DE19525270A1 - Verfahren zur Gewinnung von Roheisen aus Eisenoxiden - Google Patents
Verfahren zur Gewinnung von Roheisen aus EisenoxidenInfo
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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
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 (5)
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.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
IR32217842 | 1994-07-13 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19525270A1 true DE19525270A1 (de) | 1996-01-18 |
DE19525270C2 DE19525270C2 (de) | 1999-08-26 |
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ID=11097378
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19525270A Revoked DE19525270C2 (de) | 1994-07-13 | 1995-07-12 | Verfahren zur Gewinnung von Roheisen aus Eisenoxiden |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19525270C2 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6214082B1 (en) | 1997-12-05 | 2001-04-10 | Voest-Alpine Industrieanlagenbau Gmbh | Process for the reduction of metal-oxide-bearing material |
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- 1995-07-12 DE DE19525270A patent/DE19525270C2/de not_active Revoked
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE19525270C2 (de) | 1999-08-26 |
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