DE3131293A1

DE3131293A1 - "verfahren zur vergasung von festem kohlenstoffhaltigen material"

Info

Publication number: DE3131293A1
Application number: DE19813131293
Authority: DE
Inventors: Shoji Anezaki; Takeyuki Ibaraki Hirata; Katsukiyo Marukawa; Seiichi Masuda; Hidemasa Osaka Nakajima; Shozo Okamura; Koji Okane; Masanobu Sueyasu; Koichi Tanaka; Tsutomu Amagasaki Hyogo Tanaka
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1980-12-01
Filing date: 1981-08-07
Publication date: 1982-07-01
Also published as: FR2495178B1; DE3131293C2; AU7391281A; GB2088892A; GB2088892B; FR2495178A1; AU535363B2

Description

Verfahren zur Vergasung von festem kohlenstoffhaltigen Material.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Vergasung von festem kohlenstoffhaltigen Material, bei dem dieses Material in einem Vergasungs-*Reaktionsofen mit. Eisenschmelzbad vergast wird. Die Erfindung' bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zum Betreiben des Vergasungs-Reaktionsofens, das eine Verhinderung der Bildung von anhaftender Masse am oberen Ofenbereich einer Haube oder einer Lanze aufgrund von Spritzen' sowie eine Stabilisierung des Ofenbetriebs und einen Betrieb über einen längeren Zeitraum ermöglicht.

Im allgemeinen handelt es sich bei eiern sogenannten Kohlevergasungsverfahren, bei dem ein Reaktionsofen mit Eisenschmelzbad verwendet wird, um ein Verfahren, bei dem die zur Vergasung notwendige Wärme von dem geschmolzenen Eisen zugeführt wird. Unter den bekannten Verfahren zur Vergasung von festem kohlenstoffhaltigen Material wie Kohle, Koks oder ähnliches ist eine Reihe derartiger Verfahren in den JA-OS'en 52-41604, 52-41605 und 52-41606 offenbart.

Die wesentlichen Merkmale dieser Verfahren bestehen darin, daß die Kohle dadurch in den Ofen eingebracht wird, daß man sie entweder auf die Schmelzbadoberfläche fallen läßt oder mittels eines Trägergases durch eine unterhalb des Schmelsbadspiegels befindliche öffnung in das Eisenschmelzbad einbringt und man Sauerstoff und/oder Wasserdampf über einen anderen Weg und.auf andere Ofenbereiche als die Weise und den Bereich, auf die bzw. den die Kohle eingebracht

wird, in den Ofen einbläst. Aufgrund derartiger Merkmale ist der Kohleausnutzungsgrad bei der Vergasung gering, und andere Nachteile stellen sich, wie folgt, unweigerlich ein:

(I) Läßt man die Kohle auf das geschmolzene Eisen fallen, so wird diese von aer auf der Schmelzbadoberfläche schwimmenden Schlacke abgefangen, wonach sich ein Teil derselben in dem geschmolzenen Eisen aufgrund der Bewegung auflöst, und somit wird der Verlust an Kohle dadurch größer, daß diese weggespritzt wird oder ohne vergast zu werden zusammen mit der Schlacke an der Oberfläche schwimmt, wodurch der Kohleausnutzungsgradniedrig wird und nicht mehr als 80 % beträgt; außerdem läßt sich der CO₂-Gehalt in dem entstehenden Gas nicht auf weniger als 5 bis 6 % reduzieren, was wiederum zu einer nicht wirksamen Vergasung führt. (II)Der Schwefel in der schwimmenden Kohle reagiert direkt mit dem Sauerstoff, wodurch S0„ entsteht,' und somit geht der bei der Vergasung dieser Art erwartete Vorteil, nämlich daß kein Schwefel in dem erzeugten Gas enthalten ist, verloren.

(JII)Da es sich bei den Bereichen, in denen die Kohle eingebracht und in denen der Sauerstoffstrahl-eingeblascn wird, um verschiedene handelt, die nicht zusammen liegen, entsteht eine Heißstelle oder sogenannte Flammstelle von extrem hoher Temperatur,z.B. an der Oberfläche des Eisenschtrelzbades, wenn der Sauerstoff von oben aufgeblasen wird, der Verlust an geschmolzenem Eisen nimmt durch dessen Verdampfung zu und eine große Menge an brennbarem Eisenmetall mit lnikrokleinen Kohlenstofftcilchen LsL in dein erzeug Lon Gar. enthalten, was zu einer Gefahr bei der Staubbehandlung führt, und außerdem wird die Durchführbarkeit aes Ofenbetriebs aufgrund des Eisenverlustes schwierig.

Die DE-OS 24 43 740 offenbart ein Verfahren, dessen wesentlichen Merkmale ebenfalls im Rahmen der vorgenannten dA-OS'en liegen, und somit ist auch dieses Verfahren mit den vorstehend erwähnten Nachteilen verbunden.

Bei einem in der JA-OS 55-89395 offenbarten

Verfahren wurden die Nachteile des vorgenannten Standes der Technik in einem beträchtlichen Maß eliminiert, und der Ausnutzungsgrad des Kohlenstoffs des festen kohlenstoffhaltigen Materials wurde verbessert. Gemäß dieser ■ JA-OS wird Sauerstoff durch eine nicht eingetauchte Lanze von oben auf die Oberfläche eines Eisenschmelzbades

Temperatur aufgeblasen und bildet eine Iloißstallu oder sogenannte Flatnmstelle holier/ und ein festes kohlenstoffhaltiges Material wird mittels eines Trägergases durch eine nicht eingetauchte Lanze pncumu tisch von oben in Richtung auf diese SLePe geblasen. Auf diese Weise wurde die Menge des festen kohlenstoffhaltigen Materials, das von der auf dem Eisenbad schwimmenden Schlacke abgefangen wurde , reduziert. In einen Ofen des Typs, der einem Konverter ähnlich ist, und in dem sich ein Eisenschmelzbad einer Temperatur zwischen 1300 bis 1500°C befindet, werden die Kohle (Kohlenstaub) und ein Vergasungsmittel durch die nicht eingetauchte Lanze von oben in Richtung auf das geschmolzene Eisen geblasen, wodurch die Kohle vergast wird. Dieses einen Ofen des Konverter-Typs verwendende Verfahren erleichtert die Zufuhr der Kohle und des Vergasungsmittel in den Ofen und ist in der Lage, jede Kohlenart vorteilhaft zu vergasen. Im Betrieb wird das geschmolzene Eisen jedoch aufgrund des Vergasungsmittelstrahls von dem Schmelzbad weggespritzt, was zur Bildung von anhaftender Masse am oberen Ofenteil oder einer Haube oder an der Oberfläche der Lanze (an der Wasserkühlungs-Lcitung) führt,

was bei deren rascher Abkühlung zu Betriebsschwierigkeiten führt.Sobald sich einmal anhaftende Masse gebildet hat, wird diese ständig rrehr, bis der Ofenmund und der Deckel einer wahrscheinlichen Blockierung ausgesetzt sind, nach dann

Steuerung des Druckes im Ofen stark beeinträchtigt wird, was schließlich zu Bedingungen führt, unter denen der Betrieb nicht länger möglich ist.

Bei diesem Verfahren war es somit, besonders bei Verwendung eines Ofens aes Konverter-Typs, schwierig, einen Betrieb über einen langen Zeitraum durchzuführen, und außerdem war es zur Entfernung der anhaftenden Masse notwendig den Betrieb zu unterbrechen oder zu stoppan, was wiederum zu einer nicht konstanten Gaserzeugung fünrte, und diese Tatsache wird auf die wachteile dieses Verfanrens zurückgeführt.

Die Scnlacke, die an der Oberfläche des. Eisenschmelzbades schwimmt und sich aus der Asche in der Kohle oder einem eingeblasenen Flußmitte! bildet, nimmt zu. Beim Stand der Technik wird die durch den Vergasungsmittelstrahl erzielte Durchmischwirkung des Eisenbades geringer, wenn- die Schlackenschicht dick wird. Dann sinkt der Kohleausnutzungsgrad ab, cia das Vergasungsmittel weniger mit dem Eisenschmelzbad in Berührung kommt, una dies führt zu einer geringeren Kohleüiffusion in dem Kisenschmelzbad. Beim Stand der Technik war es somit.also schwierig,einen hohen Kohleausnutzungsgrad zu erzielen,ohne dabei die Bildung anhaftender Masse zu verursachen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Vergasung von festem kohlenstoffhaltigen Material zu schaffen, Dei dem zur Ermöglichung eines Ofenbetriebs über einen langen Zeitraum die Bildung anhaftender Masse am oberen Ofenteil oder der Haube verhindert werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren erfindungsgemäß so geführt, wie im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegeben.

Ein Vorteil der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens zur Vergasung von festem kohlenstoffhaltigen Material, bei dem die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, bei eiern ein hoher Kohlenstoff-Ausnutzungsgrad ohne Verursachung einer Bildung anhaftender Masse erzielt wird.

Hoch ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens zur Vergasung von festem kohlenstoffhaltigen Material, bei dem es möglich ist, den Schwefelgehalt in dem erzeugten Gas auf das kleinstmögliehe Minimum zu reduzieren.

Weiterhin.schafft die Erfindung ein Verfahren zur Vergasung von festem kohlenstoffhaltigen Material, wobei teilchenfÖrmiges, insbesondere pulverisierLos, festes kohlenstoffhaltiges Material durch eine nicht eingetauchte Lanze auf ein in einem Ofen befindliches Eisenschmelzbad in Richtung auf eine Heißstelle , die mittels eines Strahls eines mindestens Sauerstoff aufweisenden Vergasungsmittel gebildet wird, von oben aufgeblasen wird, das Vergasungsmittel durch eine nicht eingetauchte Lanze von oben aufgeblasen wird, das feste kohlenstoffhaltige Material mittels eines Trägergases eingeblasen wird und wobei fakultativ schlackenbildendes Material in Richtung auf die Flammstelle geblasen wird, wodurch das feste kohlenstoffhaltige Material vergast wird, während das Verhältnis L/L der Einsenkungstiefe L des Eisenschmelzbades zu der Eisenschmelzbadtiefe L bei 0,05 Ihn 0,15 und die Einblasgeschwindigkeit des festen kohlenstoffhaltigen Materials bei 50 bis 300 ία/sec gehalten werden, so daß die üilüung von anhaftender Masse am oberen Ofenbereich oder der Haube unterdrückt wird. Zur/ 'Verbesserung des Kohleausnutzungsgrades wird zur Durchmischung des Eisenschmelzbades ein Rührgas durch wenigstens eine sich unterhalb des Spiegels des Eisenschmelzbades öffnende Düse eingeblasen.

Die Erfindung schafft weiterhin ein derartiges Verfahren, bei dem ein zusätzliches Merkmal vorgesehen ist, nämlich daß das Verhältnis Ij7L_q der Eindringtiefe L'des festen
kohlenstoffhaltigen Materials in dem Eisenschmelzbad zu der Eisenschmelzbadtxefe L zwischen 0,15 und 0_r3 gehalten wird.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden an Hand· tc-ilweisur sciiemaLischer Darstellungen meiirerer Ausführunysoeispiele nocn naher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Scnnittdarstellung eines Vergasungs-Reaktionsofens zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Lanze, Fig. 3 eine Ansicht der Fig. 2 von unten, und Fig. 4 eine Schnittdarstellung eines Ofens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Fig. 1 zeigt einen Vergasungs-Reaktionsofen 1 des Konverter-Typs, eier mit einer Auslaßöffnung 2 für Stahl und/oder Schlacke und einer nicht eingetauchten Lanze 4 des Typs mit mehreren Düsen zum /aufblasen von teilchenförmigen! bzw. pulverisiertem, festem kohlenstoffhaltigen Material, Sauerstoff und Wasserdampf versehen ist und eine geeignete Menge von Eisenschmelzbad 5 enthält. Ein Strahl von Vergasungsmittel, das durch die Lanze 4 von oben aufgeblasen wird, erzeugt innerhalb einer Einsenkung bzw. Vertiefung eine Heißstelle 10 auf der Oberfläche des Eisenbades, wobei das kohlenstoffhaltige Material mittels eines Träyergases pneumatisch in Richtung auf die Heißstelle 10 geblasen wird, wonach das kohlenstoffhaltige Material aann in Gas umgewandelt, d.h. vergast, wird.

Gleichzeitig wird aufgrund restlicher Aschekomponenten in dem kohlenstoffhaltigen Material bei Vergasung desselben Schlacke 6 auf der Oberfläche des Schmelzbades erzeugt. Alternativ oder zusätzlich wird die Schlacke 6 aus schlackenbildenäem Material gebildet, das bevorzugterweise zusammen mit dem kohlenstoffhaltigen Material eingeblasen wird. Das schlackenbildende Material kann auch in den Ofen 1 geworfen werden.

Das erfindungsgemäße, feste kohlenstoffhaltige Material umfaßt bekannte, einen wesentlichen Kohlenstoffanteil

enthaltende Materialien, wie Kohle, Koks, Pech, Kohlenteer und ähnliches. Im folgenden wird das feste kohlenstoffhaltige Material durch Kohle (Kohlenstaub) als ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel vertreten.

Der Begriff Vergasungsmittel, das zumindest Sauerstoff beinhaltet, umfaßt Gase, die im v/esentlichen Sauerstoff oder Gasgemische aus Sauerstoff und Wasserdampf enthalten. Der Sauerstoffgehalt sollte 7O Volumenprozent oder mehr betragen, um eine ausreichende Sauerstoffmenge ohne ein Abkühlen des Eisenbades zu verursachen zuzuführen. Wasserdampf wird bevorzugterweise dann hinzugefügt, wenn der Sauerstoffgehalt 99 Volumenprozent oder mehr beträgt. Die Verwendung von reinem Sauerstoff und Wasserdampf wird besonders bevorzugt. Wasserdampf kann jedoch auch bei einem Sauerstoffgehalt von 70 bis 99 Volumenprozent verwendet werden, vorausgesetzt daß sich dadurch die Kosten verringern.-

Das Aufblasen erfolgt durch eine Lanze oder Lanzen, bei der bzw. denen es sich bevorzugterweise um einen Typ mit mehreren Düsen handelt, der es zumindest ermöglicht,Kohle mittels eines Trägergases sowie Sauerstoff durch dieselbe Lanze zu blasen. Der Wasserdampf kann entweder zusammen mit dem Sauerstoff durch dieselbe Lanze oder eine separate Lanze geblasen weraen. Das fakultative Einblasen des schlackenbildenden Materials erfolgt bevorzugterweise durch dieselbe Düse, die auch für das Einblasen des Sauerstoffs oder der Kohle verwendet wird. Es sind jedoch auch andere Anordnungen i-ⁿ der Blastechnik durch aie Lanze möglich ohne dabei vom Wesen der Erfindung abzugehen. Herkömmliche Lanzen mit einer einzigen Düse können in einem Bündel oder einem Satz verwendet v/erden.

Bei dem Vergasungs-Reaktionsofen 1 handelt es sich bevorzugterweise um einen des Konvertertyps, wie in Fig. 1 dargestellt. Es läßt sich jedoch auch ein Ofen des Siemes-Martin-Typs, wie uieser z.B. in der JA-OS 55-89395 offenbart ist, je nach Betriebsmaßstab verwenden. Nachstehend wird eine bevor-

zugte Ausführungsform beschrieben, bei der der Ofen 1 des Konverter-Typs verwendet wird.

Der üien 1 wird wie nachstehend be.sciirieben betrieben. Geschmolzenes Eisen wird durch einen Mund 3 eingebracht, und das entstehende Gas wird zürn Zwecke aer Gasabführung durch eine Haube und eine Leitung (nicht gezeigt), die oberhalb des Mundes 3 angeordnet sind, einem Gasaufnahmeteil (nicht gezeigt) zugeführt. Die Schlacke läßt sich in einer geneigten stellung des Ofens 1 durch die Auslaßöffnung 2 oder durch den Mund 3 entfernen.

Eine nicht eingetauchte Lanze 4 mit mehreren Düsen 4-1, 4-2, 4-3 ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Diese ermöglicht es, Kohle, Trägergas, Sauerstoff sowie den Wasserdampf durch eine Lanze über drei Arten von Düsen einzublasen. Die Lanze weist eine mittige Düse 4-1, eine die mittige Düse 4-1 umgebende ringf ürraige Schlitzdüse 4-2 sowie drei in einem iCinkelabstand von 60°' angeordnete Düsen 4-3 außerhalb der · ringförmigen Schlitzdüse 4-2 auf. Durch die mittige Düse 4-1 wird ein Fluidgemisch aus Kohle und dem Trägergas, durch die Schlitzdüse 4-2 Wasserdampf und durch die äußeren Düsen 4-3 jeweils Sauerstoff eingeblasen. Es ist ein Wasserkühlungskanal 4-4 mit doppelströmiger bzw.' doppelschaliger Struktur vorgesehen, der sich zum Boden der Lanze 4 erstreckt, wo eine Umlenkkammer 4-5 die zueinander parallel verlaufenden Ein- und Auslaßkanäle miteinander verbindet. Die Düsen 4-1, 4-2 und 4-3 münden an der unteren Stirnseite der Lanze 4.

Bei der .Vergasung von Kohle werden Kohle, Sauerstoff und Wasserdamf durch die nicht eingetauchte Lanze 4 über die jeweiligen Düsen von oben auf das Eisenschmelzbad (nachstehend kurz als Eisenbad bezeichnet) aufgeblasen. Dabei wird die Kohle mittels des Trägergases in Richtung auf die Heißstelle 10 geblasen, die durch die S/trahlaufblasung des Vergasung smittels , d.h. Sauerstoff und Wasserdampf, gebildet

wird, wobei Spritzer 7 des Eisenbades insbesondere an der Heißstelle 10 von der Eisenbadoberfläche weggespritzt werden.

Gemäß dem Stand der Technik trafen die Spritzer auf den oberen Bereich des Ofens oder dl« Haube, die Lanze usw. auf und sind dort schnei] abgekühlt, so daß sich eine feste anhaftende Masse 6 bildete, was wiederum zu einem ernsten Problem führte, nämlich daß ein kontinuierlicher Betrieb aufgrund der Wahrscheinlichkeit, daß diese Masse den Mund 3 und den Düsenbereich der Lanze blockiert, verhindert wird. Beim Stand der Technik wurde das sogenannte Starkblasen, das eine übliche Blasart beim Konverterbetrieb darstellt, für die Vergasung mit hohem Kohleausnutzungsgrad als wesentlich betrachtet, und dabei ließ sich ein derartiges Blockieren kaum vermeiden.

Erfindungsgemäß läßt sich nun eine derartige Bildung von anhaftender Masse dadurch unterdrücken, daß der Ofen ohne Verschlechterung des Kohleausnutzungsgrades unter bestimmten Bedingungen betrieben wird, d.h. das sogenannte L/L Verhältnis der EinSenkungstiefe L des Eisenbades zur Eisenbaatiefe L wird zwischen 0,05 und 0,15 gehalten und die Einblasgeschwindigkeit des festen kohlenstoffhaltigen Materials zwischen 50 und 300 m/sec. Bevorzugterweise wird das Verhältnis L/L zwischen 0,1 und 0,15 gehalten. Dieses Verhältnis L/L wird hauptsächlich durch die Eindringtiefe eines Vergasungsmittelstrahls festgelegt, während üie Einblasgeschwindigkeit der Kohle hauptsächlich durch die Trägergasgeschwindigkeit beim Ein blasen bestimmt wird. L wird zur uneingesenkten Schmelzenoberfläche gemessen. Unter diesen "Bedingungen kann der Ofen für eine lange Zeit betrieben werden, indem sich absetzende Spritzer sowie ein Anwachsen der anhaftenden Masse während des Betriebsablaufes ausgeschaltet werden.

Besonders bevorzugt ist es , auch ein weiteres Verhältnis t,'/~L der Eindringtiefe L', in der das feste kohlenstoffhaltige Material in das Eisenbad eindringt, zu. der Eisenbadtiefe L in einem Bereich zwischen O,15 und 0,3 zu halten. Je nach Einhaltung derartiger Bedingungen ermöglicht die Erfindung nicht nur einen lange währenden konstanten Betrieb des Ofens sondern führt auch zur Erzeugung eines Gases, das einen minimalen Verunreinigungsanteil an Schwefel enthält.

Das Strahl-Einsenkungsverhältnis L/L sollte nicht unter 0,05 liegen, da sich dann die Zusammensetzung des entstehenden Gases

verschlechtert, während das Verhältnis L/L nicht über 0,15 liegen sollte, da sich dann die Bildung von anhaftender Masse nicht unterdrücken läßt und außerdem der Verlust an Eisenbad durch Spritzen gesteigert wird. Normalerweise läßt, sich das Verhältnis L/L dadurch entscheidend steuern, daß der Abstand von der Düse (Lanzenende) zu der Eisenbadoberfläche unter einer vorgegebenen Bedingung bezüglich des Vergasungsmittelstrahls und tfer Kohleeinblasgeschwindigkeit während des Betriebes verändert wird. Eine geringfügige Steuerung kann jedoch auch dadurch erfolgen, daß auch der Vergasungsmittelstrahl und/oder die Kohleeinblasgeschwindigkeit innerhalb des vorgeschriebenen Bereichs verändert werden.

Das Kohleeindringtiefe-Verhältnis L^L wird in erster Linie durch die Kohleeinblasgeschwindigkeit bestimmt, wobei üer Begriff "Kohleindringtiefe" die Tiefe darstellt, bis zu der das teilchenförmige, feste kohlenstoffhaltige Material in Form von Teilchen (Feststoffteilchen) in das Eisenbad eindringt. Das Kohleeindringtiefe-Verhältnis L^L sollte ca. 0,3 nicht übersteigen, da sonst die Kohle zu intensiv in das Eisenbad eingeblasen wird, was wiederum zu einem verstärkten Spritzen aufgrund der ausgesprochen starken

Vergasung führt. Andererseits sollte das Verhältnis L^L nicht unter ca. O,15 liegen, da dann die Entschwefelungs-Wirksamkeit abnehmen würde, was zu einem erhöhten Schwefelanteil in dem entstehenden Gas führt. Diese untere Grenze steht auch im Einklang mit der Kohleeinblasgeschwindigkeit, da Lei einer niedrigen Geschwindigkeit die Kohle nicht ausreichend in das Eisenbad eindringen würde, und dies hätte eine niedrigere Kohlevergasungs-Wirksamkeit zur Folge,

Im allgemeinen wird beim Konverterbetrieb bei der Stahlherstellung das Verhältnis L/L der Eindringtiefe L des Sauerstoffstrahls zur Eisenbadtiefe L in Abhängigkeit vom Zweck jedes Blasvorgangs bestimmt, da eine Bewegung in dem Eisenbad dia Blasbedingungen sehr stark beeinträchtigt, während erfindungsgemäß das Verhältnis L/L zum Zweck der Eliminierung der nachteiligen Wirkung festgestzt wird, die durch die anhaftende Masse bei der Kohlevergasung verursacht wird, ohne daß dabei andere Faktoren beim Ergebnis verschlechtert v/erden.

Die Kohleeinblasgeschwindigkeit ist auf einen Bereich von 50 bis 300 m/sec an der Düse festgelegt, da bei einer niedrigeren Geschwindigkeit der Schwefel in der Kohle nicht ausreichend in dem Eiseni?ad und der Schlacke festgehalten würde, und die Schlackenbildung der Aschekomponenten unzulänglich wäre, während bei einer höheren Geschwindigkeit der Abrieb bzw. Verschleiß der Düse gefördert würde und die Energiekosten für das Einblasen steigen würden.

Im Betrieb steigt die Menge der Schlacke, die sich aus der Asche in der Kohle oder in dem eingeblasenen Flußmittel bildet kontinuierlich an, und diese sammelt sich auf dem Eisenbad an, was zu einer dicken schwimmenden Scnlackenschicht führt. Die dicke Schlackenschicht beeinträchtigt das Durchmischen des Eisenbades mittels des SauerstoffStrahls, und dies führt

zu einer niedrigeren Kohlediffusion in dem Eisenbad sowie zu einer geringeren Vergasungs-Wirksamkeit.

Zur Überwindung diesesProblems sieht die Erfindung eine Durchmischeinrichtuiig bzw. Rühreinr:ioht;ung für das Eiseiibad vor, wobei ein Mischgas bzw. Rührgas in das Eisenbad eingeblasen wird, d.h. das Mischgas wird durch eine Düse oder Düsen, die ■ unterhalb des Eisenbadspiegels mündet bzw. münden eingeblasen. Sogenannte Boden-Einblasdüsen bzw. Düsen/ bei/die Einblasung von unten erfolgt, und/oder eine Düse, die durch eine Seitenwand unterhalb des Eisenbadspiegels angebracht ist, werden zur Durchmischung des Eisenbades verwendet. Das Mischgas umfaßt Inertgas (z.B. N„, Ar oder ähnliches), Oxidationsgas (Luft, Sauerstoff, CO₂ usw.) und Kohlenwasserstoffgas (Methan, Xthan, usw.). Bei diesem Mischgas kann es sich um ein herkömmliches sogenanntes Boden-Einblas-Mischgas handeln. Bevorzugterv/eise enthält das Mischgas eine beträchtliche Menge an Oxidationsgas, das dazu dient,ein Blockieren der Düse zu verhindern. Somit wird z.B. ein Gasgemisch von einem Volurnenteil C0~ pro Volumenteil O₉ bevorzugt.Das Mischgas wird in einer Menge

von 0,6 bis 10 Nm /t Roheisen·h und unter einem überdruck von 2 bis 8 kp/cm² ·eingeblasen. Aufgrund dieses Einblasens von unten wird das Eisenbad 5 umgewälzt, und das Vergasungsmittel, das von oben aufgeblasen wird und sich dann in der Schlacke befindet/ kommt mit dem Eisenbad 5 in Berührung, wobei die Berührungsmöglichkeiten größer sind, unddies führt zu einem verbesserten Vergasungs-Wirksamkeit.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform des Reaktionsofens 1, bei dem Mischdüsen am Ofenboden vorgesehen sind. Bevorzugterv/eise sind die Düsen an einer derartigen Stelle des Ofenbodens angeordnet, die unter dem Bereich liegt,in dem der Vergasungsmittelstrahl gebildet wird.· Boden- oder SeiteneinbJ acdü:;en mit Löchern können durch poröse hitzebestandige Düsen (zur Blasenbildung) ersetzt werden, die in der Stahlherstellung üblich sind.

Je nach der Durchmischung mittels des Einblasens von unten beträgt der Kohlcausnutzunysgrad bis zu 9ü %, ohne daß dabei eine erhöhte Spritzbildung verursacht wird, was wiederum einen lange währenden Betrieb gewährleistet.

Im Betrieb wird das Eisenbad auf einer Temperatur von ca. 1300 bis 1600 C , bevorzugterweise um ca. 1500°C, gehalten, wobei die Temperatur jedoch in Abhängigkeit von der Schlackenart und dem Kohlenstoffgehalt in dem Eisenbad bestimmt werden sollte.

Ohne dieses Durchmischen läßt sich ein resultierender Kohleausnutzungsgrad von ca. 96 % erzielen, wobei dieser Wert genauso groß ist wie die besten Werte beim Stand der Technik, bei dem ein größeres L/L Verhältnis zur Anwendung kommt (vgl. JA-OS 55-89395, Beispiel 2, maximaler Ausnutzungsgrad: 96,1 %; Beispiel 1, L/L : 0,58 bis 0,79). Zur weiteren Vebesserung des Kohleausnutzungsgrades kann eine Hilfslanze, wie diese in der vorgenannten JA-OS offenbart ist, verwendet werden, d.h. Wasserdampf, Sauerstoff ο Γ dgl. v/erden ohne Kohle in einem anderen Bereich auf das Eisenbad aufgeblasen.

Die erfindungsgemäße Sauerstoffstrahl-Geschwindigkeit beträgt, gemessen am Düsenende, ca. 1 bis 3 Mach, und der Wasserdampf wird mit einer Geschwindigkeit von ca. 1 Mach eingeblasen.

Das Trägergas zum Einblasen der Kohle umfaßt Sauerstoff, Wasserdampf ,Luft,N„ ,Ar,CO₂, zurückgeführtes Produktgäs, in einer Abführkammer für die erzeugte Schlacke entstehendes Verbrennungsabg as sowie Kokuof einjas.

Die Eisenbadtiefe L wird im allgemeinen nach Maßgabe der herkömmlichen. Konverter-Technologie in Abhängigkeit von der Größe und der Art des Ofens,der zur Anwendung kommen soll, gewählt. Erfindungsgemäß liegt die Eisenbadtiefe L

jedoch für einen 15 t ölen vorzugsweise von 0,6 bis 1,0 m, höchst vorzugsweise von 0,7 bis 0,9m.

Bei der Erfindung kann ein zusätzlicher Schritt des Einblasens von schlackenbildendem Material oder eines Flußmittels in Richtung auf die Heißstelle in der in der JA-OS 55-89395 beschriebenen Weise erfolgen.

gebrannten Ein derartiges Flußmittel umfaßt/Kalkstaub, Kalkstein, kalzinierten Dolomit, Konverter-Schlackenstaub, Feldspat,

sowie Boda-Asche bzw. Natriumcarbonat als schlackenbildende Mittel. Der Hauptzweck der Schlackenbilduncr besteht in der Aufnahme des in der Kohle vorhandenen Schwefels oder in der Reaktion mit diesem. Ein derartiges Flußmittel kann zusammen mit dem Sauerstoff, dem Wasserdampf oder dem Trägergas für die Kohle eingeblasen werden, was bevorzugterweise durch dieselbe Düse wie für die Kohle erfolgt.

Die allgmeinen Bedingungen für die Durchführung des Kohievergasungsverfahrens gernäß JA-OS 55-89395 oder gemäß der entsprechenden deutschen Patentanmeldung P 29 52 434.3 des gleichen Anmelders wie bei der vorliegenden Erfindung können mit Ausnahme der besonderen, hier beschriebenen Bedingungen angewendet werden. Einige Standardzuführmengen sehen wie folgt aus: Die Kohlezuführmenge beträgt ca. 0,3 t/ t Roheisen je h; die Sauerstoffeinblasmenge beträgt ca. 610 Nm / t Kohle; die Wasserdampfeinblasmenge beträgt ca. 150 kg/ t Kohle bei 300°C und einem Überdruck von 2 bis 6 kp/cm² ; die Flußmitteleinblasmenge beträgt ca. 47 kg/ t Kohle, wobei sich dieser Wert jedoch in Abhängigkeit von der Art bzw. der Zusammensetzung der Kohle ändert. Die Zuführmengen der Kohle

und des Vergasungsmittels können bis zu 4 bis 5 mal höher als diese Standartmengen gewählt werden. Der Kohlenstoffgehalt in dem Eisenbad beträgt ca. 1 bis 2 2 Gewichtsprozent.

Demgemäß ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren sov7ohl die Erzielung eines hohen Kohlenstoff-Ausnutzungsgrades sowie die Unterdrückung der Bildung anhaftender Masse am oberen Ofenbereielι oder dor Haube oder der Lanze durch Steuerung des Verhältnisses L/L der Eindrinqfciefe L des Vergasungsmittelstrahls zu der Eisenbadtiefe L sowie durch Steuerung der Einblasgeschwindigkeit der Kohle, wodurch es wiederum möglich wird,einen herkömmlichen Ofen des Konverter-Typs für die Vergasung des festen kohlenstoffhaltigen Materials zu verwenden mit dem großen Vorteil einer langen

und konstanten Erzeugung von Gas mit einem minimalen Schwefelgehalt.

Beispiele Beispiel 1:

15 Tonnen geschmolzenes Eisen (1500⁰C, C : 1,5 Gewichtsprozent, S : 1,1 Gewichtsprozent, P : 0,3 Gewichtsprozent) befanden sich in einem Ofen des Konverter-Typs mit einem maximalen, horizontalen Innendurchmesser von 2,3 m, einem Durchmesser am Mund von 1,3 m, einer effektiven Höhe von 4 m" und einem Kammervolumen von 13m. In diesen Ofen wurde Kohle (C : 77,6 Gewichtsprozent, H : 4,8 Gewichtsprozent, U : 1,8 Gewichtsprozent, 0 : 2,5 Gewichtsprozent, S : 0,8 Gewichtsprozent, Asche : 2,9 Gewichtsprozent) in einer Menge von 3,5 t/h zur Vergasung der Kohle eingebracht. Zum Einblasen von Kohle, Sauerstoff und Wasserdampf -wurde eine Lanze wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt verwendet. Die mehrdüsige Lanze wies eine mittige Düse von 15,7 mm Durchmesser, eine Schlitzdüse von 3 mm Breite und drei Randdüsen von je 12,1 mm Durchmesser auf. Die Kohle wurde

in einer Geschwindigkeit von 200 m/sec und in einer Menge von 3,5 t/h durch die mittige Düse eingeblasen. Der Wasserdampf wurde in einer Geschwindigkeit von 1 Mach und einer Menge von 400 kg/h durch die Schlitzdüse eingeblasen. Der Sauerstoff wurde in einer Geschwindigkeit von 2 bis 3 Mach und einer Menge von 2000 Nm /h eingeblasen. Das Eindringtiefen-Verhältnis L/L des Sauerstoff Strahls wurde im Betrieb in einem Bereich von 0,05 bis 0,15 variabel gehalten. Das Eindringtiefen-Verhältnis L^L₀ der Kohle wurde auf einen Bereich von 0,15 bis 0,30 eingestellt. L betrug 0,85 m.

Ein fünftägiger Dauerbetrieb unter den vorgenannten Bedingungen zur Vergasung der Kohle wurde erfolgreich durchgeführt. Die durchschnittliche Zusammensetzung des erzeugten Gases ist in Tabelle 1 dargestellt. Der mittlere Kohleausnutzungsgrad betrug ohne zusätzliches Blasen zur weiteren Erhöhung des Ausnutzungsgrades 96 %.

dach Beendigung des Betriebsablaufes wurde das Innere des Ofens bezüglich der Bildung anhaftender Masse am oberen Ofenbereich oder der Haube und an der Lanze inspiziert. Es wurde keine wesentliche Ablagerung festgestellt, die die Steuerung des Kammerdruckes beinträchtigen würde. An der Lanze hat sich nur eine geringe Ablagerung eingestellt, die nicht ausreichend stark war, um ein Blockieren der Düsen zu verursachen. In den Düsen wurde nur ein geringfügiger Abrieb festgestellt.

Der Abstand zwischen der Eisenbadoberfläche und dem Lanzenende lag im Betrieb zwischen 1400 und 1500 mm. Überschüssige Schlacke wurde von Zeit zu Zeit abgezogen.

Tabelle 1
(in Molprozent)

CO	CO₂	^H2	^N2	°2	Gesamtschwefel gehalt
62,3	2,0	34,1	1,4	0,02	< 100 ppm

Beispiel '2:

Ein Flußmittel aus gebranntem Kalkstaub und Feldspat wurde durch die gleiche Düse wie die Kohle eingeblasen, und zwar in einer Zufdhrmenge von 150 bis . 280 kg/h für den gebrannten Kalkstaub und in einer Zuführmenge von 0 bis 40 kg/h für den Feldspat.

Die gleichen

Bedingungen wie in Beispiel 1 wurden beibehalten. Die Vergasung wurde kontinuierlich über einen Zeitraum von fünf Tagen durchgeführt, und es haben sich fast die gleichen Ergebnisse wie bei Beispiel 1 eingestellt.

Vergleichstest:

Ein fünfstündiger Betrieb wurde unter den gleichen Bedingungen wie bei Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, daß das Verhältnis L/L und die Kohleeinblasgeschwindigkeit zur Vergasung der Kohle so verändert wurden, daß aiese Werte außerhalb des Bereiches des Beispiels 1 lagen. Stattdessen wurde ein herkömmliches L/L Verhältnis von 0,2 bis 0,3 beibehalten. Dieser Verhältnisbereich ist bei dem Blasvorgang für die Konverterstahl-Herstellung üblich, und in diesem Bereich wird die Entkohlungs-Wirksamkeit des Sauerstoffs nicht geringer. Der Abstand der Eisenbadober-

flache zu dem Laiizencnde lag zwiücluMi 8i>0 und 1OUÜ mm.

Nach' einem fünfstündigen Betrieb unter den vorgenannten Bedingungen mußte der Betrieb aufgrund der anhaftenden Masse, die sich am oberen Teil des Ofens,, der Haube und der Lanze abgesetzt hatte, eingestellt werden. Somit wurde der praktische Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahrens im Vorgleich zum Stand der Technik offensichtlich.

Beispiel 3:

Der Betrieb wurde unter den gleichen Bedingungen wie bei Beispiel 1 über einen Zeitraum von fünf Tagen durchgeführt, wobei bei diesem Beispiel jedoch ein Durchmischvorgang durch Einblasen von unten wie folgt durchgeführt wurde: Der Ofen war mit einer Boden-Einblasdüse von 6 mm Lochdurchmesser am Boaen des Ofens ausgerüstet. Durch die Boden-Einblasdüse wurde ein Gasgemisch aus CO₂ und Sauerstoff (1 : 1 nach dem Volumen) unter einem Überdruck von 6 bis 7 kp/dr.² und in einer Menge von 4 bis 5 Nm / t Roheisen und h eingeblasen. Die durchschnittliche Zusammensetzung des entstehenden Gases ist in Tabelle 2 dargestellt. Es wurde ein durchschnittlicher Kohleausnutzungsgrad von 98 Gewichtsprozent erzielt (die durchschnittliche Gaserzeugungsmenge betrug 7500 Nm³/ h).

Bezüglich der Bildung anhaftender Masse wurde kein wesentlicher Unterschied zu Beispiel 1 festgestellt.

Tabelle 2 (in Molproζent)

CO	co₂	^H2	^H2	°2	Gesaintschwef el- gehalt
62,5	2,0	33,y	1,4	O,O2	<. 80 ppm

Beispiel 4:

Der gleiche Schritt wie in Beispiel 2 wurde zusätzlich vorgenommen; ansonsten lief der Betrieb unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 3 ab.

Wach einem fünftägigen Dauerbetrieb wurden die gleichen Ergeunisse wie bei Beispiel 3 festgestellt.

Claims

Verfahren zur Vergasung von festem kohlenstoffhaltigen Material Beanspruchte Prioritäten:

1. Dezember 1980, Japan, Hr. 55-169982,

2. Dezember 1980, Japan, Wr. 55-170170

Ansprüche

1. Verfahren zur Vergasung von festem kohlenstoffhaltigen Material, wobei teilchenförmiges, festes kohlenstoffhaltiges Material durch eine nicht eingetauchte Lanze auf ein in einem Ofen befindliches Eisenschmelzbad in Richtung auf eine Heißstelle, die mittels eines Strahls eines wenigstens Sauerstoff aufweisenden Vergasungsmittels gebildet wird, von oben aufgeblasen wird, das Vergasungsmittel durch eine nicht eingetauchte Lanze von oben aufgeblasen wird,

das feste kohlenstoffhaltige Material mittels eines Trägergases eingeblasen wird und wobei fakultativ schlackenbildendes Material grobstückig in den Ofen eingebracht oder in Richtung auf die Kaißstelle geblasen wird, wodurch das feste kohlenstoffhaltige Material vergast wird,
dadurch gekennzeichnet , daß das Verhältnis L/L der Einsenkunystiefe L des Kisenschnielzbades zu der Eisenschmelzbadtiefe L hei 0/05 bis 0,15 und die Einblasgeschwindigkeit des festen kohlenstoffhaltigen Materials bei 50 bis 300 m/sec gehalten werden, so daß die Bildung von anhaftender Masse am oberen Ofenbereich oder einer Haube unterdrückt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchmischung des Eisenbades ein Rührgas durch wenigstens eine sich unterhalb des Spiegels des L'isenschinelzbades öffnende Düse eingeblasen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis L^L der Eindringtiefe L'des festen kohlenstoffhaltigen Materials in dem Eisenschmelzbad zu der Eisenschmelzbadtiefe L bei 0,15 bis 0,3 gehalten wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis L/L durch Veränderung des Abstandes zwischen der Eiseiechmelzbadoberf lache und dem Lanzenende oder Änderung der Strömungsgeschwindigkeit des Vergasungsmittels eingestellt wird.

5. Verfahren nach einem dor Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß .das Vergasungsmittel im wesentlichen aus Sauerstoff oder einem Gemisch aus Sauerstoff und Wasserdampf besteht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem festen kohlenstoffhaltigen Material um Kohle, Koks, Pech, Kohlenteer oder eine Mischung derselben handelt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das feste kohlenstoffhaltige Material durch eine mehrdüsige Lanze geblasen wird, durch die auch das Vergasungsmittel geblasen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, daß das feste kohlenstoffhaltige Material durch eine mittige Düse der mehrdüsigen Lanze geblasen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 5 und 7,

dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampf durch eine Düse der mehrdüsigen Lanze zum "einblasen der Kohle und des Sauerstoffs geblasen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampf durch eine · die mittige Düse umgebende ixingförmige Schlitzdüse oder mehrere, die mittige Düse umgebende Düsen geblasen wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, daß das · Uiihrrjas Inertgas, Oxidationsgas, Kohlenwasserstoffgas oder ein Gemisch derselben ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet, daß das Inertgas N₂, Ar oder ein Gemisch derselben ist.

13. Verfahren nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidationsgas Luft, Sauerstoff , Wasserdampf, CO₂ oder ein Gemisch derselben ist.

14. Verfahren nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenwasserstoffgas Methan, Äthan oder ein Gemisch derselben ist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 14,

dadurch gekennzeichnet, daß . das Rührgas in einer Menge von '

wird

von 0,6 bis 10 Nm / t Roheisen und Stunde eingeblasen

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Rührgas durch eine am Ofenboden befindliche Düse eingeblasen wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Rührgas durch eine an einer Seitenwand des Ofens befindliche Düse eingeblasen wird.

18. Verfahren nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet, daß das Rührgas ein Gasgemisch aus CO₂ und Sauerstoff ist.