DE2244851B2 - Verfahren zur herstellung eines zur erzreduktion verwendbaren reduktionsgases - Google Patents
Verfahren zur herstellung eines zur erzreduktion verwendbaren reduktionsgasesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
IU eines zur Erzreduktion, insbesondere zur Eisenerzreduktion
in einem Hochofen, verwendbaren Reduktionsgases durch Partialoxydation eines Kohlenwasserstoffbrennstoffes
mit einem sauerstoffhaltigen Gas wahlweise in Gegenwart eines temperatursteuernden Gases in
i") einer Strömungshindernisfreien Reaktionszone eines
Gasgenerators.
Bekanntlich können Eisenerze mit einem hohen Gehalt an Eisenoxiden in üblichen Eisenerzhochöfen
mit Reduktionsmitteln, die in der Hauptsache CO und C enthalten, zu metallischem Eisen reduziert werden.
Hierbei besteht ein Teil des Beschickungsmaterials aus Koks, und zwar wird im allgemeinen der Hochofen mit
etwa 1,5 kg Koks je kg Eisenerz beschickt. Man kann in einer besonderen Erzreduktionszone auch den Koks
ganz oder teilweise durch ein außerhalb des Hochofens erzeugten Reduktionsgasstrom ersetzen, wie dies
beispielsweise in den US-PS 27 40 706 und 35 91 364 beschrieben worden ist.
So betrifft die US-PS 35 91 364 die Erzeugung eines
ju Reduklionsgases, das im wesentlichen aus H2 und CO
besteht und ein sogenanntes Reduktionsverhältnis
H2 + CO/H2O + CO2
von mindestens 15 besitzt. Dieses Reduktionsgas wird
J1S aus flüssigen Kohlenwasserstoffbrennstoffen durch
Partialoxydation mit einem sauerstoffhaltigen Gas im wesentlichen in Abwesenheit von zusätzlichem Wasser
erhalten. Die Temperatur in der Reaktionszone des Gasgenerators liegt bei etwa 815 bis 1930°C und wird
4u durch temperaturmoderierende Gasmischungen gesteuert,
z. B. durch Einführung von gereinigtem und gekühltem Abgas aus einer Erzreduktionszone. Das so
hergestellte Reduktionsgas kann u. a. zur Reduzierung von Erzen verwendet werden.
Die nach bekannten Verfahren hergestellten Reduktionsgase können in der Regel nicht direkt in die
Erzreduktionszone eines Hochofens eingeführt werden, da sie nicht die beim Eintritt in die Reduktionszone
erforderlichen Bedingungen erfüllen. So haben diese Reduktionsgase zu hohe Temperaturen, enthalten einen
einen unerwünschten, weil für das Reduktionsvermögen nachteiligen Wasserdampfanteil und weisen einen
ebenfalls unerwünschten Gehalt an mitgerissenen Kohlenstoffteilchen auf.
Vorliegender Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Reduktionsgases zu
schaffen, das zur Erzreduktion, insbesondere zur Eisenerzreduktion in einem Hochofen, geeignet ist und
dabei in wirtschaftlich vorteilhafter Weise so konditioniert wird, daß es beim Verlassen der Gaserzeugungsanlage
direkt z. B. der Erzreduktionszone eines Hochofens zugeführt werden kann.
Das Verfahren gemäß der Erfindung geht von Kohlenwasserstoffbrennstoffen aus, die in an sich
b5 bekannter Weise durch partielle Oxydation mit einem
sauerstoffhaltigen Gas wahlweise in Gegenwart eines tempera'.ursteuernden Gases in einer strömungshindernisfreien
Reaktionszone eines Gasgenerators bei einer
autogenen Temperatur von etwa 815 bis 19300C und
einem Druck von etwa 1 bis 350 Atmosphären umgesetzt werden. Das Verfahren löst die gestellte
Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß
a) der Reduktionsgasausstrom nach Verlassen der Reaktionszone in einer getrennten Mischzone mit
einem über eine Gaskühl- und Reinigungszone zurückgeführten, gereinigten und gekühlten, verminderte
Anteile an Wasserdampf und Kohlcnstoffteilchen enthaltenden Reduktionsgasstrom vermischt wird,
b) ein Teil der so erhaltenen Reduktionsgasmischung in die Gaskühl- und Reinigungszone, die in
Abstromrichtung hinter der Mischzone angeordnet ist, eingegeben wird,
c) die gekühlte und gereinigte, verminderte Anteile an
Wasserdampf und Kohlenstoffteilchen enthaltende Reduktionsgasmischung aus der Gaskühl- und
Reinigungszone abgezogen und auf einen Druck, der höher als der Druck des den Gasgenerator
verlassenden Reduktionsgasausstroms ist, komprimiert und alsdann in die Mischzone zurückgeführt
wird,
d) während ein anderer Teil der in der Mischzone gebildeten Reduktionsgasmischung auf eine geeignete
Temperatur heruntergekühlt wird, bevor er in den Hochofen eingegeben wird.
Es wird demnach das gesamte den Gasgenerator verlassende Reduktionsgas kontinuierlich in einer
Mischzone mit einem verbesserten, im Kreislauf jo geführten, nachfolgend im Verfahren erzeugten Reduktionsgas
gernischt unter Bildung eines vergleichsweise kühlen, gereinigten und sonst verbesserten Reduktionsgasstroms.
In Abstromrichtung von der Mischzone wird ein Teil des verbesserten Reduktionsgasstroms kontinu- j5
erlich abgezogen und in eine Erzreduktionszone, wie z. B. in einen Eisenerzhochofen, eingegeben. Der Rest
des verbesserten Reduktionsgases wird über eine Gaskühl- und Reinigungszone geführt, der gekühlte und
gereinigte Reduktionsgasstrom komprimiert und -to mindestens ein Teil davon in die Mischzone als
verbessertes, im Kreislauf geführtes Reduktionsgas zurückgeführt. Wahlweise wird ein Teil der Abgase der
Erzreduktionszone gekühlt, gereinigt und zur Kohlendioxid- und Schwefelwasserstoffentfernung in bekann- «
ter Weise behandelt. Mindestens ein Teil dieses behandelten Abgases wird sodann mit mindestens
einem Teil des die Gaskühl- und Reinigungszone verlassenden Reduktionsgasstroms vermischt, um das
verbesserte, im Kreislauf geführte Reduktionsgas to herzustellen.
Mit Hilfe des vorliegenden Verfahrens wird das Reduktionsverhältnis, d. h. das Molverhältnis
(H2+ CO)/(H2O +CO2)
des Reduktionsgases erhöht. Dies bedeutet, daß durch Eingabe des verbesserten Reduktionsgases in eine
Erzreduktionsanlage, wie in einen Eisenerzhochofen, das Gewicht des einzusetzenden metallurgischen
Kokses pro Gewichtseinheit des erzeugten Metalls wi vermindert werden kann.
Weiter wird mit Hilfe des vorliegenden verbesserten Verfahrens die Temperatur des den Gasgenerator
verlassenden Reduktionsgases unmittelbar auf eine zur Eingabe in eine Erzreduktionszone geeignete Tempera- t>i
tür reduziert, ohne daß kostspielige Gasquench- oder Wämictauschuusrüstungen benötigt werden. Durch das
Herabsetzen der Gastcmpcratur gemäß dem erfindungsgemäßen
Verfahren werden thermisch bedingte Zerstörungen an den den Reduktionsgasgenerator und
die Erzreduktionszone verbindenden Leitungen oder an irgendwelchen in diesem Bereich der Leitungen
liegenden Wärmetauschern vermieden. Zusätzlich zum Kühlen des Reduktionsgases im erfindunsgemäßen
Verfahren werden die Mengen an Wasserdampf und mitgerissenen Kohlenstoffteilchen im Reduktionsgas
wesentlich herabgesetzt. So wird ein verbessertes und wirksameres Reduktionsgas erhalten.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß große Abhitzekessel und
Quenchkessel, die gewöhnlich zum Kühlen des Ausstromgases verwendet werden, nicht mehr erforderlich
sind und daher die Aufwendungen hierfür eingespart werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist für viele Erzreduktionsverfahren eine ausgezeichnete Ergänzung,
indem es hierfür die geeignet konditionierten Reduktionsgasanteile liefert. Beispielsweise kann das
Verfahren in Verbindung mit einem Eisenerzhochofen zur Gewinnung metallischen Eisens aus Eisenoxiden,
mit einem Wirbelschichtbett gepulverter Erze, mit einem Drehofen zur Erzreduktion oder mit einem
Schachtofen zur Eisenerzreduktion zu Schwammeisen verwendet werden.
Das Reduktionsgas wird in der feuerfesten Reaktionszone eines Strömungshindernisfreien, ungepackten,
nichtkatalytischen Gasgenerators in an sich bekannter Weise erzeugt (siehe z. B. US-PS 28 09 104).
Unter »Kohlenwasserstoffbrennstoff« werden sowohl gasförmige als auch flüssige Kohlenwasserstoffbrennstoffe
als Ausgangsmaterialien verstanden. Ferner umfaßt dieser Ausdruck auch Ausgangsmaterialien wie
die folgenden:
1) Pumpbare Aufschlämmungen von festen kohlenstoffhaltigen
Brennstoffen, z. B. von Kohle, Kohlenstoffteilchen und Petrolkoks in z. B. Wasser oder
flüssigem Kohlenwasserstoffbrennstoff, und Mischungen derselben,
2) Gas/Feststoff-Suspensionen, z. B. feingemahlene, feste, kohlenstoffhaltige Brennstoffe, dispergiert
entweder in einem temperatursteuernden Gas oder einem gasförmigen Kohlenwasserstoff, und
3) Gas/Flüssigkeit/Feststoff-Dispersionen, z. B. feinverteilter, flüssiger Kohlenwasserstoffbrennstoff
und Kohlenstoffteilchen, dispergiert in einem temperatursteuernden Gas.
Als flüssiger Kohlenwasserstoffbrennstoff kommen viele verschiedene Materialien in Betracht, z. B.
Flüssiggas, Erdöldestillate und -rückstände, Gasolin, Naphtha, Kerosin, Rohöl, Asphalt, Gasöl, Rückstandsöl,
Teersandöl, aromatische Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Toluol, Xylolfraktionen, Kohleteer, Kreislaufgasöl
aus Wirbelschicht-Crackverfahren, Furfurolextraktedes
Koksgasöls sowie Mischungen derselben. Unter den gasförmigen Kohlenwasserstoffbrennstoffen sind als
Ausgangsmaterialien z. B. Methan, Äthan, Propan, Butan, Pentan, Erdgas, Wassergas, Koksofengas, Raffineriegas,
Acetylenrestgas, Äthylenabgas und Mischungen derselben geeignet. Gasförmige und flüssige
Ausgangsmaterialien können vermischt und gleichzeitig verwendet werden und können paraffinische, olefinische
und aromatische Verbindungen in jedem Anteil bedeuten. Das Kohlenwasserstoffausgangsmaterial
kann bei Raumtemperatur vorliegen oder auf eine Temperatur von etwa 315 bis 6500C, aber unterhalb
..einer Crackiemperatur, vorgeheizt werden. Das
flüssige Kohlenwasserstoffausgangsmaterial kann dem Brenner in flüssiger Phase oder als verdampftes
Gemisch mit oder ohne Dampf oder einem anderen Moderator zugeführt werden.
Wahlweise kann die Umsetzung im Gasgenerator in Gegenwart eines Temperaturmoderators zur Steuerung
der Temperatur in der Reaktionszone erfolgen. Sein Einsatz hängt allgemein vom C/H-Verhältnis des
Ausgangsmaterials ab.
Beispielsweise wird ein Temperaturmoderator im allgemeinen nicht beim Einsatz gasförmiger Kohlenwasserstoffbrennstoffe
verwendet.
Üblicherweise dient H2O zum Steuern der Temperatur
in der Reaktionszone des Reduktionsgasgenerators. Es kann auch mit den anderen Ausgangsmaterialströmen
im Generator reagieren. Es können aber auch andere geeignete Temperaturmoderatoren, z. B. CO2,
gegebenenfalls in Kombination mit H2O, verwendet werden. Um das Reduktionsvermögen des erzeugten
Reduktionsgases nicht zu beeinträchtigen, sollte jedoch nur eine möglichst geringe Menge an H2O und/oder
CO2 verwendet werden.
Die Ausgangsmaterialströme reagieren in bekannter Weise durch Parlialoxydation ohne Katalysator in der
Reaktionszone eines Strömungshindernisfreien Gasgenerators. Die Mischung des Reduktionsgas-Ausstroms
kann folgende Zusammensetzung (in Vol.-°/o, trocken) unter der Annahme, daß die Inertgasc
vernaclilässigbar sind, aufweisen:
CO | 33-52 |
H, | 62-42 |
CO2 | 1,5-8 |
CH4 | 0,02-2 |
H2S | -2,0 |
COS | -0,1 |
Bei Verwendung flüssiger Kohlenwasserstoffbrennstoffe beträgt der Gehalt an Kohlenstoffteilchen im
Gasausstrom etwa 0,2 bis 12 Gew.-% (bezogen auf den Kohlenstoffgehalt des Ausgangsmatcrials), beim Einsatz
gasförmiger Brennstoffe ist er dagegen vernachlässigbar gering.
Die Partialoxydationsreaktion erfolgt in der Reaktionszone
des Gasgenerators bei einer autogenen Temperatur von etwa 815 bis 19300C, vorzugsweise bei
etwa 1300 bis 16000C, und einem Druck von etwa 1 bis 350 Atmosphären.
Der gesamte heiße Reduktionsgasausstrom wird nach Verlassen des Gasgenerators auf eine geeignete
Temperatur zur Eingabe in die firzrcduktions/.onc abgekühlt. Beispielsweise wird in einer bevorzugten
erfindungsgemäßen Ausführungsform, in der die Erzreduktionszone ein üblicher Eisenerzhochofen ist, eine
Rcduktionsgastemperatur von etwa 985 bis I26O°C
eingestellt. Die Abkühlung erfolgt in einem Reihenmischvcrbindcr
(inline mixing connector). Das gesamte, den Gasgenerator verlassende heiße Reduktionsgas
wird gleichzeitig mit einem im Kreislauf geführten, verbesserten Reduktionsgasstrom in den Mischverbinclcr
gegeben, wobei der verbesserte Reduktionsgassirom
vorher auf etwa 38 bis 370"C abgekühlt, getrocknet, im wesentlichen von allen mitgerissenen
Kohlcnsloffteilchcn gereinigt und auf etwa den gleichen Druck wie das den Gasgenerator verlassende heiße
Reduktionsgas komprimiert wird. Vorzugsweise werden etwa 0,2 bis 0.6 Mol des verbesserten Reduklionsgascs
pro Mol Reduklioiisynsaiissirom in den Misdivcrbinder
eingegeben.
Ein Teil der so erhaltenen, verbesserten Reduktionsgasniischung
wird in die Erzreduktionszone, z. B. einen Hochofen, eingegeben. Ein anderer Teil der verbesserten
Reduktionsgasmischung wird gleichzeitig in eine Gaskühl- und Wascheinrichtung eingeführt, wo sie
weiter abgekühlt wird. Das Gas wird in an sich bekannter Weise durch Waschen von Kohlenstoffteilchen
befreit und sein Wassergehalt vermindert. Anschließend wird es auf einen Druck, der gleich oder
höher als der Druck des den Gasgenerator verlassenden Reduktionsgasausstroms ist, komprimiert und alsdann
zum Mischverbinder zurückgeführt.
Die gleichzeitige Zuführung eines Teils des verbesserten Reduktionsgases zum Hochofen und eines anderen
Teils dieses Gases (20—60%, abhängig vom gewünschten Abkühlungsgrad) zur Gaskühl- und Wascheinrichtung
erfolgt zweckmäßig über einen den Hochofen umgebenden Windring. Die Gaskühl- und Waschein-
>o richtung kann eine übliche, bekannte Anlage sein
Vorzugsweise wird der Gasstrom unter die Oberfläche einer Quench- und Waschflüssigkeit mit Hilfe einer
Tauchrohranlage geführt.
Wahlweise kann ein Teil der Wärme des den 2ϊ Windring verlassenden Reduktionsgases beim Passieren
eines Abhitzekessels wiedergewonnen und z. B. zur Dampferzeugung genutzt werden. Dieses Abkühlen
wird vor der Eingabe des Reduklionsgases in die Gaswascheinrichtung vorgenommen. Da das verbesserü)
te Reduktionsgas kurz vorher im Mischverbinder gekühlt wird, kann ein vergleichsweise kleiner Abhitzekessel
verwendet werden.
Falls erforderlich, kann der Gehalt an mitgerissenen Kohlenstoffteilchen weiter vermindert werden, indem
r> der Gasausstrom ein oder zwei weitere Waschanlagen passiert. Beispielsweise kann ein Wäscher mit Mundstück
(orifice-type scrubber) oder ein Venturi- oder Düsenwäscher, wie sie beispielsweise in »Perry's
Chemical Engineer's Handbook«, 4. Aufl., McGraw-Hill, 4(i 1963, Seiten 18/54 bis 56, gezeigt werden, verwendet
werden.
Die Waschflüssigkeit kann nacheinander eine 1- bis 4stufige Gaswaschzone im Gegenstrom zum Reduktionsgasstrom,
welcher von Kohlenstoffteilchen freigewaschen wird, durchströmen. In einer bevorzugten
Anordnung wächst die Konzentration von Kohlenstoffteilchen im flüssigen Waschmedium an, wenn das
Medium von der letzten in die erste Stufe fließt. Die Kohlensloffdispersion in der die letzte Stufe verlasscnj(i
den Waschflüssigkeit enthält etwa 0,02 bis l,5Gew.-% Kohlenstofftcilchen. Die Aufschlämmung von Kohlcnstoffteilchen
in der die erste Stufe verlassenden Waschflüssigkeit enthält etwa 0,5 bis 20 Gew.-%
Kohlenstoffteilchen. Wahlweise können diese Auf- Vi schlämmuiigen als getrennte Ströme abgezogen werden
als Kreislaufwaschflüssigkeit oder als Brennstoff.
Die Reduktionsgasmischung verläßt die Gaswaschzone im wesentlichen frei von mitgerissenen Kohlenstofftcilchen
und mit einer Temperatur von etwa 370 bis wi 38"C. Wie bereits erwähnt, wird dieses Gas nun auf
einen Druck etwa gleich dem des den Gasgenerator verlassenden Reduktionsgases komprimiert und dem
Mischverbinder wieder zugeführt.
Die Waschflüssigkeit kann Wasser oder ein flüssiger
br, Kohlenwasserstoff sein. Ist die Waschflüssigkeit ein
flüssiger Kohlenwasserstoff, wird die obere Tempcrciturgrcnzc
durch die Cracktempenitur des flüssigen Kohlenwasserstoffes begrenzt, während die untere
Tcmpcraturgrcn/.c oberhalb des Taupunktes liegen muß. Der Anteil verdampfter Waschflüssigkeil im
Überkopfstrom des Wäschers kann im bevorzugten Bereich von etwa 0 bis 5 Mol-% (bezogen auf Mol
Waschflüssigkeit) aufrechterhalten werden bei Vcrwendung
einer 480°C und höher siedenden schweren, flüssigen Kohlenwasserstoffrückstandsfraktion als
Waschflüssigkeit. Der Druck in der Waschzone liegt bei etwa 1 bis 350 Atmosphären, vorzugsweise ist er etwa
der gleiche wie im Gasgenerator. Ist die Rcduktionszone
ein Eisenerzhochofen, so ist ein Druck von 1 bis 5 Atmosphären in der Waschzone geeignet. Die
Temperatur des flüssigen Kohlenwasserstoffes als Waschflüssigkeit in der Waschzone beträgt etwa 65 bis
1000C. Ist die Waschflüssigkeit Wasser, betragt die
Temperatur des Wassers etwa 205 bis 38°C. Die obere Temperaturgrenze wird von der Sättigungstemperatur
bei dem im Gaswäscher gegebenen Druck festgelegt, um so das Wasser im wesentlichen in flüssiger Phase zu
halten.
Es ist aus wirtschaftlichen Erwägungen heraus erwünscht, klare Waschflüssigkeit aus der Kohlenstoff-Waschflüssigkeits-Aufschlämmung
zu erhalten und im Kreislauf zu führen. Dies kann mit jeder geeigneten Maßnahme, z. B. Filtrieren, Zentrifugieren, Schwerkraftabsetzen
und Extraktion mit flüssigem Kohlenwasserstoff, wie es im US-Patent 31 47 093 beschrieben
wird, erreicht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird Wasser als Waschflüssigkeit verwendet und die
Kohlenstoff-Wasser-Aufschlämmung aus der Gaswascheinrichtung in eine Kohlenstoffrückgewinnungseinrichtwng
gegeben, in welcher die Aufschlämmung in einen Klarwasserstrom und einen Schlammslrom von
heißem Heizöl und Kohlcnstoffteilchen enthaltend etwa 3 bis 20Gew.-% Kohlenstoff getrennt wird. Das
Klarwasser wird in die Gaswascheinrichtung zum Waschen weiteren Reduktionsgases zurückgeführt. In
einer Ausführungsform wird die Aufschlämmung von Heizöl und Kohlcnstoffleilchen mit einer Temperatur
von etwa 65 bis 150°C in einem tcmpcraturslcuerndcn Gas, wie Dampf, CO2, einem Teil eines gekühlten, im
Kreislauf geführten Reduktionsgases, einem Teil eines gekühlten und gereinigten Abgases einer Erzreduktionszone
oder einem Inertgas, wie z. B. Stickstoff, dispergiert. Die Brennsloffdispersion wird sodann durch
einen geeigneten Brenner in die Reaktionszone eines Strömungshindernisfreien, nichikatalytischcn Reduktionsgasgenerators
eingegeben. Gleichzeitig tritt ein saucrstoffhaltiger Gasstrom, wie beispielsweise im
wesentlichen reiner Sauerstoff, bei etwa 38 bis 65"C in die Reaktionszone des Gasgenerators durch den
Brenner ein. Die beiden Ströme prallen aufeinander unter Bildung eines feinen Nebels, in welchem die
Partialoxidation bei einer autogenen Temperatur von etwa 815 bis 1930"C und einem Druck von etwa 1 bis
350 Atmosphären unter Bildung von Reduktionsgas abläuft.
In der erwähnten Kohlensloffrückgewinnungscinrichtung
wird die Kohlenstoff-Wasscr-Aufschwiimmung
aus der Gaswascheinrichtung mit Naphtha in Kontakt gebracht, um eine Aufschlämmung von leichtem
flüssigem Kohleiiwasscrstoffbreniistoff und Kohlenstoffteilchcn
und eine geklärte Wasserphase zu bilden. Diese Wasserphasc wird sodann von der Aufschliimmting
in einem Dckanticrer abgetrennt,-mit Zusatzwasser
vermischt und der Ciaswascheinrichtung wieder /!!geführt zur Verwendung beim Qiicnchkühlen und
Waschen weiteren Reduktionsgasauss;troms des Gasgenerators. Billiges Heizöl wird dann mit der Aufschlämmung
von leichtem flüssigem Kohienwasserstoffbrennstoff und Kohlenstoffteilchen vermischt. In einer
r> Destillationskolonne wird der leichte flüssige Kohlenwasserstoffbrennstoff
abdestilliert und zur Extraktion weiteren Kohlenstoffs aus der erwärmten Kohlenstoffteilchen-Wasser-Dispersion
erneut verwendet. Eine heiße Heizöl-Kohlenstoffteilchen-Aufsehlämmung, ent-
Hi haltend etwa 3—20Gew.-% Kohlenstoff, wird von der
Destillationskolonne abgezogen, wahlweise mit Zusatzheizöl vermischt, in einem temperatursteuernden Gas
dispergiert und in den Reduktionsgasgenerator eingegeben.
i) In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Teil des Abgases der Erzreduktionszone
gereinigt, gekühlt und mit einem Teil des gereinigten und gekühlten Reduktionsgases des Gaswaschturmes
gemischt. Diese relativ kalte Mischung von Reduktionsgas und Abgas mit einer Temperatur von etwa
Umgebungstemperatur bis 205°C wird auf etwa den gleichen Druck, welchen der heiße Gasausstrom des
Reduktionsgasgenerators aufweist, komprimiert und mit dem Reduktionsgasausstrom vermischt, um einen
21) geeigneten Reduktionsgasmischungsstrom bei etwa
1260 bis 815°C zu erzeugen zur Eingabe in eine Erzreduktionszone als mindestens ein Teil des Reduktionsmittels.
Wird beispielsweise diese Reduktionsgasmischung in einen Eisenerzhochofen eingegeben, so
jo strömt die Mischung bevorzugt aufwärts durch das nach
unten sich bewegende Beschickungsmaterial. Die Reduktionsgasmischung wird dem Hochofen bevorzugt
oberhalb des Mantels, wo die Temperatur etwa 985 bis 1260° C beträgt, zugeführt.
r> Die Ausgangstemperatur des Abgases der Erzreduktionszone, z. B. des Eisenerzhochofens, kann etwa 150
bis 315°C betragen und kann etwa 0,26 bis 1,3 Gramm Staub und etwa 0,5 bis 3,3 Gramm Wasserdampf pro
0,02687 Nm3 enthalten. Dieses Abgas wird gereinigt, gekühlt, getrocknet und in eine Säure-Gas-Trenneinrichtung,
in welcher CO2 und H2S entfernt werden,
eingegeben.
Die Staubpartikel aus einem Hochofen schwanken in ihrer Größe von etwa 6,35 mm bis zu wenigen Mikrons.
<r> Beispielsweise werden übliche Hochofen-Staubabscheider
verwendet, um so viel wie möglich an trockenem Staub zu entfernen. In diesem Fall strömt das Abgas
abwärts durch eine zentral angeordnete, senkrechte Leitung im Staubsammler, wenn sich plötzlich die
r>o Strömungsrichtung ändert. Die Geschwindigkeit und
die Richtungsänderung bewirken das Ausfällen von Ruß und festen Staubteilchen aus dem Gasstrom. Da die
Trockenreinigung den Staub ohne Abkühlen entfernt, kann die fühlbare Wärme im Abgas wahlweise durch
v> indirekten Wärmetausch mit Wasser zurückgewonnen werden. Der auf diese Weise erzeugte Dampf kann
anderweitig im Verfahren verwendet werden.
Der Rcststaub kann mit üblichen Verfahren wie in Zentrifugiermaschincn, Zyklonablrcnnern, Coltrcll-
iiii Ausfällcrn, Filtern und Wasserwäsche entfernt werden.
Naßreiniger umfassen feststehende und drehende Rieseltürme, Prallblcchtürmc (baffle lowers) und Kiesellüfter
(spray fans). Das zu waschende Gas wird auf etwa Waschwasscrlemperatur abgekühlt und jede bei der
(ir) Sättigungstemperatur überschüssige Feuchtigkeit wird
niedergeschlagen.
CO2, IbS, NHi und COS können aus dem gekühlten
und gereinigten Abgasstrom der F.rzrecliiktions/one,
aus dem gekühlten und gewaschenen Reduktionsgas und aus Mischungen derselben in einer Säure-Gas-Trennzone
entfernt werden. Geeignete übliche Verfahren beinhalten Kühlung und physikalische oder
chemische Absorption mit Lösungsmitteln wie z. B. mit N-Methylpyrrolidon.Triäthanolamin, Propylencarbonat
oder alternativ mit heißer Pottaschelösung. Im Lösungsmittelabsorptionsverfahren
kann das meiste im Lösungsmittel absorbierte CO2 durch einfaches Selbstvcrdampfen
entbunden werden. Der Rest kann durch Strippen entfernt werden. Dies kann am wirtschaftlichsten
mit kostenlosem Stickstoff, falls eine Lufttrennanlage zur Erzeugung von im wesentlichen reinem
Sauerstoff (95 Mol-% O2 oder mehr) für den Reduktionsgasgenerator
vorhanden ist, erfolgen. Wahlweise kann das wiedergewonnene CO2 dem Reduktionsgasgenerator
zur Verwendung als ein Teil des oder als gesamtes temperatursteuerndes Gas wieder zugeführt
werden. Das regenerierte Lösungsmittel wird anschließend der Absorptionskolonne zur Wiederverwendung
zugeführt. Falls notwendig, erfolgt eine Schlußreinigung, indem das Prozeßgas durch Eisenoxid, Zinkoxid
oder Aktivkohle zur Entfernung zurückgebliebener H2S- oder Spuren organischer Sulfide geleitet wird.
Das H2S- und COS-haltige Lösungsmittel wird durch
weiteres Selbstverdampfen und Strippen mit Stickstoff regeneriert. H?S und COS werden sodann in einem
geeigneten Verfahren in Schwefel umgewandelt. Beispielsweise wird im Clauss-Verfahren, siehe »Encyclopedia
of Chemical Technology«, Kirk-Othmer,
2. Auflage, Vol. 19, John Whily, 1969, S. 352, elementarer
Schwefel erzeugt. Überschüssiges SO2 kann entfernt und in chemischer Bindung an Kalkstein verworfen oder
mit Hilfe eines geeigneten wirtschaftlichen Extraktionsverfahrens entfernt werden.
Beschreibung der Zeichnung
Das vorstehend beschriebene Verfahren ist in schematischer Form in seiner Anwendung auf den
Hochofenbetrieb in der Zeichnung gezeigt. Ausgezogene Linien in der Zeichnung weisen auf eine bevorzugte
erfindungsgemäße Ausführungsform des kontinuierlichen Verfahrens hin. Alternative Ausführungsformen
sind durch unterbrochene Linien wiedergegeben.
Mit Nr. 1 ist ein Strömungshindernisfreier, nichtkaialytischer,
mit feuerfester Auskleidung versehener Rcduktionsgasgenerator üblicher Bauart, wie er beispielsweise
im US-Patent 28 09 104 beschrieben ist, bezeichnet. Ein sauerstoffhaltiges Gas aus der Leitung 2
strömt durch die zentrale Leitung 3 eines Ringbrenners 4, welcher im angeflanschten Eingang 5 am Kopf des
Gasgenerators I in axialer Ausrichtung angebracht ist. Eine Mischung von Kohlenwassersloffbrennstoff und
Kohlenstoffaufschlämmung (nachfolgend im Verfahren erzeugt) miigcführt in einem temperatursieuerndcri Gas
zur Bildung einer Dispersion in der Leitung 6 strömt durch eine äußere, konzentrisch um die zentrale Leitung
angeordnet: Leitung, dann durch eine koaxiale, konzentrische, sich verjüngende Ringdüse 7 am
Brennerabsiromende 4 und anschließend in die Keaklionszone
8 ties Reduktionsgasgenerators I. Der Brennstoifdispersionsstmni und der sauersiol'fhaltige
Gasstrom prallen in der Reaklions/one in kurzer Abstromenliernung vom Brennerabslromende4 aiifeinunder.
!■in heißer tteduklionsgnsaussironi verliißi kontinuierlich
den Gasgenerator I durch den axial ausgerichtelcn,
iinyeilaiischlen Ausgang 9 am Boden ties Gasgenerators
1 und strömt unmittelbar danach durch den Durchgang 11 in den feuerfest ausgekleideten und
isolierten Mischverbinder 10. Ein zweiter Reduktionsgasstrom aus der Leitung 12 wird in den Mischverbinder
10 eingeführt. Dieser zweite Reduktionsgasstrom war vorher gekühlt, gereinigt und komprimiert worden
(siehe vorhergehende Beschreibung) vor seiner Eingabe durch den Durchgang 13 in den Mischverbinder 10. In 10
erfolgt eine Mischung mit und Abkühlung allen heißen durch den Durchgang 11 eintretenden Reduktionsgasgeneratorausstroms
auf eine vorgegebene Temperatur. Ein vergleichsweise kühler und sauberer Reduktionsgasstrom
verläßt den Mischverbinder 10 durch den Durchgang 14. Der H2O-Gehalt, die Temperatur und
der Gehalt an mitgerissenen Kohlenstoffteilchen dieses Reduktionsgasstroms sind geringer als der durch 11
eintretende Gasstrom, aber sind etwas größer als der durch 13 eintretende Gasstrom.
In Abstromrichtung vom Mischverbinder 10 wird ein
Teil des Mischstroms an verbessertem Reduktionsgas bei geeigneter Temperatur zur Eingabe in den
Eisenerzhochofen 15 abgezogen. Das Reduktionsgas wird kontinuierlich in den Hochofen 15 eingegeben, um
die Reduktion des im Hochofen enthaltenden Eisenerzes und die Erzeugung geschmolzenen Eisens zu
bewirken, durch den angeflanschten Eingang 16 und den feuerfest ausgekleideten und isolierten Windring 17,
welcher den Hochofen nahe des Mantels 18 umgibt. Der Mantel 18 ist ein horizontaler, schwerer Stahlring
welcher auf einer Vielzahl von Stützen 19 ruht. Der Mantel trägt das stählerne Hochofengehäuse und die
innere Ausmauerung. Der stumpfkegelige Abschniti unterhalb des Mantels ist die Rast 20. Das Gestell 21 isi
im unteren Teil des Hochofens und unterhalb der Rasi
r> 20 angeordnet. Ein Teil des Reduktionsgases strömi
durch den Windring 17 und aus diesem durch eine angeflanschte Austriltsöffnung 22, welche am anderer
Ende des Windrings gegenüber dem angeflanschter Eingang 16 angeordnet ist. Diese Anordnung erlaubt irr
vergleichsweise großen Windring 17 eine gleichmäßige Temperierung. Auf diese Weise werden Probleme
welche sich durch ungleichmäßige Ausdehnung vor Metall und feuerfester Auskleidung der Windringanlagc
ergeben, vermieden.
■Ti Ein Teil des Reduktionsgases aus dem Windring 1/
wird durch ein Rohr 24 und Ventil 25 in eine Vielzah von Injektoren 23 verteilt. In einem großen Hochofer
können vier oder mehr Injektoren ringförmig um der senkrechten Schacht 26 angeordnet sein.
V) Das Reduktionsgas tritt durch die Injektorausrüstunj
23 in den Hochofen 15 ein. Die Injektoren treten ar einer Stelle oberhalb des Mantels 18 durch di<
Hochofenwand, wo die Temperatur an der Hochofenin ncnseitc etwa die gleiche wie die Temperatur de:
->■> eintretenden Reduklionsgases, d. h. etwa 985 bi:
1260"C, ist. Diese Stelle befindet sich wescntlicl oberhalb der Hochofcnwindformen 27, durch welch«
Lull oder saiicrstoffangcrcichcrtc Luft aus tier Leitunj
28 in den Hochofen in üblicher Weise eingegeben win
hi) Diese Anordnung schließt im wesentlichen eim
Reaktion von heißem sauerstol'freichen, durch dl· Windformen 27 eingegebenen Luftstrom und den
heißen, oberhalb durch die Injektoren 23 eingegebenei
Reduktionsgas aus.
i,r) Hei Betrieb ties Hochofens 15 werden Eisenerz, Kok
und Kalkstein durch el it- Leitung 14 auf den Kopf tie
Hochofens in vorgegebenem Kreislauf geführt, (ic sfhmolzenes F.isen und Schlucke werden am Hochofen
boden durch die Leitung 35 und 36 abgezogen. Während die Beschickung langsam durch den Hochofenschacht
nach unten fällt, tritt es mit einem starken Aufstrom heißer Gase in Kontakt. Ein Teil dieser aufsteigenden
Gase entstammt dem Rastabschnitt 20 des Hochofens und enthält die Reaktionsprodukte der Koksbeschikkung
und heiße, durch die Windformen 27 des Hochofens eingegebene Luft. Der Rest dieser aufsteigenden
Gase enthält weitere Anteile Reduktionsgas einer externen Quelle entstammend und wird in den
Hochofen durch die Injektoren 23 eingegeben.
Das den Rastabschnitt des Eisenerzhochofens 15 verlassende Gas hat eine Temperatur von etwa 13000C
und enthält (in Vol.-%): CO etwa bis 32, H2 bis etwa 15
und Nj etwa bis 66,5. Das Zusatzreduktionsgas, welches durch die Injektoren 23 in den Hochofen strömt, hat
eine Temperatur von etwa 985 bis 12600C und kann enthalten (Vol.-%, trocken)
CO | 33 -52 |
H, | 62 -42 |
COj | 1,5 - 8 |
CH1 | 0,02- 2 |
H.S | 0-2 |
COS | - 0,1 |
bei Abwesenheit von Inertgasen sowie Kohlenstoffteilchen
von etwa 0,1 bis 8 Gew.-% (bezogen auf Kohlenstoff im Ausgangsmaterial). Bei vollem Blasen
tritt das Gas in etwa 3 Sekunden durch den gesamten Hochofen und tritt am Kopf des Hochofens durch die
Leitung 37 als »Abgas« mit etwa 150 bis 260°C aus und
enthält etwa (Vol.-°/o, trocken):
CO | 15 -40 |
CO, | 10 -30 |
Hj | 2 -10 |
Nj | 40 -60 |
Inertgase | 0,5- 5 |
Die Beschickung, deren Zwischenräume mit aufsteigendem Reduktionsgas gefüllt sind, fällt beim Durchsalz
durch den Hochofen in Bereiche höherer Temperatur. Auf verschiedenen Hochofenhöhen treten chemische
Reaktionen in Abhängigkeit von den jeweils herrschenden Temperaturen gemäß Kinetik und Gleichgewicht
ein. Beispielsweise tritt im oberen Schachtteil bei mäßig hohen Temperaturen von etwa 250 bis 7O2°C indirekte
Reduktion von FejOi mit CO und Hj ein. Beispielsweise
kann FejOi in drei aufeinanderfolgenden exothermen Schritten sukzessiv mit CO zu FeiO.i, FeO und
schließlich Fe reduziert werden. Die Gesamtreaktion verläuft nach:
Fe2O., + 3 CO --» 2 Fc + 3 CO2 - 1966 kcal (1)
Freie Kohlensioffteilchcn, welche in das poröse lirz
eindringen, können ebenfalls als Reduktionsmittel für die Eisenoxide bei etwa 505 bis 7()5"C dienen, gemäß
beispielsweise folgender Gleichung:
FeO + C ■■» Fe + CO -I- 16992 kcal
(M)
Die für die endotherme Reaktion (II) benötigte Wärme kann aus der exothermen Reaktion (I) geliefert
werden, um den Nettowärineiibsorptionseflekt zn
verkleinern. Am Schadilboden, wo die Temperatur oberhalb 1260"C liegen kann, werden die Mangan-,
Silicium- und Phosphoroxide mit Kohlenstoff reduziert.
Ein Teil des Reduktionsgases (20—60%, abhängig vom gewünschten Abkühlungsgrad) strömt durch den
Windring 17 und den Austritt 22, der in Abstromrichtung vom Mischverbinder 10 angeordnet ist. Von dort
strömt dieser Reduktionsgasteil durch den angeflanschten Rohrabschnitt 38, den angeflanschten Eingang 39
und das Tauchrohr 40 in die untere Kammer 42 des Gaskühl- und Waschturmes 43 unterhalb der Oberfläche
41 des Waschflüssigkeitsvorrates ein. Ein konzentrisches Rohr 44 umgibt das Tauchrohr 40 und bildet einen
offenendigen ringförmigen Durchgang 45 mit der äußeren Oberfläche des Tauchrohres aus. Das Reduktionsgas
blubbert durch die Waschflüssigkeit im Ring 45 nach oben und tritt unterhalb des Spritzbleches 46 aus.
Das Volumen und die Geschwindigkeit des Gases führen zu turbulenten Bedingungen in der Waschflüssigkeit,
was hilfreich beim Auswaschen der Hauptmenge der mitgerissenen Kohlenstoffteilchen aus dem Gas und
beim Kühlen ist. Die Höhe von 41 wird mit Hilfe des Niveaugebers 47, der Niveausteuerung 48 und dem
Steuerventil 49 bestimmt. Zusatzflüssigkeit kann durch die Leitung 50 eingeführt werden.
Das einmal gewaschene Reduktionsgas tritt in den Raum 55, welcher oben durch den Boden der oberen
Kammer 56 des Gaswaschturmes 43 abgeschlossen wird. Die Kammer 56 kann verwendet werden, falls
weiteres Waschen des Reduktionsgases notwendig ist Jede geeignete Gas-Flüssigkeits-Waschvorrichtung
kann angewendet werden. Beispielsweise können vier Kreuzstromböden mit Glocken, wie im »Perry«
Seiten 18/3 bis 7 gezeigt, verwendet werden. Anschließend strömt das Reduktionsgas durch den angeflanschten
Ausgang 57, die Leitungen 58 und 59, den angeflanschten Eingang 60 auf den Boden und durch die
obere Kammer 56 nach oben aus derselben durch den angeflanschten Ausgang 61 aus.
Die Waschflüssigkeit tritt am Kopf des Gaskühl- und Waschturmes 43 durch die Leitung 62 und den
angeflanschten Eingang 63 ein. In der vorliegenden Ausführungsform ist Wasser die Waschflüssigkeit. Die
Waschflüssigkeit strömt durch die obere Kammer 56 nach unten über jeden Boden in direktem Kontakt mit
und im Gegenstrom zum aufsteigenden Reduktionsgas und entfernt auf diese Weise im wesentlichen alle
mitgerissenen Kohlenstoffteilchen aus dem Gas. Eine Kohlenstoff-Waschflüssigkeits-Aufschlämmung verläßt
die obere Kammer 56 über den angeflanschten Ausgang 64 und tritt, falls notwendig, unter Zuhilfenahme einei
Pumpe, in die untere Kammer 42 durch die Leitung 6ϊ und den angeflanschten Eingang 66 ein. Das Niveau 41
der Kohlenstoff- Waschflüssigkeits-Aufschlämmung wird in der beschriebenen Weise gesteuert. Die
Kohlenstoffkonzentration in der Aufschlämmung wire vorzugsweise bei einem Maximumwert von etw;
I Gcw.-% gehalten, indem Aufschlämmung vom Boder des Gaswaschturmes 43 über den angeflanschter
Ausgang 67, die Leitung 68, das Ventil 49 in die Kohlcnstoffrückgewinnungscinriehtung 69 über die
I .ellung 70 eingegeben wird.
Die Kohlenstoffrückgcwinnungseinrichtung 69 kanr jede übliche Einrichtung zum Anreichern von Kohlen
stoff im Wasser und zum Erzeugen von Klarwasser sein z. Ii. Filtration, Zentrifuge oder Extraktion mit einen
leichten Kohlenwassersloffbrennstoff. Das Klarwassei
wird zurückgeführt und auf den Kopf des Gaswaschtur nies 43 durch die Leitung 62 gegeben. Kolilensloffleil
clienkoii/.eniral wird durch die Leitung 71 entfernt.
Wahlweise kann ein kleiner Wärmetauscher 72 in Aufstromrichtung zum Gaswaschturm und in Abstromrichtung
vom Hochofen im Rohr 38 eingeordnet sein. In diesem Fall passiert das heiße den angeflanschten
Ausgang 22 der Windringanlage 17 verlassende Reduktionsgas den Abhitzkessel 72 zur Dampferzeugung.
Die Temperatur des Reduktionsgases wird mit Hilfe des Abhitzkessels gesenkt, um so ein Verdampfen
der Waschflüssigkeit zu verhindern. Das abgekühlte Reduktionsgas wird sodann dem Gaswaschturm 43 über
den angeflanschten Eingang 39 zugeführt, in weichem weiteres Abkühlen mit einer relativ großen Menge
kälterer, z. B. 38°C, Waschflüssigkeit erfolgt.
Das abgekühlte und gereinigte, die obere Kammer 56 des Gaskühl- und Waschturmes 43 über den angeflanschten
Ausgang 61 verlassende Reduktionsgas passiert die Leitungen 74 und 75, das Ventil 76 und die
Leitungen 77/78 zum Kompressor 79, in welchem der Gasdruck auf etwa den gleichen oder geringfügig
oberhalb des im Durchgang 11 herrschenden Druck des dort ausströmenden Reduktionsgases eingestellt wird.
Das abgekühlte, gereinigte und komprimierte Reduktionsgas strömt durch die Leitungen 80/81, die
Strömungssteuerung 82, die Leitung 83, das Ventil 84 und die Leitung 12 in den angeflanschten Eingang 13 des
Mischverbinders 10, um die Temperatur des heißen durch 11 eintretenden Reduktionsgasgeneratorausstroms
herabzusetzen. Der Anteil gekühlten Reduktionsgases aus der Leitung 12, der benötigt wird, wird
von der Strömungssteuerung 82 gesteuert. Die Strömungssteuerung 82 wird von Hand abhängig von der
gewünschten Temperatur des gemischten Reduktionsgases im Rohr 14 eingestellt. Der Geber 85 überträgt ein
Signal auf die Steuerung 86, welche automatisch die Ventilöffnung 84 einregelt. Die Steuerung 86 kann auch
von einem Temperaturmeßgerät, welches im Durchgang 14 eingebaut wird, betrieben werden.
Überschüssiges gekühltes und gereinigtes Reduktionsgas kann dem System zur Verwendung als Heizoder
Synthesegas durch die Leitung 87, das Ventil 88 und die Leitung 89 entnommen werden.
In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Teil des den Kopf des Eisenerzhochofens
15 verlassenden Abgases durch die Leitung 37/90, das Ventil 91 und die Leitung 92 in einen üblichen
Gas-Feststoff-Separator 93 gegeben. Ruß und Staub können aus dem Abgas durch Vermindern der
Geschwindigkeit und Ändern der Gasströmiingsrichtung
im Separator 93 entfernt werden. Ruß und Staub werden über Leitung 94 abgezogen. Der Abgasstrom
passiert die Leitung 95 und den Wärmetauscher 96, in weichem Dampf erzeugt wird. Dann strömt das Abgas
durch die Leitung 97 in einen turmartigen Wäscher 98, wo es mit Wasser, welches durch die Leitung 99 eintritt,
gewaschen wird und 98 über die Leitung 100 verläßt. Diese Behandlung vermindert den Staubgehalt auf
weniger als etwa 0,0013 gr/0,028 m3 und die Temperatur auf etwa 21 bis 93°C.
Das gekühlte und gereinigte Abgas passiert sodann die Leitungen 101 und 102 in eine übliche Säure-Gas-Trenneinrichtung
103, in welcher CO2 und H2S entfernt
werden. Der CO2-Strom verläßt 103 über die Leitung
104 und der H2S-Strom fließt durch die Leitung 105 in
die Clauss-Anlage 106 ab und wird in Schwefel, der durch die Leitung 107 abgenommen wird, umgewandelt.
Das verbesserte Abgas passiert die Leitungen 108/109, das Ventil 110 und strömt aus der Leitung 111 in die
Leitung 78, in welcher es mit gekühltem und gereinigtem Reduktionsgas aus der Leitung 77 vermischt
wird. Diese Reduktionsgasmischung wird im Kompressor 79 komprimier; und in den Mischverbindci
10 über die Leitung 12, wie beschrieben, eingeführt.
Wahlweise kann alles oder ein Teil des gekühlten und gereinigten Reduktionsgases aus der Leitung 74 in die Säure-Gas-Trenneinrichtung 103 über die Leitung 112 das Ventil 113 und die Leitungen 114/102 gegeben werden.
Wahlweise kann alles oder ein Teil des gekühlten und gereinigten Reduktionsgases aus der Leitung 74 in die Säure-Gas-Trenneinrichtung 103 über die Leitung 112 das Ventil 113 und die Leitungen 114/102 gegeben werden.
Überschüssiges verbessertes Abgas kann über die Leitung 115, das Ventil 116 und die Leitung 117
entnommen werden. Überschüssiges Abgas aus der Leitung 37 wird über die Leitung 118, das Ventil 119 und
die Leitung 120 abgeblasen.
In den nachfolgenden Beispielen werden bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen betreffend das
Abkühlen von Reduktionsgas und seine Verwendung ir einem Eisenerzhochofen, der im Verfahren integriert ist
beschrieben. Das Verfahren läuft kontinuierlich und die
2i) Strömungsgeschwindigkeiten aller Materialströme sind
pro Stunde angegeben.
2-, 15 983Nm3 Reduktionsgas, enthallend 14 555Nm
H2+ CO, wurden durch Partialoxidation eines Kohlenwasserstoffbrennstoffs
in einem üblichen senkrechten Strömungshindernisfreien, mit feuerfester Auskleidung
versehenen Reduktionsgasgenerator erzeugt. Das Reduktionsgas wurde bei einer autogenen Temperatur vor
etwa 1566°C am Ausgang der Reaktionszone und einen
Druck von etwa 3 abs. Atmosphären erzeugt. Die durchschnittliche Verweilzeit im Gasgenerator betrug
etwa 0,8 Sekunden. Das den Generator verlassende
υ Reduktionsgas hatte folgende Zusammensetzung ir
CO | 48,55 |
H2 | 42,50 |
CO2 | 1,89 |
H2O | 6,83 |
CH4 | 0,02 |
Ar | 0,11 |
N2 | 0,03 |
H2S | 0,07 |
COS | Spuren |
Etwa 180 kg nichtumgewandelter Kohlenstoffteil
chen wurden im Reduktionsgasgeneratorausstrom mitgerissen. Das Reduktionsverhältnis, d.h. das Molverhältnis
(H2-HCOV(H2O-I-CO2) des Reduktionsgasaus
Stroms war etwa 10,4.
Das genannte Reduktionsgas wurde erzeugt durcr kontinuierliche Eingabe der folgenden Beschickung ir
den nichtkatalytischen Reduktionsgasgeneralor übei den Ringbrenner: 5911 kg Gesamtbeschickung erithiel
ten 765 kg Dampf bei etwa 163°C und 5146 kg einei Kohlenwasserstoffaufschlämmung bei 79,5°C, welchf
flüssigen Kohlenwasserstoff und Kohlenstoffteilchen nachfolgend im Verfahren aus einer Kohlenstoffrückge
winnungseinrichtung gewonnen, enthielt. Die Auf schlämmung enthielt 47,6 kg Kohlenstoffteilchen unc
5098,4 kg Rohöl mit den Analysendaten: C 87,09 H = 12,22; S=0,35; N =0,11; 0 = 0,18 und Asche = 0,05
einer API-Dichte von 22,8; einer Verbrennungswärmi von 10 680 kcal/kg und einer Viskosität von 950 Say
bolt-Sekunden (Furol) bei 50"C. 4246 Nm3 reinci
Sauerstoff, in einem Strom von 99.6 Mol-% O
enthalten, wurden bei 51,7°C in die Reaktionszone des
Gasgenerators über den Brenner eingegeben.
Das gesamte heiße, den Gasgenerator verlassende Reduktionsgas wurde unmittelbar nach seinem Austritt
mit 5757 Nm3 verbesserten, im Kreislauf geführten Reduktionsgases, welches nachfolgend im Verfahren auf
37,80C abgekühlt und aus welchem im wesentlichen alle Kohlenstoffteilchen und Wasserdampf entfernt wurden,
vermischt. Die Zusammensetzung des verbesserten, im Kreislauf geführten Reduktionsgasstroms war im
wesentlichen gleich der des Generatorgasausstroms. Das Mischen der Ströme fand in einem feuerfest
ausgekleideten Verbinder in Abstromrichtung vom Ausgang des Reduktionsgasgenerators statt. Während
der resultierende Strom der verbesserten Reduktionsgasmischung im wesentlichen die gleiche Analyse (auf
Trockenbasis) wie der Generatorgasausstrom aufwies, war die Temperatur der den Mischverbinder verlassenden
Reduktionsgasmischung auf etwa 12040C und die Kohlenstoffteilchenkonzentrationen auf etwa
26Gew.-°/o vermindert worden. Die tatsächliche Zusammensetzung der verbesserten Reduktionsgasmischung
lautet:
CO | 49,49 |
H2 | 43,33 |
CO2 | 1,93 |
H2O | 5,02 |
CH4 | 0,02 |
Ar | 0,11 |
N2 | 0,03 |
H2S | 0,07 |
COS | Spuren |
Das Reduktionsverhältnis der Reduktionsgasmischung stieg auf 13,4. Dieser Wert bedeutet eine
30%-Steigerung gegenüber dem Wert für das aus dem Gasgenerator ausströmende Gas. Dieser Wert ist auch
ein entscheidender wirtschaftlicher Vorteil. Je höher das Reduktionsverhältnis ist, um so niedriger ist allgemein
der Anteil Gas, der zur Reduktion einer bestimmten Erzmenge benötigt wird.
Etwa 15 677Nm3 verbesserter Reduktionsgasmischung
von 12040C wurden in einen üblichen, senkrechten Eisenerzhochofen vom Schachttyp über
etwa 4 bogenförmig oberhalb des Mantels des Hochofens angeordnete Injektoren in denselben eingegeben.
Die Temperatur an der Innenwand des Hochofens nahe der Injektorenhöhe war etwa die
gleiche, wie die des eingegebenen Reduktionsgases. Eine große Windringleitung, welche den Schacht des
Hochofens umgibt, verteilte das Reduktionsgas auf die Injektoren.
Der Eisenerzhochofen wurde mit Eisenerz, metallurgischem Koks und Kalkstein beschickt Luft wurde
durch eine Vielzahl von umgreifenden, nahe des Rastbodens angeordneten Windformen eingeblasen.
Periodisch wurde der Hochofen abgestochen und Schlacke und Eisen durch getrennte öffnungen nahe des
Hochofenbodens abgezogen. Abgas wurde am Kopf des Hochofens abgezogen und zeigte die folgende Analyse
(Vol.-%, trocken):
Gewöhnlich werden im Hochofenbetrieb etwa 0,6 bis 1,1 t Koks pro t erzeugten Eisens in den Hochofen
eingegeben. In diesem Beispiel jedoch wurde das Verhältnis vorteilhafterweise verkleinert. So wurde ein
Teil des metallurgischen Kokses durch extern erzeugtes Reduktionsgas, welches in den Hochofen eingegeben
wurde, ersetzt.
6071 Nm3 Reduktionsgas verließen die Windringleitung durch einen am anderen Ende gegenüber dem
ίο Eingang angeordneten Ausgang, Dieser Reduktionsgasteil
wurde sodann mit Wasser in einer Gaskühl- und Waschzone, wie beschrieben, gequencht und gewaschen.
Im wesentlichen aller Wasserdampf und mitgerissene Kohlenstoffteilchen wurden aus denn Reduktionsgas
entfernt. In der Kohlenstoffrückgewinnungsanlage
wurde Klarwasser aus der Kohlenstoff teilchen-Wasser-Dispersion abgetrennt und der Gaskühl- und Waschzone
wieder zugeführt. Eine Kohlenstoffteilchen-Heizöl-Aufschlämmung
wurde der Kohlenstoffrückgewinnungsanlage zur Rückführung als Gencratorbeschikkung
entnommen. Das gekühlte und gereinigte, verbesserte Reduktionsgas wurde auf etwa 5 Atmosphären
komprimiert, und es wurden 5757 Nm3 von 37,80C mit allem heißem Reduktionsgasgcneratorausstrom
im Mischverbinder, wie beschrieben, vermischt.
Beispiel Il
Dieses Beispiel gibt eine erfindungsgemäße Ausfüh-
jo rungsform wieder, in welcher alles heiße aus dem Gasgenerator ausströmende Reduktionsgas mit einem
Teil des gekühlten, gereinigten und im Kreislauf geführten Reduktionsgases plus einem Teil des gereinigten,
gekühlten und im Kreislauf geführten Abgases aus einem Eisenerzhochofen vermischt wurde. Die weiteren
Einzelheiten dieser Ausführungsform entsprachen im wesentlichen denen des Beispiels I. So waren der
Reduktionsgasgenerator, die Beschickung und die Verfahrensbedingungen desselben sowie die Analyse
ίο des Reduktionsgasausstroms aus dem Gasgenerator gleich Beispiel 1.
Etwa 3999 Nm3 Abgas vom Hochofen mit etwa 149°C wurden mit üblichen Methoden gekühlt und
gereinigt unter Erzeugung einer Gasmischung, im wesentlichen bestehend aus CO = 3i,25; H2 = 5,0;
N2 = 62,5 und Inertgas = 1,25 (in Mol-%). Etwa
3200Nm' dieses verbesserten Abgases; mit 37,80C
wurden mit etwa 3200 Nm3 gekühlten und gereinigten Reduktionsgases aus der Gaskühl- und Waschzone des
so Beispiels I mit 37,80C vermischt. Diese Reduktionsgasmischung
hatte folgende Zusammensetzung:
CO | 25 |
CO2 | 20 |
N2 | 50 |
H2 | 4 |
Inertgase | 1 |
CO | 40,82 |
H2 | 19,75 |
CO2 | 0,87 |
CH4 | 0,76 |
Ar | 0,05 |
H2S | 0,03 |
N2 | 37,72 |
Wurden 6400 Nm3 dieser Reduktionsgasmischung mit 37,80C im Mischverbinder mit 15 998 Nm3 heißem
Reduktionsgasausstrom vom Gasgenerator vermischt, wurde eine Reduktionsmischung mit etwa 12040C und
der folgenden Zusammensetzung erzeugt:
Staub wurde im Abeas mitgerissen.
CO
H,
45,94
36.61
36.61
18
Das Reduktionsverhältnis war 12,6 und lag um 21% über dem für den Reduktionsgasausstrom des Generators.
Zur direkten Erzreduktion sollte das Reduktionsverhältnis einen höchstmöglichen Wert aufweisen, um
eine maximale Wirksamkeit bei der Reaktion mit Metalloxiden zu erzielen.
CO2 | 1.61 |
CH4 | 0,23 |
Ar | 0,09 |
H2S | 0,06 |
H2O | 4,93 |
N2 | 10,53 |
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung eines zur Erzreduktion, insbesondere Eisenerzreduktion in einem
Hochofen, verwendbaren Reduktionsgases durch partielle Oxydation eines Kohlenwasserstoffbrennstoffs
mit einem sauerstoffhaltigen Gas wahlweise in Gegenwart eines temperatursteuernden Gases in
einer Strömungshindernisfreien Reaktionszone eines Gasgenerators bei einer autogenen Temperatur von
etwa 815 bis 1930°C und einem Druck von etwa 1 bis 350 Atmosphären, dadurch gekennzeichnet,
daß
a) der Reduktionsgasausstrom nach Verlassen der Reaktionszone in einer getrennten Mischzone
mit einem über eine Gaskühl- und Reinigungszone zurückgeführten, gereinigten und gekühlten,
verminderte Anteile an Wasserdampf und Kohlenstoffteilchen enthaltenden Reduktionsgasstrom
vermischt wird,
b) ein Teil der so erhaltenen Reduktionsgasmischung in die Gaskühl- und Reinigungszone, die
in Abstromrichtung hinter der Mischzone angeordnet ist, eingegeben wird,
c) die gekühlte und gereinigte, verminderte Anteile an Wasserdampf und Kohlenstoffteilchen
enthaltende Reduktionsgasmischung aus der Gaskühl- und Reinigungszone abgezogen und auf einen Druck, der höher als der Druck
des den Gasgenerator verlassenden Reduktionsgasausstroms ist, komprimiert und alsdann
in die Mischzone zurückgeführt wird,
d) während ein anderer Teil der in der Mischzonc gebildeten Reduktionsgasmischung auf eine
geeignete Temperatur heruntergekühlt wird, bevor er in den Hochofen eingegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Hochofen zugeführte Teil der
Reduktionsgasmischung mit einer Temperatur von etwa 985 bis 1260°C eingegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einem Teil des
gekühlten und gereinigten Reduktionsgases aus der Gaskühl- und Reinigungszone mindestens ein Teil
des gekühlten und gereinigten Abgases aus dem Hochofen beigemischt und die Reduktionsgasmischung
komprimiert und in die Mischzone eingegeben wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktionsgasmischung
in einem keine Strömungshindernisse enthaltenden getrennten Kessel als Mischzone hergestellt
wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktionsgasmischung
auf eine Temperatur von etwa 370 bis 38°C heruntergekühlt und auf einen Kohlenstoffteilchengehalt
von etwa 1 bis 8 Gew.-% (bezogen auf den Kohlenstoffgehalt im Ausgangsmaterial) gebracht
wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß etwa 0,2
bis 0,6 Mol der gekühlten und gereinigten Reduktionsgasmischung pro Mol aus dem Gasgenerator
ausströmenden Reduktionsgases in die Mischzonc eingegeben wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Reduktionsgasmischung, der aus der Mischzone
in die Gaskühl- und Reinigungszone eingegeben wird, vorher durch einen Abhitzekessel geführt wird.
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