DE2438790A1 - Verfahren und anlage zur reduktion von eisenerzen - Google Patents

Verfahren und anlage zur reduktion von eisenerzen

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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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Andrejewski, Honlce, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen
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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
Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen
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.
Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen
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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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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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)

Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen Patentansprüche
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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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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