LU83579A1 - METHOD FOR DESULFURATION IN GAS PRODUCTION IN THE IRON BATH REACTOR - Google Patents
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Description
KLÖCKNER-WERKE AKTIENGESELLSCHAFT Klöckncrstraße 29, 41 Duisburg 1KLÖCKNER-WERKE AKTIENGESELLSCHAFT Klöckncrstrasse 29, 41 Duisburg 1
Verfahren zur Entschwefelung bei der Gaserzeugung im Eisenbadreaktor_;_Desulphurization process for gas generation in an iron bath reactor _; _
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Entschwefelung bei der Gaserzeugung im Eisenbadreaktor, wobei in das Reaktorgefäß die Reaktionspartner Brennstoff in fester und/oder flüssiger Form, unterhalb der Badoberfläche in die Eisenschmelze un oxidierendes Gas, beispielsweise Sauerstoff, sauerstoffangereicherte Luft oder Luft, unterhalb oder unterhalb und oberhalb de Eisenbadspiegels eingeleitet werden.The invention relates to a process for desulfurization in gas generation in an iron bath reactor, wherein in the reactor vessel the reactants fuel in solid and / or liquid form, below the bath surface in the iron melt and oxidizing gas, for example oxygen, oxygen-enriched air or air, below or below and above the iron bath level.
Es sind Verfahren bekannt, Brennstoffe, insbesondere Kohle, zusammen mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen in einem Ei senbad umzusetzen und ein Reaktionsgas zu erzeugen, das im wese liehen aus CO und H^ besteht. Ein besonderer Vorteil der Gaserz gung im Eisenbadreaktor ist es, daß der im Brennstoff vorhanden Schwefel weitgehend von einer Schlacke aufgenommen wird.Methods are known to convert fuels, in particular coal, together with oxygen or oxygen-containing gases in an iron bath and to produce a reaction gas which consists essentially of CO and H ^. A particular advantage of the gas ore in the iron bath reactor is that the sulfur present in the fuel is largely absorbed by a slag.
In der DE-Auslegeschrift 25 20 883 wird ein Verfahren zur konti nuierlichen Vergasung von Kohle oder kohlenstoffhaltigen Brennstoffen in einem Eisenbadreaktor beschrieben, bei dem die Brenr ^Stoffe und Sauerstoff oder sauerstoffhaltige Gase, letztere vor /1 • · · / » t - 2 - ···’· · ··..·.DE-Auslegeschrift 25 20 883 describes a process for the continuous gasification of coal or carbon-containing fuels in an iron bath reactor, in which the fuel and substances or oxygen or oxygen-containing gases, the latter before / 1 • · · / »t - 2 - ··· '· · ·· .. ·.
»»
Kohlenwasserstoffen ummantelt, über Düsen unterhalb der Badoberfläche in die Schmelze cingefiihrt werden. Die Schlackcnbildner, vorzugsweise Kalkstaub mit oder ohne Beimischung von Kalkstein bzw. Dolomit, werden dem Sauerstoffstrom aufgeladen oder als Mischung zusammen mit der feinkörnigen Kohle in das Bad geblasen.Hydrocarbons are encased and fed into the melt via nozzles below the bath surface. The slag formers, preferably lime dust with or without admixture of limestone or dolomite, are charged to the oxygen flow or blown into the bath together with the fine-grained coal.
ji Die DE-Pat ent Schrift 25 20 58^ beschreibt ein Verfahren zum Ver gasen schwof eihaltiger Kohle in einem Eisenbadreaktor, bei dem ein Teil der schwefelhaltigen Schlacke kontinuierlich in flüssigem Zustand abgezogen, entscliwefeit und in den Eisenbadreaktor flüssig j zurückgeführt wird. Insbesondere hinsichtlich der Wärraebilanz beimji DE patent ent publication 25 20 58 ^ describes a process for the gasification of sulphurous egg-containing coal in an iron bath reactor, in which a part of the sulfur-containing slag is continuously withdrawn in the liquid state, ready for descaling and returned to the iron bath reactor in liquid j. Especially with regard to the heat balance at
Vergasungsprozeß erweist sich dieses Verfahren als vorteilhaft.This process proves to be advantageous in the gasification process.
Die bekannten Verfahren zeigen verschiedene Wege, kohlenstoffhaltige Brennstoffe in einem Eisenbadreaktor zu vergasen und dabei weitgehend schwefeifreie Reaktionsgase zu erzeugen. Allerdings verwenden sämtliche bekannten Verfahren Kalk bzw. Kalkstein, eventuell mit einer Mischung von MgO bzw. Dolomit zum Einstellen einer entscliwefelnd wirkenden Schlacke. Der Einsatz von Kalk als Schlak-j kenbildner erweist sich in zweierlei Hinsicht als nachteilig. Ein- ’ mal sind die Kosten für den Kalk aufzuwenden und zum anderen muß ! der Kalk auf die Badtemperatur aufgeheizt werden. Um beispielsweise .1 t Kohle zu vergasen, sind ca. 100 kg CaO mit einem Scliwefelye- j! halt von ca. 1 % zuzugeben. Der Preis für 1 t Kalkstaub beträgt zurThe known methods show different ways of gasifying carbon-containing fuels in an iron bath reactor and thereby generating largely sulfur-free reaction gases. However, all known methods use lime or limestone, possibly with a mixture of MgO or dolomite, to adjust a deslagging agent. The use of lime as a slag-forming agent proves to be disadvantageous in two ways. On the one hand the costs for the lime have to be used and on the other hand you have to the lime can be heated to the bath temperature. For example, to gasify .1 t coal, approx. 100 kg CaO with a Scliwefelye- j! of about 1%. The price for 1 t lime dust is
Zeit ca. DM 100.—, und um diesen Kalk aufzubeizen, benötigt man j weiterhin ca. DM 65.— als Energiekosten. Verwendet man billigeren i ' Kalkstein, so sind die Energiekosten für das Aufheizen und Ent- ! säuern im Eisenbadreaktor so hoch, daß diese Arbeitsweise wirt- l scliaftlieh noch ungünstiger ist.Time about DM 100, and to stain this lime you still need about DM 65 as energy costs. If you use cheaper i 'limestone, then the energy costs for heating and removing! acidify in the iron bath reactor so high that this method of operation is even less favorable.
lileft
Die Erfindung hat es sich zur· Aufgabe gestellt, ein Verfahren zu b t entwickeln, das die Entschwefelung bei -der Kohlevergasung im Ei- . senbadrealctor in besonders wirtschaftlicher Weise ermöglicht.The invention has set itself the task of developing a process to b t that the desulfurization during coal gasification in the egg. senbadrealctor in a particularly economical way.
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Erfindunosgcmäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß als Ent-ßchwcfolungsschlaclcen im Eisonbadreaktor die bei der Stalilhcr-stellung anfallenden Stahlwerksschlackon eingesetzt werden.According to the invention, this object is achieved in that the steelworks slag resulting from the steel position are used as dewaxing sludges in the iron bath reactor.
Die Zugabe der Stahlwerksschlacke kann auf verschiedene Weise in den Eisenbadreaktor erfolgen. Die Schlacke kann z.B. stückig auf die Eisenbadoberfläche chargiert werden, oder man bläst sie pulverförmig unterhalb ùnd/oder oberhalb der Badoberfläche in den Eisenbadx'ealctor. Die pulverförmige Schlacke kann auch dem Brennstoff, beispielsweise der zu vergasenden Kohle, zugemischt werden.The steel mill slag can be added to the iron bath reactor in various ways. The slag can e.g. be charged in pieces onto the surface of the iron bath, or they are blown into the iron bath x'ealctor in powder form below and / or above the bath surface. The powdery slag can also be mixed with the fuel, for example the coal to be gasified.
• In besonders vorteilhafter und wirtschaftlicher Weise kann die• In a particularly advantageous and economical manner, the
StahlAierlcssclilacke als Basenträger für die Entschwefelung im Ei- © senbadrealctor dem Reaktorgefäß/flüssig zugeführt werden. Diese Betriebsweise läßt sich immer dann einfach veriiirklichen, wenn ein Eisenbadreaktor für die Kohlevergasung in geringer Entfernung von einem Stahlwerk betrieben wird. Dies ist z.B. in einem Eisenhüttenwerk mit integriertem Kraftwerk der Fall. Im Kraftwerk läßt sich z.B. das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte Gas in der Kesselanlage verfeuern.Steel aluminum silicates as base supports for the desulphurization in the iron bath reactor are fed to the reactor vessel / liquid. This mode of operation can always be easily achieved if an iron bath reactor for coal gasification is operated at a short distance from a steel mill. This is e.g. the case in an iron and steel works with an integrated power plant. In the power plant, e.g. burn the gas generated by the process according to the invention in the boiler system.
Bei dem Einsatz von Stahlwerksschlacken gemäß der Erfindung spart man erhebliche Kosten, da diese Schlacken, für die im allgemeinen nur eine begrenzte Verwertbarkeit besteht, preisgünstig zur Verfügung stehen. Darüber hinaus ergibt sich ein-weiterer Vorteil durch die bessere Verwertbarkeit der Schlacken, nachdem sie als Entschwefelungsschlacken im Eisenbadrealctor gewirkt haben und durch die aufgenommene ICohlcasche in ihrer Zusammensetzung verändert wurden. Sie haben dann eine Zusammensetzung ähnlich der von üblichen Hochofenschlacken und lassen sich, wie diese, in dei' Zoment- oder Baustoffindustrie weit erverarbeiten.The use of steel slags according to the invention saves considerable costs, since these slags, for which there is generally only a limited usability, are available at low cost. In addition, there is a further advantage of the better usability of the slags after they have acted as desulfurization slags in the iron bath reactor and their composition has been changed by the absorbed IC hollow bag. They then have a composition similar to that of conventional blast furnace slag and, like this, can be widely processed in the cement or building materials industry.
Die in einem Stahlwerk anfallenden Schlacken, beispielsweise beim Frischen von phosphorarmem Roheisen, nach den verschiedenen mit Sauerstoff arbeitenden Konverterfriscliverfahren, haben ungefähr » ®fso heiß wie möglich, insbesondere - 4 - » · • * folgende Zusammensetzung: $0 % CaO, 10 ?£ SiO,,, 30 % FcO, 0.1 S, ό die restlichen Bestandteile sind im wesentlichen Alo0 , MgO, HnO und Po0_.The slags produced in a steel plant, for example when refining low-phosphorus pig iron, according to the various converter hairdressing methods using oxygen, have approximately »®fso hot as possible, in particular - 4 -» · • * the following composition: $ 0% CaO, 10? £ SiO ,,, 30% FcO, 0.1 S, ό the remaining constituents are essentially Alo0, MgO, HnO and Po0_.
J -J -
Bas erfindungsgomaße Verfahren zur Entschwefelung bei der Gaser- : | jj zeugung im Eisenbadreaktor nutzt diese Schlacken, da ihr Ausgnngs- i; Schwefelgehalt mit ca. 0.08 bis 0.12 % niedrig ist und somit eine ! : * jj hohe Schwefclaufnahmefähiglceit bis zu Schweielgehalten von ca. 10 ;j besteht- Vorteilhaft ist es, den Schwofelgolialt der Schlacken auf i» * . t Ü ’ ca. 3 9° zu begrenzen, weil sie damit im Bereich der üblichen Hoch- ij I; ‘ ofenschlacken bleiben und in ähnlicher Weise verwendet werden kön nen.The process according to the invention for desulfurization in the gas: | jj generation in the iron bath reactor uses these slags because their output i; Sulfur content is low at approx. 0.08 to 0.12% and therefore one! : * jj high sulfur absorption capacity up to sweat contents of approx. 10; j exists- It is advantageous to reduce the sulfur content of the slags to i »*. t Ü ’to limit approx. 3 9 °, because it is in the range of the usual high ij I; 'Remain slag and can be used in a similar way.
Bor Einsatz von Stalilwerlcsschlacken, beispielsweise aus einem | Stahlerzeugungskonverter, zur Entschwefelung im Eisenbadreaktor j, bringt darüber hinaus den lrortcil, daß der Eisenoxidgehalt'aus | diesen Schlacken reduziert und somit im Vergasungsaggregat zusätz· 1 lieh Eisen gewonnen wird. Dieses Eisen kann portionsweise aus demBoron use of steel slags, for example from a | Steel production converter, for desulfurization in the iron bath reactor j, also brings about the irritcil that the iron oxide content 'from | this slag is reduced and thus an additional iron is obtained in the gasification unit. This iron can be extracted in portions from the
Eisenbadreaktor flüssig abgezogen und der Stahlerzeugung zugeführl werden. Auch dafür wirkt sich der Betrieb eines Eisenbadreaktors, beispielsweise für die Kohlevcrgasung in einem Eisenhüttenwerk, günsti g aus.The liquid iron bath reactor is withdrawn and fed to the steel production. The operation of an iron bath reactor, for example for coal gasification in an iron and steel works, also has a favorable effect here.
. Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht es, den Schwofelgc- lialt beispielsweise einer zu vergasenden Kohle fast vollständig in der metallurgischen Schlacke, die sich auf dem Eisenbad im Vcr I gasungsaggregat befindet, abzubinden. Der Schwefelgehalt der er- I. .. The method according to the invention makes it possible to bind the sulfur dioxide, for example of a coal to be gasified, almost completely in the metallurgical slag which is located on the iron bath in the gasification unit. The sulfur content of the first I.
j zeugten Gase ist sehr gering. Er liegt im Bereich von ca- 10 ppm.j produced gases is very low. It is in the range of approx. 10 ppm.
| Daraus ergibt sich, daß mehr als 99 % des Schwefels in der Schlak ' ko abgebunden werden. . ' \ i || This means that more than 99% of the sulfur in the Schlak 'ko is bound. . '\ i |
Besonders wirtschaftliche Vorteile bringt die Anwendung des er-findungsgeinäßen Verfahrens, wenn Kohlcsorten mit hohen Schwofol-odor Aschegohalten vergast werden. Würde man, wie bisher üblich, Λ A .The use of the process according to the invention brings particularly economic advantages when gasifying cabbages with high sulfur or odor ash contents. Would you, as usual, Λ A.
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Kalk zur Schlackenbildung zugeben/ so sind so hohe Mengen erfor dcrlich, daß darunter die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens lei • det und es außerdem erforderlich sein kann, dem Bad zusätzlich Energie zuzuführen, weil diese Kohlesorten bei dem hohen Kalkbe darf sich nicht mehr autotherm vergasen lassen.Add lime to the slag formation / so high quantities are necessary that the economy of the process suffers and it may also be necessary to add energy to the bath, because these types of coal with the high lime scale must no longer be autothermally gasified.
Es liegt im Sinne der Erfindung, Wasser dom Eisenbadr'eaktor zuzuführen, um die Wasserstoffkonzentration im erzeugten Gas zuerhöhen. Bevorzugt beim Vergasen energiereicher Kohlesorten, be denen der Vergasungsprozeß mit Energieüberschuß abläuft, kann die freie Wärme dazu genutzt werden, Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten. Während der Wasserstoff aus der Schmelze entweicht, reagiert der Sauerstoff mit dem Kohlenstoff des . Eisenbades zu CO.It is within the meaning of the invention to add water to the iron bath reactor in order to increase the hydrogen concentration in the gas produced. Preferably in the gasification of high-energy coal types in which the gasification process takes place with excess energy, the free heat can be used to split water into hydrogen and oxygen. As the hydrogen escapes from the melt, the oxygen reacts with the carbon of the. Iron bath to CO.
Die Zugabe des Wassers kann direkt in flüssiger Form oder als Wasserdampf erfolgen. Selbstverständlich läßt es sich auch als Neben in Suspension mit einem Trägergas zuführen. Weiterhin kann es auch der zu vergasenden Kohle zugemischt oder in Form eines erhöhten Feuchtigkeitsgehaltes der Kohle eingeführt werden. Beispielsweise hat es sich bewährt, die Kohle ohne Trocknung mit einem konstanten Wassergehalt einzusetzen oder die zu vergasende Kohle nur teilzutrocknen, um einen definierten Feuch tigkeitsgehalt einzustellen, mit der sie dann in das Eisenbad des Reaktionsgefäßes eingeleitet wird.The water can be added directly in liquid form or as water vapor. Of course, it can also be supplied as a secondary in suspension with a carrier gas. Furthermore, it can also be mixed with the coal to be gasified or introduced in the form of an increased moisture content of the coal. For example, it has proven useful to use the coal without drying with a constant water content or to only partially dry the coal to be gasified in order to set a defined moisture content, with which it is then introduced into the iron bath of the reaction vessel.
h·H·
Die erfindungsgemäße Anwendung von Stahlwerksschlacken zur Entschwefelung bei der Gaserzeugung im Eisenbadreaktor erweist sic somit in mehreren Richtungen als besonders vorteilhaft und wirt schaftlich. Sie ist von ihrer Zusammensetzung her als Entschwei lungsschlacke bei der Kohlevergasung gut geeignet und spart bei .flüssiger Zugabe in das Vergasungsaggregat darüber hinaus Enerc die sonst zum Aufheizen der Schlackenbildner erforderlich ist. Weiterhin wird die Stahlwerksschlacke nach ihrer Nutzung im Eisenbadreaktor in der Zusammensetzung so verändert, daß sie siel· zur Anwendung bei der Zementherstellung und im Bauwesen eignet, Neben den sich ergebenden wirtschaftlichen Vorteilen entfallei „ die Lagerung und die daraus resultierenden Probleme mit unver- · ' 1*' , ( - 6 - i » i wird im Eisenbadreaktor reduziert, und es entsteht Roheisen, j das im Stahlwerk zu Stahl verarbeitet werden kann.The use of steelworks slags according to the invention for desulfurization in gas generation in the iron bath reactor thus proves to be particularly advantageous and economical in several directions. In terms of its composition, it is well suited as a deslagging slag in coal gasification and also saves Enerc when it is added to the gasification unit, which is otherwise required to heat up the slag formers. Furthermore, the steel slag is changed in composition after its use in the iron bath reactor in such a way that it is suitable for use in cement production and construction. In addition to the resulting economic advantages, "the storage and the problems resulting therefrom are eliminated with unpredictable results." * ', (- 6 - i »i is reduced in the iron bath reactor, and pig iron is produced, which can be processed into steel in the steel works.
j; Das erfindungsgemäße Entschwefelungsverfahren bei der Gaserzou- [ . gung in einem Eisenbadreaktor erweist sich bei der Vergasung üb- i; licher Kohlesorten oder kohlenstoffhaltiger Brennstoffe beim’Ein- j| satz'der energiesparenden flüssigen Schlacke als vorteilhaft, da I ein höherer Energieanteil für die Reduktion des Eisenoxids im Ei ;i -senbadreaktor zur Verfügung steht. Es liegt darüber hinaus auch [ * im Sinne der Erfindung, überschüssige Energie zur Eisengewinnung l aus Eisenerz oder vorreduziertem Eisenerz zu benutzen.j; The desulfurization process according to the invention in the Gaserzou- [. In an iron bath reactor, gasification proves to be i; types of coal or fuels containing carbon at’Ein- j | The energy-saving liquid slag is advantageous because I have a higher energy component for the reduction of the iron oxide in the egg-bath reactor. It also lies in the sense of the invention to use excess energy for iron production 1 from iron ore or pre-reduced iron ore.
s ( ; Ein Eisenbadreaktor läßt sich unter Einbeziehung der vorliegendens (; An iron bath reactor can be included with the present
Erfindung beispielsweise folgendermaßen betreiben: iOperate the invention for example as follows: i
In ein konverterähnliches Gefäß mit einem inneren Volumen von 3’ etwa 150 m chargiert man zunächst 120 t flüssiges Eisen mit einem Kohlenstoffgehalt von ca. 4 %. Es werden außerdem 30 t flüssige Schlacke aus dem LD-Verfahren zugegeben. In diesem Eisenbadreaktor vergast man pro Stunde 50 t Kohle der Zusammensetzung ' C 78.3 %, H2 5.0 %, 02 6.7 %., Asche 5.0 %, Hu 7510. kcal/kg. Die ! Kohle wird unterhalb der Badoberfläche eingeführt und mit Sauer- t120 t liquid iron with a carbon content of approx. 4% is initially charged into a converter-like vessel with an internal volume of 3 ’about 150 m. 30 t of liquid slag from the LD process are also added. In this iron bath reactor, 50 t of coal of the composition 'C 78.3%, H2 5.0%, 02 6.7%., Ash 5.0%, Hu 7510. kcal / kg are gasified per hour. The ! Coal is introduced below the bath surface and with acid
Stoff, der ebenfalls durch den Boden eingeblasen wird, vergast. Gleichzeitig können pro Stunde 30 t Erz, z.B. als feinkörniges Erz, durch im unteren Teil des Konverters angebrachte Düsen oder in Form von stückigem Erz oder Pellets von oben zugegeben werden. Nach einer Betriebszeit von 4 Stunden haben sich im Konverter etw ! 50 t Schlacke und 210 t Eisen mit einem Kohlenstoffgehalt von etw I 2 % angesammelt, jMaterial that is also blown through the floor gasifies. At the same time, 30 tons of ore, e.g. as fine-grain ore, through nozzles in the lower part of the converter or in the form of lumpy ore or pellets from above. After an operating time of 4 hours, sth! 50 t of slag and 210 t of iron with a carbon content of about I 2% accumulated, j
Zu diesem Zeitpunkt sticht man aus dem Konverter die Schlacke mög liehst vollständig und ca. 90 t Eisen ab. Nach erneuter Zugabe vo flüssiger LD-Schlacke in der genannten Menge wird der Prozßc in gleicher Weise fortgesetzt. Das erzeugte Gas wird über einen Gaso meter seiner Verwendung zugeführt. Die Kapazität eines üblichen Gasometers ist im allgemeinen groß genug, um die Abnehmer wäh-j rend der Unterbrechungszeit für das Ausleeren der Schlacke und - 7 - des Stahles und dem Einfüllcn der neuen Schlacke, die ungefähr 5 Minuten beträgt, .weiter versorgen zu können.At this point, the slag is stuck out of the converter, possibly completely and approx. 90 t of iron. After the further addition of liquid LD slag in the amount mentioned, the process is continued in the same way. The gas generated is fed to its use via a gas meter. The capacity of a conventional gasometer is generally large enough to continue supplying customers during the interruption period for emptying the slag and steel and filling the new slag, which is approximately 5 minutes.
Das flüssige Eisen aus dem Kohlevergasungsgefäß hat einen Schwer felgehalt von ca. 0.3 % und einen Phosphorgehalt von ca. 0.1 %.The liquid iron from the coal gasification vessel has a sulfur content of approx. 0.3% and a phosphorus content of approx. 0.1%.
• ' Nach einer Entschwefelung kann es in bekannter Weise, z.B. in einem Konverter, zu Stahl gefrischt werden. i U ' · * \ tAfter desulfurization, it can be carried out in a known manner, e.g. in a converter, to be freshened to steel. i U '· * \ t
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