DE2438790A1 - Verfahren und anlage zur reduktion von eisenerzen - Google Patents
Verfahren und anlage zur reduktion von eisenerzenInfo
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Description
Patentanmeldung
Thyssen Purofer
Gesellschaft mit beschränkter Haftung 4 Düsseldorf 1, Kaiserswerther Str. 115
Verfahren und Anlage zur Reduktion, von Eisenerzen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reduktion
von Eisenerzen, insbes. von Eisenerzpellets., mit Hilfe
eines hauptsächlich Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Reduktionsgases, wobei das Reduktionsgas unter
Einsatz eines Kohlenstoffträgers in einem Umformungsprozeß erzeugt und Gichtgas aus dem Reduktionsprozeß der
Eisenerze nach Kühlung und Reinigung zurückgeführt wird.
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2 -
Im allgemeinen wird ein solches Verfahren zur Reduktion
von Eisenerzen als. Direktreduktionsverfahren bezeichnet.
Die Erfindung bezieht sich fernerhin auf eine Anlage zur
Durchführung eines solchen Verfahrens, bestehend aus Schachtofen für die Eisenerzreduktion, Umformer und Einrichtung
für die Gichtgasrückführung mit Gichtgaskühler und -reiniger.
Bei einem bekannten Verfahren der beschriebenen Gattung
(vgl. DT-PS 1 201 377) werden leichte Kohlenwasserstoffe,
z.B. in der Form von Erdgas als Kohlenstoffträger eingesetzt.
Die Umformung der Kohlenwasserstoffe geschieht thermisch oder katalytisch mit Kohlendioxid, gegebenenfalls plus
Wasserdampf und/oder Sauerstoff, zu einem hauptsächlich Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Reduktionsgas,
wobei das Kohlenrnonoxid/Wasserstoff-Volumenverhältnis bei
1 liegt oder kleiner als 1 ist» Dieses Reduktionsgas wird mehr oder weniger mit der Temperatur des Umformungsprozesses
in den Reduktionsprozeß eingeführt. Ein Teil des entstehenden
Gichtgases wird als Sauerstoff träger in den Uniformungsprozeß
zurückgeführt und wirkt dort gleichzeitig thermodynamisch über das Massenwirkungsgesetz mit seinen Bestandteilen
Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Ein anderer Teil des Gichtgases
wird als Wärmeträger eingesetzt. Die Gichtgasrückführung ist dabei aber auch für die Verfahrensökonomie bedeutungsvoll.
Die bekannten Anlagen für die Reduktion von Eisenerzen sind bezüglich Umformer und Gichtgasrückführung
entsprechend ausgelegt. Das alles hat sich an sich bewährt. Die bewährte Arbeitsweise läßt jedoch den Einsatz von Kohle
oder von Schweröl als Kohlenstoffträger nicht zu. Andererseits verlangt die Praxis häufig den Einsatz solcher
Kohlenstoffträger. ■
Zwar ist es bekannt, Kohle mit Sauerstoff im sogenannten Sauerstoffreaktor zu hauptsächlich Kohlenmonoxid und
Wasserstoff (neben Kohlendioxid und Wasserdampf) umzuformen (vgl. Jacques Meunier "Vergasung fester Brennstoffe
und oxydative Umwandlung von Kohlenwasserstoffen", Verlag Chemie.GmbH, Weinheim/Bergstr., I962). Das entstehende Vergasungsgemisch hat jedoch ein Kohlenmonoxid/Wasserstoff-Volumenverhältnis
von etwa 1,5 : 1 und größer. Das bei
der Verwendung eines derartigen Reduktionsgäses mit einem Kohlenmonoxid/Wasserstoff-Volumenverhältnis von etwa 1,5 :
entstehende nasse Gichtgas weist ein Volumenverhältnis von Kohlenmonoxid und Kohlendioxid zu Wasserstoff und Wasserdampf
von ebenfalls etwa 1,5 : 1 auf. Nach Wasserabscheidung und Entstaubung würde dieses Gichtgas beim Wiederaufheizen
auf etwa boo C einen Temperaturbereich durchlaufen, in dem
das Kohlenmonoxid zu Ruß und Kohlendioxid zerfällt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs beschriebene
Verfahren mit Gichtgasrückführung so weiter auszubilden,
daß Kohle als Kohlenstoffträger eingesetzt
werden kann.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion von Eisenerzen, insbesondere von Eisenerzpellets, mit Hilfe
eines hauptsächlich Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Reduktionsgases, wobei das Reduktionsgas unter Einsatz
eines Kohlenstoffträgers in einem Umformungsprozeß erzeugt und Gichtgas aus dem Reduktionsprozeß der Eisenerze, nach
Kühlung und Reinigung, zurückgeführt wird. Die Erfindung besteht darin, daß als Kohlenstoffträger Kohle eingesetzt
und mit Sauerstoff zu einem hauptsächlich Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Vergasungsgasgemisch mit einem
Kohlenmonoxid/Wasserstoff-Volumenverhältnis von etwa 1,5 :
und größer umgeformt wird, daß das rückgeführte Gichtgas mit Wasserdampf zu einem Konvertierungsgasgemisch aus
hauptsächlich Kohlendioxid und Wasserstoff konvertiert und daraus das Kohlendioxid ausgewaschen wird, und daß endlich
der Wasserstoff aus dem Konvertierungsgasgemisch dem Vergasungsgasgemisch zur Erzeugung eines Reduktionsgases mit
einem Kohlenmonoxld/Wasserstoff-Volumenverhältnis von etwa 1 : 1 oder kleiner beigemischt wird. Die Erfindung geht von
der Erkenntnis aus, daß das Gichtgas bei der Reduktion von Eisenerzen auch in ganz anderer Weise als bisher (Sauerstoffträger)
wirken kann, nämlich als Wasserstofflieferant nach Wasserdampfzuführung und Konvertierung. Daneben kann
nach wie vor für die Konvertierung nicht verbrauchtes Gichtgas als Wärmeträger in geeigneter Weise eingesetzt
werden. Der gewonnene Wasserstoff wiederum wird verwendet, um durch Zumischung zum Vergasungsgasgemisch der Kohle
bzw. des Schweröls den Zerfall des Kohlenmonoxids zu Ruß zu bremsen bzw. zu verhindern.
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Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen
Im einzelnen läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren auf verschiedene Weise gestalten. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die
Vergasung des Kohlenstoffträgers so durchgeführt wird, daß ein Vergasungsgasgemisch mit einer Temperatur von etwa
l6oo° C entsteht, daß der Wasserstoff aus dem Konvertierungsgasgemisch
nach dem Auswaschen des Kohlendioxids und des Wasserdampfes auf eine Temperatur von etwa 4oo° C aufgeheizt
wird, so daß das aus dem Vergasungsgemisch und dem Wasserstoff gebildete Reduktionsgas, nach mechanischer
Reinigung und Schwefelreinigung, bei einer Temperatur von etwa looo C in den Reduktionsprozeß eingeführt werden kann,
Im allgemeinen wird man das Gichtgas, nach Kühlung und Reinigung, auf etwa 4oo bis 600 C aufheizen und bei dieser
Temperatur mit WasserdampfÜberschuß konvertieren. Wo im
Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Aufheizung erforderlich ist, kann das für die Konvertierung nicht
verbrauchte Gichtgas als Wärmeträger eingesetzt werden, es besteht aber selbstverständlich auch die Möglichkeit, für
diese Aufheizung andere Wärmeträger einzusetzen.
Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß erfindungsgemäß die sogenannte Direktreduktion von Eisenerzen auch
mit Kohle als Kohlenstoffträger ohne Schwierigkeiten durchgeführt werden kann. Dabei zeichnet sich das Verfahren
durch Einfachheit und Punktionssicherheit aus. Von besonderem Vorteil ist, daß auch die Anlage zur Durch-
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führung des erfindungsgemäßen Verfahrens einfach und funktionssicher aufgebaut werden kann. Eine solche Anlage
besteht in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus Schachtofen für die Eisenerzreduktion, Umformer und Einrichtung für
die Gichtgasrückführung mit Gichtgaskühler und -reiniger. Sie ist gekennzeichnet durch einen Sauerstoffreaktor für
die Vergasung von Kohle als Umformer und durch einen mit Wasserdampf betriebenen Kohlenmonoxidkonvertierer in der
Einrichtung für die Gichtgasrückführung, wobei dem Kohlenmonoxidkonvertierer
ein Waschturm zum Auswaschen von Kohlendioxid (und Wasserdampf) nachgeschaltet und der so gewonnene
Wasserstoff gemeinsam mit dem Vergasungsgasgemisch aus dem Sauerstoffreaktor über eine Reinigungseinrichtung
in den Schachtofen einfahrbar ist. Der Kohlenmonoxidkonvertierer ist zweckmäßigerweise hinter einer Naßwäsche,
vorzugsweise hinter einer Venturinaßwäsche, für das rückgeführte Gichtgas angeordnet und mit einem Erhitzer kombiniert,
während hinter dem Waschturm zum Auswaschen von Kohlendioxid ein weiterer Erhitzer für die Einstellung
der Temperatur des V/asserstoffes auf Zumischtemperatur angeordnet ist. Die Reinigungseinrichtung zwischen Sauerstoffreaktor
und Schachtofen besteht im allgemeinen aus einem Zyklon und einem Schwefelwaschturm.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich« ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher
erläutert. Die einzige Figur zeigt das Schema einer zur
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— 7 —
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichteten Anlage zur Reduzierung von Eisenerzen mit Stoffflußbild.
Die im Schema dargestellte Anlage besitzt einen Schachtofen' 1 für die Eisenreduzierung, einen Umformer 2 und eine Einrichtung
3 für die Gichtgasrückführung mit Gichtgaskühler und -reiniger. Der Umformer 2 ist 'ein Sauerstoffreaktor für
die Vergasung von Kohle. Zur Anlage gehört ein mit Viasserdampf betriebener Kohlenmonoxldkonvertierer 4 in der
Einrichtung 3 für die Gichtgasrückführung. Dem Kohlenmonoxidkonvertierer
4 ist ein Waschturm 5 zum Auswaschen
von Kohlendioxid und Viasserdampf nachgeschaltet. Der gewonnene Wasserstoff kann gemeinsam mit dem Vergasungsgasgemisch aus dem Sauerstoffreaktor 2 über eine Reinigungseinrichtung
aus einem Zyklon 6 und einem Schwefelreinigungsturm 7 in den Schachtofen 1 eingeführt werden. Der
Kohlenmonoxldkonvertierer 4 ist hinter einer Naßwäsche 8 für das rückgeführte Gichtgas angeordnet. Die Naßwäsche 8
ist als Venturinaßwäsche ausgeführt. Der Pfeil 9 deutet an, daß ein Teil des Gichtgases auch für andere Zwecke abgezogen
v/erden kann, beispielsweise für Beheizungszwecke. Im übrigen ist der Kohlenmonoxidkonvertierer 4 mit einem
vorgeschalteten Erhitzer Io kombiniert. Hinter dem Waschturm
5 zum Auswaschen von Kohlendioxid befindet sich ein weiterer Erhitzer 11, der dazu dient, die Temperatur des erzeugten
Wasserstoffes auf Zumischtemperatur einzustellen. Der Wasserdampf wird über die Zuführung 12 in den Kohlenmonoxid-
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konvertierer 4 eingeleitet.
In dem beschriebenen Schema sind die einzelnen Apparate und Aggregate durch angedeutete Rohrleitungen verbunden.
In diesem Leitungssystem deuten Pfeile den Stofffluß an.
Die wichtigsten Daten über den Stofffluß und die wichtigsten Temperaturen sind in das Schema eingetragen worden. Man erkennt,
daß die den-Schachtofen 1 verlassenden, aus Kohlenmonoxid,
Wasserstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf zusammengesetzten Gichtgase bei der Naßwäsche 8 gekühlt und gereinigt
werden. Die gekühlten und gereinigten Gichtgase werden im Erhitzer 10 auf etwa 400 bis 600 0C aufgeheizt und mit
Wasserdampfüberschuß zum Konvertierungsgas konvertiert. Dabei wird der Kohlenmonoxidgehalt der Gichtgase gemäß
CO + HgO ■—>
CO2 + H2 umgesetzt. Das Kohlendioxid
und der Wasserdampf werden im Waschturm 5 in bekannter Weise
ausgewaschen. Der technisch reine Wasserstoff wird, z.B. rekuperativ, auf 400 0C erhitzt und dem etwa l600 0C heißen
Vergasungsgasgemisch des Umformers 2 zugemischt. So entsteht ein etwa 1000 0C heißes Reduktionsgas mit einem
Kohlenmonoxid/V/asserstoff-Volumenverhältnis von etwa oder
kleiner 1. Dieses Reduktionsgas wird über den Zyklon 6 und über einen z.B. mit Dolomit oder mit anderen Entschwefelungsmitteln gefüllten Schvief elreini gungs turm 7 geleitet und dort
von störenden Schwefelverbindungen befreit sowie in den Schachtofen 1 eingeführt. Die Gefahr von Rußbildung im Reduktionsgas
ist mit Sicherheit vermieden.
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Claims (6)
1. Verfahren zur Reduktion von Eisenerzen, insbesondere
von Eisenerzpellets, mit Hilfe eines hauptsächlich Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Reduktionsgases, wobei
das Reduktionsgas unter Einsatz eines Kohlenstoffträgers in einem Umformungsprozeß erzeugt und Gichtgas aus dem
Reduktionsprozeß der Eisenerze nach Kühlung und Reinigung zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Kohlenstoffträger Kohle eingesetzt und mit
Sauerstoff zu einem hauptsächlich Kohlenmonoxid und Wasserstoff
enthaltenden Vergasungsgemisch mit einem Kohlenmonoxid/Wasserstoff-Volumenverhältnis
von etwa 1,5 : 1 oder größer umgeformt wird, daß das rückgeführte Gichtgas
mit Wasserdampf zu einem Konvertierungsgasgemisch aus
hauptsächlich Kohlendioxid und Wasserstoff konvertiert und daraus das Kohlendioxid ausgewaschen wird, und daß
endlich der Wasserstoff aus dem Konvertierungsgasgemisch dem Vergasungsgasgemisch zur Erzeugung eines Reduktionsgases mit einem Kohlenmonoxid/Wasserstoff-Volumenverhältnis
von etwa 1 : 1 oder kleiner beigemischt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Vergasung des Kohlenstoffträgers so durchgeführt wird,
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daß ein Vergasungsgasgemisch mit einer Temperatur von etwa l6oo C entsteht, daß der Viasserstoff aus dem Konvertierungsgasgemiseh
nach dem Auswaschen des Kohlendioxids und des Viasserdampfes auf eine Temperatur von etwa 4oo° C aufgeheizt
wird, und daß das aus dem Vergasungsgasgemisch und dem Wasserstoff gebildete Reduktionsgas nach mechanischer
Reinigung und Schwefelreinigung bei einer Temperatur von etwa looo C in den Reduktionsprozeß eingeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gichtgas, nach Kühlung und Reinigung, auf etwa 4oo bis 6oo C aufgeheizt und bei dieser Temperatur mit Wasserdampfüberschuß
konvertiert wird.
4. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis j5, bestehend aus Schachtofen für die Eisenerzreduktion,
Umformer und Einrichtung für die Gichtgasrückführung mit Gichtgaskühler und -reiniger, gekennzeichnet
durch einen Sauerstoffreaktor für die Vergasung von Kohle als Umformer (2) und durch einen
mit Wasserdampf betriebenen Kohlenmonoxidkonvertierer (4) in der Einrichtung (3) für die Gichtgasrückführung, wobei
dem Kohlenmonoxidkonvertierer (4) ein Waschturm (5) zum Auswaschen von Kohlendioxid und Wasserdampf nachgeschaltet
und der so gewonnene Wasserstoff gemeinsam mit dem Vergasungsgasgemisch
aus dem Umformer (2) über eine Reini-
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11 -
gungseinrichtung in den Schachtofen (l) einfahrbar ist.
5· Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Eohlenmonoxidkonvertierer (4) hinter einer Naßwäsche (8),
vorzugsweise hinter einer Venturinaßwäsche, für das rückgeführte Gichtgas angeordnet und mit einem Erhitzer (10)
kombiniert ist, und daß hinter dem Waschturm (5) zum Auswaschen von Kohlendioxid ein weiterer Erhitzer (11) für
die Einstellung der Temperatur des Wasserstoffes auf Zuniischtemperatur
angeordnet ist.
6. Anlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Reinigungseinrichtung zwischen Umformer (2) und Schachtofen (l) aus einem Zyklon (6) und einem Schwefelreinigungsturm
(7) besteht, in dem die Gase bei Temperatur von 1000 0C entschwefelt werden.
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