DE19952041A1 - Verfahren zum Zuführen eines Kohlenstoffträgers in einen Reaktionsraum - Google Patents
Verfahren zum Zuführen eines Kohlenstoffträgers in einen ReaktionsraumInfo
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Zuführen eines Kohlenstoffträgers in einen Reaktionsraum, wie beispielsweise in einen Schacht- oder Hochofen, beschrieben. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird der Kohlenstoffträger vor der Zuführung mit einem oder mehreren gasförmigen und/oder flüssigen Medien derart vermischt, daß der Kohlenstoffträger zerstäubt und in zerstäubter Form in den Reaktionsraum eingebracht wird. DOLLAR A Als Kohlenstoffträger finden Schweröl, Kohlenstaub, Kunststoffteile, wie beispielsweise Kunststoffschnitzel, Granulat und/oder Pellets, Verwendung, während als gasförmige(s) und/oder flüssige(s) Medium/Medien Wasser, Wasserdampf, Sauerstoff, Kohlendioxid, kurzkettige Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenwasserstoffe mit relativ geringen Siedepunkten, wie beispielsweise Methanol, zum Einsatz kommen. DOLLAR A Die Zuführung des Gemisches aus Kohlenstoffträger und des oder der gasförmigen und/oder flüssigen Medien kann über eine oder mehrere Düsen - getaktet und/oder gepulst - erfolgen.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zuführen eines Kohlenstoffträgers in einen
Reaktionsraum, wie beispielsweise in einen Schacht- oder Hochofen.
In Hochöfen wird als Reduktionsmittel und Brennstoff Kohlenstaub mittels Luft oder
Sauerstoff eingeblasen. Anstelle des Kohlenstaubes können auch Kohlen- und
Wasserstoffträger, wie beispielsweise Schweröl oder Kunststoffschnitzel, in die
entsprechenden Öfen eingeblasen bzw. diesen zugegeben werden.
Insbesondere bei der Verwendung von Schweröl als Kohlenstoffträger ist es bisher
jedoch aus verfahrenstechnischen Gründen nicht möglich, die notwendigen und
wirtschaftlich sinnvollen Mengen an Schweröl in den Reaktionsraum einzubringen. Die
Ursache hierfür liegt darin, daß ab einer bestimmten Menge an in den Reaktionsraum
eingeführten Schweröles dieses unzerstäubt und unverbrannt auf den Koks in der
Schüttung des Hochofens trifft und dabei zu schwer entflammbarer, nicht mehr poröser
Ölkohle auskrackt. Dies führt dazu, daß gemeinsam mit dem Koks praktisch
unbrauchbare, am Verhüttungsprozeß nicht mehr teilnehmende Brocken entstehen, die
den eigentlichen Prozeß in vielerlei Hinsicht negativ beeinflussen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein gattungsgemäßes Verfahren zum
Zuführen eines Kohlenstoffträgers in einen Reaktionsraum anzugeben, mit dem die
genannten Nachteile vermieden werden können.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Kohlenstoffträger vor der
Zuführung mit einem oder mehreren gasförmigen und/oder flüssigen Medien derart
vermischt wird, daß der Kohlenstoffträger zerstäubt und in zerstäubter Form in den
Reaktionsraum eingebracht wird.
Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren wird der Kohlenstoffträger nicht mehr in
den Reaktionsraum eingeblasen bzw. eingedrückt, sondern dem Reaktionsraum in
zerstäubter Form zugeführt. Dazu werden ein oder mehrere gasförmigen und/oder
flüssigen Medien mit dem Kohlenstoffträger derart vermischt, daß der Kohlenstoffträger
zerstäubt wird. Es ergibt sich somit eine Emulsion bzw. ein emulsionsartiger
Stoffaufbau. Mittels dieser Verfahrensweise kann die Menge an zuzuführenden
Kohlenstoffträger pro Zeiteinheit bis auf das Doppelte der bisher möglichen Mengen
gesteigert werden. Des Weiteren wird eine Bildung von unerwünschten Produkten
vermieden bzw. weitestgehend unterdrückt.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden als Kohlenstoffträger Schweröl, Kohlenstaub, Kunststoffteile, wie
beispielsweise Kunststoffschnitzel, Pellets und/oder Granulat verwendet.
Als gasförmige und/oder flüssige Medien kommen vorzugsweise Wasser,
Wasserdampf, Sauerstoff, Kohlendioxid, kurzkettige Kohlenwasserstoffe und/oder
Kohlenwasserstoffe mit relativ geringen Siedepunkten, wie beispielsweise Methanol
zum Einsatz.
Werden Wasser, Wasserdampf und/oder Kohlendioxid als Medium verwendet, so ist
dies besonders vorteilhaft, da diese drei Stoffe sowohl Kohlenstoff, Sauerstoff und
Wasserstoff, also wesentliche Initiale des Verhüttungsprozesses, enthalten. Des
Weiteren besitzen sie günstige Kühleigenschaften für die Düsen bzw. Lanzen. Sie sind
darüber hinaus vergleichsweise preiswert.
Neben diesen Stoffen können zusätzlich nahezu alle kurzkettigen Kohlenwasserstoffe
sowie Kohlenwasserstoffe mit relativ geringen Siedepunkten, entsprechende
Abfallprodukte der chemischen Industrie, etc. beigemischt werden. Dies setzt jedoch
voraus, daß der Schwefel- oder Phosphorhaushalt im Hochofen nicht grundsätzlich
gestört wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit auch eine
wirtschaftliche Abfallbeseitigung.
Zweckmäßigerweise werden insbesondere solche Medien verwendet, die nicht nur das
erforderliche - möglichst feine - Zerstäuben des Kohlenstoffträgers und damit eine
Erhöhung der durchzusetzenden Menge positiv beeinflussen, sondern darüber hinaus
auch dem eigentlichen Prozeß - beispielsweise als Kohlenstoff- und/oder
Wasserstoffspender zur verbesserten Reduktion oder als Sauerstoffspender zur
Wärmeerzeugung durch Teilverbrennung - förderlich sind.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch
gekennzeichnet, daß die Vermischung des Kohlenstoffträgers und des oder der
gasförmigen und/oder flüssigen Medien bei einem Druck zwischen 2 und 20 bar erfolgt.
Diese Ausführungsform macht insbesondere bei der Zugabe von Medien, die sich erst
bei höheren Drücken in dem zu zerstäubenden Gemisch lösen, Sinn, da in diesem Fall
eine besonders feine und damit effektivere Zerstäubung erreicht werden kann. Die
Ursache hierfür liegt darin, daß unmittelbar nach dem Eindrücken des Gemisches -
beispielsweise über eine entsprechende Düse - die Löslichkeit aufgrund der
Druckdifferenz fast schlagartig abnimmt und die dadurch rückgewandelte Komponente
das Gemisch in feinste Tröpfchen zerreißt.
Anstelle einer derartigen Entspannung kann auch eine plötzliche Temperaturerhöhung
und eine damit verbundene Aggregatszustandsänderung die physikalische Triebkraft
für die unterstützende Wirkung des Zerstäubens sein.
Es wird daher - entsprechen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung -
vorgeschlagen, daß die Vermischung des Kohlenstoffträgers und des oder der
gasförmigen und/oder flüssigen Medien bei einer Temperatur zwischen 10 und 50°C
erfolgt.
Abhängig von der gewählten Austrittsgeschwindigkeit am Düsenmund, der gewählten
Menge sowie der gewählten Eindüsungsdruck kann die Eindringtiefe des
Gemischstrahles bis zu dem Zeitpunkt des Versprühens in vergleichsweise weiten
Grenzen variiert werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum
Zuführen eines Kohlenstoffträgers in einen Reaktionsraum zeichnet sich dadurch aus,
daß die Zuführung des Gemisches aus Kohlenstoffträger und des oder der
gasförmigen und/oder flüssigen Medien über eine oder mehrere Düsen erfolgt.
Hierbei kann die Zuführung des Gemisches aus Kohlenstoffträger und des oder der
gasförmigen und/oder flüssigen Medien getaktet und/oder gepulst erfolgen.
Erfolgt die Zuführung des Gemisches aus Kohlenstoffträger und des oder der
gasförmigen und/oder flüssigen Medien gepulst - bspw. mit einer Pulsdauer von 1 bis
10 s -, so kann die insgesamt pro Stunde oder pro Tonne Schmelzleistung eingesetzte
Menge über die einstellbare Pulsfrequenz geregelt werden.
Durch das impulsartige Einführen bzw. Eindrücken des Gemisches wird aufgrund der
damit verbundenen hohen Strömungsgeschwindigkeiten ein sicherer Eintrag in
denjenigen Bereich des Reaktionsraumes, beispielsweise die Ofenmitte, gewährleistet.
Dies hat zum einen den Vorteil, daß die Ofenmauerung thermisch weniger belastet
wird. Zum anderen kann die im Reaktionsraum ablaufende Reaktion durch die
Zuführung der für den Reaktionsprozeß benötigten Medien an die optimale Stelle bzw.
in den optimalen Bereich verbessert werden.
Hieraus resultierend kann die für die Reaktion erforderliche Menge an
Kohlenstoffträger sowie gasförmigen und/oder flüssigen Medium u. U. deutlich
verringert werden.
In den Pulspausen kühlt zudem die über die Windleitung relativ "weich" eingetragene
Luftmenge die Brenner- oder Lanzenzonen wieder ab. Mittels dieser Verfahrensweise
wird eine Überhitzung wirkungsvoll vermieden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist
dadurch gekennzeichnet, daß bei der Zuführung des Gemisches aus Kohlenstoffträger
und des oder der gasförmigen und/oder flüssigen Medien über mehrere Düsen, diese
nicht zu jedem Zeitpunkt gleichzeitig mit dem Gemisch beaufschlagt werden.
Denkbar ist beispielsweise, daß die einzelnen Brenner, Lanzen oder Düsen rundum
der Reihe nach beaufschlagt werden. Diese Verfahrensweise hat den Vorteil, daß die
pro Brenner oder Lanze eingetragene Gasmenge - verglichen mit der Verfahrensweise
einer gleichzeitigen Beaufschlagung aller Brenner oder Lanzen - höher gewählt
werden kann.
Auch können ausschließlich gegenüberliegende Brenner, Lanzen und/oder Düsen oder
zwei bis drei nebeneinander angeordnete Brenner, Lanzen und/oder Düsen zeitgleich
beaufschlagt werden. Neben den genannten Beispielen sind für den Fachmann
selbstverständlich eine Vielzahl weiterer Schaltungsmöglichkeiten denkbar.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Realisierung eines
Verdüsungsverhältnisses von bis zu 1 : 50, während bei den zum Stand der Technik
zählenden Verfahren die Verdüsungsverhältnisse maximal 1 : 20 betragen.
Zudem ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Einsparung von Koks in einer
Größenordnung von 3%. Darüber hinaus wird die Schmelzleistung erhöht. Auch weist
das Gichtgas weniger Kohlenmonoxid auf, woraus - neben anderen Gründen - eine
Verbesserung des Umweltschutzes resultiert.
Nachteilig bei der beschriebenen Verfahrensweise ist lediglich, daß sich der Verbrauch
an Gasen bzw. Flüssigkeiten - die als gasförmige und flüssige Medien Verwendung
finden - erhöht.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie weitere Ausgestaltungen desselben sei
anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Die Figur zeigt in Form eines Blockschaltbildes eine Anordnung, wie sie für die
Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem Hochofen zum Einsatz
kommen kann.
Über vier Leitungen 1 bis 4 können einer beispielsweise in einer Winddüse 6
angeordneten Lanze 5 vier unterschiedliche Komponenten zugeführt werden. Im Falle
eines Hochofens sind dies beispielsweise Kohlendioxid (über Leitung 1), Wasser oder
Dampf (über Leitung 2), Schweröl (über Leitung 3) und Sauerstoff (über Leitung 4).
Aus regelungs- und verfahrenstechnischen Gründen ist in jeder der Leitungen 1 bis 4
ein (Regel)Ventil a bis d angeordnet.
Claims (8)
1. Verfahren zum Zuführen eines Kohlenstoffträgers in einen Reaktionsraum, wie
beispielsweise in einen Schacht- oder Hochofen, dadurch gekennzeichnet, daß
der Kohlenstoffträger vor der Zuführung mit einem oder mehreren gasförmigen
und/oder flüssigen Medien derart vermischt wird, daß der Kohlenstoffträger
zerstäubt und in zerstäubter Form in den Reaktionsraum eingebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kohlenstoffiräger
Schweröl, Kohlenstaub, Kunststoffteile, wie beispielsweise Kunststoffschnitzel,
Granulat und/oder Pellets verwendet wird/werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als
gasförmige(s) und/oder flüssige(s) Medium/Medien Wasser, Wasserdampf,
Sauerstoff, Kohlendioxid, kurzkettige Kohlenwasserstoffe und/oder
Kohlenwasserstoffe mit relativ geringen Siedepunkten, wie beispielsweise
Methanol, verwendet wird/werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vermischung des Kohlenstoffträgers und des oder der gasförmigen
und/oder flüssigen Medien bei einem Druck zwischen 2 und 20 bar erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vermischung des Kohlenstoffträgers und des oder der gasförmigen
und/oder flüssigen Medien bei einer Temperatur zwischen 10 und 50°C erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zuführung des Gemisches aus Kohlenstoffträger und des oder der
gasförmigen und/oder flüssigen Medien über eine oder mehrere Düsen erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zuführung des Gemisches aus Kohlenstoffträger und des oder der
gasförmigen und/oder flüssigen Medien getaktet und/oder gepulst erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Zuführung des Gemisches aus Kohlenstoffträger und des oder der
gasförmigen und/oder flüssigen Medien über mehrere Düsen, diese nicht zu jedem
Zeitpunkt gleichzeitig mit dem Gemisch beaufschlagt werden.
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|---|---|---|---|
| DE1999152041 DE19952041A1 (de) | 1999-10-28 | 1999-10-28 | Verfahren zum Zuführen eines Kohlenstoffträgers in einen Reaktionsraum |
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19952041A1 (de) |
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- 1999-10-28 DE DE1999152041 patent/DE19952041A1/de not_active Withdrawn
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Owner name: LINDE AG, 65189 WIESBADEN, DE |
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