DE19952041A1 - Process for introducing a carbon carrier into a reaction chamber, e.g. in a shaft kiln or blast furnace, comprises mixing the carrier with one or more gaseous and/or liquid media before introduction into the chamber - Google Patents
Process for introducing a carbon carrier into a reaction chamber, e.g. in a shaft kiln or blast furnace, comprises mixing the carrier with one or more gaseous and/or liquid media before introduction into the chamberInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zuführen eines Kohlenstoffträgers in einen Reaktionsraum, wie beispielsweise in einen Schacht- oder Hochofen.The invention relates to a method for feeding a carbon carrier into a Reaction space, such as in a shaft or blast furnace.
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.Coal dust is used as a reducing agent and fuel in blast furnaces by means of air or Blown in oxygen. Instead of coal dust, coal and Hydrogen carriers, such as heavy oil or plastic chips, in the appropriate ovens are blown in or added to them.
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.It has so far been particularly the case when using heavy oil as a carbon carrier however, for procedural reasons, the necessary and to introduce economically reasonable amounts of heavy oil into the reaction space. The The reason for this is that from a certain amount in the reaction space imported heavy oil of this atomized and unburned on the coke in the Filling of the blast furnace hits and is too flame-retardant, no longer porous Cracked out of coal. This leads to being practical with the coke unusable chunks no longer taking part in the smelting process, which negatively affect the actual process in many ways.
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.The object of the present invention is therefore to provide a generic method for Feed a carbon carrier into a reaction space with which the mentioned disadvantages can be avoided.
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.This is achieved in that the carbon carrier before Supply with one or more gaseous and / or liquid media in this way is mixed that the carbon carrier atomized and in atomized form in the Reaction space is introduced.
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.In contrast to the known methods, the carbon carrier is no longer in blown or pressed in the reaction space, but the reaction space in atomized form. For this purpose, one or more gaseous and / or liquid media mixed with the carbon carrier such that the carbon carrier is atomized. The result is an emulsion or an emulsion-like one Material structure. Using this procedure, the amount of to be fed Carbon carriers per unit of time up to twice the previously possible quantities be increased. Furthermore, formation of unwanted products avoided or largely suppressed.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden als Kohlenstoffträger Schweröl, Kohlenstaub, Kunststoffteile, wie beispielsweise Kunststoffschnitzel, Pellets und/oder Granulat verwendet.According to an advantageous embodiment of the method according to the invention heavy oil, coal dust, plastic parts, such as for example, plastic chips, pellets and / or granules are used.
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.The gaseous and / or liquid media are preferably water, Water vapor, oxygen, carbon dioxide, short chain hydrocarbons and / or Hydrocarbons with relatively low boiling points, such as methanol for use.
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.If water, water vapor and / or carbon dioxide are used as the medium, then this is particularly advantageous since these three substances are both carbon, oxygen and Contain hydrogen, the essential initial of the smelting process. Of They also have favorable cooling properties for the nozzles or lances. they are also comparatively inexpensive.
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.In addition to these substances, almost all short-chain hydrocarbons can also be used as well as hydrocarbons with relatively low boiling points, corresponding Waste products from the chemical industry, etc. can be added. However, this sets ahead that the sulfur or phosphorus balance in the furnace is not fundamentally is disturbed. The method according to the invention thus also enables economical waste disposal.
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. Appropriately, such media are used in particular that not only that required - as fine as possible - atomization of the carbon carrier and thus one Increase the amount to be enforced positively, but beyond also the actual process - for example as carbon and / or Hydrogen donor for improved reduction or as oxygen donor for Heat generation through partial combustion - are beneficial.
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.This is an advantageous embodiment of the method according to the invention characterized in that the mixing of the carbon carrier and the or gaseous and / or liquid media at a pressure between 2 and 20 bar.
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.This embodiment makes in particular when adding media that are first solve at higher pressures in the mixture to be atomized, sense, because in this case a particularly fine and therefore more effective atomization can be achieved. The The reason for this is that immediately after the mixture is pressed in - for example via an appropriate nozzle - the solubility due to the The pressure difference decreases almost suddenly and the component converted back as a result the mixture tears into tiny droplets.
Anstelle einer derartigen Entspannung kann auch eine plötzliche Temperaturerhöhung und eine damit verbundene Aggregatszustandsänderung die physikalische Triebkraft für die unterstützende Wirkung des Zerstäubens sein.Instead of such relaxation, there can also be a sudden increase in temperature and an associated change in state of aggregation the physical driving force for the supportive effect of atomization.
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.It is therefore - corresponding to a further embodiment of the invention - proposed that the mixing of the carbon carrier and the or gaseous and / or liquid media at a temperature between 10 and 50 ° C he follows.
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.Depending on the selected exit speed at the nozzle mouth, the selected one The amount and the selected injection pressure can determine the penetration depth of the Mixture jet up to the time of spraying in comparatively wide Limits can be varied.
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.Another advantageous embodiment of the inventive method for Feeding a carbon carrier into a reaction space is characterized by that the supply of the mixture of carbon carrier and the or gaseous and / or liquid media via one or more nozzles.
Hierbei kann die Zuführung des Gemisches aus Kohlenstoffträger und des oder der gasförmigen und/oder flüssigen Medien getaktet und/oder gepulst erfolgen. Here, the supply of the mixture of carbon carrier and the or gaseous and / or liquid media are clocked and / or pulsed.
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.Is the supply of the mixture of carbon carrier and the or the pulsed gaseous and / or liquid media - e.g. with a pulse duration of 1 to 10 s -, so the total used per hour or per ton of melting capacity Quantity can be regulated via the adjustable pulse frequency.
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.Due to the impulsive introduction or indentation of the mixture due to the associated high flow velocities a safe entry in that area of the reaction chamber, for example the center of the furnace, is guaranteed. On the one hand, this has the advantage that the furnace wall is less thermally stressed becomes. On the other hand, the reaction taking place in the reaction space can be caused by the Feeding the media required for the reaction process to the optimal location or be improved in the optimal range.
Hieraus resultierend kann die für die Reaktion erforderliche Menge an Kohlenstoffträger sowie gasförmigen und/oder flüssigen Medium u. U. deutlich verringert werden.As a result, the amount of reaction required Carbon carrier and gaseous and / or liquid medium u. U. clearly be reduced.
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.In the pulse pauses, the wind that is relatively "soft" enters through the wind pipe Air volume from the burner or lance zones. Using this procedure overheating is effectively avoided.
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.Another advantageous embodiment of the method according to the invention is characterized in that when feeding the mixture of carbon carrier and the gaseous and / or liquid media via several nozzles, these not be mixed with the mixture at all times.
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.It is conceivable, for example, that the individual burners, lances or nozzles all around be applied in order. This procedure has the advantage that the amount of gas entered per burner or lance - compared to the procedure a simultaneous application of all burners or lances - chosen higher can be.
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.Also only opposite burners, lances and / or nozzles or two to three burners, lances and / or nozzles arranged side by side at the same time be charged. In addition to the examples mentioned are for the expert of course, a variety of other circuit options conceivable.
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.The method according to the invention enables the implementation of a Nozzle ratio of up to 1:50, while in the prior art counting procedures the atomization ratios are a maximum of 1:20.
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.In addition, the method according to the invention enables coke to be saved in one Of the order of 3%. The melting capacity is also increased. Also points the blast furnace gas has less carbon monoxide, which - among other reasons - results in a Improvement in environmental protection results.
Nachteilig bei der beschriebenen Verfahrensweise ist lediglich, daß sich der Verbrauch an Gasen bzw. Flüssigkeiten - die als gasförmige und flüssige Medien Verwendung finden - erhöht.The only disadvantage of the procedure described is that the consumption on gases or liquids - which are used as gaseous and liquid media find - increased.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie weitere Ausgestaltungen desselben sei anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.The method according to the invention and further refinements of the same based on the embodiment shown in the figure.
Die Figur zeigt in Form eines Blockschaltbildes eine Anordnung, wie sie für die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem Hochofen zum Einsatz kommen kann.The figure shows in the form of a block diagram an arrangement as for the Realization of the method according to the invention in a blast furnace can come.
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.Four different components can be fed via four lines 1 to 4 to a lance 5 arranged for example in a wind nozzle 6 . In the case of a blast furnace, these are, for example, carbon dioxide (via line 1 ), water or steam (via line 2 ), heavy oil (via line 3 ) and oxygen (via line 4 ). For control and procedural reasons, a (control) valve a to d is arranged in each of the lines 1 to 4 .
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