DE212009000108U1

DE212009000108U1 - Vorrichtung zur trockenen Reinigung von bei der Roheisen/Eisenerzeugung anfallendem Gas

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Publication number: DE212009000108U1
Application number: DE212009000108U
Authority: DE
Original assignee: SIEMENS VAI METALS TECHNOLOGIES GmbH; Siemens VAI Metals Technologies GmbH Austria
Current assignee: Primetals Technologies Austria GmbH
Priority date: 2008-09-26
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2012-02-02
Anticipated expiration: 2019-09-26
Also published as: CZ22736U1; SK50162011U1; KR200474985Y1; KR20110006780U; UA67105U; AT12170U1; PL120022A1; SK6016Y1; RU111024U1; CN202173873U; BRMU8903155U2; UA65957U; WO2010034791A1

Abstract

System zur trockenen Entstaubung und trockenen Reinigung von in Roheisenerzeugungsaggregaten bei der Roheisenerzeugung oder in Eisenerzeugungsaggregaten bei der Eisenerzeugung anfallendem Gas staub- und schadstoffbelastetem Gas, umfassend eine einen Gasstrom aus einem Roheisenerzeugungsaggregat oder einem Eisenerzeugungsaggregat führende Zufuhrleitung (1), in der eine Vorabscheidungsvorrichtung (2) vorhanden ist, wobei sich die Zufuhrleitung (1) an einer Verzweigung (3) in eine Bypassleitung (4) und in eine Primärgasleitung (6) verzweigt, umfassend mindestens eine Entstaubungsvorrichtung (10, 11, 12),
wobei die Primärgasleitung (6) über eine Verbindungsleitung (7, 8, 9) mit der Entstaubungsvorrichtung (10, 11, 12) verbunden ist,
und umfassend eine Vorrichtung zur Einstellung der Temperatur des Gasstromes (13) vor der Entstaubungsvorrichtung (10, 11, 12) in der Zufuhrleitung (1) oder der Primärgasleitung (6),
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Vorrichtung zur Zugabe von Additiv (14) in der Primärgasleitung vorhanden ist, wobei sich die Vorrichtung zur Zugabe von Additiv (14) zwischen der Verzweigung (3) und der von der...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur trockenen Entstaubung und trockenen Reinigung von staub- und schadstoffbelastetem Gas, wie bei in Roheisenerzeugungsaggregaten bei der Roheisenerzeugung oder in Eisenerzeugungsaggregaten bei der Eisenerzeugung anfallendem Gas oder in Kohlevergasungsanlagen produziertem Gas, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei der Roheisenerzeugung in Roheisenerzeugungsaggregaten, beispielsweise Hochofen, COREX^®-Anlage, FINEX^®-Anlage, Einschmelzvergaser, oder der Eisenerzeugung in Eisenerzeugungsaggregaten, beispielsweise MIDREX^®-Anlagen, HYL^®-Anlagen, Direktreduktions(DR)-Anlagen basierend auf COREX^®/FINEX^® Exportgas, fallen große Mengen von Gasen an. Diese Gase tragen eine große Fracht von Staub mit großen Anteilen feiner Feststoffpartikel sowie eine Vielzahl gasförmiger Schadstoffe mit sich. Vor allem bei instationärem Betrieb, also besonderen Betriebssituationen wie beispielsweise Start oder Stopp des Roheisen- oder Eisenerzeugungsprozesses oder spontane Prozessanomalien, wie beispielsweise spontaner Rutsch der Materialsäule, in den Aggregaten, kann es zu besonders hohen Staub- und Schadstofffrachten der Gase sowie zu Spitzen der Gastemperatur kommen. Vor der Entlassung der Gase in die Umwelt oder ihrer Nutzung in nachgeschalteten Prozessen muss der Staub abgetrennt und eine Reinigung des Gases von Schadstoffen vorgenommen werden.

Beispielhaft sind die Eigenschaften der bei der Roheisenerzeugung in Hochofen, COREX^®-Anlage, oder FINEX^®-Anlage anfallenden Gasen dargestellt:

	Hochofen	COREX^®	FINEX^®
Gasmenge tr. [Nm³/h]	350.000–750.000	250.000–400.000	150.000–350.000
Gastemperatur [°C]	100–200; max 800	300; max 600	400–450; max 600
Gasdruck [kPa]	250; max 350	320	220–320; max 600
Gaszusammensetzung [Vol%]
CO	20–25	35–40	20–25; max 75
CO₂	20–22	30–35	30–35
H₂	2–4	15–20	10–15
N₂	50–55	10–15	15–20
Staubbeladung [mg/Nm³]
Im anfallenden Gas	20.000–25.000	20.000–25.000	12.000–37.000
Schadstoffe im anfallenden Gas [mg/Nm³]
HCl		0,4	7
HF		0,1	< 0,2
H₂S		70–100	30–100
BTX		150	150
PAH		40; max 140	40, max. 300

Es ist bekannt, das anfallende Gas mittels Nassverfahren von Staub und Schadstoffen zu befreien, jedoch werfen solche Verfahren das Problem auf, anfallenden Schlamm und Waschwasser aufbereiten zu müssen.
In der chinesischen Patentanmeldung CN1818080 ist ein Verfahren zur trockenen Entstaubung eines aus Hochöfen stammendem Gasstromes offenbart. Dabei wird nach einer trockenen Vorabscheidung in einer Abscheidekammer der Gasstrom einer trockenen Entstaubung mittels filternder Abscheider unterzogen. Bei Betriebssituationen außerhalb des stationären Betriebes des Hochofens, beispielsweise beim Anfahren oder Herunterfahren, oder bei Abgastemperaturen unterhalb des Wasser- beziehungsweise Säuretaupunktes der im Gasstrom enthaltenen Feuchtigkeit kann bei derartigen Verfahren jedoch das Problem auftreten, dass das Filtermaterial der Abscheider verklebt und verstopft, weil im Gas mitgeführte Verbindungen, beispielsweise wässrige Feuchtigkeit oder organische Verbindungen, kondensieren. Das führt zu einem erheblichen Druckverlust am Filtermaterial sowie zu Verlust der Filterwirkung und kann den Tausch des Filtermaterials mit damit verbundenem Betriebsstillstand notwendig machen. Ist die Vorrichtung, in der die Entstaubung durchgeführt wird, wegen solcher Probleme nicht verfügbar, muss das staubbelastete Gas via Bypass ohne weitere Reinigung in die Umwelt entlassen werden. Solche Bypass-Situationen belasten die Umwelt und sind in vielen Industriestaaten nicht zulässig.
Um die Gefahr des Verklebens oder Verstopfens aufgrund von Taupunktunterschreitungen der Gastemperatur und damit verbundenen Kondensationen zu senken, sind in CN1818080 Wärmeaustauscher vorgesehen, die im Falle zu tiefer Temperatur des die Vorabscheidung verlassenden Gasstromes durchlaufen werden und die Gastemperatur über die Taupunkte heben. Maßnahmen zur Reinigung des Abgases von Schadstoffen werden in CN1818080 nicht ergriffen.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, für das bei der Roheisenerzeugung entstehende Abgas ein Verfahren zur trockenen Entstaubung bereitzustellen, bei dem die Gefahr des Verklebens und Verstopfens der Filter zur Entstaubung reduziert und gleichzeitig das Abgas von Schadstoffen gereinigt wird. Ebenso soll eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitgestellt werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur trockenen Entstaubung und trockenen Reinigung von staub- und schadstoffbelastetem Gas, wie in Roheisenerzeugungsaggregaten bei der Roheisenerzeugung oder in Eisenerzeugungsaggregaten bei der Eisenerzeugung anfallendem Gas oder in Kohlevergasungsanlagen produziertem Gas, bei dem ein aus diesem Gas bestehender Gasstrom
nach einer Vorabscheidung zur Abscheidung grober Feststoffteilchen einer Entstaubung unterzogen wird, bei welcher Entstaubung die im, gegebenenfalls bereits der Vorabscheidung unterworfenen, Gasstrom enthaltenen Feststoffpartikel aus dem Gasstrom abgeschieden werden,
und die Temperatur des Gasstromes vor der Entstaubung so eingestellt wird, dass seine Temperatur über 60°C, bevorzugt über 100°C, und weniger als eine Schaden an den die Entstaubung durchführenden Vorrichtungen hervorrufende Temperatur beträgt.
Das erfinderische Verfahren ist dadurch gekennzeichnet,
dass dem Gasstrom vor Beginn der Entstaubung Additiv zugegeben wird, wobei das Additiv Reagenz und gegebenenfalls Adsorptionsmittel enthält.
Ein Roheisenerzeugungsaggregat kann beispielsweise sein ein Hochofen, ein Reduktionsschacht oder Einschmelzvergaser entsprechend COREX^®- oder FINEX^®-Prozess. In solchen Aggregaten wird festes oder flüssiges Roheisen oder Stahlvorprodukt hergestellt.
Ein Eisenerzeugungsaggregat kann beispielsweise eine MIDREX^®-, eine HYL^®-Anlage oder eine auf COREX^®/FINEX^® Exportgas basierende Direktreduktionsanlage sein. In solchen Aggregaten wird Eisenschwamm oder brikettiertes Eisen hergestellt.
Bei der optional vorhandenen Vorabscheidung kann die Abscheidung von groben Feststoffteilchen, die im Gasstrom mitgeführt werden, beispielsweise in Schwerkraftkammern (Staubsack) oder Zyklonen erfolgen. Unter groben Feststoffteilchen sind dabei Feststoffteilchen mit Teilchendurchmessern > 10 μm zu verstehen.
Da die Vorabscheidung effektiv nur grobe Feststoffteilchen bis zur oben genannten Untergrenze der Größenordnung abtrennt, sind danach im Gasstrom diese Untergrenze unterschreitende Feststoffpartikel noch enthalten. Solche Feststoffpartikel inklusive Feinstaubpartikel ≤ 2,5 μm und, wenn keine Vorabscheidung durchgeführt wird, auch grobe Feststoffteilchen, werden bei der Entstaubung bis auf Staubkonzentrationen ≤ 5 mg/Nm³ aus dem Gasstrom entfernt.
Ist eine Vorabscheidung vorhanden, erfolgt die Einstellung der Temperatur des Gasstromes vor der Entstaubung gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens nach der Vorabscheidung.
Die Temperatur des Gases bei der Roheisenerzeugung oder der Eisenerzeugung schwankt, beispielsweise je nach verwendetem Verfahren, beziehungsweise in Abhängigkeit vom Auftreten instationärer Zustände des Verfahrens, beispielsweise Einsturz einer Materialsäule im Reduktions- oder Einschmelzschacht, Anfahr- und Abfahrsituation.
Die Entstaubung findet in filternden Vorrichtungen wie Gewebefiltern aus Glas- oder Kunstfaser wie etwa Aramid^® oder P84^® (Polyimidfaser) in Rundbauweise, Metall- oder Keramikfiltern statt.
Um die Vorrichtungen, in denen die Entstaubung durchgeführt wird, vor Kondensationsproblemen, die ein Verkleben des bei der Entstaubung abgeschiedenen Filterkuchens verursachen, und vor Temperaturspitzen des Gasstromes zu schützen, wird die Temperatur des Gasstromes vor der Entstaubung, nach der gegebenenfalls vorhandenen Vorabscheidung, so eingestellt, dass die Temperatur des der Entstaubung unterzogenen Gasstromes über 60°C, bevorzugt über 100°C, und weniger als eine Schaden an den die Entstaubung durchführenden Vorrichtungen hervorrufende Temperatur beträgt. Im Fall von Gewebefiltern hat die Temperatur unter 260°C, bevorzugt unter 200°C, zu liegen, da Gewebefilter bei Gastemperaturen über 260°C hitzebedingte Zersetzung des Filtergewebes erleiden. Im Fall von Keramik- oder Metallfiltern können Gastemperaturen bis zu 1000°C eingesetzt werden.
Bei der Roheisenerzeugung in Roheisenerzeugungsaggregaten oder bei der Eisenerzeugung in Eisenerzeugungsaggregaten anfallendes Gas enthält unter anderem Schwefelwasserstoff, Chlorwasserstoff, Fluorwasserstoff, Schwermetalle, organische Schadstoffe wie Dioxine/Furane, polycyclische Aromaten und andere Kohlenwasserstoffverbindungen. Diese umweltschädlichen Abgaskomponenten sind vor Entlassung des Abgases in die Umwelt so weit wirtschaftlich sinnvoll zu entfernen.
Erfindungsgemäß wird dem Gasstrom vor Beginn der Entstaubung Additiv als partikelförmiges trockenes Additiv oder als Suspension aus Additiv in Wasser zugegeben. Das Additiv enthält Reagenz und gegebenenfalls Adsorptionsmittel.
Das Reagenz wird so ausgewählt, dass es mit den im Abgas aus Roheisenerzeugungsanlagen enthaltenen Schadstoffen zu partikulären Produkten reagiert, die mittels Entstaubung aus dem Gasstrom entfernbar sind. Als Reagenz wird beispielsweise CaCO₃, Ca(OH)₂, Mg(OH)₂, Natriumbikarbonat verwendet, oder Mischungen aus zwei oder mehreren dieser Stoffe. Das Reagenz hat vornehmlich die Aufgabe saure Schadstoffkomponenten wie beispielsweise H₂S, HCl oder HF abzuscheiden.
Das Additiv kann auch organische oder/und anorganische Adsorptionsmittel enthalten, beispielsweise Herdofenkoks (HOK), Aktivkohle/-koks oder fein gemahlenen Zeolith. Durch das Adsorptionsmittel können im Abgas enthaltene Schadstoffe, wie etwa Schwermetalle oder organische Schadstoffe, durch Adsorption aus dem Gasstrom entfernt werden, wobei das durch Adsorption entstehende Produkt aus schadstoffbeladenem Adsorptionsmittel partikulär ist und daher auch bei der Entstaubung aus dem Gasstrom entfernbar ist.
Das Additiv kann auch ein Kalk-Kohle-Gemisch mit Zusatzstoffen sein, wie es etwa unter dem Markennamen Sorbalit^® bekannt ist.
Das partikelförmige Additiv beziehungsweise partikelförmige Reaktionsprodukte oder partikelförmige adsorptiv beladene Additiv-Bestandteile werden bei der Entstaubung wieder aus dem Gasstrom entfernt.
Das Additiv kann auch als Suspension in Wasser, beispielsweise Kalkmilch, in den Gasstrom eingedüst werden. Für die Zugabe in Suspension ist eine entsprechend hohe Gastemperatur > 150°C vorausgesetzt. Wird Additiv als Suspension in den Gasstrom zugegeben, so verdampft die Flüssigkeit im heißen Gasstrom, so dass das Additiv als partikelförmiges trockenes Additiv durch Entstaubung entfernbar ist.
Da bei der Zugabe als Suspension auch eine Gaskühlung stattfindet, kann diese Zugabeart mit Verfahrensschritten zur Einstellung der Gastemperatur gekoppelt werden.
Die erfindungsgemäße Zugabe von Additiv hat den Vorteil, dass im Gas enthaltene Schadstoffe gleichzeitig mit der Entstaubung des Gasstromes entfernbar sind.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sowohl Reagenz als auch Adsorptionsmittel im Gasstrom enthaltene Feuchtigkeit binden können und damit die Gefahr von Feuchtigkeitskondensation aus dem Gasstrom vermindert wird.
Zusätzlich ist es von Vorteil, dass das Additiv, beziehungsweise die bei Reaktion mit Reagenz oder Adsorption am Adsorptionsmittel entstandenen partikulären Produkte, an den filternd und abscheidend wirkenden Vorrichtungen zur Entstaubung abgeschieden wird und dadurch eine Beschichtung (Coating) dieser Vorrichtungen erfolgt. Diese Beschichtung aus abgeschiedenem Filterkuchen enthaltend Additiv trägt einerseits zur Entstaubung bei, da der Gasstrom sie durchlaufen muss. Andererseits schützt sie die filternd und abscheidend wirkenden Anlagenteile der Vorrichtungen zur Entstaubung, da der Abgasstrom erst dann auf diese trifft, nachdem die Beschichtung durchlaufen wurde. Die Gefahr des Verstopfens oder Verklebens der filternd und abscheidend wirkenden Anlagenteile der Vorrichtungen zur Entstaubung wird dadurch vermindert, denn organische gasförmige Inhaltsstoffe des Gasstromes oder Feuchtigkeit und/oder feine adhäsive Feststoffpartikel können zum Teil bereits in dem Filterkuchen abgeschieden werden. Die damit erzielte Schonung der Anlagenteile resultiert in verlängerter Lebensdauer-Standzeit.
Die Beschichtung durch Additiv wird zusammen mit dem sich im Verlauf der Entstaubung auf den filternd und abscheidend wirkenden Anlagenteilen der Vorrichtungen zur Entstaubung bildende Filterkuchen aus Staub periodisch entfernt; diese Entfernung ist weniger aufwändig und schwierig als die Entfernung von in die filternd und abscheidend wirkenden Anlagenteile der Vorrichtungen zur Entstaubung eingedrungenen Feststoffpartikeln.
Nach einer Ausführungsform wird die Zugabe von Additiv in Abhängigkeit von der Belastung des Gases mit Schadstoffen durchgeführt. Dabei wird der Gehalt an Schadstoffen gemessen und eine entsprechende Zugabe von Additiv ausgelöst beziehungsweise erhöht, wenn vom Betreiber vordefinierte Schwellenwerte im Rohbeziehungsweise Reingas überschritten werden. Dabei ist unter Rohgas das Gas vor der trockenen Reinigung zu verstehen, und unter Reingas das Gas nach der trockenen Reinigung. Bevorzugt ist es, dass einzelne Schadstoffarten betrachtet werden können. Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird die Art des Reagenzes im Additiv entsprechend dem Schadstoff gewählt, der betrachtet wird. Damit kann das für den betreffenden Schadstoff optimal geeignete Reagenz zugegeben werden. Entsprechend können die Kosten für Reagenzverbrauch minimiert sowie die anfallenden Mengen von bei der Entstaubung abgeschiedenen Feststoffpartikeln reduziert werden. Eine entsprechende weiterführende Verwertung wird dadurch erleichtert.
Ist eine Vorabscheidung vorhanden, wird dem Gasstrom gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vor Beginn der Entstaubung nach der Vorabscheidung Additiv zugegeben. Damit wird eine Entfernung von Additiv aus dem Gasstrom noch vor der Entstaubung vermieden. Ansonsten würde gegenüber einer Abscheidung bei der Entstaubung die Aufenthaltsdauer des Additives im Gasstrom vermindert und entsprechend die Reinigungskapazität des Additives weniger gut ausgenutzt werden. Da die Zugabe von Additiv in den Gasstrom erst nach der Vorabscheidung erfolgt, enthält das bei der Vorabscheidung erhaltene Material kein Additiv. Aufgrund der Abwesenheit von Additiv ist es besonders gut geeignet, einer Nutzung zugeführt zu werden. Weil das Material kein Additiv enthält, muss bei einer solchen Nutzung keine Rücksicht auf vorhandenes Additiv genommen werden. Beispielsweise kann die Nutzung eine zumindest teilweise Rückführung des Materials in den Prozess, bei dem das zu reinigende Gas anfällt, sein. Es kann aber auch in anderen Prozessen genutzt werden.
Wenn das zu reinigende Gas in Roheisenerzeugungsaggregaten bei der Roheisenerzeugung oder in Eisenerzeugungsaggregaten bei der Eisenerzeugung anfällt, enthält das bei der Vorabscheidung erhaltene Material eisenhaltigen Staub – einen wertvollen Rohstoff, der beispielsweise wieder in die Roheisenerzeugung oder Eisenerzeugung zurückgeführt werden kann. Wenn das zu reinigende Gas in Kohlevergasungsanlagen produziert wird, enthält das bei der Vorabscheidung erhaltene Material kohlenstoffhaltigen Staub – einen wertvollen Rohstoff, der beispielsweise wieder in die Kohlevergasungsanlage zurückgeführt werden kann.
Eine Vorabscheidung hat den Vorteil, dass Anlagenteile, die nach der Vorabscheidung von dem Gas durchströmt werden, weniger durch Kontakt mit Feststoffteilchen belastet werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit erreicht, dass selbst in Betriebszuständen wie dem Anfahren, Herunterfahren oder bei Betriebsstörungen der Roheisen- oder Eisenerzeugungsaggregate, während denen die Gefahr des Verstopfens oder Verklebens der filternd und abscheidend wirkenden Anlagenteile der Vorrichtungen zur Entstaubung aufgrund der Gefahr des Auskondensierens besonders groß ist, die Entstaubung im Vergleich zum Stand der Technik störungsfreier durchgeführt werden kann. Da also auch in solchen Betriebszuständen die Entstaubung und Schadstoffreinigung durchführbar ist, besteht kaum mehr die Notwendigkeit, staub- und schadstoffbelastetes Gas via Bypass in die Umwelt zu entlassen.
Nach einer Ausführungsform besteht das Additiv aus einer oder beiden der Komponenten Reagenz und Adsorptionsmittel, denn zusätzliche Bestandteile des Additivs, die nicht als Reagenz oder Adsorptionsmittel wirken, vermindern den pro Masseneinheit Additiv erzielbaren Effekt des Additivs.
Zugegebenes partikelförmiges trockenes Additiv hat eine Korngröße von 0,1 bis 200 μm Durch diesen Korngrößenbereich wird sichergestellt, dass sich das Additiv im Gasstrom homogen verteilt. Liegt ein wesentlicher Korngrößenanteil darüber wäre eine homogene Verteilung im Gasstrom schwierig, was zu geringen Abscheideraten bei der Entstaubung führen würde. Je kleiner die Korngröße des Additivs ist, desto größer ist seine spezifische Oberfläche. Je größer die spezifische Oberfläche ist, desto besser können die Vorgänge Reaktion mit und Adsorption von Schadstoffen sowie Bindung von Feuchtigkeit ablaufen.
Jedoch steigt der Preis des Additivs mit sinkender Korngröße, so dass der Einsatz von Additiv mit einer Korngröße unter 0,1 μm wirtschaftlich nicht mehr sinnvoll ist.
Das Abgas aus Roheisenerzeugungsaggregaten steht generell unter hohem Druck. Der absolute Druck der Abgase aus Roheisenerzeugungsaggregate beträgt zwischen 2 × 10⁵ Pa und 6 × 10⁵ Pa, also zwischen 2 und 6 bar. Dieser Druck muss bei der Zugabe des Additives in den Gasstrom überwunden werden. Das geschieht bevorzugterweise durch pneumatische Druckinjektion des Additivs.
Alternativ kann die Einbringung von trockenem Additiv auch über Schwerkraftdosierung erfolgen, wobei hier eine Abdichtung des Überdrucks nach außen beispielsweise mittels Zellradschleusen oder Doppelpendelklappen sicherzustellen ist.
Bei der Zugabe des Additives in den Gasstrom ist ein homogenes Verteilen des Additivs zu gewährleisten. Dies ist beispielsweise durch einen sogenannten statischen Mischer (bei Schwerkraftdosierung) oder eine entsprechende Anzahl an Eindüselanzen (bei Druckinjektion) realisierbar.
Das Einbringen von Suspensionen erfolgt bevorzugt durch Zweistoffdüsen, wobei die flüssige Suspension mittels Gas oder Dampf zerstäubt wird.
Die bei der Entstaubung an filternd und abscheidend wirkenden Vorrichtungen zur Entstaubung abgeschiedenen Feststoffpartikel werden periodisch von diesen Vorrichtungen entfernt. Unter den abgeschiedenen Feststoffpartikeln befindet sich auch Additiv, das noch mit im Abgas enthaltenen Schadstoffen reagieren, Schadstoffe adsorbieren oder Feuchtigkeit binden kann.
Daher wird nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Teilmenge der bei der Entstaubung als Filterkuchen abgeschiedenen Feststoffpartikel dem Gasstrom vor Beginn der Entstaubung, nach Abschluss der gegebenenfalls vorhandenen Vorabscheidung, zugegeben. Durch diese Rückführung von Additiv in den Gasstrom wird der pro Mengeneinheit Additiv erzielbare Effekt vergrößert, denn nach der erstmaligen Zugabe einer Stoffmenge Additiv noch nicht genutzte Reaktions-, Adsorptions- und Feuchtigkeitsbindungspotentiale können nach der erneuten Zugabe in den Gasstrom genutzt werden. Damit kann gegenüber einem Verfahren ohne Rückführung der gleiche Effekt mit weniger frischem Additiv erzielt werden, was automatisch die Menge an auszuschleusendem Filterkuchen senkt.
Die Zugabe erfolgt aufgrund des Abgasdruckes vorzugsweise mittels pneumatischer Druckinjektion, kann aber auch beispielsweise mittels Schwerkraftdosierung erfolgen.
Unter den von den filternd und abscheidend wirkenden Vorrichtungen zur Entstaubung abgeschiedenen Feststoffpartikeln befinden sich auch Kohlenstoffträger wie Kohlestaub, Herdofenkoks HOK, Sorbalit^®, und erzhaltiger Staub und eisenhaltiger Staub.
Um dieses Material in der Roheisenerzeugung oder Eisenerzeugung oder der Kohlevergasung zu nutzen, wird gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zumindest eine Teilmenge der bei der Vorabscheidung und/oder Entstaubung als Filterkuchen abgeschiedenen Feststoffpartikel als Ausgangsmaterial für die Roheisenerzeugung oder Eisenerzeugung oder für in Kohlevergasungsanlagen produziertes Gas verwendet. Das verbessert deren Wirtschaftlichkeit und verwertet die abgeschiedenen Feststoffpartikel auf einfachere Weise als es eine Deponierung wäre. Das Material kann aber beispielweise auch nach eventuellen Vorbehandlungsschritten im Stahlerzeugungsprozess (Konverter, Elektroofen) oder dem Sinterprozess verwertet werden.
Die Einstellung der Temperatur des der Entstaubung unterzogenen Gasstromes erfolgt nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels Verdampfungskühler. Das hat den Vorteil, dass die Temperatur auch über längere Zeiträume hinweg stabil auf eine Solltemperatur geregelt werden kann.
Nach einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Temperatureinstellung mittels Plattenwärmetauscher. Das hat den Vorteil, dass keine zusätzliche Wassereindüsung vorgesehen werden muss und die mittlere Gastemperatur beziehungsweise die fühlbare Wärme des Gases höher ist. Das erhöht beispielsweise den energetischen Wirkungsgrad einer nachgeschalteten Nutzung in einer Gasentspannungsturbine gegenüber einer Temperatureinstellung durch Verdampfungskühler.
Dabei gibt es generell zwei Ausführungsvarianten. Entweder wird das Gas nur bei Überschreitung der maximalen Betriebstemperatur der die Entstaubung durchführenden Vorrichtungen von beispielsweise 260°C über den Wärmespeicher geführt und bei Unterschreitung wieder daran vorbeigeführt, oder aber zwei Plattenwärmetauscher werden parallel geschaltet. Überschreitet die Austrittstemperatur des einen Wärmespeichers die maximale Betriebstemperatur, wird auf den anderen umgeschaltet, wobei in der Zwischenzeit der heiße Speicher beispielsweise mit Umgebungsluft rückgekühlt wird.
Kohlevergasungsanlagen, die beispielsweise als Festbettvergaser oder als Flugstromvergaser angelegt sein können, erzeugen ein Gas, das in seinen Eigenschaften, besonders bezüglich Staubfracht und Schadstoffbelastung, mit Gas aus Roheisen- und Eisenerzeugungsaggregaten vergleichbar ist. Gas aus Kohlevergasungsanlagen wird unter anderem bei der Roheisen- oder Eisenerzeugung als Reduktionsgas genutzt. Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens stammt das der trockenen Entstaubung und trockenen Reinigung zu unterziehende Gas aus einer Kohlevergasungsanlage.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient eine Vorrichtung mit einer einen Gasstrom aus einem Roheisenerzeugungsaggregat oder einem Eisenerzeugungsaggregat oder einer Kohlevergasungsanlage führenden Zufuhrleitung, in der eine Vorabscheidungsvorrichtung vorhanden ist, wobei sich die Zufuhrleitung an einer Verzweigung in eine Bypassleitung und in eine Primärgasleitung verzweigt,
mit mindestens einer Entstaubungsvorrichtung,
wobei die Primärgasleitung über eine Verbindungsleitung mit der Entstaubungsvorrichtung verbunden ist,
und wobei vor der Entstaubungsvorrichtung in der Zufuhrleitung oder der Primärgasleitung eine Vorrichtung zur Einstellung der Temperatur des Gasstromes vorhanden ist.
Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zur Zugabe von Additiv in der Primärgasleitung vorhanden ist, wobei sich die Vorrichtung zur Zugabe von Additiv zwischen der Verzweigung und der von der Verzweigung aus gesehen ersten Verbindungsleitung befindet.
Das Roheisenerzeugungsaggregat, dessen Abgas gereinigt und entstaubt werden soll, kann beispielsweise ein Hochofen, ein Reduktionsschacht oder Einschmelzvergaser entsprechend COREX^®- oder FINEX^®-Prozess sein.
Ein Eisenerzeugungsaggregat kann beispielsweise eine MIDREX^®-, eine HYL^®-Anlage oder eine auf COREX^®/FINEX^® Exportgas basierende Direktreduktionsanlage sein.
Die einen Gasstrom aus einem Roheisenerzeugungsaggregat oder einem Eisenerzeugungsaggregat führenden Zufuhrleitung ist mit dem Roheisenerzeugungsaggregat oder Eisenerzeugungsaggregat verbunden.
Die Vorabscheidungsvorrichtung umfasst beispielsweise Schwerkraftabsetzkammer, Zyklon, Hurriclon, Elektrofilter. Mit solchen Vorrichtungen lassen sich grobe Feststoffteilchen effektiv aus dem Gasstrom abtrennen.
Die Entstaubungsvorrichtung umfasst beispielsweise Rundfilter mit Filterschläuchen aus Textilgewebe, Keramik oder Metallgewebe. Mit solchen Vorrichtungen lassen sich feinste Feststoffpartikel < 10 μm effektiv aus dem Gasstrom abtrennen.
Derartige Vorabscheidungsvorrichtungen und Entstaubungsvorrichtungen sind unter dem Druck, unter dem das zu entstaubende Gas steht, arbeitsfähig.
Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung befindet sich die Vorrichtung zur Einstellung der Temperatur des Gasstromes zwischen der Vorabscheidungseinrichtung und der Entstaubungsvorrichtung,
Nach einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage ist die Vorrichtung zur Zugabe von partikelförmigem trockenem Additiv eine Vorrichtung zur pneumatischen Druckinjektion.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage ist die Vorrichtung zur Zugabe von Additiv eine Vorrichtung zur Schwerkraftdosierung Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Entstaubungsvorrichtung eine Vorrichtung zur Entnahme abgeschiedener Feststoffpartikel.
Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Vorabscheidungseinrichtung eine Vorrichtung zur Entnahme abgeschiedener Feststoffpartikel aus der Vorabscheidungseinrichtung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung geht von der Vorrichtung zur Entnahme abgeschiedener Feststoffpartikel eine Feststoffpartikelleitung aus, die vor der in Strömungsrichtung des Gasstromes gesehen, beziehungsweise von der Verzweigung in Bypassleitung und Primärgasleitung aus gesehen, ersten Verbindungsleitung in die Primärgasleitung mündet. Vorteilhafterweise ist die Mündung mit einer Vorrichtung zur pneumatischen Druckinjektion versehen, mittels derer die Feststoffpartikel gegen den Druck des Gasstromes in die Primärgasleitung eingebracht werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung geht von der Vorrichtung zur Entnahme abgeschiedener Feststoffpartikel und/oder von der Vorrichtung zur Entnahme abgeschiedener Feststoffpartikel aus der Vorabscheidungseinrichtung eine Zugabeleitung aus, die in eine Vorrichtung zur Zugabe von Material in das Roheisenerzeugungsaggregat oder das Eisenerzeugungsaggregat mündet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Vorrichtung zur Einstellung der Temperatur des Gasstromes einen Verdampfungskühler.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Vorrichtung zur Einstellung der Temperatur des Gasstromes einen Plattenwärmetauscher oder andere Arten von Wärmetauschern wie etwa Rohrbündel, Forced Draught (Zwangs)kühler, Lungstrom.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Vorrichtung zur Einstellung der Temperatur des Gasstromes einen Brenner. Mit einem Brenner kann eine Erhöhung der Temperatur des Gasstromes über die untere Grenze 60°C schnell – und im Allgemeinen apparativ einfach und einfach regelbar – erreicht werden.
Der Brennstoff, mit dem der Brenner versorgt wird, ist ein brennbares Gas beziehungsweise ein brennbares Gasgemisch. Bevorzugt ist es, zumindest einen Teil des bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen trocken entstaubten und trocken gereinigten Gases als Brennstoff für den Brenner zu verwenden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform führt die Zufuhrleitung einen Gasstrom aus einer mit ihr verbundenen Kohlevergasungsanlage.
Die vorliegende Erfindung löst auch die Aufgabe, eine Nutzung der in dem Gas enthaltenen Energie – beispielsweise zur Stromerzeugung in einer dem Entstaubungs- und Reinigungsverfahren nachgeschalteten Turbine, beispielsweise einer Entspannungsturbine, –, beziehungsweise der Bestandteile des Gases – beispielsweise in chemischen Verfahren – zu vereinfachen. Derartige Nutzungen werden durch die erfindungsgemäße Reinigung und Entstaubung vereinfacht, da die für diese Nutzungen verwendeten Anlagenteile weniger den Angriffen von Feststoffteilchen und Schadstoffen, die beispielsweise abrasiv und korrosiv wirken können, ausgesetzt sind.
Für den Fall, dass zur Einstellung der Temperatur des Gasstromes eine Aufheizung – beispielsweise mittels eines Brenners – notwendig ist, ist es vorteilhaft, die dabei zugeführte Wärmeenergie zumindest teilweise in einer der Entstaubung und Reinigung nachgeschalteten Nutzung der Wärmeenergie des Gases zurückzugewinnen.
Beispielsweise hat Gichtgas hat eine spezifische Wärmekapazität von ca 1,4 kJ/Nm³K – eine Erwärmung von rund 500.000 Nm³/h erfordert rund 200 kW/K Heizleistung. Um von den 60°C auf 100°C zu kommen sind 200·40 = circa 8 MW Heizleistung erforderlich, die beispielsweise durch Brenner oder Wärmetauscher Aufgebracht werden müssen. Über eine TRT-Gasentspannungsturbine können davon etwa 10 MW zurückgewonnen werden.
Ebenso löst die vorliegende Erfindung die Aufgabe, die in dem Gas enthaltenen Feststoffe und sonstige im Gas mitgeführte Stoffe einer Nutzung zugänglich zu machen, da die bei der Vorabscheidung, Entstaubung und Reinigung erhaltenen Materialien getrennt voneinander erhalten werden.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der angeschlossenen Figuren beispielhaft und schematisch dargestellt und anhand der folgenden Beschreibung erläutert.
1 zeigt eine Vorrichtung zur Ausführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
2 zeigt eine abgewandelte Version der Vorrichtung nach 1.
In einer Zufuhrleitung 1 der 1 wird ein Gasstrom aus in einem nicht dargestellten Roheisenerzeugungsaggregat, mit welchem die Zufuhrleitung 1 verbunden ist, bei der Roheisenerzeugung anfallendem Gas geführt. In der Zufuhrleitung 1 ist eine Vorabscheidungsvorrichtung 2, in diesem Fall ein Zyklon, vorhanden. Die bei der Vorabscheidung abgeschiedenen groben Feststoffteilchen mit einer Korngröße von 10 bis 200 μm können aus dem Zyklon entnommen werden, was durch einen vom Zyklon ausgehenden Pfeil dargestellt ist. Das aus dem Zyklon entnommene Material enthält kein Additiv. Es enthält eisenhaltigen Staub – einen wertvollen Rohstoff –, der aufgrund der Abwesenheit von Additiv besonders gut geeignet ist, in das nicht dargestellte Roheisenerzeugungsaggregat eingebracht zu werden. Weil das Material kein Additiv enthält, wird bei einer solchen Einbringung kein Additiv in das Roheisenerzeugungsaggregat eingebracht. An der Verzweigung 3 verzweigt sich die Zufuhrleitung 1 in eine Bypassleitung 4, die in einen Kamin 5 mündet, und in eine Primärgasleitung 6. Die Primärgasleitung 6 ist mit drei Verbindungsleitungen 7,8,9 verbunden, die ihrerseits in jeweils eine Entstaubungsvorrichtung 10, 11, 12 münden. Durch die Primärgasleitung 6 und die Verbindungsleitungen 7, 8, 9 wird der bereits der Vorabscheidung unterzogene Gasstrom in die Entstaubungsvorrichtung 10, 11, 12 geleitet. Zwischen der Vorabscheidungsvorrichtung 2 und der Verzweigung 3 ist in der Primärgasleitung 6 eine Vorrichtung zur Einstellung des Temperatur des aus der Vorabscheidungsvorrichtung ausgeleiteten Gasstromes vorhanden, in diesem Fall ein Arrangement von parallel geschalteten Plattenwärmetauschern 21a und 21b.
Überschreitet die Austrittstemperatur des einen Plattenwärmetauschers die für die Entstaubungsvorrichtungen maximal zulässige Gastemperatur, wird auf den anderen umgeschaltet, wobei in der Zwischenzeit der heiße Plattenwärmetauscher beispielsweise mit Umgebungsluft rückgekühlt wird.
Zwischen der Vorabscheidungsvorrichtung 2 und den Entstaubungsvorrichtungen 10, 11, 12 ist in der Primärgasleitung 6 eine weitere Vorrichtung zur Einstellung des Temperatur des aus der Vorabscheidungsvorrichtung ausgeleiteten Gasstromes vorhanden, in diesem Fall ein Verdampfungskühler 13, in dem der Gasstrom mit Wasser und/oder Additivsuspension behandelt wird. Weiterhin ist in der Primärgasleitung 6 eine Vorrichtung zur Zugabe von partikelförmigem trockenem Feststoff Additiv 14, in diesem Fall eine Vorrichtung zur pneumatischen Druckinjektion, vorhanden. Diese ist hinter dem Plattenkühler und vor dem Verdampfungskühler angeordnet. Die Zugabe von Additiv ist durch einen Pfeil symbolisiert. Die Entstaubungsvorrichtungen 10, 11, 12 umfassen Vorrichtungen zur Entnahme abgeschiedener Feststoffpartikel 15, 16, 17. Über die von diesen ausgehende Feststoffpartikelleitung 18, welche vor der in Strömungsrichtung des Gasstromes beziehungsweise von der Verzweigung 3 aus gesehen ersten Verbindungsleitung 7 in die Primärgasleitung 6 mündet, werden bei der Entstaubung abgeschiedene Feststoffpartikel dem Gasstrom zugegeben. Die Zugabe erfolgt über eine hier nicht dargestellte Vorrichtung zur pneumatischen Druckinjektion.
Das in Roheisenerzeugungsaggregaten bei der Roheisenerzeugung oder in Eisenerzeugungsaggregaten bei der Eisenerzeugung anfallende, erfindungsgemäß entstaubte und gereinigte Gas kann in der Entstaubung nachgeschalteten Prozessen wie beispielsweise Winderhitzern, Koksofenanlagen, Rohstofftrocknungsanlagen wie beispielsweise Kohletrocknungsanlage oder Feinkohletrocknungsanlage, Dampfkraftwerken, Gas- und Dampfkraftwerken, thermisch genutzt werden. Es kann auch im internen Prozess der Roheisen- oder Eisenerzeugung als Reduktionsgas nach Gasaufbreitung, beispielsweise durch CO₂ Reformierung mit Erdgas, oder CO₂ Entfernung, genutzt und wieder in den Prozess der Roheisen- oder Eisenerzeugung rückgeführt werden. In der in der Figur dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird das entstaubte und gereinigte Gas in einem nachgeschalteten Prozess genutzt. Über die Exhaustleitung 19, die in alle Entstaubungsvorrichtungen mündet, wird das der Entstaubung unterzogene Abgas, das unter einem Druck zwischen 2–6 × 10⁵ Pa, also 2 bis 6 bar, steht, zu einer Gasentspannungsturbine (TRT) 20 geleitet. In dieser wird die Druckenergie des Abgases zur Stromerzeugung genutzt. Durch die Bypassleitung 5 wird der Gasstrom nur im Fall von Betriebsstörungen der Entstaubungsvorrichtungen geleitet.
2 zeigt eine Vorrichtung nach 1 mit folgenden Unterschieden zu 1. Ein Verdampfungskühler ist nicht vorhanden. Eine Vorrichtung zur Entnahme abgeschiedener Feststoffpartikel aus der Vorabscheidungseinrichtung 22 ist eingezeichnet. Auf die Darstellung ihrer Mündung in eine Vorrichtung zur Zugabe von Material in das Roheisenerzeugungsaggregat, aus dem der Gasstrom stammt, wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet. In Strömungsrichtung des Gasstromes gesehen vor dem Plattenwärmeaustauscher 21a, 21b ist ein Brenner 23 in der Zufuhrleitung 1 als Teil einer Vorrichtung zur Einstellung der Temperatur des Gasstromes. Die durch den Brenner zugeführte Wärmeenergie wird in der Gasentspannungsturbine, dem nachgeschalteten Aggregat zur Nutzung der Wärmeenergie des gereinigten und entstaubten Gases, bei Verstromung und energetischer Nutzung zum Teil genutzt. Das macht das Verfahren wirtschaftlicher.
Bezugszeichenliste

1: Zufuhrleitung
2: Vorabscheidungsvorrichtung
3: Verzweigung
4: Bypassleitung
5: Kamin
6: Primärgasleitung
7, 8, 9: Verbindungsleitung
10, 11, 12: Entstaubungsvorrichtung
13: Vorrichtung zur Einstellung der Temperatur des Gasstromes
14: Vorrichtung zur Zugabe von Additiv
15, 16, 17: Vorrichtung zur Entnahme abgeschiedener Feststoffpartikel
18: Feststoffpartikelleitung
19: Exhaustleitung
20: Gasentspannungsturbine (TRT)
21a und 21b: Plattenwärmetauscher
22: Vorrichtung zur Entnahme abgeschiedener Feststoffpartikel aus der Vorabscheidungseinrichtung
23: Brenner

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

CN 1818080 [0005, 0006, 0006]

Claims

System zur trockenen Entstaubung und trockenen Reinigung von in Roheisenerzeugungsaggregaten bei der Roheisenerzeugung oder in Eisenerzeugungsaggregaten bei der Eisenerzeugung anfallendem Gas staub- und schadstoffbelastetem Gas, umfassend eine einen Gasstrom aus einem Roheisenerzeugungsaggregat oder einem Eisenerzeugungsaggregat führende Zufuhrleitung (1), in der eine Vorabscheidungsvorrichtung (2) vorhanden ist, wobei sich die Zufuhrleitung (1) an einer Verzweigung (3) in eine Bypassleitung (4) und in eine Primärgasleitung (6) verzweigt, umfassend mindestens eine Entstaubungsvorrichtung (10, 11, 12), wobei die Primärgasleitung (6) über eine Verbindungsleitung (7, 8, 9) mit der Entstaubungsvorrichtung (10, 11, 12) verbunden ist, und umfassend eine Vorrichtung zur Einstellung der Temperatur des Gasstromes (13) vor der Entstaubungsvorrichtung (10, 11, 12) in der Zufuhrleitung (1) oder der Primärgasleitung (6), dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zur Zugabe von Additiv (14) in der Primärgasleitung vorhanden ist, wobei sich die Vorrichtung zur Zugabe von Additiv (14) zwischen der Verzweigung (3) und der von der Verzweigung (3) aus gesehen ersten Verbindungsleitung (7, 8, 9) befindet.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Zugabe von Additiv (14) eine Vorrichtung zur pneumatischen Druckinjektion ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Zugabe von Additiv (14) eine Vorrichtung zur Schwerkraftdosierung ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Entstaubungsvorrichtung (10, 11, 12) eine Vorrichtung zur Entnahme abgeschiedener Feststoffpartikel (15, 16, 17) umfasst.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorabscheidungseinrichtung (2) eine Vorrichtung zur Entnahme abgeschiedener Feststoffpartikel aus der Vorabscheidungseinrichtung (22) umfasst.
System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass von der Vorrichtung zur Entnahme abgeschiedener Feststoffpartikel (15, 16, 17) eine Feststoffpartikelleitung (18) ausgeht, die vor der von der Verzweigung (3) aus gesehen ersten Verbindungsleitung (7) in die Primärgasleitung (6) mündet.
System nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass von der Vorrichtung zur Entnahme abgeschiedener Feststoffpartikel (15, 16, 17) und/oder von der Vorrichtung zur Entnahme abgeschiedener Feststoffpartikel aus der Vorabscheidungseinrichtung (22) eine Zugabeleitung ausgeht, die in eine Vorrichtung zur Zugabe von Material in das Roheisenerzeugungsaggregat oder das Eisenerzeugungsaggregat mündet.
System nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Einstellung der Temperatur des Gasstromes (13) einen Verdampfungskühler und/oder einen Plattenwärmetauscher (21a, 21b) umfasst.
System nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Einstellung der Temperatur des Gasstromes (13) einen Brenner (23) umfasst.