DE2244851B2 - Verfahren zur herstellung eines zur erzreduktion verwendbaren reduktionsgases - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines zur erzreduktion verwendbaren reduktionsgases

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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.
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.
Beispiel I
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
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)

Patentansprüche:
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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