DE102016122083A1 - Method and device for operating a direct reduction reactor for the production of directly reduced iron from iron ore - Google Patents

Method and device for operating a direct reduction reactor for the production of directly reduced iron from iron ore Download PDF

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Simon Kroop
Alexander Redenius
Ralph Schaper
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Salzgitter Flachstahl GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Direktreduktionsreaktors (1) zur Herstellung von direktreduziertem Eisen (2) aus Eisenerz (3), wobei das bei der Herstellung von direktreduziertem Eisen (2) entstehende CO- und HO-haltige Gichtgas (4) aus dem Direktreduktionsreaktor (1) entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das CO- und HO-haltige Gichtgas (4) einer Hochtemperaturelektrolysezelle (5) zugeführt wird, in welcher mittels Co-Elektrolyse CO und Henthaltendes Synthesegas (6) und Sauerstoff (7) erzeugt werden.The invention relates to a method for operating a direct reduction reactor (1) for producing direct-reduced iron (2) from iron ore (3), wherein in the production of direct-reduced iron (2) resulting CO and HO-containing blast furnace gas (4) from the Direct reduction reactor (1) is removed, characterized in that the CO and HO-containing top gas (4) of a high-temperature electrolysis cell (5) is supplied, in which by co-electrolysis CO and Henthaltendes synthesis gas (6) and oxygen (7) are generated ,

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Direktreduktionsreaktors zur Herstellung von direktreduziertem Eisen aus Eisenerz. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dabei im Vergleich zu bekannten Verfahren zur Herstellung von direktreduziertem Eisen insbesondere durch eine erhöhte Prozessökonomie aus, dadurch, dass konventionell erforderliche Verfahrensschritte eingespart werden können, sowie durch eine umweltfreundliche und Ressourcen schonende Verfahrensführung.The present invention relates to a method and an apparatus for operating a direct reduction reactor for the production of direct-reduced iron from iron ore. The inventive method is characterized in comparison to known methods for the production of direct-reduced iron in particular by an increased process economy, characterized in that conventionally required process steps can be saved, and by an environmentally friendly and resource-friendly process management.

Stand der TechnikState of the art

Im Stand der Technik wird direkt reduziertes Eisen insbesondere durch das ENERGIRON ZR-Verfahren (HYL-III-Verfahren) oder durch das MIDREX-Verfahren gewonnen. Bei beiden vorgenannten Verfahren werden stückige Eisenerze nach dem Gegenstromprinzip von einem Reduktionsgasgemisch reduziert. Der wesentliche Unterschied zwischen dem ENERGIRON ZR-Verfahren und dem MIDREX-Verfahren besteht dabei darin, dass das Reduktionsgasgemisch bei dem ENERGIRON ZR-Verfahren durch Spaltung von Erdgas direkt in dem Direktreduktionsreaktor erzeugt wird, während die Reduktionsgaserzeugung im MIDREX-Verfahren in einem dem Direktreduktionsreaktor vorgeschalteten Gasreformator erfolgt.In the prior art directly reduced iron is obtained in particular by the ENERGIRON ZR method (HYL III method) or by the MIDREX method. In both of the aforementioned methods lumpy iron ores are reduced by the countercurrent principle of a reducing gas mixture. The main difference between the ENERGIRON ZR process and the MIDREX process is that the reducing gas mixture is generated in the ENERGIRON ZR process by splitting natural gas directly into the direct reduction reactor, while the reduction gas production in the MIDREX process is located upstream of the direct reduction reactor Gas reformer takes place.

Das bei der Herstellung von direkt reduziertem Eisen in dem Direktreduktionsreaktor entstehende Gichtgas wird gemäß dem ENERGIRON ZR-Verfahren zum Abtrennen des enthaltenen Wassers gequenscht und dabei herabgekühlt. Nach einem weiteren Reinigungsschritt wird mit Hilfe von Aminen das im Gichtgas enthaltene CO2 herausgewaschen.The blast furnace gas resulting from the production of directly reduced iron in the direct reduction reactor is quenched and cooled down according to the ENERGIRON ZR method for separating the water contained therein. After a further purification step, the CO 2 contained in the blast furnace gas is washed out with the aid of amines.

Gemäß dem MIDREX-Verfahren wird zwar auf den Schritt der CO2-Wäsche verzichtet, dafür ist bei diesem Verfahren allerdings ein zusätzlicher Schritt für die Spaltung des eingesetzten Erdgases und des rückgeführten, CO2-haltigen Prozessgases in einem separaten Reformator erforderlich.According to the MIDREX process, although the step of CO 2 scrubbing is dispensed with, this process requires an additional step for the splitting of the natural gas used and the recirculated, CO 2 -containing process gas in a separate reformer.

Ebenfalls bekannt, jedoch nicht im Zusammenhang mit der Herstellung von direktreduziertem Eisen, ist das Verfahren der Co-Elektrolyse in einer Festoxid-Elektrolysezelle. So wird beispielsweise in Journal of The Electrochemical Society, 159 (8) F482-F489 (2012) die Co-Elektrolyse von H2O und CO2 zu H2, CO und O2 beschrieben.Also known, but not in connection with the production of direct reduced iron, is the process of co-electrolysis in a solid oxide electrolysis cell. For example, in the Journal of The Electrochemical Society, 159 (8) F482-F489 (2012), the co-electrolysis of H 2 O and CO 2 to H 2 , CO and O 2 is described.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein alternatives Verfahren zum Betreiben eines Direktreduktionsreaktors zur Erzeugung von direkt reduziertem Eisen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen, wobei sich das Verfahren bevorzugt durch einen gegenüber konventioneller Verfahrensführung reduzierten Energiebedarf sowie durch einen geringeren Bedarf an fossilen Brennstoffen und durch eine geringere CO2-Emission auszeichnet.The object of the invention is to provide an alternative method for operating a direct reduction reactor for producing directly reduced iron and an apparatus for carrying out the method, the method preferably being characterized by a reduced compared to conventional process energy requirements and by a lower demand for fossil fuels and characterized by a lower CO 2 emission.

Allgemeine Beschreibung der ErfindungGeneral description of the invention

Die Erfindung löst diese Aufgabe bezüglich des Verfahrens mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 7 insbesondere durch Bereitstellung eines Verfahrens zum Betreiben eines Direktreduktionsreaktors zur Herstellung von direktreduziertem Eisen aus Eisenerz, wobei das bei der Herstellung von direkt reduziertem Eisen entstehende CO2- und H2O-haltige Gichtgas aus dem Direktreduktionsreaktor entfernt und einer Hochtemperaturelektrolysezelle zugeführt wird, in welcher mittels Co-Elektrolyse CO und H2 enthaltendes Synthesegas und Sauerstoff erzeugt werden. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung wird durch die Ansprüche 8 bis 9 angegeben.The invention solves this object with respect to the method with the features of claims 1 to 7, in particular by providing a method for operating a direct reduction reactor for the production of direct reduced iron from iron ore, wherein the resulting in the production of directly reduced iron CO 2 - and H 2 O. containing blast furnace gas from the direct reduction reactor and is fed to a high-temperature electrolysis cell, in which co-electrolysis of CO and H 2 containing synthesis gas and oxygen are generated. A device according to the invention is specified by the claims 8 to 9.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird Eisenerz wie auch in konventionellen Verfahren zur Herstellung von direkt reduziertem Eisen von oben in einen Direktreduktionsreaktor gegeben und im Gegenstrom mit Reduktionsgas, insbesondere Erdgas und/oder Synthesegas kontaktiert. Infolge der Reduktion des Eisenerzes zu direkt reduziertem Eisen wird das Reduktionsgas selbst oxidiert, im Wesentlichen zu CO2 und H2O, welche im oberen Teil des Reaktors als Gichtgas aus diesem entfernt werden. Das CO2- und H2O-haltige Gichtgas enthält in der Regel außerdem noch H2, CO, N2 sowie CH4. Es weist eine Temperatur von ca. 450 °C und einen Druck von ca. 6-8 bar auf.In the process according to the invention, iron ore, as in conventional processes for the production of directly reduced iron, is introduced from above into a direct reduction reactor and contacted in countercurrent with reducing gas, in particular natural gas and / or synthesis gas. As a result of the reduction of the iron ore to directly reduced iron, the reducing gas itself is oxidized, essentially to CO 2 and H 2 O, which are removed from it in the upper part of the reactor as blast furnace gas. The CO 2 - and H 2 O-containing top gas usually also contains H 2 , CO, N 2 and CH 4 . It has a temperature of about 450 ° C and a pressure of about 6-8 bar.

Anders als bei konventionellen Verfahren wird das CO2- und H2O-haltige Gichtgas nach dem Verlassen des Direktreduktionsreaktors erfindungsgemäß jedoch nicht zwecks Wasserentfernung gequenscht und auch nicht zwecks CO2-Entfernung einer Aminwäsche unterzogen, sondern das CO2- und H2O-haltige Gichtgas wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren einer Hochtemperaturelektrolysezelle zugeführt, in welcher aus dem CO2- und H2O-haltigen Gas mittels Co-Elektrolyse Synthesegas, d.h. CO und H2, sowie Sauerstoff erzeugt werden.Unlike conventional methods, the CO 2 - and H 2 O-containing top gas after leaving the direct reduction reactor according to the invention but not quenched for the purpose of water removal and not subjected to CO 2 removal of an amine scrubbing, but the CO 2 - and H 2 O- containing top gas is fed in the inventive method of a high-temperature electrolysis cell, in which from the CO 2 - and H 2 O-containing gas by co-electrolysis synthesis gas, ie CO and H 2 , and oxygen are generated.

Die Hochtemperaturelektrolysezelle ist bevorzugt eine Festoxid-Elektrolysezelle, welche einen Elektrolyten aufweist, der bei höheren Temperaturen, insbesondere bei Temperaturen oberhalb von 800-900 °C ionenleitfähig ist. Insbesondere ist der Elektrolyt bei den vorgenannten Temperaturen leitfähig für Sauerstoffionen.The high-temperature electrolysis cell is preferably a solid-oxide electrolysis cell which has an electrolyte which is ion-conductive at higher temperatures, in particular at temperatures above 800-900 ° C. In particular, the electrolyte is conductive at the aforementioned temperatures for oxygen ions.

Optional wird das CO2- und H2O-haltige Gichtgas vor der Zuführung zur Hochtemperaturelektrolysezelle vorgereinigt, z.B. in einer Einrichtung zur Vorreinigung. Bei der Vorreinigung werden insbesondere Staubpartikel entfernt, weshalb die Einrichtung zur Vorreinigung bevorzugt ein Staubfilter ist. Optionally, the CO 2 - and H 2 O-containing top gas is pre-cleaned before being fed to the high-temperature electrolysis cell, for example in a device for pre-cleaning. In the pre-cleaning in particular dust particles are removed, which is why the device for pre-cleaning is preferably a dust filter.

Da das CO2- und H2O-haltige Gichtgas beim Verlassen des Direktreduktionsreaktors eine Temperatur von etwa 450 °C aufweist, wird dieses vor der Zuführung zur Hochtemperaturelektrolysezelle vorzugsweise erwärmt, insbesondere auf Temperaturen oberhalb von 800 °C, z.B. auf 850-1000 °C und bevorzugt auf etwa 900-950 °C. Die Erwärmung des CO2- und H2O-haltigen Gichtgases kann z.B. in einer Einrichtung zur Nacherwärmung erfolgen, welche über eine Leitung mit dem Direktreduktionsreaktor verbunden ist.Since the CO 2 - and H 2 O-containing top gas on leaving the direct reduction reactor has a temperature of about 450 ° C, this is preferably heated before being fed to the high-temperature electrolysis cell, in particular to temperatures above 800 ° C, for example to 850-1000 ° C and preferably at about 900-950 ° C. The heating of the CO 2 - and H 2 O-containing top gas can be done for example in a device for reheating, which is connected via a line with the direct reduction reactor.

Das Druckniveau des aus dem Direktreduktionsreaktor kommenden CO2- und H2O-haltigen Gichtgases wird bevorzugt bis zu dessen Zuführung zur Hochtemperaturelektrolysezelle erhalten. Dies sind in der Regel 6-8 bar.The pressure level of the coming from the direct reduction reactor CO 2 - and H 2 O-containing top gas is preferably obtained until it is fed to the high-temperature electrolysis cell. These are usually 6-8 bar.

In der Hochtemperaturelektrolysezelle erfolgt die Co-Elektrolyse des optional vorgereinigten und/oder nacherwärmten CO2- und H2O-haltigen Gichtgases, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 850 und 950 °C. An der Kathode werden dabei unter Anlegen von elektrischem Strom CO2 und H2O zu CO und H2 umgesetzt. Die bei der Umsetzung freiwerdenden Sauerstoffionen wandern durch den Elektrolyten, welcher insbesondere ein Festoxid umfasst oder daraus besteht, und werden an der Anode zu Sauerstoff oxidiert. Die bei einem erfindungsgemäßen Verfahren in der Hochtemperaturelektrolysezelle durch Co-Elektrolyse des CO2- und H2O-haltigen Gichtgases entstehenden Produkte sind somit CO, H2 und O2.In the high-temperature electrolysis cell, the co-electrolysis of optionally prepurified and / or postheated CO 2 - and H 2 O-containing top gas, preferably at temperatures between 850 and 950 ° C. CO 2 and H 2 O are converted into CO and H2 at the cathode while applying electric current. The liberated during the reaction oxygen ions migrate through the electrolyte, which in particular comprises a solid oxide or consists thereof, and are oxidized at the anode to oxygen. The resulting in a process according to the invention in the high-temperature electrolysis by co-electrolysis of CO 2 - and H 2 O-containing top gas are thus CO, H 2 and O 2 .

Das in der Hochtemperaturelektrolysezelle gebildete Synthesegas kann anschließend in verschiedenen Verfahren eingesetzt werden, insbesondere in der chemischen Industrie, z.B. als Ausgangsstoff in der Methanolherstellung, oder in der Stahlindustrie, z.B. in Feuerungsanlagen oder als Reduktionsgas.The synthesis gas formed in the high-temperature electrolysis cell can then be used in various processes, in particular in the chemical industry, e.g. as a starting material in methanol production, or in the steel industry, e.g. in combustion plants or as reducing gas.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das an der Kathode der Hochtemperaturelektrolysezelle gebildete Synthesegas anschließend wieder als Reduktionsgas dem Direktreduktionsreaktor zugeführt. Auf diese Weise muss deutlich weniger Erdgas/Synthesegas von extern als Reduktionsgas in den Direktreduktionsreaktor geleitet werden, wodurch natürliche Ressourcen geschont werden. Außerdem wird durch das erfindungsgemäße Verfahren auch die CO2-Emission reduziert, da das in dem Gichtgas enthaltene CO2 nicht wie in herkömmlichen Verfahren abgetrennt wird, sondern in der Hochtemperaturelektrolysezelle zu CO umgesetzt wird.According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the synthesis gas formed at the cathode of the high-temperature electrolysis cell is subsequently fed again as a reducing gas to the direct reduction reactor. In this way, significantly less natural gas / synthesis gas has to be passed externally as a reducing gas into the direct reduction reactor, which conserves natural resources. In addition, the CO 2 emission is reduced by the inventive method, since the CO 2 contained in the blast furnace gas is not separated as in conventional methods, but is converted into CO in the high-temperature electrolysis cell.

Das in der Hochtemperaturelektrolysezelle erzeugte Synthesegas weist beim Verlassen der Elektrolysezelle bevorzugt eine Temperatur zwischen 850 und 950 °C auf. Bevor es gemäß der bevorzugten Ausführungsform wieder als Reduktionsgas in den Direktreduktionsreaktor geleitet wird, wird das Synthesegas vorzugsweise in einer Einrichtung zur Gaserwärmung auf ca. 1000 °C erwärmt und von dort in den Reaktor geleitet.The synthesis gas produced in the high-temperature electrolysis cell preferably has a temperature between 850 and 950 ° C. when leaving the electrolysis cell. Before it is passed again as a reducing gas in the direct reduction reactor according to the preferred embodiment, the synthesis gas is preferably heated in a device for gas heating to about 1000 ° C and passed from there into the reactor.

Der in der Hochtemperaturelektrolysezelle entstehende Sauerstoff kann vorteilhafterweise ebenfalls für verschiedene industrielle Prozesse genutzt werden, so zum Beispiel im Hüttenwerk zum Betreiben eines Konverters oder eines Hochofens. Alternativ kann der Sauerstoff auch wieder zum Beheizen des Direktreduktionsreaktors verwendet werden.The oxygen produced in the high-temperature electrolysis cell can advantageously also be used for various industrial processes, for example in a metallurgical plant for operating a converter or a blast furnace. Alternatively, the oxygen can also be used again for heating the direct reduction reactor.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der in der Hochtemperaturelektrolysezelle erzeugte Sauerstoff zum Beheizen der Einrichtung zur Gaserwärmung verwendet, in der das in den Direktreduktionsreaktor einzubringende Synthesegas und/oder Erdgas auf ca. 1000 °C erwärmt wird. In der Einrichtung zur Gaserwärmung, bevorzugt einem Gaserhitzer, wird das Reduktionsgas dabei insbesondere mittels eines mit reinem Sauerstoff betriebenen Oxyfuel-Brenners erhitzt, was nicht nur den Vorteil mit sich bringt, dass auf diese Weise höhere Temperaturen erreicht werden können als bei Verbrennung mit Luft, sondern auch, dass kein Stickstoff in das System eingeführt wird. Das in der Einrichtung zur Gaserwärmung entstehende Abgas besteht daher in dieser Ausführungsform im Wesentlichen aus H2O und CO2 und enthält keine Stickoxide. Daher wird das in der Einrichtung zur Gaserwärmung entstehende Abgas bevorzugt auch wieder der Hochtemperaturelektrolysezelle zugeführt, optional nach vorheriger Nacherwärmung.According to a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, the oxygen generated in the high-temperature electrolysis cell is used for heating the device for gas heating, in which the synthesis gas to be introduced into the direct reduction reactor and / or natural gas is heated to about 1000 ° C. In the apparatus for gas heating, preferably a gas heater, the reducing gas is heated in particular by means of a pure oxygen operated oxyfuel burner, which not only brings with it the advantage that in this way higher temperatures can be achieved than when combusted with air, but also that no nitrogen is introduced into the system. The exhaust gas produced in the device for gas heating therefore consists essentially of H 2 O and CO 2 in this embodiment and contains no nitrogen oxides. Therefore, the exhaust gas produced in the device for gas heating is preferably also returned to the high-temperature electrolysis cell, optionally after prior reheating.

Der Kohlenstoff, der in Form von Reduktionsgas in den Direktreduktionsreaktor eingebracht wird, wird in einem erfindungsgemäßen Verfahren daher bevorzugt im Wesentlichen im Kreis gefahren: Im Direktreduktionsreaktor wird der im Erdgas und/oder CO enthaltene Kohlenstoff zu CO2 umgesetzt, das anschließend in der Hochtemperaturelektrolysezelle wieder zu CO reduziert wird und so wieder zusammen mit dem ebenfalls gebildeten H2 als Reduktionsgas für weitere Reduktionsprozesse im Direktreduktionsreaktor zur Verfügung steht. In diesem Kohlenstoff-Kreislauf wird lediglich ein geringer Anteil des Kohlenstoffs in Form des hergestellten direktreduzierten Eisens gebunden, welches in der Regel einen Kohlenstoffgehalt von etwa 4 Gew.-% aufweist. Um diesen geringen Verlust an Kohlenstoff auszugleichen, muss ein geringer Anteil einer Kohlenstoffquelle in das Verfahren eingeführt werden, z.B. in Form von Erdgas, welches in den Direktreduktionsreaktor geleitet wird.The carbon which is introduced into the direct reduction reactor in the form of reducing gas is therefore preferably circulated substantially in a process according to the invention: in the direct reduction reactor, the carbon contained in natural gas and / or CO is converted to CO 2 , which is subsequently recovered in the high-temperature electrolysis cell is reduced to CO and so again together with the H 2 also formed as a reducing gas for further reduction processes in the direct reduction reactor is available. In this carbon cycle, only a small proportion of the carbon is bound in the form of the direct reduced iron produced, which is usually has a carbon content of about 4 wt .-%. To compensate for this small loss of carbon, a small proportion of a carbon source must be introduced into the process, for example in the form of natural gas, which is passed into the direct reduction reactor.

Neben den bereits genannten Vorteilen, die das erfindungsgemäße Verfahren im Hinblick auf die Umwelt mit sich bringt, zeichnet sich das Verfahren überdies durch ein hohes Energieeinsparpotential aus. Zum einen können nämlich mehrere bei konventionellen Verfahren erforderliche Verfahrensstufen entfallen, so insbesondere die im ENERGIRON ZR-Verfahren zwecks H2O-Entfernung erforderliche Abkühlung des CO2- und H2O-haltigen Gichtgases, die anschließende Trocknung sowie die zur Entfernung von CO2 erforderliche Aminwäsche oder die im MIDREX-Verfahren erforderliche Dampfreformierung in einem separaten Reformator. Zum anderen wird die in dem erfindungsgemäßen Verfahren entstehende Abwärme sehr effizient genutzt. Denn das CO2- und H2O-haltige Gichtgas, das den Direktreduktionsreaktor mit einer Temperatur von etwa 450 °C und einem Druck von etwa 6-8 bar verlässt, wird erfindungsgemäß nicht abgekühlt, sondern unter Erhaltung des Druckniveaus auf etwa 800-1000 °C erhitzt, bevor es der Hochtemperaturelektrolysezelle zugeführt wird. Das die Hochtemperaturelektrolysezelle in dem erfindungsgemäßen Verfahren verlassende Synthesegas hat eine Temperatur von etwa 900-950 °C und muss nur vergleichsweise geringfügig erhitzt werden, bis es mit etwa 1000 °C wieder dem Direktreduktionsreaktor zugeführt werden kann.In addition to the advantages already mentioned, which the method according to the invention entails with regard to the environment, the method is also distinguished by a high energy-saving potential. On the one hand, several process steps required in conventional processes can be omitted, in particular the cooling of the CO 2 and H 2 O-containing top gas required in the ENERGIRON ZR process for H 2 O removal, the subsequent drying and the removal of CO 2 required amine wash or the steam reforming required in the MIDREX process in a separate reformer. On the other hand, the waste heat generated in the process according to the invention is used very efficiently. Because the CO 2 - and H 2 O-containing top gas leaving the direct reduction reactor at a temperature of about 450 ° C and a pressure of about 6-8 bar, according to the invention is not cooled, but while maintaining the pressure level to about 800-1000 ° C heated before it is fed to the high-temperature electrolysis cell. The synthesis gas leaving the high-temperature electrolysis cell in the process according to the invention has a temperature of about 900-950 ° C. and only needs to be heated comparatively slightly until it can be returned to the direct reduction reactor at about 1000 ° C.

Da das in einem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte Synthesegas gemäß der bevorzugten Ausführungsform wieder als Reduktionsmittel dem Direktreduktionsreaktor zugeführt wird, betrifft die Erfindung auch die Verwendung des in einem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten Synthesegases als Reduktionsmittel für die Reduktion von Eisenerz in einem Direktreduktionsreaktor.Since the synthesis gas produced in a process according to the invention is again supplied as a reducing agent to the direct reduction reactor, the invention also relates to the use of the synthesis gas produced in a process according to the invention as a reducing agent for the reduction of iron ore in a direct reduction reactor.

Außerdem betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zum Betreiben eines Direktreduktionsreaktors zur Herstellung von direktreduziertem Eisen aus Eisenerz, die einen Direktreduktionsreaktor und eine Hochtemperaturelektrolysezelle umfasst, wobei der Direktreduktionsreaktor mit der Hochtemperaturelektrolysezelle über eine Rohrleitung zum Transport des Synthesegases verbunden ist.In addition, the invention also relates to an apparatus for operating a direct reduction reactor for the production of direct reduced iron from iron ore, which comprises a direct reduction reactor and a high temperature electrolysis cell, wherein the direct reduction reactor is connected to the high temperature electrolysis cell via a pipeline for transporting the synthesis gas.

In dem Direktreduktionsreaktor erfolgt die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebene Reduktion des Eisenerzes durch Reduktionsgas, das insbesondere CO und H2 enthält oder daraus besteht. Das dabei entstehende CO2- und H2O-haltige Gichtgas verlässt den Reaktor durch die Leitung, mittels derer der Reaktor mit der Hochtemperaturelektrolysezelle verbunden ist. Da das CO2- und H2O-haltige Gichtgas vor der Zuführung zur Hochtemperaturelektrolysezelle bevorzugt vorgereinigt und/oder nacherwärmt wird, ist in der Rohrleitung zwischen dem Direktreduktionsreaktor und der Hochtemperaturelektrolysezelle bevorzugt auch eine Einrichtung zur Vorreinigung und/oder eine Einrichtung zur Nacherwärmung angeordnet. Die optionale Einrichtung zur Vorreinigung ist dabei insbesondere ein Staubfilter und die optionale Einrichtung zur Nacherwärmung ist bevorzugt eingerichtet, das CO2- und H2O-haltige Gichtgas auf eine Temperatur oberhalb von 800 °C zu erwärmen, insbesondere auf etwa 850-950 °C. Die Leitung, mittels derer der Direktreduktionsreaktor mit der Hochtemperaturelektrolysezelle verbunden ist, kann daher faktisch aus mehreren Leitungsstücken bestehen, z.B. aus einem Leitungsstück zwischen dem Direktreduktionsreaktor und der Einrichtung zur Vorreinigung, einem weiteren Leitungsstück zwischen der Einrichtung zur Vorreinigung und der Einrichtung zur Nacherwärmung und noch einem weiteren Leitungsstück zwischen der Einrichtung zur Nacherwärmung und der Hochtemperaturelektrolysezelle.In the direct reduction reactor, the reduction of the iron ore described by the process according to the invention is carried out by reducing gas, which in particular contains or consists of CO and H 2 . The resulting CO 2 - and H 2 O-containing top gas leaves the reactor through the line, by means of which the reactor is connected to the high-temperature electrolysis cell. Since the CO 2 - and H 2 O-containing top gas is preferably pre-cleaned and / or reheated before being fed to the high-temperature electrolysis cell, a device for pre-cleaning and / or a device for reheating is preferably arranged in the pipeline between the direct reduction reactor and the high-temperature electrolysis cell. The optional device for pre-cleaning is in particular a dust filter and the optional device for reheating is preferably configured to heat the CO 2 - and H 2 O-containing blast furnace gas to a temperature above 800 ° C, in particular to about 850-950 ° C. , The line, by means of which the direct reduction reactor is connected to the high-temperature electrolysis cell, can therefore in fact consist of several pieces of pipe, for example, a line between the direct reduction reactor and the pre-cleaning device, another line between the pre-cleaning device and the post-heating device and another another line piece between the device for reheating and the high-temperature electrolysis cell.

Das in der Hochtemperaturelektrolysezelle erzeugte Synthesegas wird wie vorstehend beschrieben bevorzugt wieder als Reduktionsgas dem Direktreduktionsreaktor zugeführt. Daher ist die Hochtemperaturelektrolysezelle in der erfindungsgemäßen Vorrichtung bevorzugt noch über eine weitere Rohrleitung mit dem Direktreduktionsreaktor verbunden, durch welche Synthesegas von der Hochtemperaturelektrolysezelle in den Direktreduktionsreaktor geleitet wird. In dieser Leitung ist vorzugsweise eine Einrichtung zur Gaserwärmung angeordnet, die eingerichtet ist, das Synthesegas auf ca. 950-1000 °C zu erhitzen.The synthesis gas produced in the high-temperature electrolysis cell is preferably recirculated to the direct reduction reactor as reducing gas as described above. Therefore, the high-temperature electrolysis cell in the device according to the invention is preferably connected via a further pipeline to the direct reduction reactor through which synthesis gas is passed from the high-temperature electrolysis cell into the direct reduction reactor. In this line, a device for gas heating is preferably arranged, which is adapted to heat the synthesis gas to about 950-1000 ° C.

Bevorzugt umfasst die Einrichtung zur Gaserwärmung einen Oxyfuel-Brenner, mit dem das Synthesegas vor der Einleitung in den Reaktor erwärmt wird. Der zum Betreiben des Oxyfuel-Brenners erforderliche Sauerstoff ist bevorzugt der in der Hochtemperaturelektrolysezelle durch Co-Elektrolyse erzeugte Sauerstoff. Dementsprechend ist die Hochtemperaturelektrolysezelle in dieser Ausführungsform über eine Rohrleitung mit dem Oxyfuel-Brenner verbunden.Preferably, the device for gas heating comprises an oxy-fuel burner, with which the synthesis gas is heated prior to introduction into the reactor. The oxygen required to operate the oxyfuel burner is preferably the oxygen produced in the high temperature electrolysis cell by co-electrolysis. Accordingly, in this embodiment, the high-temperature electrolytic cell is connected to the oxy-fuel burner via a pipeline.

Da für den Fall, dass die Erwärmung des Synthesegases in der Einrichtung zur Gaserwärmung mittels eines Oxyfuel-Brenners erfolgt, das in der Einrichtung zur Gaserwärmung entstehende Abgas im Wesentlichen aus H2O und CO2 besteht und insbesondere keinen Stickstoff enthält, kann das CO2- und H2O-haltige Abgas wieder zwecks Co-Elektrolyse der Hochtemperaturelektrolysezelle zugeführt werden. Dazu ist die Einrichtung zur Gaserwärmung in dieser Ausführungsform über eine weitere Leitung mit der Hochtemperaturelektrolysezelle verbunden.Since, in the case where the heating of the synthesis gas takes place in the device for gas heating by means of an oxyfuel burner, the exhaust gas formed in the device for gas heating consists essentially of H 2 O and CO 2 and in particular contains no nitrogen, the CO 2 - And H 2 O-containing exhaust again for the purpose of co-electrolysis of the high-temperature electrolysis cell are supplied. This is the device for gas heating connected in this embodiment via another line with the high-temperature electrolysis cell.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist weiterhin noch eine Zuführeinrichtung, zum Beispiel eine Rohrleitung oder ein Transportband, für die Einbringung einer Kohlenstoffquelle in das System auf. Denn auch wenn der im System befindliche Kohlenstoff erfindungsgemäß als CO zurückgewonnen wird und so für weitere Reduktionsprozesse zur Verfügung steht, wird doch immer ein geringer Anteil an Kohlenstoff in dem gebildeten direktreduzierten Eisen gebunden und muss aus externer Quelle ersetzt werden. Die Zuführeinrichtung mündet entweder direkt in den Direktreduktionsreaktor oder bevorzugt in die Einrichtung zur Gaserwärmung.The device according to the invention also has a feed device, for example a pipeline or a conveyor belt, for the introduction of a carbon source into the system. Even if the carbon present in the system is recovered according to the invention as CO and so is available for further reduction processes, but always a small proportion of carbon is bound in the direct reduced iron formed and must be replaced from an external source. The feed device opens either directly into the direct reduction reactor or preferably into the device for gas heating.

Figurenlistelist of figures

Die Erfindung wird nun genauer anhand von Beispielen und mit Bezug auf die Figuren beschrieben, in denen

  • - die 1 ein Prozessschaubild für die Herstellung von direktreduziertem Eisen mittels eines konventionell betriebenen Direktreduktionsreaktors zeigt,
  • - die 2 ein Prozessschaubild für die Herstellung von direktreduziertem Eisen mittels eines nach einem erfindungsgemäßen Verfahren betriebenen Direktreduktionsreaktors zeigt, und
  • - die 3 ein Prozessschaubild für die Herstellung von direktreduziertem Eisen mittels eines nach einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren betriebenen Direktreduktionsreaktors zeigt.
The invention will now be described in more detail by way of examples and with reference to the figures in which:
  • - the 1 a process diagram for the production of direct reduced iron by means of a conventionally operated direct reduction reactor,
  • - the 2 shows a process diagram for the production of direct-reduced iron by means of a direct reduction reactor operated by a method according to the invention, and
  • - the 3 a process diagram for the production of direct-reduced iron by means of operated according to another inventive method direct reduction reactor shows.

Die 1 zeigt ein Prozessschaubild für die Herstellung von direktreduziertem Eisen mittels eines konventionell betriebenen Direktreduktionsreaktors, beispielsweise nach dem ENERGIRON ZR-Verfahren.The 1 shows a process diagram for the production of direct-reduced iron by means of a conventionally operated direct reduction reactor, for example according to the ENERGIRON ZR process.

In dem konventionellen Direktreduktionsprozess wird Eisenerz 3 in einen Direktreduktionsreaktor 1 gegeben und zur Reduktion im Gegenstrom mit Reduktionsgas 16 kontaktiert, welches vorher in einer Einrichtung zur Gaserwärmung 9 durch eingeleitetes Heiz- oder Brenngas 18 unter CO2-Emission auf ca. 925 °C erhitzt wurde. In dem Direktreduktionsreaktor 1 entsteht dabei direktreduziertes Eisen 2. Im oberen Teil des Reaktors 1 wird das bei der Reduktion entstehende CO2- und H2O-haltige Gichtgas 4 aus dem Reaktor 1 entfernt. Zwecks Kühlung des Gichtgases 4 zur Abtrennung des enthaltenen Wassers wird dieses durch einen Wärmetauscher 17 und anschließend durch einen Lufttrockner 13 geleitet. Nach Durchströmen eines Prozessgaskompressors 14 durchläuft das Gichtgas eine CO2-Wäsche 15. Der nach Entfernung des CO2 übrigbleibende CO- und H2-haltige Gasstrom wird in der Einrichtung zur Gaserwärmung 9 vortemperiert und anschließend wieder in den Direktreduktionsreaktor 1 geleitet.In the conventional direct reduction process iron ore 3 into a direct reduction reactor 1 given and for reduction in countercurrent with reducing gas 16 contacted, which previously in a device for gas heating 9 by introduced heating or fuel gas 18 was heated to about 925 ° C under CO 2 emission. In the direct reduction reactor 1 This produces direct-reduced iron 2 , In the upper part of the reactor 1 becomes the CO 2 - and H 2 O-containing blast furnace gas resulting from the reduction 4 from the reactor 1 away. For the purpose of cooling the blast furnace gas 4 to separate the water contained this is through a heat exchanger 17 and then through an air dryer 13 directed. After flowing through a process gas compressor 14 the blast furnace gas passes through a CO 2 scrubber 15. The CO and H 2 -containing gas stream remaining after removal of the CO 2 is used in the device for gas heating 9 preheated and then back into the direct reduction reactor 1 directed.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Direktreduktionsreaktors 1 können wesentliche Verfahrensschritte des in 1 schematisch dargestellten konventionellen Prozesses zur Herstellung von direktreduziertem Eisen 2 eingespart werden, wie anhand der 2 und 3 ersichtlich ist.According to the inventive method for operating a direct reduction reactor 1 can be essential procedural steps of in 1 schematically illustrated conventional process for the production of direct-reduced iron 2 be saved as based on the 2 and 3 is apparent.

2 zeigt das Prozessschaubild zur Durchführung eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens. Wie auch in dem konventionellen Direktreduktionsprozess wird Eisenerz 3 in einen Direktreduktionsreaktor 1 gegeben und zur Reduktion im Gegenstrom mit Reduktionsgas 16 kontaktiert. Das dabei entstehende CO2- und H2O-haltige Gichtgas 4, welches eine Temperatur von etwa 450 °C und einen Druck von 6-8 bar aufweist, wird über die aus mehreren Leitungsstücken bestehende Leitung 11 aus dem Reaktor 1 entfernt und unter Erhalt des Druck- und Temperaturniveaus optional zunächst einer Einrichtung zur Vorreinigung 8 zugeführt, die vorzugsweise ein Staubfilter ist. Anschließend wird das CO2- und H2O-haltige Gichtgas 4 weiter optional einer Einrichtung zur Nacherwärmung 12 zugeführt, in der es auf ca. 850-950 °C erwärmt wird, bevor es der nachgeordneten Hochtemperaturelektrolysezelle 5 zugeführt wird. Anstelle der separaten Einrichtung zur Nacherwärmung 12 kann das CO2- und H2O-haltige Gichtgas 4 auch mittels der Einrichtung zur Gaserwärmung 9 auf eine Temperatur von ca. 850-950 °C erwärmt werden. 2 shows the process diagram for carrying out an exemplary inventive method. As in the conventional direct reduction process, iron ore 3 into a direct reduction reactor 1 given and for reduction in countercurrent with reducing gas 16 contacted. The resulting CO 2 - and H 2 O-containing blast furnace gas 4 , which has a temperature of about 450 ° C and a pressure of 6-8 bar, is made over the multi-line pipe line 11 from the reactor 1 removed and while maintaining the pressure and temperature levels optionally first a device for pre-cleaning 8th fed, which is preferably a dust filter. Subsequently, the CO 2 - and H 2 O-containing blast furnace gas 4 further optionally a means for reheating 12 in which it is heated to about 850-950 ° C, before it the downstream high-temperature electrolysis cell 5 is supplied. Instead of the separate device for reheating 12 can the CO 2 - and H 2 O-containing blast furnace gas 4 also by means of the device for gas heating 9 be heated to a temperature of about 850-950 ° C.

In der Hochtemperaturelektrolysezelle 5, die bevorzugt einen Elektrolyten aufweist, der ein Festoxid umfasst oder daraus besteht, werden durch Co-Elektrolyse des CO2- und H2O-haltigen Gichtgases 4 bei ca. 950 °C Synthesegas 6 und Sauerstoff 7 erzeugt. Das Synthesegas 6 wird wie auch von extern zugeführtes Reduktionsgas 16 mittels der Einrichtung zur Gaserwärmung 9 noch weiter erwärmt, insbesondere bis auf ca. 1000 °C, bevor es als Reduktionsmittel für weitere Reduktionsprozesse wieder in den Direktreduktionsreaktor 1 geleitet wird. Der in der Hochtemperaturelektrolysezelle entstehende Sauerstoff 7 wird ebenfalls dem Direktreduktionsreaktor 1 wieder zugeführt.In the high-temperature electrolysis cell 5 , which preferably comprises an electrolyte comprising or consisting of a solid oxide, by co-electrolysis of the CO 2 - and H 2 O-containing top gas 4 at approx. 950 ° C synthesis gas 6 and oxygen 7 generated. The synthesis gas 6 is as well as externally supplied reducing gas 16 by means of the device for gas heating 9 heated even further, in particular up to about 1000 ° C, before it as a reducing agent for further reduction processes back into the direct reduction reactor 1 is directed. The oxygen produced in the high-temperature electrolysis cell 7 also becomes the direct reduction reactor 1 fed again.

In 3 ist ein Prozessschaubild zu einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Dieses unterscheidet sich von der schematisch in 2 gezeigten Verfahrensführung im Wesentlichen dadurch, dass der in der Hochtemperaturelektrolysezelle 5 entstehende Sauerstoff 7 zum Erhitzen des Synthesegases 6 mittels eines Oxyfuel-Brenners in der Einrichtung zur Gaserwärmung 9 verwendet wird. Da der Oxyfuel-Brenner mit reinem Sauerstoff betrieben wird, besteht das in der Einrichtung zur Gaserwärmung 9 entstehende Abgas im Wesentlichen aus CO2 und H2O und enthält insbesondere keine Stickoxide, sodass das CO2- und H2O-haltige Abgas 10 aus der Einrichtung zur Gaserwärmung 9 wieder zwecks neuer Co-Elektrolyse der Hochtemperatur-elektrolysezelle 5 zugeführt werden kann, optional nach Erwärmung in der Einrichtung zur Nacherwärmung 12. Das CO2- und H2O-haltige Abgas 10 aus der Einrichtung zur Gaserwärmung 9 kann daher zunächst mit dem CO2- und H2O-haltigen Gichtgas 4 vereint und dann der Einrichtung zur Nacherwärmung 12 zugeführt werden, in der das Gas wieder auf ca. 850-950 °C erhitzt wird und anschließend der Hochtemperaturelektrolysezelle 5 zugeführt wird. Dadurch, dass der CO2 Kreislauf annähernd geschlossen ist, wird im Vergleich mit den Stand der Technik deutlich weniger CO2 in die Atmosphäre abgegeben.In 3 a process diagram is shown for a particularly preferred embodiment of the method according to the invention. This differs from the schematic in 2 process shown essentially by the fact that in the high-temperature electrolysis cell 5 resulting oxygen 7 for heating the synthesis gas 6 by means of an oxy-fuel burner in the device for gas heating 9 is used. Since the oxy-fuel burner is operated with pure oxygen, this consists in the device for gas heating 9 Exhaust gas produced essentially from CO 2 and H 2 O and in particular contains no nitrogen oxides, so that the CO 2 - and H 2 O-containing exhaust 10 from the device for gas heating 9 again for the purpose of new co-electrolysis of the high-temperature electrolytic cell 5 can be supplied, optionally after heating in the device for reheating 12 , The CO 2 - and H 2 O-containing exhaust gas 10 from the device for gas heating 9 can therefore first with the CO 2 - and H 2 O-containing blast furnace gas 4 united and then the device for reheating 12 be fed, in which the gas is heated again to about 850-950 ° C and then the high-temperature electrolysis cell 5 is supplied. Because the CO 2 cycle is approximately closed, significantly less CO 2 is released into the atmosphere in comparison with the prior art.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Figuren sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.The features of the invention disclosed in the foregoing description, in the figures and in the claims may be essential both individually and in any combination for the realization of the invention in its various embodiments.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
DirektreduktionsreaktorDirect reduction reactor
22
Direktreduziertes EisenDirect reduced iron
33
Eisenerziron ore
44
CO2- und H2O-haltige GichtgasCO 2 - and H 2 O-containing blast furnace gas
55
HochtemperaturelektrolysezelleHigh temperature electrolysis cell
66
Synthesegassynthesis gas
77
Sauerstoffoxygen
88th
Einrichtung zur VorreinigungDevice for pre-cleaning
99
Einrichtung zur GaserwärmungDevice for gas heating
1010
CO2-und H2O-haltiges AbgasCO 2 and H 2 O-containing exhaust gas
1111
Rohrleitungpipeline
1212
Einrichtung zur NacherwärmungDevice for reheating
1313
Lufttrocknerair dryer
1414
ProzessgaskompressorProcess gas compressor
1515
CO2-WäscheCO 2 laundry
1616
Reduktionsgasreducing gas
1717
Wärmetauscherheat exchangers
1818
Heiz-oder BrenngasHeating or fuel gas

Claims (10)

Verfahren zum Betreiben eines Direktreduktionsreaktors (1) zur Herstellung von direktreduziertem Eisen (2) aus Eisenerz (3), wobei das bei der Herstellung von direktreduziertem Eisen (2) entstehende CO2- und H2O-haltige Gichtgas (4) aus dem Direktreduktionsreaktor (1) entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das CO2- und H2O-haltige Gichtgas (4) einer Hochtemperaturelektrolysezelle (5) zugeführt wird, in welcher mittels Co-Elektrolyse CO und H 2 enthaltendes Synthesegas (6) und Sauerstoff (7) erzeugt werden.Method for operating a direct reduction reactor (1) for the production of direct-reduced iron (2) from iron ore (3), wherein the CO 2 - and H 2 O-containing blast furnace gas (4) resulting from the production of direct-reduced iron (2) from the direct reduction reactor (1), characterized in that the CO 2 - and H 2 O-containing top gas (4) is fed to a high-temperature electrolysis cell (5), in which by co-electrolysis CO and H 2 containing synthesis gas (6) and oxygen ( 7) are generated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Co-Elektrolyse entstehende Synthesegas (6) wieder als Reduktionsmittel dem Direktreduktionsreaktor (1) zugeführt wird.Method according to Claim 1 , characterized in that the synthesis gas (6) formed in the co-electrolysis is fed again as a reducing agent to the direct reduction reactor (1). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das CO2- und H2O-haltige Gichtgas (4) vor dessen Zuführung zur Hochtemperaturelektrolysezelle (5) auf 850-1000 °C erwärmt wird.Method according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that the CO 2 - and H 2 O-containing top gas (4) is heated to 850-1000 ° C before its supply to the high-temperature electrolytic cell (5). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das CO2- und H2O-haltige Gichtgas (4) vor der Zuführung zur Hochtemperaturelektrolysezelle (5) einer Einrichtung zur Vorreinigung (8) zugeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the CO 2 - and H 2 O-containing top gas (4) before being fed to the high-temperature electrolysis cell (5) is supplied to a device for pre-cleaning (8). Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das durch Co-Elektrolyse erzeugte Synthesegas (6) vor der Zuführung zum Direktreduktionsreaktor (1) in einer Einrichtung zur Gaserwärmung (9) auf ca. 1000 °C erwärmt wird.Method according to one of Claims 2 to 4 , characterized in that the synthesis gas produced by co-electrolysis (6) is heated to about 1000 ° C before being fed to the direct reduction reactor (1) in a device for gas heating (9). Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der durch Co-Elektrolyse erzeugte Sauerstoff (7) für die Erwärmung des Synthesegases (6) in der Einrichtung zur Gaserwärmung (9) verwendet wird.Method according to Claim 5 , characterized in that the oxygen (7) produced by co-electrolysis for the heating of the synthesis gas (6) in the means for gas heating (9) is used. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Erwärmung des Synthesegases (6) in der Einrichtung zur Gaserwärmung (9) entstehende CO2- und H2O-haltige Abgas (10) der Hochtemperaturelektrolysezelle (5) zugeführt wird.Method according to Claim 6 , characterized in that during the heating of the synthesis gas (6) in the means for gas heating (9) resulting CO 2 - and H 2 O-containing exhaust gas (10) of the high-temperature electrolytic cell (5) is supplied. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7 umfassend einen Direktreduktionsreaktor (1) und eine Hochtemperaturelektrolysezelle (5), die mit dem Direktreduktionsreaktor (1) verbunden ist.Apparatus for carrying out the method according to claims 1 to 7 comprising a direct reduction reactor (1) and a high-temperature electrolysis cell (5) which is connected to the direct reduction reactor (1). Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Direktreduktionsreaktor (1) und der Hochtemperaturelektrolysezelle eine Einrichtung zur Vorreinigung (8) und/oder eine Einrichtung zur Nacherwärmung (12) des im Kreis geführten Synthesegases angeordnet ist.Device after Claim 8 , characterized in that between the direct reduction reactor (1) and the high-temperature electrolysis cell, a device for pre-cleaning (8) and / or a device for reheating (12) of the circulated synthesis gas is arranged. Verwendung des mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 erzeugten Synthesegases (6) als Reduktionsmittel für die Reduktion von Eisenerz (3) in einem Direktreduktionsreaktor (1).Use of the method according to one of Claims 1 to 7 generated Synthesis gas (6) as a reducing agent for the reduction of iron ore (3) in a direct reduction reactor (1).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018202594A1 (en) * 2018-02-21 2019-08-22 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Process for producing sponge iron, in particular in a direct reduction process

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7045238B2 (en) * 2003-03-24 2006-05-16 Ion America Corporation SORFC power and oxygen generation method and system
US20140260798A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Exxonmobil Research And Engineering Company Integration of Molten Carbonate Fuel Cells in Iron and Steel Processing

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011087036A1 (en) * 2010-01-14 2011-07-21 住友金属工業株式会社 Iron making method
DE102013113913A1 (en) * 2013-12-12 2015-06-18 Thyssenkrupp Ag Plant network for steelmaking and process for operating the plant network

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7045238B2 (en) * 2003-03-24 2006-05-16 Ion America Corporation SORFC power and oxygen generation method and system
US20140260798A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Exxonmobil Research And Engineering Company Integration of Molten Carbonate Fuel Cells in Iron and Steel Processing

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Anon.: Projekt "GrInHy" - Green Industrial Hydrogen, Pressemitteilung der Salzgitter AG, 05.09.20016 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018202594A1 (en) * 2018-02-21 2019-08-22 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Process for producing sponge iron, in particular in a direct reduction process
DE102018202594B4 (en) * 2018-02-21 2021-05-06 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Process for the production of sponge iron, in particular in a direct reduction process

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