Verfahren zur Gaserzeugung und Metallgewinnung in einem Schmelzbadreaktor, insbesondere Eisenbadreaktor

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Gaserzeugung und Metallgewinnung in einem Schmelzbadreaktor, insbesondere Eisenbadreaktor, bei dem

- zur Gaserzeugung ein kohlenstoffhaltiger Brennstoff und Sauerstoff in ein schmelzflüssiges Badmaterial, insbesondere ein Metallbad, wie z. B. ein Eisenbad, des Schmelbadreaktors eingeleitet werden, wodurch ein im wesentlichen aus CO und H₂ bestehendes Kohlegas erzeugt wird, und

- zur Metallgewinnung Metallträger in das Schmelzbad eingegeben werden.

[0002] Bei diesem, aus der DE-OS 30 31 680 der Anmelderin bekannten Verfahren wird gleichzeitig neben der Erzeugung eines Kohlegases im Eisen- bzw. Stahlbadreaktor flüssiges Eisen (Roheisen) erzeugt. Das metallische Badmaterial, hier Eisen, und das zu erzeugende Metall sind identisch. Um auch Brennstoffe mit geringerem Kohlenstoffgehalt, insbesondere minderwertige Kohle, vergasen zu können, ist in der DE-OS 30 31 680 bereits auf die Möglichkeit einer zumindest teilweisen Nachverbrennung des erzeugten Kohlegases hingewiesen. Die dabei erzeugte Wärme wird dem Schmelzbad zugeführt, das dadurch auf Betriebstemperatur gehalten wird und nicht abkühlt. Um einen eventuellen Schwefelgehalt im erzeugten Kohlegas zu verringern, wird eine überschüssige Schlackenmenge von hoher Basizität in den Schmelzbadreaktor eingegeben, oder es wird Kalk der Schmelze zugeführt.

[0003] _Kohlevergasungsverfahren im Eisenbadreaktor sind bereits seit langem bekannt. So ist in der österreichischen Patentschrift 75 029 bereits ein Verfahren zur Kohlegaserzeugung bekannt, bei dem flüssige Schlacke abgeführt wird. Weiterhin sind Kohlevergasungsverfahren beispielsweise aus der DE-OS 19 55 115 und der Veröffentlichung in "Stahl und Eisen", 1980, S. 535 ff. bekannt. Auch die letztere Veröffentlichung lehrt ein Verfahren zur gleichzeitigen Erzeugung eines Kohlegases und eines Metalls, nämlich Stahl.

[0004] Schließlich sind aus der DE-PS 450 460 und der DE-AS 10 40 734 Verfahren zum Vergasen von Brennstoffen in einem Schmelzbadreaktor bekannt, bei denen als schmelzflüssiges Badmaterial ein Schlackenbad eingesetzt wird. Eine Metallgewinnung findet jedoch nicht statt.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, das bekannte Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend abzuwandeln und zu verbessern, daß eine Gewinnung anderer und insbesondere wertvollerer Metalle als Eisen sowie umweltproblematischer Metalle möglich ist.

[0006] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß als kohlenstoffhaltiger Brennstoff zumindest teilweise Brennstoffe in das schmelzflüssige Badmaterial eingeleitet werden, die einen zumindest geringen Anteil an dem zu gewinnenden Metall haben.

[0007] Das bekannte Verfahren zur Gaserzeugung und Metallgewinnung der eingangs genannten Art, insbesondere also Eisenbadvergasungsverfahren, wird dadurch zur wirtschaftlichen Gewinnung gering konzentrierter Wertmetalle oder zur Beseitigung umweltschädlicher Metalle eingesetzt. Das hohe, reduktive Potential des Eisenbades wird vorteilhaft genutzt, um die Verbrennungsrückstände des eingesetzten, metallführenden Brennstoffs vom gewonnenen Metall zu trennen. Bei der Vergasung sammelt sich die Asche in der Schlackenschicht des Eisenbadreaktors an, das gewonnene Metall verbleibt dagegen im Metallbad, insbesondere Eisenbad. Asche.und gewonnenes Metall sind somit voneinander getrennt und können getrennt abgezogen werden. Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt dabei darin, daß sich das gewonnene Metall in der Schmelze des Badmaterials anreichert und erst nach Erreichen einer gewünschten Konzentration abgezogen wird.

[0008] Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung lassen sich Petrolkokse mit merklichen Gehalten an beispielsweise Nickel oder Vanadium unter gleichzeitiger Gewinnung dieser Metalle vergasen. Eben dasselbe gilt für ölschiefer, deren anderweitige Nutzung unrentabel ist oder die in ihrer Mineralsubstanz hohe Gehalte an Metallen enthalten, die auf andere Weise nicht wirtschaftlich gewonnen werden können.

[0009] Neben dieser Aufbereitung von Naturstoffen ist aber insbesondere auch die Weiterverarbeitung von Produkten wie Klärschlämmen und Industriemüll mit mäßigen Anteilen an brennbarer Substanz vorteilhaft, weil sich einerseits - neben dem Wärmegewinn - Metalle wie beispielsweise Kupfer, Zink o. dgl. aus Shredder-Müll usw. gewinnen lassen, andererseits aber umweltproblematische Schwermetalle aus brennbaren Klärschlämmen abtrennen lassen, so daß die Umweltbelastung durch derartige Schwermetalle verringert wird.

[0010] Insgesamt lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren alle Materialien unter Gewinnung von Kohlegas und Metall verarbeiten, die einerseits einen gewissen Heizwert haben, andererseits aber in irgendeiner Form mit dem zu gewinnenden Metall versetzt oder verunreinigt sind.

[0011] Obwohl in vorteilhafter Durchführung des Verfahrens angestrebt wird, daß sich das zu gewinnende Metall im Schmelzbad, also insbesondere im Eisenbad, abscheidet und während eines längeren Betriebs anreichert, wird diese gewünschte Verfahrensführung nicht immer zu erzielen sein. Gegebenenfalls wird sich das zu gewinnende Material in der Schlacke anreichern. Auch ist praktisch niemals auszuschließen, daß sich das zu gewinnende Metall partikelhaft im Staub befindet, der vom erzeugten Kohlegas mitgeführt wird. Es ist bekannt, daß sich in Brennflecken des Schmelzbades Gasblasen bilden, die aufgrund des Dampfdrucks des Metalls bei der Vergasungstemperatur stets auch einen Anteil an gasförmigem Metall mit sich führen. Dieser Metalldampf kondensiert oder sublimiert zu kleinen Flittern oder Tröpfchen, die im erzeugten Kohlegas schweben. Es kann daher vorteilhaft sein, diesen Metallstaub aus dem allgemeinen Staub über geeignete Verfahren herauszuholen.

[0012] Wenn sich das zu gewinnende Metall merklich in der Schlacke löst, muß ein geeignetes Aufbereitungsverfahren für die so angereicherte Schlacke nachgeschaltet werden. Hierbei ist auf die speziellen Gegebenheiten der jeweiligen Verfahrensdurchführung abzustellen.

[0013] Falls der erfindungsgemäß eingesetzt_e,kohlenstoffhaltige und zugleich metallführende Brennstoff einen zu geringen Heizwert hat, um durch seine Vergasung die Temperatur des Schmelzbadreaktors aufrechterhalten zu können, werden zusätzlich höherwertige Brennstoffe, insbesondere Kohle, in den Schmelzbadreaktor eingeleitet. Ebenso kann auch eine Nachverbrennung des erzeugten Kohlegases, wie sie beispielsweise in der genannten DE-OS 30 31 680 beschrieben ist, Verwendung finden. Die Nachverbrennung des erzeugten Kohlegases kann dabei soweit durchgeführt werden, daß praktisch das gesamte erzeugte Kohlegas nachverbrannt wird, um die zum Betrieb des Reaktors notwendige Wärme dem Schmelzbad zuführen zu können, wenn das zu gewinnende Metall ausreichend wertvoll ist und sich auf diese Weise wirtschaftlich erzeugen läßt.

[0014] Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Vergasungsprozesses eignen sich die aus den genannten Veröffentlichungen bekannten Schmelzbadreaktoren. Diese sind gegebenenfalls mit Einrichtungen zum Abziehen des gewonnenen Metalls auszurüsten.

[0015] Zusammenfassend läßt sich mit dem Vergasungsverfahren vorzugsweise in einem Eisenbad nach der Erfindung nicht nur ein kohlenstoffhaltiger Brennstoff, insbesondere Kohle oder Koks, vergasen und zugleich ein Eisenträger reduktiv aufarbeiten, sondern es wird unter Ausnutzung der reduktiven Hochtemperaturatmosphäre des Schmelzbadreaktors die Gewinnung wertvoller Metalle möglich, die in vielen, zur Zeit als minderwertig angesehenen Energieträgern oder Abprodukten in geringer, nach dem gegenwärtigen Stand der Technik als unwirtschaftlich angesehener Konzentration enthalten sind. Als Hauptprodukte erscheinen neben dem als Brenn- oder Synthesegas einsetzbaren Kohlegas nunmehr zusätzlich Wertmetallkonzentrate. Da das Verfahren keine besonderen Anforderungen an den Vergasungsstoff stellt, können auch minderwertige Energieträger, bis hin zu Abfällen wie beispielsweise Klärschlämmen, wirtschaftlich in ein hochwertiges Rohgas umgewandelt werden.

[0016] Als Badmaterial für den Schmelzbadreaktor kommt, wie oben hervorgehoben wurde, insbesondere ein unedles Metall, wie beispielsweise Eisen, infrage. Weiterhin erscheint neben dem bevorzugten Eisenbad der Einsatz eines Blei- oder eines Aluminiumbades möglich. Die Wahl des Badmaterials wird dabei vor allem unter Berücksichtigung des zu gewinnenden normalerweise vom Badmaterial verschiedenen Metalls erfolgen, wobei die Betriebstemperatur zu beachten ist.

Ansprüche

1. Verfahren zur Gaserzeugung und Metallgewinnung in einem Schmelzbadreaktor, insbesondere Eisenbadreaktor, bei dem

- zur Gaserzeugung ein kohlenstoffhaltiger Brennstoff und Sauerstoff in ein schmelzflüssiges Badmaterial, insbesondere ein Metallbad wie z. B. ein Eisenbad, des Schmelzbadreaktors eingeleitet werden, wodurch ein im wesentlichen aus CO und H₂ bestehendes Kohlegas erzeugt wird, und

- zur Metallgewinnung Metallträger in das Schmelzbad eingegeben werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß als kohlenstoffhaltiger Brennstoff zumindest teilweise, Brennstoffe in das schmelzflüssige Badmaterial eingeleitet werden, die einen zumindest geringen Anteil an dem zu gewinnenden Metall haben.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das zu gewinnende Metall sich in der Schmelze des Badmaterials, insbesondere im Eisenbad, löst und anreichert und nach Erreichen einer bestimmten Konzentration getrennt vom Badmaterial oder mit diesem zusammen aus dem Reaktorgefäß abgezogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem als Badmaterial ein Metall verwendet wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß dieses Metall des Bades unedler ist als das zu gewinnende Metall.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das erzeugte Kohlegas innerhalb des Reaktorgefäßes zumindest teilweise unter Zugabe von Sauerstoff nachverbrannt wird.