger als 11 % und einem Aschegehalt von weniger
als 10 % eingesetzt wird und der Anteil an mit aschebildenden Reststoffen
belastetem organischem Feststoff maximal 50 Gew.-% beträgt. Eine
solche Anthrazitkohle ist beispielsweise Niederbergkohle, die sich
durch einen relativ geringen Anteil an flüchtigen Bestandteilen auszeichnet.
Es wurde erkannt, daß diese
Kohle optimal geeignet ist, um einen vergleichsweise hohen Anteil
an flüchtigen
Bestandteilen des mit aschebildenden Reststoffen belasteten organischen
Feststoffes auszugleichen. Zudem besitzt die Anthrazitkohle einen
hohen Brennwert und einen hohen Kohlenstoffgehalt von etwa 82 %. Überraschenderweise
wurde gefunden, daß durch
Einsatz der Niederbergkohle in Kombination mit beispielsweise Shredderleichtfraktion
die Umsetzungsgrade so erhöht werden
können,
daß die
Mischungen höhere
Umsetzungsgrade erreichen als die einzelnen Ausgangsstoffe.
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Bevorzugt beträgt der Aschegehalt des mit
aschebildenden Reststoffen belasteten organischen Feststoffes etwa
30 %. Ein solches Material ist erst seit kurzem durch eine spezielle
Aufbereitungstechnik verfügbar,
die in der Pilotanlage R-plus Recycling GmbH für Shredderleichtfraktion in
Eppingen demonstriert wird. Hier wird eine heizwertreiche Shredderleichtfraktion
erzeugt, deren organischer Anteil bei 60 Gew.-% liegt.
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Die Anthrazitkohle kann auf eine
mittlere Korngröße von maximal
200 μm gebracht
werden.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung
der Erfindung wird dem Gemisch im wesentlichen aschefreier Kunststoff
oder Mischkunststoff zugesetzt, wobei der Kunststoff ein oder mehrere
Polymere aus der Gruppe bestehend aus Polyethylen, Polypropylen,
Polystyrol, Polyamid und Polyethylenterephthalat enthält. Solche Kunststoffe
sind beispielsweise in der Fraktion Mischkunststoffe aus dem Gelben
Sack bzw. der Gelben Tonne der Sammlung der Der Grüne Punkt-Duales
Sytem Deutschland AG enthalten, oftmals auch als DSD-Fraktion bezeichnet.
Ein solches Gemisch wird dann vorteilhaft zu Agglomerat mit einer
mittleren Korngröße zwischen 1
und 10 mm, bevorzugt zwischen 5 und 10 mm konfektioniert. Anders
als Granulate, wie sie nach der
DE 44 02 025 A1 erzeugt werden, zeichnen
sich Agglomerate durch eine hohe spezifische Oberfläche aus,
was zu einer schnellen Umwandlung des Feststoffes in Reduktionsgas
beiträgt.
Dies erklärt,
warum höhere
mittlere Korngrößen als
bei der
DE 44 02 025
A1 möglich
sind. Ein Agglomerat aus reiner DSD-Fraktion kann erfolgreich bei
der Gewinnung von Roheisen aus Eisenerz eingesetzt werden, wie es
beispielsweise in der
EP
0 622 465 A1 beschrieben ist.
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Der Anteil des im wesentlichen aschefreien
Kunststoffes oder Mischkunststoffes am Gemisch sollte zwischen 10
und 35 Gew.-% betragen.
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Vorteilhaft wird das Gemisch gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einer Einblasrate bis zu 300 kg/tRE in den Windstrom
eingeblasen werden, damit die oben aufgezeigten Probleme vermieden
werden. Es kann der Windstrom mit Sauerstoff angereichert werden,
so daß bei
einem Verhältnis
Sauerstoff/Kohlenstoff zwischen 2 und 2.2 gefahren wird.
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Im folgenden soll die Erfindung anhand
der beigefügten
Zeichnung näher
erläutert
werden. Es zeigt:
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1 das
Umsetzungsverhalten unterschiedlicher Shredderleichtfraktionen OG,
OI, OIII und von Niederbergkohle NB;
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2 das
Umsetzungsverhalten eines Gemisches aus Shredderleichtfraktion und
Niederbergkohle; und
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3 eine
schematische Darstellung einer Laboranlage gemäß G. Schwanekamp "Einsatz von geshredderten
Kunststoffreststoffen als Reduktionsmittel und/oder Energieträger in Schmelzaggregaten
der Eisen- und Stahlindustrie (Hochofen, Kupolofen)", Berichte aus dem
Institut für
Eisenhüttenkunde
der RWTH Aachen, 1979.
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Bei den durchgeführten Experimenten wurde mit
einer Laboranlage gearbeitet, mit deren Hilfe der Reaktionsablauf
beim Einblasen von Reduktionsmittel in der Düsenspitze, der Blasform und
dem vorderen Teil der Wirbelzone eines Hochofens simuliert werden
kann. In dieser Anlage können
die Reduktionsmittel unter hochofennahen Bedingungen umgesetzt werden.
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Die Anlage ist in 3 schematisch dargestellt. Direkt hinter
dem Magnetventil M1 befindet sich die Einfüllöffnung E
für die
Reduktionsmittelproben. Bei gleichzeitigem Öffnen der Magnetventile M1 und M2 verwirbelt
der Verbrennungsstoff mit dem Transportgas aus dem Hochdruckteil
und vermischt sich dann mit dem heißen Sauerstoff, der in einem
Vorwärm ofen
V auf eine Temperatur von etwa 1200 °C gebracht wird. Die Brennstoffe
gelangen dann in den Hochtemperaturteil, d. h. den Induktionsofen
I der Anlage, der Temperaturen von bis zu 1700 °C erreicht.
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Die aus der Umsetzung im Induktionsofen
entstehenden Produktgase werden zunächst in einem evakuierten Gassammelbehälter G aufgefangen,
der hinter dem Magnetventil M2 angeschlossen
ist. Durch entsprechend gewählte
Drücke
und Temperaturen in den einzelnen Bereichen der Anlage stellen sich
die charakteristischen Strömungsgeschwindigkeiten
und Verweilzeiten so ein, wie sie bei einem realen Ofenbetrieb vorliegen.
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Mit Hilfe von Gasanalysatoren werden
die Konzentrationen an CO, CO2, CH4, H2 und O2 im Produktgas gemessen. Anhand dieser Gaskonzentrationen,
der bekannten Temperaturen in der Anlage sowie der Volumina und
Drücke
im Hoch- und Niederdruckbereich kann auf bekannte Weise der Umsetzungsgrad
berechnet werden. Als Umsetzungsgrad wird der prozentuale, in den
gasförmigen
Zustand übergegangene
Anteil des Gesamtkohlenstoffs des Reduktionsmittels bezeichnet.
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Zur Variation des O/C-Verhältnisses
während
der Verbrennung werden pro Meßreihe
mehrere verschiedene Proben eingeblasen.
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Die Versuche wurden mit den Shredderleichtfraktionen
OG, OI, OII gemäß Tabelle
1 durchgeführt.
Sie unterscheiden sich nur geringfügig in ihrer Zusammensetzung.
Der Aschegehalt der drei Shredderleichtfraktionen liegt bei etwa
30 % und damit deutlich unter dem bisher verfügbaren Shredderleichtfraktionen
mit einem Aschegehalt von 50 bis 60 %. Auch der Kohlenstoffgehalt
liegt mit 46 bis 53 % deutlich höher
als bisher. Im Vergleich zu üblicherweise
im Hochofen verwendeten Einblaskohle besitzt Shredderleichtfraktion
einen sehr hohen Gehalt an flüchtigen
Bestandteilen von etwa 60 bis 70 %.
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Im Gegensatz zu den Fraktionen OI
und OIII besteht die Shredderleichtfraktion OG im wesentlichen aus
Schaumstoffen.
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Folgende Versuchsreihen für das Einblasen
von Material in einen Schachtofen, simuliert auf der oben beschriebenen
Laboranlage, wurden durchgeführt.
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Die drei Shredderleichtfraktionen,
OG, OI und OIII wurden in reiner Form eingeblasen. Ferner wurde Niederbergkohle
in reiner Form eingeblasen. Die Ergebnisse sind in 1 gezeigt. Die Umsetzungsgrade der Shredderleichtfraktionen
liegen alle unterhalb des Umsetzungsgrades der Niederbergkohle.
Dabei erreicht OG in reiner Form bei einem O/C-Verhältnis
von 2.1 mit einer Umsetzungsgrad von 54 %. Die Fraktionen OI und OIII
werden deutlich schlechter umgesetzt.
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In einer weiteren Versuchsreihe werden
Gemische aus 80 % Niederbergkohle und 20 % Shredderleichtfraktion
eingeblasen. Die Ergebnisse sind in 2 veranschaulicht.
Es zeigt sich, daß die
Mischungen aus Shredderleichtfraktion und Niederbergkohle höhere Umsetzungsgrade
erreichen als die reinen Stoffen, wie sich aus dem Vergleich der
Kurve für
reine Niederbergkohle ergibt. Bei einem O/C-Verhältnis von 2.1 erreichen die
Mischungen OG/Niederbergkohle sowie OIII/Niederbergkohle einen Umsetzungsgrad
von etwa 55 %, die Mischung OI/Niederbergkohle liegt mit einem Umsetzungsgrad
von etwa 52 % etwas darunter.
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Die Versuche zeigen, daß die Shredderleichtfraktionen
mit ihrem hohen Anteil an flüchtigen
Bestandteilen die niederflüchtige
Niederbergkohle zünden
und einen positiven Effekt auf den Umsetzungsgrad ausüben. Allerdings
werden die Reaktionen durch den immer noch relativ hohen Aschegehalt
der Shredderleichtfraktionen gebremst.
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Daher wird vorteilhaft durch Zusatz
aschefreier Kunststoffe und Kunststoffinischungen das Umsetzungsverhalten
optimiert.
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Die in der vorstehenden Beschreibung,
in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der
Erfindung können
sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung
der Erfindung wesentlich sein.
