DE2459875B1 - Anlage fuer die direktreduktion von eisenerzen - Google Patents

Description

• Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einer Anlage der eingangs beschriebenen Gattung. Die Lösung wird erreicht durchdie Kombination der folgenden Merkmale: a) die Entschwefelungseinrichtung ist als Schwefelwäsche ausgeführt, b) die Gichtgasrezirkulation ist mit einer Kohlensäurewäsche ausgerüstet, c) in Strömungsrichtung des Frischgases hinter der Schwefelwäsche befindet sich ein Mischer für die Mischung des Frischgases mit dem rezirkulierten Gichtgas zu Reduktionsgas, d) in Strömungsrichtung des Gichtgases hinter der Kohlensäurewäsche und damit vor dem Mischer befindet sich ein Gichtgas-Aufheizungsregenerator, wobei die Kohlensäurewäsche auf einen Gehalt an Kohlensäure und Wasserdampf von etwa 10 bis 15 Volumprozent im behandelten Gichtgas eingestellt und die Gichtgas-Aufheizungsregeneratoren für eine Aufheizung des Gichtgases auf etwa 1200° C oder mehr ausgelegt ist. Im Begriff Wäsche liegt, daß mit geeigneten Waschflüssigkeiten oder Dämpfen gearbeitet wird und daß die behandelten Gase folglich mehr oder weniger kalt anfallen. Sie bedürfen daher der Aufheizung auf Reduktionstemperatur. - Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird zur Erzielung möglichst hoher Eintrittstemperaturen des Reduktionsgases in den Schachtofen das Frischgas vorgeheizt, und zwar dadurch, daß zwischen Schwefelwäsche und Mischer ein Frischgasvorheizungsrekuperator angeordnet und dieser für eine Vorheiztem-
• peratur bis etwa 500° C ausgelegt ist. Die Temperatur wird so ausgelegt, daß in diesem Rekuperator Rußbildung nicht eintritt, wobei bei geringem metallurgisch nicht störendem Schwefelgehalt im Frischgas die Rußbildungsgefahr sehr wesentlich reduziert und folglich die Temperatur erhöht werden kann.
• Die Gichtgasregeneratoren werden im Wechseltakt zwischen Wärmeabgabe an das Gichtgas und Aufheizung betrieben. Die Aufheizung der Gichtgasregeneratoren und des Frischgasvorheizungsrekuperators kann mit Fremdenergie erfolgen. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch ohne Schwierigkeiten möglich, die Gichtgasregeneratoren für die Beheizung mit Gichtgas einzurichten, wobei das Gichtgas z. B. mit Sauerstoff verbrannt wird. Ebenso kann der Frischgasvorheizungsrekuperator für die Beheizung mit Gichtgas eingerichtet sein.
• Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß eine ausreichende und sichere Entschwefelung des Frischgases, wenn es aus Schweröl und anderen schwefelhaltigen Kohlenwasserstoffen erzeugt wird, eine nasse Schwefelwäsche verlangt und setzt diese ein. Das reduziert die Temperatur des Frischgases auf praktisch 50 bis 100" C und macht eine Aufheizung des Frischgases auf Reduktionstemperatur erforderlich. Diese Aufheizung des Frischgases auf Reduktionstemperatur gelingt überraschenderweise in der erfindungsgemäßen Anlage. An sich hat die Fachwelt eine Aufheizung eines Gases, welches hauptsächlich aus Kohlenmonoxid und Wasserdampf besteht, auf Temperaturen von bis zu 1000" C bisher abgelehnt.
• Kohlenmonoxid ist auf Grund der Gleichgewichte bis zu Temperaturen von etwa 1100° C nicht stabil. Es neigt entsprechend dem Boudouard-Gleichgewicht zur Abspaltung von Ruß unter Kohlendioxidbildung.
• Nur bei Temperaturen unter 400" C ist in der Praxis die Kohlenstoffbildungsgeschwindigkeit und damit die Rußbildungsgeschwindigkeit vernachlässigbar klein. Im Temperaturbereich von 400" C bis 800" C ist diese Bildungsgeschwindigkeit so hoch, daß es im allgemeinen zu einer nicht tragbaren Rußbildung kommt. Dieser Vorgang der Rußbildung ist jedoch zeitabhängig. In der erfindungsgemäßen Anlage erfolgt die Aufheizung infolge der Beimischung des kalten oder vorgewärmten Frischgases zu dem 1200° C oder mehr aufweisenden rezirkuliertem Gichtgases in einem keramischen Mischer sehr plötzlich. Soweit mit vorgeheiztem Frischgas gearbeitet wird, erfolgt die Vorheizung nur bis zu Temperaturen, in denen Rußbildung auch bei rekuperativer Aufheizung nicht eintritt oder zumindest nicht stört. Uberraschenderweise kann das Gichtgas, obwohl es ebenfalls im wesentlichen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff besteht, in der angegebenen Weise aufgeheizt werden. Das gelingt, weil die Aufheizung sehr plötzlich, gleichsam in einem Temperatursprung erfolgt, und weil sich im Gichtgas die angegebene Menge an Wasserdampf und Kohlendioxid befinden. Letzteres bremst die Zerfallreaktion hinreichend, wenn regenerativ aufgeheizt wird, denn Regeneratoren besitzen bekanntlich Wärmespeicher aus feuerfester Keramik. Die katalytische Wirkung dieser Stoffe ist so gering, daß bei der erfindungsgemäßen Anlage im Regenerator Rußbildung praktisch nicht beobachtet wird.
• Im folgenden wird die Erfindung an Hand des Schemas einer erfindungsgemäßen Anlage ausführlicher erläutert -, wobei im Rahmen eines Ausführungsbeispiels auch erfindungswesentliche Betriebs- daten angegeben werden. Das gilt insbesondere für die Zusammensetzung des Frischgases, des rezirkulierten Gichtgases und des Reduktionsgases und damit für das Mischungsverhältnis.
• Die in der Figur schematisch dargestellte Anlage dient für die Direktreduktion von Eisenerzen, insbesondere von Eisenerzpellets, mit Reduktionsgas. Die Anlage besteht in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus einem Schachtofen 1 mit Beschickeinrichtung 2 in der Gicht und unter Abzugseinrichtung 3 für Eisenschwamm, einem Gasgenerator 4 für die partielle Verbrennung von Kohlenwasserstoffen zu Frischgas und einer Einrichtung 5 mit Leitungen 6 für die Gichtgaszirkulation eines Teiles des entstehenden Gichtgases und dessen regenerativer Aufheizung.
• Im Ausführungsbeispiel ist 5 ein Kompressor. Der Gasgenerator 4 ist über eine Entschwefelungseinrichtung 7 für das Frischgas über die Leitung 8 an den Schachtofen 1 angeschlossen. Dabei ist die Entschwefelungseinrichtung 7 als Schwefelwäsche ausgeführt.
• Andererseits ist die Gichtgasrezirkulation 5, 6 mit einer Kohlensäurewäsche 9 ausgerüstet. In Strömungsrichtung des Frischgases hinter der Schwefelwäsche 7 befindet sich ein Mischer 10 für die Mischung des Frischgases mit dem rezirkulierten Gichtgas zu Reduktionsgas. Bei der dargestellten Anlage ist die Entschwefelungseinrichtung 7, wie erwähnt, eine Schwefelwäsche. Das impliziert, daß mit geeigneter Waschflüssigkeit gearbeitet wird. In der Gichtgasrezirkulation 5, 6 befindet sich entsprechend die Kohlensäurewäsche 9. Folglich fallen hinter diesen Wäschen 7, 9 die behandelten Gase mit verhältnismäßig niedriger Temperatur an. In Strömungsrichtung des Frischgases hinter der Schwefelwäsche 7 befindet sich der Mischer 10 für die Mischung des Frischgases mit dem rezirkulierten Gichtgas zu Reduktionsgas. Dabei wird jedoch nicht das kalte Gichtgas mit dem Frischgas gemischt. Vielmehr befindet sich in Strömungsrichtung des Gichtgases hinter der Kohlensäurewäsche 9 und damit vor dem Mischer 10 ein Gichtgasaufheizungsregenerator 11. Die Kohlensäurewäsche 9 ist so eingestellt, daß das behandelte Gichtgas einen Gehalt an Kohlensäure und Wasserdampf von etwa 10 bis 15 Volumprozent aufweist. Dann können die Gichtgasaufheizungsregeneratoren 11 ohne weiteres zu einer Aufheizung des Gichtgases auf etwa 1200° C und mehr ausgelegt werden, was erfindungsgemäß der Fall ist, ohne daß die Gefahr von Rußbildung auftritt. Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist zwischen Schwefelwäsche 7 und Mischer 10 zusätzlich ein Frischgas-Vorheizungsrekuperator 12 angeordnet, der für eine Vorheizungstemperatur von bis zu etwa 500° C ausgelegt ist. Die Regeneratoren 11 für die Gichtgasaufheizung werden im Wechseltakt Aufheizung/Wärmeabgabe an das Gichtgas betrieben. Die Aufheizung der Regeneratoren 11 selbst geschieht durch kaltes Gichtgas, welches über die Leitungen 13 aus der Gichtgasrezirkulation 5,6 abgezweigt und mit Sauerstoff verbrannt wird. Mit Gichtgas ist im Ausführungsbeispiel über die Leitung 14 auch der Rekuperator 12 beheizt.
• Es versteht sich von selbst, daß die gesamte Anlage für die Drücke ausgelegt ist, mit denen die Direktreduktion betrieben werden soll. Soweit erforderlich, sind für die Gasführung entsprechende Kompressoren vorgesehen, von denen der Kompressor eingezeichnet ist. In der Gichtgasrezirkulation 5, 6 befindet sich im übrigen eine Entstaubungseinrichtung 15 in Form eines Venturi-Waschers od. dgl.
• Aus den Tafeln, die an die verschiedenen Anlagenteile bzw. Leitungsteile des Schemas angeschlossen sind, entnimmt man wesentliche Betriebsdaten, und zwar die Drücke, die Temperaturen sowie die Gasanalysen. Die Mengenangaben in den Tafeln dienen lediglich dazu, die Proportionen erkennbar zu ma- chen, die zweckmäßigerweise für die verschiedenen Gasmengen eingehalten werden. Im Ausführungsbeispiel wird mit einem Frischgas gefahren, welches etwa 48 Volumprozent Wasserstoff, 40 Volumprozent Kohlenmonoxid und 0,01 Volumprozent Schwefel in Form von H2S bzw. COS enthält. Das rezirkulierte Gichtgas enthält etwa 42 % Wasserstoff und etwa 40 % Kohlenmonoxid, aber auch 5% Wasser und etwa 12% Kohlendioxid. Das verhindert jede störende Rußbildung im Regenerator 11.

Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Anlage für die Direktreduktion von Eisenerzen, insbesondere von Eisenerzpellets, mit Reduktionsgas - bestehend aus Schachtofen, Gasgenerator für die partielle Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Energieträgern mit Sauerstoff und/oder Luft und/oder Sauerstoffträgern, wie Wasserdampf, zu Frischgas und Einrichtung für die Gichtgasrezirkulation, wobei der Gasgenerator über eine Entschwefelungseinrichtung für das Frischgas an den Schachtofen angeschlossen ist, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale, a) die Entschwefelungseinrichtung ist als Schwefelwäsche (7) ausgeführt, b) die Gichtgasrezirkulation (5, 6) ist mit einer Kohlensäurewäsche (9) ausgerüstet, c) in Strömungsrichtung des Frischgases hinter der Schwefelwäsche (7) befindet sich ein Mischer (10) für die Mischung des Frischgases mit dem rezirkulierten Gichtgas zu Reduktionsgas, d) in Strömungsrichtung des Gichtgases hinter der Kohlensäurewäsche (9) und damit vor dem Mischer (10) befinden sich zwei Gichtgas-Aufheizungsregeneratoren (11), wobei die Kohlensäurewäsche (9) auf einen Gehalt an Kohlensäure und Waserdampf von etwa 10 bis 15 Volumprozent im behandelten Gichtgas eingestellt und die Gichtgas-Aufheizungsregeneratoren (11) für eine Aufheizung des Gichtgases auf etwa 1200° C oder mehr ausgelegt ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Schwefelwäsche (7) und Mischer (10) ein Frischgas-Vorheizungsrekuperator (12) angeordnet und dieser für eine Vorheizungstemperatur von etwa 500° C ausgelegt ist.
3. 3. Anlage nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gichtgas-Aufheizungsregeneratoren (11) im Wechseltakt betrieben werden.
4. 4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gichtgas-Aufheizungsregeneratoren (11) für Beheizung durch Gichtgas eingerichtet sind.
5. 5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Frischgas-Vorheizungsrekuperator (12) für eine Beheizung mit Gichtgas eingerichtet ist.

   Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage für die Direktreduktion von Eisenerzen, insbesondere von Eisenerzpellets, mit Reduktionsgas -, bestehend aus Schachtofen (mit Beschickeinrichtung in der Gicht und unterer Abzugseinrichtung für Eisenschwamm), Gasgenerator für die partielle Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Energieträgern mit Sauerstoff und/oder Luft und/oder Sauerstoffträgern, wie Wasserdampf, zu Frischgas und Einrichtung für die Gichtgasrezirkulation (eines Teiles des entstehenden Gichtgases), wobei der Gasgenerator über eine Entschwefelungseinrichtung für das Frischgas an den Schachtofen angeschlossen ist. Kohlenstoffhaltige Energieträger meint im Rahmen der Erfindung auch Kohlenwasserstoffe, insbesondere auch sogenanntes Schweröl.

   Bei einer bekannten Anlage der beschriebenen Gattung (vgl. US-PS 2740706) ist die Gichtgasrezirkulation in den Gasgenerator eingeführt. Zwar ist hierbei in der Gichtgasrezirkulation ein Wasserabscheider vorgesehen, däs Gichtgas behält jedoch seine Kohlensäure und soll damit sowie insgesamt an der partiellen Verbrennung der Kohlenwasserstoffe teilnehmen. Das Frischgas bleibt heiß. Die Entschwefelungseinrichtung arbeitet mit Eisenschwamm od. dgl.

   - Die bekannte Anlage läßt es nicht zu, die Eisenerze mit einem Reduktionsgas zu behandeln, welches in bezug auf den metallurgischen Prozeß den modernen Anforderungen genügt und bei ausreichender Leistung und ausreichendem Wirkungsgrad hochwertigen Eisenschwamm liefert, der ohne weiteres und ohne Schwierigkeiten für die Stahlherstellung eingesetzt werden kann. Das gilt insbesondere dann, wenn für die Erzeugung des Reduktionsgases Schweröl und ähnliche Brennstoffe eingesetzt werden müssen, die unter Umständen große Schwefelmengen mitführen und ein entsprechend schwefelhaltiges Frischgas liefern.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage für die Direktreduktion von Eisenerzen, insbesondere von Eisenerzpellets, mit Reduktionsgas zu schaffen, die unabhängig von den eingesetzten Brennstoffen bei hoher Leistung und gutem Wirkungsgrad zu hochwertigem Eisenschwamm führt -, und zwar auch und insbesondere dann, wenn Schweröl und ähnliche Kohlenwasserstoffe zum Einsatz kommen, die schwefelhaltig sind.