AT507713A1 - METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING RAW STEEL OR LIQUID STEEL PREPARATIONS - Google Patents
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Description
200822820AT • ·· · · ·· ·· ·· · ·····# · · · ······ · · · ·····«« · · ·· ·· ·· *··· ···· ···# -1-200822820AT • ··· ··· ···· ···# -1-
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Roheisen oder flüssigen StahlvorproduktenProcess and apparatus for the production of pig iron or liquid steel precursors
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten in einer Schmelzzone, wobei eisenerzhältige Einsatzstoffe und gegebenenfalls Zuschlagsstoffe in einer Reduktionszone mittels eines Reduktionsgases zumindest teilweise reduziert, in weiterer Folge in die Schmelzzone eingebracht und unter Zufuhr von Kohlenstoffträgem, insbesondere Koks und/oder Kohle, und sauerstoffhältigem Gas und unter Bildung des Reduktionsgases erschmolzen werden, wobei das gebildete Reduktionsgas der Reduktionszone zugeführt und dort umgesetzt und gegebenenfalls nach einer Reinigung als Exportgas abzogen wird.The invention relates to a method and an apparatus for the production of pig iron or liquid steel precursors in a molten zone, wherein iron-ore-containing starting materials and optionally additives in a reduction zone by means of a reducing gas at least partially reduced, subsequently introduced into the melting zone and feeding carbon supports, especially coke and / or coal, and oxygen-containing gas and are melted to form the reducing gas, wherein the reducing gas formed is fed to the reduction zone and reacted there and optionally withdrawn after purification as export gas.
Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass Reduktionsgase hinsichtlich Ihrer Zusammensetzung modifiziert werden können. Aus der US 3,909,244 ist zu entnehmen, dass Reduktionsgas aus einem Erdgasreformer derart behandelt wird, dass der Wasserstoffgehalt erhöht wird. Die Nutzung des Reduktionsgases wird aber nicht näher erläutert.It is known in the art that reducing gases can be modified in composition. From US 3,909,244 it can be seen that reducing gas from a natural gas reformer is treated such that the hydrogen content is increased. The use of the reducing gas will not be explained in detail.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die ein effizienteres Schmelzreduktionsverfahren ermöglicht, wobei insbesondere die Nutzung des Reduktionsgases verbessert wird.It is therefore an object of the invention to provide a method and an apparatus which enables a more efficient smelting reduction process, in particular the use of the reducing gas is improved.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 1 und durch die Vorrichtung nach Anspruch 10 gelöst.This object is achieved by the method according to the invention according to claim 1 and by the device according to claim 10.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird zumindest ein Teil des Exportgases in einem Umwandlungsreaktor unter Zusatz von Wasserdampf und/oder Wasser einer Kohlenmonoxid-Konvertierung (CO-Konvertierung) unterworfen. Dabei wird im Exportgas ein definiertes Mengenverhältnis H2 zu CO eingestellt und zumindest ein Teil davon als modifiziertes Reduktionsgas erneut in die Reduktionszone und/oder die Schmelzzone • · • ·By the method according to the invention at least a portion of the export gas in a conversion reactor with the addition of water vapor and / or water of a carbon monoxide conversion (CO conversion) is subjected. In this case, in the export gas, a defined quantity ratio H2 is set to CO and at least part of it is reentered into the reduction zone and / or the melt zone as a modified reduction gas.
200822820AT • · · · · · • · · · · · ······· · · ·· ·· ·* MM MM Μ«· -2- eingeleitet. Durch diese Maßnahme kann das verbrauchte Reduktionsgas, das in der Reduktionszone bereits zur Reduktion genutzt wurde, aus der Reduktionszone abgezogen werden.200822820AT •·········································································································································································· As a result of this measure, the used reducing gas, which has already been used for reduction in the reduction zone, can be withdrawn from the reduction zone.
Das abgezogene Reduktionsgas aus einem Hochofen oder einem Reduktionsschacht wird als Topgas und aus einem Wirbelschichtreaktor als Offgas bezeichnet. Die Begriffe wurden unter dem Sammelbegriff Exportgas zusammengefasst. Zusätzlich kann aufgrund der Druckregelung in der Schmelzzone ein sogenanntes Überschussgas anfallen, das ebenfalls abgezogen wird und gemeinsam mit Exportgas genutzt werden kann. Ebenso kann Reduktionsgas aus dem Schmelzaggregat gemeinsam mit Exportgas genutzt werden.The withdrawn reducing gas from a blast furnace or a reduction shaft is referred to as top gas and from a fluidized bed reactor as offgas. The terms were summarized under the collective term export gas. In addition, due to the pressure regulation in the melting zone, a so-called surplus gas can be generated, which is also withdrawn and can be used together with export gas. Likewise, reducing gas from the smelting unit can be used together with export gas.
In einer nachfolgenden Behandlung in einem Umwandlungsreaktor erfolgt eine Umwandlung, wobei das Verhältnis von Kohlenmonoxid (CO) zu Wasserstoff (H2) in einer sogenannten CO-Konvertierung unter Zusatz von Wasserdampf und/oder Wasser und mittels Katalysatoren eingestellt wird. Dabei kann das Reduktionsgas derart modifiziert werden, dass es wieder in die Reduktionszone und/oder in die Schmelzzone eingebracht und erneut zur Reduktion bzw. als Energieträger genutzt werden kann. Vorteilhaft ist dabei, dass die Nutzung des Reduktionsgases im Reduktionsprozess verbessert werden kann, sodass die nötige Menge an Kohlenstoffträgern zur Erzeugung von Reduktionsgas in der Schmelzzone reduziert werden kann. Einerseits ist aufgrund der geringeren Dichte von wasserstoffreichem Gas eine geringere hydraulische Belastung in der Reduktionszone und/oder der Schmelzzone möglich. Dadurch kann entweder mit einer vorgegebenen Anlagengröße eine größere Produktivität erzielt werden oder es ist für eine vorgegebene Produktionskapazität eine kleinere Anlage erforderlich. Andererseits ergeben sich Vorteile aufgrund der Reduktionskinetik, da die chemischen Reaktionen von Eisenoxidkomponenten (Fe203, Fe304, FeO, etc.) mit H2 wesentlich rascher ablaufen als mit CO. . . ·· ·· ·· .. • ;; ;j j· ·· .« · 200822820AT ί ίί ί: :.·*·' ·* ...............:.. -3-In a subsequent treatment in a conversion reactor, a conversion is carried out, wherein the ratio of carbon monoxide (CO) to hydrogen (H2) in a so-called CO conversion is adjusted with the addition of water vapor and / or water and by means of catalysts. In this case, the reducing gas can be modified in such a way that it can again be introduced into the reduction zone and / or into the melting zone and used again for reduction or as energy carrier. It is advantageous that the use of the reducing gas can be improved in the reduction process, so that the necessary amount of carbon carriers can be reduced to produce reducing gas in the melting zone. On the one hand, a lower hydraulic load in the reduction zone and / or the melt zone is possible due to the lower density of hydrogen-rich gas. As a result, greater productivity can either be achieved with a given plant size, or a smaller plant may be required for a given production capacity. On the other hand, there are advantages due to the reduction kinetics, since the chemical reactions of iron oxide components (Fe203, Fe304, FeO, etc.) with H2 are much faster than with CO. , , ······ .. • ;; ; j j ···. «· 200822820AT ί ίί ί:: · * · '· * ...............: .. -3-
Bei der Rückführung des modifizierten Reduktionsgases erfolgt eine Mischung mit Reduktionsgas aus der Schmelzzone, sodass die Zusammensetzung des Reduktionsgases besser eingestellt werden kann. Vorteilhaft ist dabei die unmittelbare Rückführung des modifizierten Reduktionsgases. Die Rückführung des wasserstoffreichen Reduktionsgases in die Reduktionszone und/oder die Schmelzzone hat gegenüber dem Eintrag in ein anderes Reduktionsaggregat den Vorteil, dass die bessere Reduktionskinetik von wasserstoffreichem Gas bereits in der Schmelzzone bzw. der Reduktionszone zur Produktivitätserhöhung genutzt werden kann. Des Weiteren ist es nicht unbedingt erforderlich ein separates Reduktionsaggregat zur Erzeugung von direkt reduziertem Eisen zu betreiben, wodurch Investitionskosten für den Entfall des parallelen Reduktionsschachtes inkl. Randkomponenten (Wäscher, Wassersystem, etc.) eingespart werden können.In the recycling of the modified reducing gas, a mixture with reducing gas from the melting zone, so that the composition of the reducing gas can be better adjusted. The direct recycling of the modified reducing gas is advantageous. The recycling of the hydrogen-rich reducing gas into the reduction zone and / or the melting zone has the advantage over entry into another reduction unit that the better reduction kinetics of hydrogen-rich gas can already be used in the melting zone or the reduction zone to increase productivity. Furthermore, it is not absolutely necessary to operate a separate reduction unit for generating directly reduced iron, whereby investment costs for the elimination of the parallel reduction shaft including edge components (scrubber, water system, etc.) can be saved.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Exportgas vor der CO-Konvertierung gekühlt und gereinigt, insbesondere entstaubt, und/oder verdichtet und/oder, insbesondere unter Nutzung der Abwärme des modifizierten Reduktionsgases, zur Einstellung der Prozesstemperatur für die CO-Konvertierung wiedererwärmt. Für die CO-Konvertierung ist es vorteilhaft nur gereinigtes Exportgas zu verwenden, da dieses erhebliche Anteile an Feststoffen, wie z.B. Stäuben aufweist. Für manche Reinigungsverfahren, wie z.B. bei Nassreinigungsverfahren, ist es nötig das heiße Exportgas zunächst zu kühlen. Das gereinigte Exportgas wird dann, soweit nötig, wiedererwärmt auf die für die CO-Konvertierung nötigen Temperaturen. Besonders vorteilhaft kann diese Wiedererwärmung mittels der Abwärme aus dem modifizierten Reduktionsgas erfolgen, da bei der CO Konvertierung Wärme frei gesetzt wird.According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, the export gas is cooled and purified, in particular dedusted, and / or compressed and / or reheated prior to CO conversion, in particular using the waste heat of the modified reducing gas to adjust the process temperature for the CO conversion. For the CO conversion, it is advantageous to use only purified export gas, since this contains considerable amounts of solids, such as e.g. Has dusts. For some cleaning procedures, such as in wet cleaning process, it is necessary to cool the hot export gas first. The purified export gas is then, if necessary, reheated to the temperatures required for CO conversion. This rewarming can be carried out particularly advantageously by means of the waste heat from the modified reducing gas, since heat is released during the CO conversion.
Erfmdungsgemäß wird das Exportgas vor der CO-Konvertierung heiß gereinigt, insbesondere trocken entstaubt, und/oder zur Einstellung der Gastemperatur der CO-Konvertierung gekühlt oder erwärmt. Heißreinigungen machen eine Wiedererwärmung -4- 200822820AT nahezu unnötig oder reduzieren den dabei benötigten Energieaufwand. Bei besonders heißem Exportgas ist es sogar möglich, vollständig auf eine Wiedererwärmung zu verzichten bzw. nur durch Kühlung eine für die CO-Konvertierung nötige Temperatur einzustellen.According to the invention, the export gas is hot-cleaned prior to the CO conversion, in particular dry-dedusted, and / or cooled or heated to adjust the gas temperature of the CO conversion. Hot cleaning almost eliminates the need to reheat or reduce the energy required. In the case of particularly hot export gas, it is even possible to completely dispense with rewarming or to set a temperature necessary for CO conversion only by cooling.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das modifizierte Reduktionsgas vor dessen Einleitung in die Reduktionszone und/oder die Schmelzzone zunächst gekühlt und die Abscheidung in einem Abscheidungsverfahren, insbesondere einem Adsorptions- oder Absorptionsverfahren, erfolgt, wobei Kohlendioxid (C02) aus dem modifizierten Reduktionsgas zumindest teilweise abgeschieden und als Tailgas abgeführt wird. Durch die Kühlung vor dem C02 Abscheidungsverfahren wird auch der überwiegende Anteil an Wasserdampf auskondensiert bzw. abgeschieden.According to a particularly advantageous embodiment of the method according to the invention, the modified reducing gas is first cooled prior to its introduction into the reduction zone and / or the melt zone and the deposition in a deposition process, in particular an adsorption or absorption process, takes place, wherein carbon dioxide (CO 2) from the modified reducing gas at least partially separated and discharged as tail gas. By cooling before the CO 2 deposition process, the majority of water vapor is condensed or separated.
Der C02-reiche Strom aus dem C02 Abscheidungsverfahren wird als Tailgas abgeführt. Das C02 und der Wasserdampf müssen entfernt werden, da das Reduktionspotential durch das C02 und den Wasserdampf reduziert wird. Adsorption- und Absorptionsverfahren haben sich dabei als vorteilhaft erwiesen, wobei das abgeschiedene C02 als sogenanntes Tailgas abgeführt wird. Dieses kann einer Sequestrierung oder einer weiteren Behandlung zugeführt aber auch im Falle von Adsorptionsverfahren in die Atmosphäre abgegeben werden.The CO 2 -rich stream from the CO 2 separation process is discharged as tail gas. The CO 2 and water vapor must be removed as the reduction potential is reduced by CO 2 and water vapor. Adsorption and absorption processes have proven to be advantageous, wherein the deposited CO 2 is removed as so-called tail gas. This can be fed to a sequestration or a further treatment but can also be released into the atmosphere in the case of adsorption processes.
Aufgrund der geringen Betriebskosten haben sich Adsorptionsverfahren, wie Vakuum-Druckwechselanlagen und Druckwechselanlagen bei Roheisenerzeugungsanlagen bewährt. Bei diesen Anlagen wird durch die Erhöhung des H2/CO Verhältnisses auch die Produktgasausbeute erhöht, weil die Adsorptionskräfte von Wasserstoff (H2) wesentlich geringer sind als von Kohlenmonoxid (CO) und Stickstoff (N2) und somit für Wasserstoff (H2) eine höhere Produktausbeute erzielt werden kann. Letztere Eigenschaft ermöglichtDue to the low operating costs, adsorption processes, such as vacuum pressure swing systems and pressure swing systems have proven successful in pig iron production plants. In these systems, increasing the H2 / CO ratio also increases the product gas yield, because the adsorption forces of hydrogen (H2) are significantly lower than those of carbon monoxide (CO) and nitrogen (N2), thus achieving a higher product yield for hydrogen (H2) can be. The latter property allows
200822820AT • · · · < ..· · ·· < ·* · · ·· >· ···· .... -5- unter anderem die Trennung von H2 und N2 und somit eine Ausschleusung von N2 aus dem Recyclegasstrom.200822820AT • · · · < .. · · ·· < Among other things, the separation of H2 and N2 and thus a discharge of N2 from the recycle gas stream.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zumindest ein Teil des modifizierten Reduktionsgases, insbesondere nach einerAccording to a further advantageous embodiment of the method according to the invention is at least a portion of the modified reducing gas, in particular after a
Abscheidung von C02 und H20 aus dem modifizierten Reduktionsgas, mit Reduktionsgas aus der Schmelzzone gemischt und, insbesondere nach einer Entstaubung, der Reduktionszone zugeführt. Durch die Mischung mit dem Reduktionsgas aus der Schmelzzone kann einerseits die Zusammensetzung, aber auch die Temperatur des Gasgemisches, das in die Reduktionszone eingebracht wird, eingestellt bzw. angepasst werden.Deposition of CO 2 and H 2 O from the modified reducing gas, mixed with reducing gas from the melting zone and, in particular after dedusting, fed to the reduction zone. By mixing with the reducing gas from the melting zone on the one hand, the composition, but also the temperature of the gas mixture, which is introduced into the reduction zone, adjusted or adjusted.
Nach einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zumindest ein Teil des modifizierten Reduktionsgases, insbesondere nach einerAccording to a particular embodiment of the method according to the invention is at least a portion of the modified reducing gas, in particular after a
Abscheidung von C02 und H20 aus dem modifizierten Reduktionsgas, erwärmt, gegebenenfalls mit entstaubtem Reduktionsgas aus der Schmelzzone gemischt und der Reduktionszone zugeführt. Durch eine zusätzliche Erwärmung können auch größere Mengen an modifiziertem Reduktionsgas in die Reduktionszone eingebracht werden, wobei insbesondere die für die Reduktionsbedingungen nötigen hohen Gastemperaturen eingestellt werden können. Darüber hinaus kann durch die Erhöhung des H2/CO-Verhältnisses die Aufheizung des Reduktionsgases überwiegend in einem indirekten Wärmetauscher erfolgen, da die Nachteile einer Metal Dusting Korrosion durch den hohen H2-Gehalt, insbesondere in Verbindung mit einer Zugabe von H2S oder anderen Schwefelverbindungen vor dem Wärmetauscher vermieden werden können.Deposition of C02 and H20 from the modified reducing gas, heated, optionally mixed with dedusted reducing gas from the molten zone and fed to the reduction zone. By additional heating and larger amounts of modified reducing gas can be introduced into the reduction zone, in particular, the necessary for the reduction conditions high gas temperatures can be adjusted. In addition, by increasing the H2 / CO ratio, the heating of the reducing gas can take place predominantly in an indirect heat exchanger, since the disadvantages of metal dusting corrosion due to the high H2 content, in particular in connection with the addition of H2S or other sulfur compounds before the Heat exchangers can be avoided.
Gemäß einer geeigneten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Teil des in der Schmelzzone erzeugten Reduktionsgases, gegebenenfalls nach einer Reinigung, mit Exportgas gemischt und dem Umwandlungsreaktor zugeführt. Dabei kann die Zusammensetzung der Gasmischung insgesamt angepasst werden und nicht nur die 200822820AT . * Γ ί .* ί .· . ·· ·· ·· ··.. ·Ι -6- des Exportgases, sodass ein modifiziertes Reduktionsgas mit hohem Reduktionsgrad eingestellt werden kann. Darüber hinaus wird die Dichte des Reduktionsgases durch die Mischung mit dem wasserstoffreichen Gas, welches durch CO-Konvertierung und durch Entfernung von H20 bzw. C02 entsteht, vermindert. Dadurch entsteht die Möglichkeit mehr Reduktionsgas bei gleichem Differenzdruck durch das Reduktionsaggregat zu schicken und somit eine höhere Produktionsleistung bzw. eine höhere Metallisierung von direkt reduziertem Eisen zu erzielen. Weiters kann durch die exakte Einstellung des H2/CO Verhältnisses die Temperaturführung im Reduktionsreaktor gesteuert werden, da die Reduktion von Eisenoxiden über CO überwiegend exotherm ist, während jene über H2 überwiegend endotherm ist.According to a suitable embodiment of the method according to the invention, a part of the reducing gas generated in the melting zone, optionally after a purification, mixed with export gas and fed to the conversion reactor. The composition of the gas mixture can be adjusted as a whole and not just the 200822820AT. * Γ ί. * Ί. ·. ···························································································································································· In addition, the density of the reducing gas is reduced by the mixture with the hydrogen-rich gas, which is formed by CO conversion and by removal of H 2 O or CO 2. This creates the opportunity to send more reducing gas at the same differential pressure through the reduction unit and thus to achieve a higher production output and a higher metallization of directly reduced iron. Furthermore, by precisely adjusting the H2 / CO ratio, the temperature control in the reduction reactor can be controlled because the reduction of iron oxides over CO is predominantly exothermic, while that over H2 is predominantly endothermic.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Teil des in der Schmelzzone erzeugten Reduktionsgases, gegebenenfalls nach einer Reinigung, und gegebenenfalls nach Mischung mit Exportgas und/oder Tailgas, als brennbares Gasgemisch aus dem Verfahren abgeführt. Überschüssige Gase, die nicht mehr der Reduktionszone zugeführt werden können, werden als brennbare Gasgemische für andere Nutzungen zur Verfügung gestellt, wobei insbesondere deren Energieinhalt durch eine Verbrennung genutzt wird. Es ist vorteilhaft derartige Gase zunächst zu speichern und dabei deren Zusammensetzung auszugleichen, da insbesondere das Tailgas eine stark schwankende Zusammensetzung aufweist.According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, a portion of the reducing gas generated in the melting zone, optionally after purification, and optionally after mixing with export gas and / or tail gas, discharged as a combustible gas mixture from the process. Excess gases that can no longer be supplied to the reduction zone are provided as combustible gas mixtures for other uses, in particular their energy content is used by combustion. It is advantageous to initially store such gases while compensating their composition, since in particular the tail gas has a strongly fluctuating composition.
Erfindungsgemäß wird ein Teil des Exportgases einer Entspannungsturbine zur Nutzung der Druckenergie des Exportgases zugeführt. Durch die Entspannungsturbine kann die Energiebilanz des Verfahrens insgesamt verbessert werden.According to the invention, a portion of the export gas is fed to an expansion turbine for utilizing the pressure energy of the export gas. By the expansion turbine, the energy balance of the process can be improved overall.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht vor, dass zumindest ein Teil des Exportgases aus einem Reduktionsaggregat mittels einer Exportgasleitung in einen Umwandlungsreaktor zur CO-Konvertierung zugeführt werden kann. Bei der CO-Konvertierung wird das Exportgas unter Zusatz von Wasserdampf und/oder Wasser behandelt, wobei einThe device according to the invention provides that at least part of the export gas from a reduction unit can be fed by means of an export gas line into a conversion reactor for CO conversion. In CO conversion, the export gas is treated with the addition of water vapor and / or water, with a
-7- 200822820AT • · • · ·* ···· ··» definiertes Mengenverhältnis H2 zu CO im Exportgas eingestellt werden kann. Dieses kann über eine Zuleitung als modifiziertes Reduktionsgas in die Reduktionszone und/oder in die Schmelzzone eingeleitet werden. Durch die Rückführung des modifizierten Reduktionsgases, ist es möglich, den Bedarf von Kohlenstoffträgem im Schmelzaggregat zur Herstellung von Reduktionsgas zu reduzieren. Hinzu kommt, dass die Anlagenteile kompakt gehalten werden können und die Menge an anfallendem Exportgas verringert wird, sodass die Einrichtungen zur Verarbeitung von aus dem Prozess ausgeschleustem Exportgas ebenfalls kostengünstiger ausgeführt werden können.-7- 200822820AT • · • · · * ···· ·· »defined ratio H2 to CO in the export gas can be set. This can be introduced via a feed line as a modified reducing gas in the reduction zone and / or in the molten zone. By recycling the modified reducing gas, it is possible to reduce the need for carbon carriers in the smelting plant to produce reducing gas. In addition, the plant components can be kept compact and the amount of export gas produced is reduced, so that the facilities for processing export gas discharged from the process can also be carried out more cost-effectively.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Exportgasleitung ein Verdichter, insbesondere ein ein- oder mehrstufiger Kompressor, und/oder ein Eintrag zum Einblasen von Dampf und/oder zum Eindüsen von Wasser in das Exportgas vorgesehen. Durch den Verdichter kann der für die Eindüsung des Reduktionsgases in die Prozessreaktoren bzw. in die zuführenden Prozessgasleitungen nötige Druck eingestellt werden. Über den Eintrag kann der Wasserdampf und/oder Wasser für die CO-Konvertierung in das Exportgas eingebracht werden.According to an alternative embodiment of the device according to the invention, a compressor, in particular a single-stage or multistage compressor, and / or an entry for injecting steam and / or for injecting water into the export gas is provided in the export gas line. By the compressor, the pressure necessary for the injection of the reducing gas into the process reactors or into the supplying process gas lines can be adjusted. About the entry of water vapor and / or water for the CO conversion can be introduced into the export gas.
Eine mögliche Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass in der Exportgasleitung eine Kühleinrichtung, insbesondere ein Wärmetauscher, zum Kühlen und/oder eine Reinigungseinrichtung, insbesondere eine Nassreinigung, zur Reinigung des Exportgases vor der CO-Konvertierung vorgesehen ist/sind. Das Exportgas muss aufgrund von feinteilchenförmigen Feststoffen und Stäuben, die mit dem Exportgas aus dem Reduktionsaggregat ausgeleitet werden zunächst gereinigt werden. Nassreinigungen haben den Vorteil, dass die Feststoffe und Stäube sicher abgeschieden werden. Gegebenenfalls kann vor der Reinigungseinrichtung eine Kühlung mittels eines Wärmetauschers erfolgen, wobei die dabei abgeführte Energie im Verfahren genutzt werden kann. 200822820AT · ·· ll l .* .· ,· * ·· ·· ···· ···· #*., -8-A possible variant of the device according to the invention provides that in the export gas line a cooling device, in particular a heat exchanger, for cooling and / or a cleaning device, in particular a wet cleaning, for cleaning the export gas before the CO conversion is / are provided. The export gas must first be cleaned due to fine-particulate solids and dusts that are discharged with the export gas from the reduction unit. Wet cleaning has the advantage that the solids and dusts are safely separated. Optionally, cooling may take place by means of a heat exchanger upstream of the cleaning device, it being possible to use the energy dissipated in the process. 200822820AT ··· ll. *. ·, · * ·· ·· ···· ···· # *., -8-
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Exportgasleitung ein Wärmetauscher zur Erwärmung des Exportgases gegebenenfalls unter Nutzung der Abwärme des modifizierten Reduktionsgases und/oder ein Eintrag zum Einblasen von Dampf und/oder zum Eindüsen von Wasser in das Exportgas vorgesehen.According to an alternative embodiment of the device according to the invention, a heat exchanger for heating the export gas is optionally provided using the waste heat of the modified reducing gas and / or an entry for blowing steam and / or for injecting water into the export gas in the export gas line.
Durch den Wärmetauscher kann die für die CO-Konvertierung nötige Temperatur eingestellt werden. Wiederum wird eine effiziente Erwärmung erzielt, indem das heiße modifizierte Reduktionsgas zur Erwärmung herangezogen wird.Through the heat exchanger, the necessary for the CO conversion temperature can be adjusted. Again, efficient heating is achieved by using the hot modified reducing gas for heating.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Exporfgasleitung eine Trockenentstaubung zur Reinigung des heißen Exportgases vor der CO-Konvertierung vorgesehen. Durch den Einsatz einer Trockenentstaubung, wie z.B. eines Heißgasfilters, ist nur noch eine geringe oder sogar keine Abkühlung des Exportgases vor der Entstaubung nötig. Damit kann der Energieinhalt des Exportgases für die nachfolgende CO-Konvertierung genutzt werden, sodass aufwändige Einrichtungen zur Erwärmung entfallen können.According to a further embodiment of the device according to the invention, a dry dedusting for cleaning the hot export gas before the CO conversion is provided in the Exporfgasleitung. By using dry dedusting, such as a hot gas filter, only a small or even no cooling of the export gas before dedusting is necessary. Thus, the energy content of the export gas can be used for the subsequent CO conversion, so that consuming facilities for heating can be omitted.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist/sind in der Reduktionsgasleitung ein oder mehrere Kühler zum Kühlen des modifizierten Reduktionsgases, zur Kondensation und zur Ausschleusung von Wasserdampf vorgesehen.According to an advantageous embodiment of the device according to the invention, one or more coolers are provided in the reducing gas line for cooling the modified reducing gas, for condensing and for discharging water vapor.
Dabei kann der Druck des bereits im Umwandlungsreaktor behandelten Gases für nachfolgende Behandlungsschritte eingestellt und Wasserdampf aus dem modifizierten Reduktionsgas ausgeschleust werden. Ebenso gilt dies für dessen Temperatur, die entsprechend reduziert werden kann. Dies ist für übliche C02-Abscheidungsverfahren nötig, z.B. nach dem Adsorptions- oder Absorptionsprinzip arbeitende Verfahren, und daher nur bei niedrigen Eintrittstemperaturen betrieben werden.In this case, the pressure of the gas already treated in the conversion reactor can be adjusted for subsequent treatment steps and water vapor can be discharged from the modified reduction gas. This also applies to its temperature, which can be reduced accordingly. This is necessary for common CO 2 deposition processes, e.g. operating according to the adsorption or absorption principle, and therefore operated only at low inlet temperatures.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Kühlgasleitung vorgesehen, die von der Reduktionsgasleitung zu einer aus dem Schmelz- -9-According to a particular embodiment of the device according to the invention, a cooling gas line is provided, which leads from the reducing gas line to one from the melting point.
200822820AT ·· ···« aggregat mündenden Generatorgasleitung führt, sodass zumindest eine Teilmenge an modifiziertem Exportgas mit Reduktionsgas aus dem Schmelzaggregat gemischt und einer Entstaubungseinrichtung, insbesondere einem Zyklon, zugeführt werden kann. Das modifizierte Reduktionsgas kann gemeinsam mit dem Reduktionsgas aus dem Schmelzaggregat weiter verarbeitet werden, also entstaubt und in weiterer Folge dem Reduktionsaggregat zugeführt werden, sodass eine nahezu homogene Mischung mit einer weitgehend gleichbleibenden Zusammensetzung des Reduktionsgases erzielt wird.200822820AT ····· «generator gas line, so that at least a subset of modified export gas can be mixed with reducing gas from the smelting unit and fed to a dedusting device, in particular a cyclone. The modified reducing gas can be further processed together with the reducing gas from the melting unit, that is dedusted and subsequently fed to the reduction unit, so that a nearly homogeneous mixture is achieved with a largely constant composition of the reducing gas.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Reduktionsaggregat als Schacht eines Hochofens oder als Reduktionsschacht oder als Wirbelschichtreaktor ausgebildet. Derartige Aggregate haben sich bei der Reduktion von eisenerzhältigen Einsatzstoffen mittels Reduktionsgasen als vorteilhaft erwiesen.According to a particularly advantageous embodiment of the device according to the invention, the reduction unit is designed as a shaft of a blast furnace or as a reduction shaft or as a fluidized bed reactor. Such aggregates have proven to be advantageous in the reduction of iron ore-containing feedstocks by means of reducing gases.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Schmelzaggregat als unterer Teil eines Hochofens oder als Einschmelzvergaser ausgebildet. Das Schmelzaggregat erfüllt dabei zwei Aufgaben, nämlich vorreduzierte eisenhältige Einsatzstoffe zu erschmelzen und Kohlenstoffträger unter Bildung des Reduktionsgases zu vergasen.According to a further advantageous embodiment of the device according to the invention, the melting unit is designed as a lower part of a blast furnace or melter gasifier. The melting unit fulfills two tasks, namely to melt prereduced iron-containing starting materials and to gasify carbon carriers to form the reducing gas.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mündet die Generatorgasleitung in die Reduktionsgasleitung, sodass modifiziertes Exportgas und/oder Reduktionsgas aus dem Schmelzaggregat in das Reduktionsaggregat eingebracht werden können/kann. Aufgrund der Mischung mit, insbesondere bereits entstaubtem Reduktionsgas aus dem Schmelzaggregat kann die Zusammensetzung des Reduktionsgases, das in das Reduktionsaggregat eingeleitet wird, beeinflusst werden und somit auch ein hinreichendes Reduktionspotential des Reduktionsgases sichergestellt werden. • ·According to a particular embodiment of the device according to the invention, the generator gas line opens into the reducing gas line, so that modified export gas and / or reducing gas can be introduced from the melting unit in the reduction unit / can. Due to the mixture with, in particular already dedusted reducing gas from the melting unit, the composition of the reducing gas, which is introduced into the reduction unit, be influenced and thus a sufficient reduction potential of the reducing gas can be ensured. • ·
200822820AT200822820AT
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Überschussgasleitung vorgesehen, die von der Generatorgasleitung zur Exportgasleitung führt, wobei in der Überschussgasleitung eine Reinigungseinrichtung, insbesondere eine Nassreinigung, zur Feinentstaubung vorgesehen ist. Durch die Nassreinigung kann das Reduktionsgas gemeinsam mit dem vorteilhaft ebenfalls gereinigten Exportgas dem Umwandlungsreaktor zugeführt werden. Die Mischung aus dem Reduktionsgas und dem Exportgas, gegebenenfalls auch zusammen mit Tailgas aus der C02-Abscheidungs-einrichtung kann aus dem Prozess abgeleitet und z.B. einer thermischen Nutzung zugeführt werden.According to an advantageous embodiment of the device according to the invention, an excess gas line is provided which leads from the generator gas line to the export gas line, wherein in the excess gas line, a cleaning device, in particular a wet cleaning, is provided for dedusting. By wet cleaning, the reducing gas can be supplied together with the advantageous also purified export gas to the conversion reactor. The mixture of the reducing gas and the export gas, optionally together with tail gas from the CO 2 deposition device, can be derived from the process and e.g. be fed to a thermal use.
Eine mögliche Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass in der Exportgasableitung eine Entspannungsturbine zur Nutzung der Druckenergie des Exportgases vorgesehen ist. Mittels der Entspannungsturbine kann die Druckenergie des Exportgases genutzt und zur Energieerzeugung herangezogen werden.A possible variant of the device according to the invention provides that in the export gas discharge an expansion turbine for the use of the pressure energy of the export gas is provided. By means of the expansion turbine, the pressure energy of the export gas can be used and used for energy production.
Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand der Figuren 1 bis 4 näher erläutert.The invention will be explained in more detail below by way of example with reference to FIGS. 1 to 4.
Fig. 1: Erfindungsgemäße Ausgestaltung mit einem HochofenFig. 1: Inventive embodiment with a blast furnace
Fig. 2: Erfindungsgemäße Ausgestaltung mit einem Schmelzaggregat und mit in Serie geschalteten WirbelschichtreaktorenFig. 2: Inventive embodiment with a melting unit and connected in series fluidized bed reactors
Fig. 3 und 4: Erfindungsgemäße Ausgestaltung mit einem Schmelzaggregat und einem Reduktionsaggregat3 and 4: Inventive embodiment with a melting unit and a reduction unit
Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung. Im Schacht eines Hochofens, der als Reduktionszone 1 arbeitet, werden mittels eines Reduktionsgases eisenerzhältige Einsatzstoffe ES und Zuschlagsstoffe ZS zumindest teilweise reduziert und dann in die Schmelzzone 2, also in den unteren Teil des Hochofens eingebracht und zu Roheisen oder Stahlvorprodukten erschmolzen. Durch die Vergasung von Kohlenstoffträgem wird ein Reduktionsgas gebildet, welches nach der erfolgten Reduktion in der Reduktionszone -11- -11- • ·FIG. 1 shows the device according to the invention. In the shaft of a blast furnace, which operates as a reduction zone 1, iron ore-containing feedstocks ES and additives ZS are at least partially reduced by means of a reducing gas and then introduced into the melting zone 2, ie into the lower part of the blast furnace and melted into pig iron or steel precursors. By the gasification of carbon carriers, a reducing gas is formed, which after the reduction has taken place in the reduction zone.
200822820AT als Exportgas über eine Exportgasleitung 4a abgezogen und zunächst in einer Trockenentstaubung 21 vorgereinigt und dann in einem Nassreiniger 22 weiter gereinigt. Das Exportgas wird in weiterer Folge durch einen Verdichter 7 verdichtet und in einem Wärmetauscher 12 weiter erwärmt und die Prozesstemperatur für den Umwandlungsreaktor 5 eingestellt. Durch den Zusatz von Wasserdampf und/oder Wasser über einen Eintrag 8 erfolgt eine CO-Konvertierung, wobei das Verhältnis von CO zu H2 eingestellt wird.200822820AT withdrawn as export gas via an export gas line 4a and first pre-cleaned in a dry dedusting 21 and then further purified in a wet scrubber 22. The export gas is subsequently compressed by a compressor 7 and further heated in a heat exchanger 12 and set the process temperature for the conversion reactor 5. By the addition of water vapor and / or water via an entry 8, a CO conversion takes place, wherein the ratio of CO to H2 is set.
Das dabei erzeugte C02 und noch teilweise vorhandene H20 wird mittels Wärmetauscher bzw. mittels Kondensator und einer C02-Abscheidungseinrichtung abgeschieden und als Tailgas TG über eine Tailgasleitung 23 abgeführt. Optional kann das Tailgas TG auch zur Erwärmung von modifiziertem Reduktionsgas in der Heizeinrichtung 20 genutzt werden, wobei das Tailgas unter Zufuhr von Luft und/oder Topgas zumindest teilweise verbrannt wird. Die Heizeinrichtung 20 kann auch als Wärmetauscher (z.B. Typ Gas-Gas) ausgebildet sein.The CO 2 produced in this process and H 2 O still partially present are separated off by means of a heat exchanger or by means of a condenser and a CO 2 separation device and discharged as tail gas TG via a tail gas line 23. Optionally, the tail gas TG can also be used for heating modified reducing gas in the heating device 20, wherein the tail gas is at least partially combusted while supplying air and / or top gas. The heater 20 may also be formed as a heat exchanger (e.g., gas-gas type).
Das im Umwandlungsreaktor 5 behandelte Exportgas kann vor der C02-Abscheidung in einem Wärmetauscher 12 gekühlt werden, wobei die Abwärme zur Erwärmung des Exportgases vor dessen Einleitung in den Umwandlungsreaktor 5 genutzt werden kann. Nach der CO-Konvertierung wird das modifizierte Reduktionsgas zunächst mittels eines Kühlers 14 gekühlt. Im Anschluss an die C02-Abscheidung wird das modifizierte Reduktionsgas in das Reduktionszone erneut eingebracht. Dies kann in den Hochofenschacht 25 direkt oder auch über Lanzen, welche in die Düsen zur Eindüsung von sauerstoffhältigem Gas, insbesondere >80% 02, ragen, erfolgen. Bevorzugterweise soll das modifizierte Reduktionsgas vor dessen Einleitung in die Reduktionszone mittels einer Heizeinrichtung 20 erwärmt werden. Die Heizeinrichtung kann durch Verbrennung von Tailgas unter Zusatz von Luft beheizt werden. Dies ist insbesondere bei einem Eintrag, insbesondere einer Eindüsung, in den Hochofenschacht 25 nötig. ÜberschüssigesThe treated in the conversion reactor 5 export gas can be cooled before the CO 2 deposition in a heat exchanger 12, wherein the waste heat can be used to heat the export gas prior to its introduction into the conversion reactor 5. After the CO conversion, the modified reducing gas is first cooled by means of a cooler 14. Following the CO 2 deposition, the modified reducing gas is reintroduced into the reduction zone. This can be done in the blast furnace shaft 25 directly or via lances which project into the nozzles for the injection of oxygen-containing gas, in particular> 80% O 2. Preferably, the modified reducing gas is to be heated by means of a heating device 20 before it is introduced into the reduction zone. The heater can be heated by combustion of tail gas with the addition of air. This is necessary in particular in the case of an entry, in particular an injection, into the blast furnace shaft 25. excess
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Exportgas kann auch einer Entspannungsturbine 19 unter Nutzung der Druckenergie des Exportgases zugeführt werden. In einem Sammelbehälter 26 kann das überschüssige Exportgas und Tailgas zwischengespeichert werden. Dabei erfolgt auch ein Ausgleich der Zusammensetzung des Gasgemisches, da das Tailgas eine stark schwankende Zusammensetzung aufweist.Export gas can also be supplied to an expansion turbine 19 using the pressure energy of the export gas. In a collecting tank 26, the excess export gas and tail gas can be cached. This also compensates the composition of the gas mixture, since the tail gas has a strongly fluctuating composition.
Fig. 2 zeigt die Erfindung in einer Anlage mit einem Schmelzaggregat 2 und vier in Reihe geschalteter Wirbelschichtreaktoren R1, R2, R3 und R4, in denen eine zumindest teilweise Reduktion der Einsatzstoffe erfolgt. Diese reduzierten Einsatzstoffe können heiß kompaktiert werden (HCl) und im Schmelzaggregat oder zum Teil in einem weiteren Schmelzaggregat zur Leistungserhöhung oder Reduktionsmitteleinsparung unter Zufuhr von stückiger Kohle SK oder brikettierter Kohle BK, gegebenenfalls in Kombination mit der Eindüsung von pulverisierter Kohle, weiterverarbeitet werden.Fig. 2 shows the invention in a plant with a melting unit 2 and four series-connected fluidized bed reactors R1, R2, R3 and R4, in which there is an at least partial reduction of the starting materials. These reduced feedstocks can be hot compacted (HCl) and further processed in the smelting unit or partly in a further smelting unit to increase power or to reduce reductants by feeding lumped coal SK or briquetted coal BK, optionally in combination with the pulverized coal injection.
Die Behandlung des Exportgases, das aus dem Wirbelschichtreaktor R4 abgezogen wird, umfasst gegebenenfalls eine Kühlung in einem Wärmetauscher 10 und eine verbindliche Entstaubung, insbesondere eine Nassreinigung, in einer Reinigungseinrichtung 11. Nach einer Verdichtung mittels eines Verdichters 7 und einer Erwärmung mittels eines Wärmetauschers 12 erfolgt unter Zusatz von Wasserdampf und/oder Wasser über einen Eintrag 8 die CO-Konvertierung im Umwandlungsreaktor 5. Ein Teil des modifizierten Reduktionsgases kann nach der Abscheidung von C02 und H20, insbesondere zu Kühlzwecken mit Reduktionsgas aus dem Schmelzaggregat 2 gemischt und nach einer Entstaubung dem Wirbelschichtaggregat R1 oder auch einem Beschickungsbehälter 27 zugeführt werden. Übereine Kühlgasleitung 15, die eine Reinigungseinrichtung und einen Verdichter aufweisen kann, kann die Temperatur des modifizierten Reduktionsgases und des Reduktionsgases ebenfalls beeinflusst werden. Weiters kann bei Bedarf das modifizierte Reduktionsgas auch mittels einer Heizeinrichtung 20 erwärmt werden. Das Gasgemisch aus Exportgas und Reduktionsgas aus dem Schmelzaggregat 2 kann in dieThe treatment of the export gas withdrawn from the fluidized-bed reactor R4 optionally comprises cooling in a heat exchanger 10 and binding dedusting, in particular wet cleaning, in a cleaning device 11. After compression by means of a compressor 7 and heating by means of a heat exchanger 12 with the addition of water vapor and / or water via an entry 8, the CO conversion in the conversion reactor 5. A portion of the modified reducing gas can be mixed after reduction of CO 2 and H 2 O, in particular for cooling purposes with reducing gas from the melter 2 and after dedusting the fluidized bed R1 or a feed tank 27 are supplied. By means of a refrigerant gas line 15, which may have a cleaning device and a compressor, the temperature of the modified reducing gas and the reducing gas may also be influenced. Furthermore, if necessary, the modified reducing gas can also be heated by means of a heating device 20. The gas mixture of export gas and reducing gas from the smelting unit 2 can in the
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Exportgasleitung 4b eingeleitet und somit auch dem Umwandlungsreaktor zugeführt werden.Exported gas line 4b and thus also supplied to the conversion reactor.
Tailgas TG aus der C02-Abscheidungseinrichtung bzw. Topgas bzw. Offgas und/oder Überschussgas kann mittels Anschlussleitungen 13a, 13b der Heizeinrichtung 20 zugeführt und in dieser zumindest teilweise verbrannt und somit zur Erwärmung des modifizierten Reduktionsgases genutzt werden. Überschüssiges Exportgas kann über eine Leitung 4c einer Entspannungsturbine 19 zugeführt und in einem Sammelbehälter 26 homogenisiert werden.Tail gas TG from the CO 2 deposition device or top gas or offgas and / or excess gas can be supplied to the heating device 20 by means of connecting lines 13a, 13b and at least partially burned therein and thus used to heat the modified reducing gas. Excess export gas can be fed via a line 4c to an expansion turbine 19 and homogenized in a collecting tank 26.
Figur 3 und 4 zeigen die Erfindung in einer Anlage umfassend ein Schmelzaggregat 2 und ein Reduktionsaggregat 1, das als Reduktionsschacht ausgeführt wird. Im Reduktionsaggregat 1 werden stückige Erze oder Pellets zu direkt reduziertem Eisen (HDRI) zumindest teilweise reduziert. Das HDRI kann, gegebenenfalls unter Zusatz von kompaktiertem direkt reduziertem Eisen (CDRI), im Schmelzaggregat 2 unter Zusatz von Kohle K und feinteilchenförmigen Erz FE zu Roheisen RE erschmolzen werden. Die erfindungsgemäßen Merkmale sind hier analog zu den in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen umgesetzt. -14-Figures 3 and 4 show the invention in a plant comprising a melting unit 2 and a reduction unit 1, which is designed as a reduction shaft. In the reduction unit 1, lumpy ores or pellets are reduced at least partially to directly reduced iron (HDRI). The HDRI can, if appropriate with the addition of compacted directly reduced iron (CDRI), be melted in the smelting unit 2 with the addition of coal K and fine-particle ore FE to form pig iron RE. The inventive features are implemented here analogously to the embodiments shown in Figures 1 and 2. -14-
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Bezugszeichenliste 1 Reduktionsaggregat 2 Schmelzaggregat 3a, 3b Reduktionsgasleitung 4 Exportgasleitung 5 Umwandlungsreaktor 6a, 6b Zuleitung 7 Verdichter 8 Eintrag von Wasserdampf und/oder Wasser 9 C02-Abscheidungseinrichtung 10 Kühleinrichtung 11 Reinigungseinrichtung 12 Wärmetauscher 13a, 13b Anschlussleitungen 14 Kühler 15 Kühlgasleitung 16 Zyklon 17 Überschussgasleitung 18 Reinigungseinrichtung 19 Entspannungsturbine 20 Heizeinrichtung 21 T rockenentstaubung 22 Nassreiniger 23 Tailgasleitung 24 Ringgasleitung 25 Hochofenschacht 26 Sammelbehälter 27 BeschickungsbehälterREFERENCE SIGNS LIST 1 reduction unit 2 melting unit 3a, 3b reduction gas line 4 export gas line 5 conversion reactor 6a, 6b supply line 7 compressor 8 entry of water vapor and / or water 9 CO 2 separation device 10 cooling device 11 cleaning device 12 heat exchanger 13a, 13b connecting lines 14 cooler 15 cooling gas line 16 cyclone 17 excess gas line 18 Cleaning device 19 Expansion turbine 20 Heating device 21 T rock dust removal 22 Wet cleaner 23 Tail gas line 24 Ring gas line 25 Blast furnace shaft 26 Collecting tank 27 Feeding tank
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