DE3441362C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion von oxidischen Erzen in einem Schachtofen unter gleichzeitiger Erzeugung eines als Brenngas geeigneten Gichtgases, bei dem ein CO und H₂ sowie CO₂ und H₂O ent­ haltendes Reduktionsgas aus kohlenstoffhaltigem und/oder kohlenwasser­ stoffhaltigem Ausgangsmaterial hergestellt wird, wobei das Ausgangsmaterial mit Oxidationsmitteln, wahlweise unter An­ wesenheit von Schlackenbildnern, in die Vergasungskammer eines Gas­ erzeugers eingebracht und dort partiell verbrannt und vergast wird, sowie das in der Vergasungskammer gebildete Gasgemisch anschließend mit einer über dem Aschenschmelzpunkt liegenden Temperatur in eine stückige, kohlenstoffhaltiges Material enthaltende Säule des Gaserzeugers eingeleitet und zu einem Reduktionsgas mit geringer CO₂- und H₂O- Konzentration reformiert wird, wobei das Reduktionsgas auf eine Temperatur von 700 bis 1000°C abge­ kühlt, im Gegenstrom zu dem eingesetzten Erz durch den Schachtofen ge­ leitet und unter Bildung von CO ₂ und H ₂O in ein staubbeladenes Gicht­ gas überführt wird, und wobei das aus dem Schachtofen austretende Gichtgas durch eine Gaswäsche entstaubt und unter Reduzierung des Wassergehaltes gekühlt wird sowie ein Teilstrom des aufbereiteten Gichtgases dem Reduktionsgas zur Einstellung seiner Eintrittstemperatur in den Schachtofen zugemischt wird.

Bei bekannten Verfahren dieser Gattung (DE-OS 29 32 939) wird das den Schachtofen verlassende Gichtgas aufbereitet und in den Reduktionsprozeß zurückgeführt. Die Aufbereitung besteht aus einer Entstaubung und Ent­ wässerung sowie zusätzlich aus einer CO₂-Reinigung in einer regenerativ arbeitenden CO₂-Reinigungsanlage. Lediglich kleinere Teilströme werden aus dem Kreislauf abgeführt und zur Beheizung des im Kreislauf ge­ führten Gichtgases sowie zur Erzeugung von Dampf für die CO₂-Reini­ gung eingesetzt. Temperaturen werden durch Zumischen kühlerer Gas­ ströme eingestellt. - Ähnliches gilt auch für ein anderes Verfahren (DE-OS 31 04 405), bei dem ebenfalls eine CO₂-Reinigung vorgenommen wird und der gesamte Gichtgasstrom nach Aufarbeitung im Kreislauf ge­ führt wird. Eine CO₂-Reinigung ist aufwendig und kostet Energie. Eine Nettogaserzeugung findet bei den bekannten Verfahren nicht statt.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein gattungsge­ mäßes Verfahren ohne CO ₂-Reinigung anzugeben und das Verfahren bei geringem Energieverlust so zu führen, daß auch ein als Brenngas ver­ wertbares Gichtgas anfällt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß als Oxidationsmittel für die Gaserzeugung Sauerstoffgas und maximal 20% H₂O verwendet wird, wobei das Oxidationsmittel mit wenigstens einem Teil des kohlenstoff­ haltigen und/oder Kohlenwasserstoff enthaltenden Materials vermischt durch einen Brenner in die Vergasungskammer eingebracht wird und die Gaserzeugung so eingestellt wird, daß das Reduktionsgas weniger als 10% CO₂ und Wasserdampf enthält. - Nach bevorzugter Ausführung soll das im Gaserzeuger erzeugte Reduktionsgas vor der Kühlung ent­ schwefelt werden. Dem Reduktionsgas kann vor Eintritt in den Schacht­ ofen H₂S und/oder ein Kohlenstoffträger, insbes. Methan, Methanol oder Propanol zugesetzt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Teilstrom im Kreislauf geführt, der lediglich die Schachtofen-Eintrittstemperatur des im Gaser­ zeuger bei hoher Temperatur hergestellten, CO- und H₂-haltigen Reduk­ tionsgases einstellt. Die Kühlung ist mit einer CO- und H₂-Rückge­ winnung verbunden. Eine besondere CO₂-Abtrennung ist nicht erforder­ lich. Vielmehr stellt sich ein erhöhtes CO₂-Konzentrationsniveau ein, welches aber den Reduktionsprozeß nicht stört, wenn die weiteren Para­ meter eingehalten werden. Der nicht für die Kühlung des Reduktions­ gases verwendete Rest des Gichtgases kann abgezogen und als Brenn­ gas für andere Verfahren eingesetzt werden.

Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der einzigen Figur der beiliegenden Zeichnung.

In der Figur zeigt das Bezugszeichen 1 einen Reduktionsschachtofen zur Reduktion von oxidischem stückigen Material. Dieser Schachtofen 1 be­ sitzt eine Einrichtung 2 zum Einbringen des oxidischen stückigen Mate­ rials, welches in diesem Schachtofen 1 reduziert werden soll. Am Boden des Schachtofens 1 ist eine Zufuhrleitung 3 für heißes Reduktionsgas angeordnet, wobei dieses Gas im wesentlichen Kohlenmonoxid und Wasser­ stoffgas enthält und im Gegenstrom zu dem stückigen Material durch den Schachtofen 1 geleitet wird, um anschließend durch einen ersten Gasauslaß 4 im oberen Bereich des Schachtofens 1 entnommen zu werden. Dieser Gasauslaß 4 ist an einen Abscheider bzw. Gaswäscher 5, in welchem staubartige Feststoffe und Wasser aus dem den Schachtofen 1 verlassenden, verbrauchten Gas entfernt werden. Während Wasser und staubartige Feststoffe auf diese Weise dem verbrauchten Gas oder Gicht­ gas im Gaswascher 5 entzogen werden, wird das Gas gleichzeitig abge­ kühlt. Eine gewünschte Menge des verbrauchten Gases kann anschließend dem System als Brenngas durch einen Auslaß 6 entnommen werden. Ein Teil dieses verbrauchten Gases wird dem Prozeß erneut durch eine Lei­ tung 7 zugeführt, wie dies im einzelnen noch zu beschreiben sein wird. Diese Leitung 7 enthält wenigstens einen Kompressor 8.

Wenigstens ein Brenner 11 ist im unteren Teil einer Vergasungskammer 13 angeordnet. In diese Vergasungskammer 13 wird mittels einer Lanze 12 schlackenbildendes Flußmittel erforderlichenfalls zusammen mit Schwefelakzeptoren eingeblasen. Außerdem ist in der Vergasungskammer 13 ein Schlackenauslaß 15 vorgesehen. Diese Vergasungskammer 13 ist mit dem Boden eines koksgefüllten Gasgenerators 14 oder Schachtes ver­ bunden. Dieser Gasgenerator 14 besitzt am oberen Ende einen Gasaus­ laß, welcher über eine Leitung 16 mit einem Schwefelfilter 17 verbunden ist. Die Leitung 16 ist mit einem Auslaß 22 zur Entnahme von Gas ver­ sehen, welches als Brenngas verwendet werden soll. Ein weiterer Aus­ laß 22 a für den gleichen Zweck kann in einer Leitung 18 unmittelbar hinter dem Schwefelfilter 17 vorgesehen werden. Diese Leitung 18 ver­ bindet den Schwefelfilter 17 mit der Zufuhrleitung 3. Um eine Abkühlung des auf diese Weise erzeugten Reduktionsgases zu erreichen, kann ein Teil des Reduktionsgases über einen Abzweig 19, 21 der Leitung 18 durch eine Kühleinrichtung 20 geleitet werden.

Die Leitung 7 besitzt eine Abzweigleitung 23, welche mit der Leitung 18 unmittelbar vor der Zufuhrleitung 3 verbunden ist. Die Leitung 18 ist unmittelbar vor der Zufuhrleitung 3 außerdem mit einer Speiseleitung 24 für H₂S und einer weiteren Speiseleitung 25 für einen Kohlenstoffträger wie beispielsweise Methan, Methanol und/oder Propanol verbunden. Auf diese Weise ist es möglich, den Kohlenstoffgehalt des erzeugten Reduk­ tionsgases weiterhin zu steuern, bevor es in den Schachtofen 1 einge­ bracht wird. Die Zufuhr von H₂S setzt bereits in geringen Mengen die Gefahr von Rußbildung im System herab.

Eine Speiseleitung 9 für Sauerstoffgas und eine Speiseleitung 10 für das kohlenstoffhaltige und/oder kohlenwasserstoffhaltige Material ist direkt mit dem Brenner 11 verbunden, um diese Stoffe durch den Brenner 11 in die Vergasungskammer 13 einzubringen. Das Oxidationsmittel kann wahlweise vor dem Durchgang durch den Brenner 11 erwärmt werden.

Die in der Figur schematisch dargestellte Einrichtung arbeitet im Prinzip folgendermaßen:

Das zur chemischen Reduktion des oxidischen Materials im Schachtofen 1 benötigte Reduktionsgas, welches am Boden des Schachtofens 1 über die Zufuhrleitung 3 eingeleitet wird, wird im wesentlichen im Gasgenerator 14 erzeugt, indem ein kohlenstoffhaltiges und/oder kohlenwasserstoff­ haltiges Ausgangsmaterial zusammen mit einem Oxidationsmittel und wahlweise einem Flußmittel in die Vergasungskammer 13 eingebracht wird, welche mit dem unteren Bereich des koksgefüllten Gasgenerators 14 ver­ bunden ist. Das auf diese Weise erzeugte Reduktionsgas wird dann im Prinzip auf eine Temperatur gebracht, welche für die anschließende Reduktion des oxidischen Materials im Schachtofen 1 geeignet ist, und wird im Gegenstrom zu dem Material, welches im Schachtofen 1 reduziert werden soll, durch diesen hindurchgeleitet. Das verbrauchte Gas, welches dem Schachtofen 1 entzogen wird und in bezug auf seine chemischen Reduktionsfähigkeiten teilweise verbraucht ist und durch die Reduktion dieses oxidischen Materials mit oxidierenden Bestandteilen wie Kohlen­ dioxid und Wasser sowie mit staubartigen Feststoffen beladen ist, wird nach seiner Entnahme aus dem Schachtofen 1 über den Gasauslaß 4 im oberen Bereich des Schachtofens 1 durch den Gaswäscher 5 geleitet, in welchem Wasser und staubartige Feststoffe entfernt werden. Durch diese Behandlung im Gaswäscher 5 wird das verbrauchte Gas ebenfalls abge­ kühlt und kann dann teilweise dem System über den Auslaß 6 entnommen und als Brenngas verwendet werden. Ein steuerbarer Teilstrom dieses Gasstromes wird dem Prozeß über die Leitungen 7 und 23 erneut zuge­ führt.

Die Erzeugung von Reduktionsgas kann auf verschiedene Weise durchge­ führt werden. Beispielsweise kann pulverförmiges und/oder flüssiges kohlenstoffhaltiges und/oder kohlenwasserstoffhaltiges Ausgangsmaterial zusammen mit einem Oxidationsmittel, welches 20% Wasserstoff enthält, durch den Brenner 11 in die Vergasungskammer 13 eingeblasen werden, welche mit dem unteren Teil des koksgefüllten Gasgenerators 14 ver­ bunden ist. Das kohlenstoffhaltige und/oder kohlenwasserstoffhaltige Material kann auch in stückiger Form verwendet werden, in welchem Fall es über den oberen Teil des Gasgenerators 14 zugeführt wird. Ein geeignetes kohlenstoffhaltiges Material ist Koks.

Das im Gasgenerator 14 erzeugte Reduktionsgas kann auch von Schwefel befreit werden, indem ein geeigneter Schwefelakzeptor in die Generator­ füllung eingebracht oder in die Vergasungskammer eingeblasen wird oder indem das im Gasgenerator 14 erzeugte Gas durch den Schwefelfilter 17 geleitet wird, zu welchem die Leitung 16 führt. Alternativ können alle zurückbleibenden schwefelhaltigen Verbindungen durch das reduzierte Metalloxid absorbiert werden, und zwar im unteren Teil des Schacht­ ofens 1.

Normalerweise wird das den Gasgenerator 14 verlassende Reduktionsgas auf einer Temperatur zwischen 1000 und 1500°C gehalten. Es ist jedoch nicht möglich, ein Reduktionsgas mit einer derart hohen Temperatur un­ mittelbar für den Reduktionsprozeß in dem Reduktionsschachtofen zu ver­ wenden, so daß die Temperatur des Reduktionsgases vor dem Einbringen in den Schachtofen 1 gesenkt werden muß.

Dazu wird das dem koksgefüllten Gasgenerator 14 über die Leitung 16 entnommene Reduktionsgas nach Durchlaufen des Schwefelfilters 17 mit einem Teilstrom von erneut in Umlauf gebrachtem verbrauchten Gas vom Schachtofen 1 über die Leitung 23 vermischt, so daß die Temperatur der Gasmischung zwischen etwa 700 und 1000°C liegt.

Die Temperatur des erzeugten Reduktionsgases kann auch dadurch ge­ steuert werden, daß ein Teilstrom des erzeugten Gases durch die Kühl­ einrichtung 20 geleitet wird.

Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Gaserzeugungsprozeß bietet über­ ragende Vorteile in bezug auf die Prozeßtechnologie. Der Gaserzeugungs­ prozeß kann bei Temperaturen durchgeführt werden, bei denen die Asche eine leicht beherrschbare Schlacke bildet, welche durch Ablaßöffnungen 15 im Boden der Vergasungskammer 13 und/oder des koksgefüllten Gas­ generators 14 abgelassen werden kann, ohne daß problematische Blockie­ rungen im Prozeß auftreten.

Claims (3)

1. Verfahren zur Reduktion von oxidischen Erzen in einem Schachtofen unter gleichzeitiger Erzeugung eines als Brenngas geeigneten Gichtgases, bei dem ein CO und H₂ sowie CO₂ und H₂O enthaltendes Reduktionsgas aus kohlenstoffhaltigem und/oder kohlenwasserstoffhaltigem Ausgangs­ material hergestellt wird, wobei das Ausgangsmaterial mit Oxidationsmitteln, wahlweise unter An­ wesenheit von Schlackenbildnern, in die Vergasungskammer eines Gas­ erzeugers eingebracht und dort partiell verbrannt und vergast wird, sowie das in der Vergasungskammer gebildete Gasgemisch anschließend mit einer über dem Aschenschmelzpunkt liegenden Temperatur in eine stückiges, kohlenstoffhaltiges Material enthaltende Säule des Gaserzeugers eingeleitet und zu einem Reduktionsgas mit geringer CO₂- und H₂O- Konzentration reformiert wird, wobei das Reduktionsgas auf eine Temperatur von 700 bis 1000°C abge­ kühlt, im Gegenstrom zu dem eingesetzten Erz durch den Schachtofen ge­ leitet und unter Bildung von CO₂ und H₂O in ein staubbeladenes Gicht­ gas überführt wird, und wobei das aus dem Schachtofen austretende Gichtgas durch eine Gaswäsche entstaubt und unter Reduzierung des Wassergehaltes gekühlt wird sowie ein Teilstrom des aufbereiteten Gichtgases dem Reduktionsgas zur Einstellung seiner Eintrittstemperatur in den Schachtofen zugemischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Oxida­ tionsmittel für die Gaserzeugung Sauerstoffgas und maximal 20% H₂O verwendet wird, wobei das Oxidationsmittel mit wenigstens einem Teil des kohlenstoff­ haltigen und/oder Kohlenwasserstoff enthaltenden Materials vermischt durch einen Brenner in die Vergasungskammer eingebracht wird und die Gaserzeugung so eingestellt wird, daß das Reduktionsgas weniger als 10% CO₂ und Wasserdampf enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im Gaserzeuger erzeugte Reduktionsgas vor der Kühlung entschwefelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reduktionsgas vor Eintritt in den Schachtofen H₂S und/oder Kohlenstoff­ träger, insbes. Methan, Methanol oder Propanol zugesetzt wird.