DE19525270A1

DE19525270A1 - Verfahren zur Gewinnung von Roheisen aus Eisenoxiden

Info

Publication number: DE19525270A1
Application number: DE19525270A
Authority: DE
Inventors: Mostafa Ali Rabbani
Original assignee: INT STEEL IND ENGINEERING CO
Current assignee: INT STEEL IND ENGINEERING CO
Priority date: 1994-07-13
Filing date: 1995-07-12
Publication date: 1996-01-18
Anticipated expiration: 2015-07-13
Also published as: DE19525270C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Roheisen aus Eisenoxi den mittels Direktreduktion.

In den bisher bekannten Reduktionsverfahren zur Gewinnung von Roheisen aus Eisenoxi den, wurden Eisenoxide von oben mit Raumtemperatur in vertikal stehenden Reduktions kammern eingeführt. In diesen Kammern müssen die Eisenoxide zuerst die Reduktionstem peratur erreichen und treten danach mit dem Reduktionsgas in Kontakt, wodurch diese zu Roheisen reduziert werden.

In den üblichen Verfahren werden die Reduktionsgase in zwei Induktionsgasumwandlern (Gasreformer) erzeugt, in einer ersten Kammer CO₂ + CH₄ und in der zweiten Kammer H₂O + CH₄. Die Reduktionsgase werden von unten, also in entgegengesetzter Richtung vom Materialfluß in die Reduktionskammer ein- und von oben ausgeführt. Ein Teil der Redukti onsgase wird zur Erwärmung der Eisenoxide bis zur Reduktionstemperatur eingesetzt.

Die Herstellung von Eisen erfolgt in großtechnischen Anlagen. Es besteht daher ein ständi ger Bedarf, die Wirtschaftlichkeit der Anlagen zu optimieren, z. B. den Energiebedarf dieser Anlagen zu verringern und/oder die Durchlaufgeschwindigkeit der Materialien zu erhöhen.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein die Wirtschaftlich keit des Verfahren zur Gewinnung von Roheisen zu erhöhen.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Gewinnung von Roheisen aus Eisenoxiden mittels eines Direktreduktionsverfahrens, worin die Eisenoxide von oben einer Reduktionskammer zugeführt und im Gegenstrom mit reduzierenden Gasen zu Eisen umge setzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenoxide vor Eintritt in die Reduktions kammer in einer vorgeschalteten Kammer auf eine Temperatur bis etwa 400°C vorerwärmt werden.

Überraschenderweise wurde festgestellt, daß sich die Reduktionszeit der eingesetzten Ei senoxide verringert und somit die Durchlaufzeit des Materials erhöht werden kann, wenn die Eisenoxide vor Eintritt in die Reduktionskammer vorerwärmt werden.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die festen Eisenoxide, die beispielsweise als Pellets oder als Stücke vorliegen können, in eine der Reduktionskammer vorgeschalteten Vorkammer geführt. In der Vorkammer werden die Eisenoxide auf eine Temperatur bis etwa 400°C erwärmt. Das Vorwärmen wird in einer bevorzugten Ausfüh rungsform der Erfindung mit Inertgas, beispielsweise Stickstoff, durchgeführt. Es kann bei spielsweise das als Nebenprodukt bei Erzeugung von Sauerstoff anfallende Stickstoffgas eingesetzt werden. Das Inertgas kann der Vorkammer mit einer Temperatur bis etwa 600°C zugeführt werden, um die Eisenoxide auf die gewünschte Temperatur zu erhitzen. Die so vorgewärmten Eisenoxide können anschließend der Reduktionskammer zugeführt werden.

Als Reduktionsmittel werden im Verfahren der vorliegenden Erfindung bevorzugt reduzie renden Gase, CO und H₂, eingesetzt. Diese Gase werden üblicherweise in Gasreformern aus Erdgas und Sauerstoff und/oder Wasser als Oxidationsmittel erhalten.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Re duktionsgase in einem Verbrennungsreaktor (combustion chamber) erzeugt. Dieses Verfah ren ermöglicht es, auf den sonst üblichen Gasreformer zu verzichten. Die reduzierenden Gase können gemäß den folgenden Reaktionsgleichungen aus Erdgas und Sauerstoff durch partielle Oxidation erhalten werden:

2 CH₄ + O₂ → 2 CO + 4 H₂ (1)

CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O (2)

Anschließend werden die gewonnenen Gase noch einmal mit im Winderhitzer (Recuperator) vorgewärmten Erdgas, dem aus den Reduktionskammern austretenden Gas sowie Wasser dampf vermischt. Das Vermischen dieser Gase wird bevorzugt im oberen Teil des Reaktors durchgeführt. Das so gewonnene Mischgas, das CO, H₂, CO₂, H₂O und CH₄ enthält, kann nun der Reduktionskammer zugeführt werden. Aufgrund der Zusammensetzung des Misch gases können die in den Reaktionsgleichungen (1) und (2) wiedergegebenen Reaktionen auch in der Reaktionskammer ablaufen. Die Reduktionsgase bzw. das bevorzugt einge setzte Gasgemisch hat eine Temperatur von etwa 850°C. Ein Teil des Erdgases kann auch von unten zum Kühlen des gewonnenen Roheisens in den Prozeßablauf eingeführt werden.

Die eingesetzten Gase führen in den Reduktionskammern bei Reduktionstemperatur zu den folgenden chemischen Reaktionen, wobei die freiwerdende Energie der exothermen Reak tion ausgenutzt werden:

CO₂ + CH₄ → 2 CO + 2 H₂ (3)

H₂O + CH₄ → CO + 3 H₂ (4)

Bei der Reduktion der Eisenoxide finden folgende Reaktionen statt:

Fe₂O₃ + 1/3 H₂ → 2/3 Fe₃O₄ + 1/3 H₂O (Exotherm) (5)

Fe₂O₃ + 1/3 CO → 2/3 Fe₃O₄ + 1/3 CO₂ (Exotherm) (6)

Fe₃O₄ + H₂ → 3 FeO + H₂O (Endotherm) (7)

Fe₃O₄ + CO → 3 FeO + H₂O (Endotherm) (8)

FeO + H₂ → Fe + H₂O (Endotherm) (9)

FeO + CO → Fe + CO₂ (Exotherm) (10)

Die Eisenoxide und das entstehende Eisen durchlaufen die Reduktionskammer von oben nach unten. Am unteren Ende kann das Reaktionsprodukt, d. h. reduziertes Eisen, das als Eisenschwamm vorliegen kann, aus dem Reaktor ausgetragen werden. Das Reaktionspro dukt hat üblicherweise eine Temperatur von etwa 800°C. In einer bevorzugten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung wird das Endprodukt im unteren Teil der Reduktionskam mer durch Zuführung der CH₄-haltigen Gase von 800°C auf 150°C gekühlt und dann peri odisch in zwei Kühlbehältern gelagert. Zur weiteren Abkühlung des entstandenen Eisens, insbesondere um die Oxidation des noch warmen Produktes zu vermeiden, hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, durch die Behälter, in denen das Reaktionsprodukt gelagert wird, inerte Gase, z. B. Stickstoffgase, durchzuleiten. Dadurch kann das als Endprodukt er haltene Roheisen von 150°C auf etwa 50°C gekühlt werden.

Die Reduktionsgase verlassen die Reduktionskammern üblicherweise an deren oberen Ende. Diese austretenden Gase (Gichtgase) weisen beim Verlassen in der Regel eine Tem peratur von etwa 500°C auf. Diese Rückgase können in einer Gasreinigungsanlage gekühlt und gereinigt und über geeignete Kompressoren zum Verbrennungsreaktor (Verbrennungsschacht) geführt werden.

In der beigefügten Figur wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Die Figur zeigt ein Verfahrensschema zur Durchführung des Verfahrens.

Die Eisenoxide, z. B. Eisenerz, werden über eine übliche hier nicht dargestelltes Förderan lage zur Vorwärmkammer 1 transportiert. In der Vorwärmkammer 1 werden die Oxide mit Stickstoffgas auf eine Temperatur von etwa 400°C erwärmt. Das Stickstoffgas wird über eine Zuleitung 2 in einem Winderhitzer 3 auf etwa 600°C erwärmt und in die Vorwärmkam mer 1 geleitet. Die vorgewärmten Eisenoxide werden dann in die Reduktionskammer 4 über führt.

In der Verbrennungskammer 5 werden Erdgas (CH₄) und Sauerstoff zu CO₂ und H₂O umge setzt. Das erhaltene Gemisch wird in der Mischkammer 6 mit weiterem, in einem Winderhit zer 7 erwärmten Erdgas, aus dem Reaktor austretendem Gas (Gichtgas) und Wasserdampf vermischt und über einen Gasverteiler 8 in die Reduktionskammer 4 geleitet. In der Redukti onskammer 4 bildet sich das Eisen. Das gebildete Eisen sammelt sich in der Abkühlzone 9 und wird dort von über die Zuleitung 10 eingeleitetem Erdgas gekühlt, welches dadurch gleichzeitig erwärmt und in den Reduktionsraum geleitet wird. Das gebildete Eisen wird über die Sammelbehälter 11 aus dem Verfahrenskreislauf entfernt. Die Reduktionsgase werden nach Reaktion mit den Eisenoxiden im Gassammler 12 gesammelt. Sie treten als sog. Gichtgas aus dem Reaktor aus und werden in einen Wärmetauscher 13 geleitet.

Zum Vorwärmen der Stickstoffgase, der Zirkulationsgase und Erdgas, sowie der Vorwärm kammer 1, der Reduktionskammer 4 und der Winderhitzer 3 und 7 werden üblicherweise Wärmerückgewinnungsanlagen eingesetzt, die hier jedoch nicht dargestellt sind.

Bezugszeichenliste

1 Vorwärmkammer
2 Zuleitung
3 Winderhitzer
4 Reduktionskammer
5 Verbrennungskammer
6 Mischkammer
7 Winderhitzer
8 Gasverteiler
9 Abkühlzone
10 Zuleitung
11 Sammelbehälter
12 Gassammler
13 Wärmetauscher

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von Roheisen aus Eisenoxiden mittels eines Direkt reduktionsverfahrens, worin die Eisenoxide von oben einer Reduktionskammer (4) zugeführt und im Gegenstrom mit reduzierenden Gasen zu Eisen umgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenoxide vor Eintritt in die Reduktionskammer (4) in einer vorgeschalteten Kammer (1) auf eine Temperatur bis etwa 400°C vorgewärmt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenoxide mit Inert gas vorgewärmt werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Reduktionsgase eine Gasgemisch aus CO, H₂, CO₂, H₂O und CH₄ eingesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Gemisch er halten wird, indem Erdgas partiell durch Sauerstoff oxidiert wird, dieses Oxidations produkt mit weiterem Erdgas, Wasserdampf und dem aus der Reduktionskammer (4) austretenden Gas vermischt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das reduzierte Eisen in einer Abkühlzone (9) durch von unten im Gegenstrom eingeleitetes Erdgas gekühlt wird.