Verfahren und Vorrichtung zur reduzierenden Schmelvergasung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion von Eisenerzen und zum Erzschmelzen von Eisen sowie zur gleichzeitigen Erzeugung von Synthese- oder Brenngasen im abwärts gerichteten Gleichstrom, bei dem in einem Möller, bestehend aus Erz, Zuschlagsto fen und über¬ schüssigem kohlenstoffhaltigen Brennstoff in einer Verbrennungszone reiner Sauerstoff eingelasen wird und die dabei erzeugten Gase abwärts durch eine darunter liegende Reduktionszone geführt werden, wobei das ent¬ standene CO durch Teile des überschüssigen Kohlenstoffs zu CO reduziert wird, das seinerseits das Eisenerz einer indirekten Reduktion unterwirft, bei dem ferner das reduzierte, flüssige Eisen sowie die flüssige Schlacke nach unten abtropfen und das spezifisch schwerere Eisen von der auf ihm schwimmenden Schlacke vor Reoxidation

geschützt wird und das gebildete C0 _? mit dem Rest¬ kohlenstoff völlig in CO dissoziiert wird und bei dem schließlich das gebildete Reaktionsgas, das hauptsäch¬ lich aus CO und kleineren Mengen H _? besteht, abgezogen wird, während das aufgekohlte Roheisen sowie die Schlacke sporadisch abgezogen werden. Ferner betrifft die Erfindung einen Schmelzofen zur Durchführung dieses Verfahrens. ,.

Auch im konventionellen Hochofen werden in Form der Gichtgase als Abfallprodukt bereits Brenngase erzeugt. Ihre Verwertung ist wegen des hohen Staubgehalts schwierig, der hohe Stickstoffgehalt bedingt eine sehr schlechte Energiebilanz, die jedoch durch Sauerstoff¬ anreicherung verbessert werden kann.

Das Einblasen von Sauerstoff im Abwärtszug bringt eine Verbesserung der Energiebilanz mit sich, und damit eine Erzeugung von Synthesegasen, wie CO und H-. Nachteilig bei diesem Verfahren der eingangs genannten Art ist jedoch, daß das Gas nur proportional zur Roheisenmenge erzeugt werden kann.

In der DE-OS 33 24 064 ist bereits ein derartiges Gleichstromverfahren sowie eine Vorrichtung zur Durch¬ führung dieses Verfahrens beschrieben worden. Diese Vorrichtung besteht aus einem Schachtofen, der eine lichte Höhe von etwa 15 m aufweist, bei dem die Vorrichtungen zum Einblasen von Sauerstoff mindestens 3 m oberhalb der Gasabzugsöffnungen angeordnet sind. Es handelt sich hierbei um einen Schachtofen, der von oben mit einem Überschuß an Koks bzw. Kohle beschickt wird und in den der Sauerstoff durch seitliche Düsen einge¬ blasen wird. Die Sauerstoffdüsen befinden sich im oberen Teil des Schachtofens im Verbrennungsraum.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine verbesserte Energiebilanz aufweisen und eine Gaserzeugung unabhängig von der Roheisenmenge gestatten.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1.

I

Es wurde überraschenderweise gefunden, daß die Teilung der Sauerstoffgabe, einmal in die obere Verbrennungs¬ bzw. Schwelzone, zum änderen in den Grenzbereich zwischen der Reduktionszone und der darunter liegenden Schmelzzone, die Energiebilanz entscheidend verbessert, ohne daß ein nachteiliger Effekt auf den Reduktions- und Schmelzvorgang feststellbar ist.

Die als Ausgangsmaterialien dienenden Stoffe sind bekannt. So wird beispielsweise Eisenkoks hergstellt, indem Feinerz und Feinkohle mit einem Bindemittel gemischt, brikettiert und dann nach einem bekannten Formkoksverfahren verkokt werden. Eisenschwelbriketts werden erhalten, indem man feingemahlenes Erz und Kohle mit Teer als Bindemittel zu Briketts preßt. Entsprechend erhält man Eisenholzbriketts, nur mit anderen Binde¬ mitteln, z.B. mit Sulfitablauge.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich neben Roheisen große Mengen Synthesegase oder Brenngase erzeugen. Die erzeugte Gasmenge läßt sich erhöhen, indem dem Sauerstoff ein Kühlmittel in Form von Wasserdampf und/oder CO _? . In die Verbrennungszone können zusätzliche Brennstoffe eingegeben werden, beispielsweise in Form von Gasen, Ölen, Teeren sowie stückiger Kohle. In den Möller werden die bekannten Zuschlagstoffe brikettiert eingebracht und als Kühlmittel kann Kleinschrott zuge-

geben werden.

Eine Erhöhung der gebildeten Gasmenge kann auch dadurch bewirkt werden, daß dem Möller Blindkoks oder Blind¬ briketts, d.h. Briketts ohne Erzbeimischung zugegeben werden, wobei die Temperatur durch Zugabe von Wasser¬ dampf oder CO gesteuert werden kann.

> Die erzeugten Synthesegase bzw. Brenngase sind weit¬ gehend CO _p -frei. Darüber hinaus sind sie weitgehend frei von Schwefel und Staub, -was für viele Anwendungszwecke von entscheidender Bedeutung ist.

Durch das Einblasen des Sauerstoffs in die obere Verbrennungs- und Schwelzone wird mit einem Teil des Kohlenstoffs der Beschickung Wärme erzeugt, welche auch zum Schwelen genutzt wird. Das so erzeugte Co _? wird im Abwärtszug mit weiterem überschüssigem Kohlenstoff auf bekannte Weise zu CO dissoziiert und nimmt an der Reduktion des Erzes im Koks bzw. in den Briketts teil. Durch die Zugabe von weiterem Sauerstoff im Mittelteil der Vorrichtung, d.h. im Grenzbereich zwischen der ,R.eduktionszone und der darunter liegenden Schmelzzone wird die Temperatur auf über 1.600° C erhöht, wobei sich das reduzierte Eisen verflüssigt und nach unten tropft. Auch die gebildete Schlacke verflüssigt sich und tropft nach unten, wo sie auf dem flüssigen Eisen schwimmt. Das flüssige Eisen kann über einen Eisenabstich, die ent¬ standene flüssige Schlacke über ein Schlackenabstich abgezogen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann durch Variation der Beschickung und der eingesetzten Energieträger und Kühlmittel äußerst variabel gestaltet werden, wodurch nach Wunsch sehr unterschiedliche Brenn- oder Synthese-

gase erhalten werden können.

Eine Vorrichtung, in der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann, besteht aus einem Schmelzofen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 6 angegebenen Art, der als Niedertschachtschmelzvergaser mit verkürztem Schacht und einer Höhe von weniger als etwa 10 m, mindestens jedoch etwa 5 m, ausgebildet ist und der unterteilt ist in eine untere Schmelzzone, in der die Abzugsdüsen für die Reaktionsgase angeordnet sind, eine oberhalb der Schmelzzone' .liegende Reduktionszone, wobei im Grenzbereich zwischen Schmelzzone und und Reduktions¬ zone untere Sauerstoffdüsen angeordnet, an die Zusatz¬ leitungen für Kühlmittel angeschlossen sind, sowie in eine oberhalb der Reduktionszone liegende Verbrennungs¬ und Schwelzone, in der obere Sauerstoffdüsen angeordnet sind.

Diese Vorrichtung entspricht in Beschickung, Ausmauerung, Panzerung, Kühlung sowie Roheisen- und Schlackenabzug weitgehendst dem Niederschacht- bzw. Hochofen.

Neben den bereits geschilderten Vorteilen einer vari¬ ablen Gaserzeugung ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung eine erhebliche Absenkung des Möllerdrucks im Schmelzo en, was zur Folge hat, daß auch gering¬ wertige Brennstof e mit geringer Festigkeit einge¬ setzt werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher anhand, eines Beispiels erläutert, wobei alle in der Figurenbeschreibung enthaltenen Merkmale als erfindungswesentlich ange¬ sehen werden.

Die Figur zeigt einen Vertikalschnitt durch eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Niederschacht¬ schmelzvergasers.

Der liiederschachtschmelzvergaser 70 enthält eine untere Schmelzzone 80, eine mittlere Reduktionszone 81 und eine darüber gelegene Verbrennungszone 82. Oberhalb der Verbrennungszone befindet sich als freier Raum der Beschickungsraum 84, in den Schleu¬ sensysteme 79 einmünden, über die ά a. ^~ ü-j^chickungs-

material, der Möller, eingegeben werden kann. Die Schleusensysterae sind in der waagerechten Abdeckung des Beschickungs-raum.'ϊs angeordnet, sodaß das Beschik- kungsgut von oben in die Beschickungszone fällt.

In der Wand des Beschickungsraumes 84 βin Düsen 77 für Zusatzöl oder Gas angeordnet, durch die der Beschickungsraum zusätzlich aufgeheizt werden kann, Die Düsen 77 stehen mit einer Ringleitung 78 in Ver¬ bindung, über die der Zusatzbrennstoff zugeführt wird. Unterhalb des Beschickungsraumes 84 sind in der Ver- hremungszone 82 in deä Wänden obe.re Sauer¬ stoffdüsen 74 angeordnet, die mit einer Ringleitung 73 in Verbindung stehen, über die Sauerstoff in den Ver¬ brennungsraum geführt wird. Ebenso wie in der Ver¬ brennungszone 82 sind auch in der darunter befind¬ lichen Reduktionszone mittlere. Sauerstoffdüsen 75 angeordnet, die gleichfalls mit der Ringleitung 73 für Sauerstoff verbunden sind. Die mittleren Sauer,- stoffdüsen 75 liegen im Grenzbereich zwischen der Reduktionszone 81 und der darunter liegenden Schmelz- zoήe 80. In der Schmelzzone 80 verjüngt sich der Querschnitt des Niederschachtschmelzvergasers 70. . Unterhalb der Verjüngung sind Abzugsdüsen

71 für die entstehenden Reaktionsgase in den

Wänden des Niederschachtschmelzvergasαrs 70 angeordnet, die mit einer Ringleiti ^' mg 72 für abziehen¬ des Gas in Verbindung stehen.

Über Zusatzleitungen 76 kann in die mittleren ^• Sauer¬ stoffdüsen 75 Kühlmittel in Form von CO oder Wasser¬ dampf etc. zugegeben werden.