DE2555832A1

DE2555832A1 - Verfahren zur herstellung eines reduzierenden gases fuer ein direktreduktionsverfahren

Info

Publication number: DE2555832A1
Application number: DE19752555832
Authority: DE
Inventors: Thomas Franklin Barnhart
Original assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Current assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Priority date: 1974-12-11
Filing date: 1975-12-11
Publication date: 1976-06-16
Also published as: US4047935A; GB1535936A; JPS5195993A; US4156659A; FR2294127A1

Description

PA"EN TA N WÄLT"t£ A. GRÜNECKER

TO-U-ING

H. KiNKELDEY

2iT55832

W. STOCKMAIR

DR-ING. ■ AeE (CALTHCH

K. SCHUMANN

DR RER NAT. · D(PL-PHVS

P. H. JAKOB

DlPL-ING

G. BEZOLD

DR HER NAT ■ DIPL-CHEM.

MÜNCHEN E. K. WEIL

DR RER OEC ING

LINDAU

MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

11. Dezember 1975 P 9833 - 63/Hö.

USS ENGINEERS AND CONSULTANTS, INC.

Grant Street,

Pittsburgh, State of Pennsylvania, USA

Verfahren zum Herstellen eines reduzierenden Gases
für ein Direktreduktionsverfahren

Die Erfindung beschäftigt sich mit der Herstellung eines für die Direktreduktion geeigneten reduzierenden Gases, wobei sich die Erfindung insbesondere mit der Verwendung eines gasgekühlten

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Hochtemperatur-Kernreaktors (HTGR-Reaktor) beschäftigt, welcher zur Erzeugung des reduzierenden Gases für die Direktreduktion mit einem Reformer und einer Kryogen-Gastrennungseinrichtung gekoppelt ist.

Angesichts der problematischen Weltenergieversorgung und insbesondere angesichts der unzureichenden Weltvorräte an Hüttenkoks, der zur Aufrechterhaltung des herkömmlichen Hochofenverfahrens zum Reduzieren von Eisenerz erforderlich ist, wäre ein Verfahren von großem Vorteil, welches eine Befriedigung des Welt-Stahlbedarfes auf andere Weise als bisher gestattet und insbesondere nicht die beschränkten Reserven an bestimmten Rohstoffen, wie insbesondere fossilen Brennstoffen, angreift.

Ein derartiges Verfahren sieht die Verwendung von Kernenergie vor. Die vermutlich günstigsten Voraussetzungen für die Verwendung von Kernenergie bei der Stahlherstellung liegen bei zwei gut bekannten Verfahren vor, nämlich der Direktreduktion in einem Schachtofen und dem Frischen im Elektroofen. Wenngleich es sich bei der Direktreduktion um ein ziemlich neues Verfahren handelt, so ist es doch schon ziemlich weit entwickelt und großtechnisch in verschiedenen Teilen der Welt im Einsatz, wo kostengünstiges Erdgas zur Verfugung steht. Beim Direktreduktionsverfahren werden Eisen-Stückerze oder Eisenerzpellets im festen Zustand zu einem Erzeugnis reduziert, welches gelegentlich als Eisenschwanmbezeichnet wird und weniger Sauerstoff enthält als das Erz. Die Reduktion erfordert hohe Temperaturen und ist außerdem äußerst endotherm, wodurch beachtliche Mengen an Wärme benötigt werden. Mit Hilfe von Kernenergie könnte wenigstens ein Teil der für die Direktreduktion von Eisenerzen benötigten Wärme erzeugt werden. Die Verfahren der Direktreduktion unterscheiden sich zwar in gewissen Einzelheiten, jedoch gilt für alle diese Verfahren, daß sie als Reduktions-

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mittel ein Mischgas aus Kohlenmonoxyd und Wasserstoff bei Temperaturen von etwa 760 bis 982⁰C benutzen.

Bei herkömmlichen Anlagen zur Direktreduktion, die mit Fossilbrennstoffen betriebene Reformer verwenden, ist es üblich, das Abgas des Direktreduktions-Schachtofens als Brennstoff oder Energiequelle für den Reformer zu verwenden. Bei einem durch Kernenergie beheizten Reformer besteht kein Bedarf für die Verfeuerung von Fossilbrennstoffen, weshalb ein Schachtofen-Abgas gereinigt und im Kreislauf wiederverwendet werden kann, um auf diese Weise eine möglichst hohe Ausnutzung des Brennstoffes zu erreichen. Demzufolge kann der Erdgasbedarf von etwa

■χ
364 Knr je t reduzierte.m Material beim herkömmlichen Reformieren

auf etwa 15^· bis 224· JNnr je t reduziertem Material beim Reformieren mit Hilfe von Kernenergie verringert v/erden. Selbst bei den am wenigsten wirksamen Gasen, die untersucht wurden, wurden Erdgas— einsparungen von etwa 35% erzielt, während bei den wirksamsten Gasen Ersparnisse um 60% erreicht wurden. Dieses Kreislaufprinzip erfordert höhere Ansprüche im Hinblick auf die Menge an verunreinigenden Edelgasen und nicht umgesetzten Kohlenwasserstoffen, da diese im Wiederverwendungskreislauf zu nicht mehr akzeptablen Konzentrationen angesammelt werden können. Aus diesem Grund ist es erforderlich, ein Verfahren zu schaffen, mit dessen Hilfe überschüssiges Wasser und nicht umgesetzte Kohlenwasserstoffe aus den den Reformer verlassenden Gasen entfernt werden können. Erst nach Entfernung der genannten Stoffe können diese Gase als Mittel für die Direktreduktion geeignet angesehen werden. Bei der Stahlherstellung im Elektroofen handelt es sich um ein seit langem eingeführtes großtechnisches Verfahren. Allein in den Vereinigten Staaten von Amerika beträgt die Elektroofenkapazität etwa 30 Mill. Jahrestonnen. Diese Gesamtmenge wird fast gänzlich mit Hilfe von

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Schrott als einzigem eisenhaltigem Einsatz erzeugt. Eisenschwamm könnte jedoch als Großteil des Einsatzes verwendet werden, falls die Kosten für Eisenschwamm mit denen des Schrotts vergleichbar sind.

Es ist "bekannt, daß gegenwärtig in Europa Entwicklungsarbeiten durchgeführt werden, um ein Verfahren zur Erzeugung eines verwendbaren Reduktionsgases unter Verwendung von Kernenergie zu entwickeln. Im Mittelpunkt dieser Arbeiten steht jedoch die Entwicklung einer neuen Generation von gasgekühlten Hochtemperatur-Kernreaktoren, die im Stand sein sollen, Kühlmitteltemperaturen für das Reaktor-Core zu erzielen, die um hunderte von Temperaturgraden höher liegen als bei den heutigen gasgekühlten Hochtemperatur-Kernreaktoren. Core-Kühlmitteltemperaturen von etwa 95^· G sind erforderlich, um Reformierungstemperaturen zu erzielen, die hoch genug sind, um den Methandurchbruch auf ein annehmbares Maß herabzudrücken.

In Japan wird gleichfalls ein neuer Reaktortyp der genannten Gattung entwickelt, der Core-Kühlmitteltemperaturen von etwa 1000 C erzielen läßt. Diese beiden HTGR-Kernreaktortypen erfordern jedoch noch beträchtliche Entwicklungsarbeiten und Überprüfungen, bevor sie für die großtechnische Produktion eingesetzt werden können. Eine derartige Entwicklung erfordert somit einen bemerkensvierten Einsatz von Zeit und Kapital, was die Zeitdauer verlängert, die bis zur großtechnischen Nutzung der Kernenergie bei der Stahlherstellung verstreicht.

Eine Kryogen-Abtrenneinrichtung für Ammoniak-Anlagen ist bereits bekannt und in einem Aufsatz mit dem Titel "Syngas Purifier Cuts Ammonia Costs" in HYDROCARBON PROCESSING beschrieben.

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Das erfindungsgemäße Verfahren ist im Stande, die erforderliche Zeitdauer bis zur kommerziellen Nutzbarmachung der Kernenergie bei der Stahlherstellung zu verkürzen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird ein prismatisch gestalteter gasgekühlter Hochtemperatur-Kernreaktor verwendet, der von der General Atomic Company of San Diego, Californien (USA) hergestellt wird. Ein kürzlich in Port St. Vrain, Colorado, in Betrieb genommener Energiereaktor arbeitet mit einem Kühlmitteldruck von etwa 49 atü, denn ein solcher Druck hat sich als optimal für einen wirksamen Reaktorbetrieb herausgestellt. Aus mechanischen Gründen ist es anzustreben, jeden mit einem Reaktorkühlmittel als Erhitzungsmedium arbeitenden Reformer oder auch Wärmetauscher auf einen Druck von etwa 35 atü auszulegen, um auf diese Weise den Druckunterschied über die Röhren und Röhrenumhüllungen zu minimieren. Bei diesen Temperatur- und Druckverhältnissen ist jedoch ein unzuträglich starker Methandurchbruch in den den.Reformer verlassenden Gasen zu erwarten. Demzufolge ist der erfindungsgemäß vorgeschlagene HTGR-Kernreaktor als Wärmequelle für einen katalytisch arbeitenden Reformer ausgelegt, der mit einer Kryogen-Gasabtrenneinrichtung gekoppelt ist, um einen Großteil des nicht umgesetzten Kohlenwasserstoffes zu entfernen, wodurch das den Reformer verlassende reduzierende Gas für ein Direktreduktionsverfahren verwendbar gemacht wird.

Zum Stand der Technik sind weiterhin die US-Patentschriften

2 998 303; 3 026 683; 3 136 623; 3 148 050; 3 282 677; 3 315 475;

3 382 045; 3 453 835; 3 532 467; 3 591 364; 3 594 305; 3 618 und 3 628 340 zu nennen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dessen Hilfe ein für die Direktreduktion verwendbares reduzieren-

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des Gas erzeugbar ist. Im Rahmen der Problemlösung werden in Kombination ein Reformer, eine Kryogen-Gasabtrenneinrichtung und ein gasgekühlter Hochtemperatur-Kernreaktor verwendet.

Als Ausgangsmaterialien für das erfindungsgemäße Verfahren können vorteilhafterweise entweder Erdgas oder ein aus Kohle oder schweren Kohlenwasserstoffen hergestelltes synthetisches Gas verwendet werden.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß zwischen dem katalytisch arbeitenden Reformer und dem Kernreaktor eine. Zwischenschleife samt zugehörigem Kühlmittel vorgesehen ist, wodurch eine Barriere zwischen dem Kernreaktor und dem Reformer errichtet ist.

Von Wichtigkeit ist auch, daß es im Rahmen der Erfindung gelungen ist, nicht umgesetzte Kohlenwasserstoffe bis zu einer Menge von nicht mehr als etwa 5 Volumenprozent (Trockenanalyse) in "dem Gas zu vermindern, welches der Direktreduktion zugeführt werden soll.

Ein mit Hilfe der Erfindung erzielbarer Vorteil ist insbesondere darin zu sehen, daß mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens bis zu 60% des Erdgas gespart werden kann, welcher zur Herstellung des reformierten Gases benötigt wird, wenn das erfindungsgemäße Verfahren mit der herkömmlichen Arbeitsweise verglichen wird. Beim erfindungsgemäßen Verfahren liegt der Gehalt an Wasserstoff und Kohlenmonoxyd im für die Direktreduktion bestimmten Gas zwischen 85 und 97%.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Reformierung eines Fluides mit der Zielsetzung, das Fluid zur Verwendung als

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reduzierendes Gas in einem Direktreduktionsverfahren verwendbar zu machen. Dieses Verfahren wird im folgenden in Verbindung mit einer speziellen Verfahrensgestaltung "beschrieben, für welche es insbesondere geeignet ist. Das Verfahren benutzt einen gasgekühlten Hochtemperatur-Kernreaktor als Wärmequelle für einen katalytisehen Reformer, der mit einer Kryogen-Gasabtrennungseinrichtung verbunden ist, um einen Großteil des nicht umgesetzten Kohlenwasserstoffes zu entfernen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. In dieser zeigen

Fig. 1 ein schenatisches Schaubild des Verfahrensablaufes,

Fig. 2 eine detailiertere schematische Darstellung des Reaktoreoressowie der zugehörigen Kühlmittelschleifen, gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 ein Flußbild eines alternativen Verfahrensablaufes.

Wie insbesondere den Fig. 1 und 2 zu entnehmen, ist ein allgemein mit 2 bezeichneter HTGR-Kernreaktor mit einem Core 4 versehen, welches bei einer Core-Kühlmitteltemperatur zwischen 777 und 899 C arbeitet. Ferner besitzt der .Reaktor einen katalytisch arbeitenden Reformer 6 sowie einen Dampferzeuger 8, der innerhalb eines nicht dargestellten Behälters angeordnet ist. Ein gasförmiger oder flüssiger leichter Kohlenwasserstoff wird dem katalytischen Reformer 6 über eine Leitung 10 zugeführt, die mit einem nicht dargestellten Kohlenwasserstoffvorrat verbunden ist. Unter "leichtem Kohlenwasserstoff" ist vorliegend ein Kohlenwasserstoff-Fluid zu

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verstehen, welches eine Siedetemperatur von 177°C oder weniger besitzt. Als Fluid dient vorzugsweise Erdgas, wenngleich auch ein synthetisches Methangas verwendet werden kann, welches aus Kohle oder schweren Kohlenwasserstoffen oder einem synthetischen Gas hergestellt sein kann, welches größere Anteile an Wasserstoff, CO und leichten Kohlenwasserstoffen enthält, die aus Kohle oder schweren*Kohlenwasserstoffen gewonnen sind. Wegen der derzeit verfügbaren Katalysatoren können gegenwärtig nur (Fluid-) Flüssigkeiten mit einem Siedepunkt von nicht mehr als etwa 177°C verwendet werden. Sind jedoch erst einmal andere Katalysatoren verfügbar, so kann zu höheren Siedepunkten übergegangen werden, ohne daß die Ausführbarkeit der Erfindung dadurch beeinträchtigt wird.

Der katalytische Reformer 6 wird durch indirekten Wärmetausch mit einer Eeaktor-Kühlmittelschleife 12 erhitzt, die an das Core angeschlossen ist. Das aus einem Edelgas oder Kohlendioxyd, vorzugsweise aus Helium bestehende Kühlmittel, strömt durch den-katalytischer!. Reformer 6 und tritt aus dem Reformer in eine Leitung 14 ein. Das Kühlmittel fließt durch die Leitung 14 in den Dampferzeuger 8, wo ein Teil des Wärmeinhaltes zur Herstellung von Dampf verwendet wird. Das Kühlmittel gelangt sodann von dem Dampferzeuger zu einem Gebläse 16, wo es vor seiner Wiedereinführung in das Core 4 komprimiert wird. Über eine Leitung 15 wird dem Dampferzeuger 8 Wasser zugeführt. Der im Dampferzeuger erzeugte Dampf wird durch eine Leitung 9 abgeführt und kann zur Herstellung von elektrischer Energie oder anderen Gebrauchszwecken benutzt werden.

Ein aus HpO, COp.sowie Mischungen daraus bestehendes Agens, wobei HpO bevorzugt ist, wird dem katalytischen Reformer 6 über eine Leitung 18 in einer Menge zugeführt, die zur Umsetzung mit dem Fluid ausreicht und gleichzeitig aber einer Kohlenstoffabscheidung

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auf dem Katalysator entgegenwirkt, was von dem Betriebsdruck im Reformer 6 abhängt. Vorzugsweise liegen im. Agens Dampf und Kohlenstoff in einem Verhältnis von 1:1 bis etwa 5:1 vor. Durch geeignete Wahl des Verhältnisses von Dampf zu Kohlenstoff kann eine Abscheidung von Kohlenstoff auf dem Katalysator verhindert werden. Als Katalysator wird vorzugsweise im Eeformer 6 ein nicht dargestellter Nickelkatalysator verwendet. Bei einem Druck von 49,22 atü ist beispielsweise ein Verhältnis von HpO zu Kohlenstoff von 5-""I anzustreben, um eine zu starke Kohlenstoff abscheidung auf dem Katalysator zu vermeiden, welche den Katalysator funktionsunfähig machen würde. Größere Dampfanteile als bei dem Verhältnis von 5:1 stellen eine unnötig große thermische Belastung für den Reformer 6 dar. Bei einem Druck im Reformer von 14,1 atü ist ein H₂O-KOhIenstoff-Verhältnis von etwa 2:1 anzustreben, um den Katalysator vor einer Kohlenstoffabscheidung zu schützen, wohingegen HgO-Kohlenstoff-Belastungen, die über dieses Volumen hinausgehen, wiederum zu einer unnötig hohen thermischen Belastung des Reformers 6 führen.

Es versteht sich für den Fachmann, daß Betriebsdrücke zwischen 14,1 und 49,22 atü unterschiedliche Dampf/Kohlenstoff-Verhältnisse erfordern, die jedoch stets in die genannten Grenzverhältnisse von etwa 1:1bis 5^;1 fallen. Aus konstruktiven Erwägungen sind Betriebsdrücke für das einströmende Fluid im katalytisehen Reformer 6 von etwa 28 bis etwa 42 atü bevorzugt, wobei Betriebs- . drücke von 31 »6 bis etwa 35»2 besonders vorteilhaft sind,-

Bei dem aus dem Reformer 6 bei einer Temperatur zwischen etwa 538 und 982°C, vorzugsweise zwischen etwa 677 und 843 C und am vorteilhaftesten zwischen etwa 732 und 843°C austretenden Gas handelt es sich um ein Gas, welches mit Hilfe einer Behandlung in ein re-

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duzierendes Gas verwandelt v/erden kann, welches hauptsächlich aus Wasserstoff und Kohlenmonoxyd in Mengen von etwa 50 bis etwa 97% und vorzugsweise von etwa 85 "bis etwa 97% "besteht. Das aus dem Reformer 6 kommende Gas besitzt etwa 5?5 bis 34-% und vorzugsweise etwa 8 bis etwa 20 Volumenprozent an nicht umgesetzten Kohlenwasserstoffen zusätzlich zu COp und HpO. Das Gas wird über eine Leitung 22 abgeführt und einer allgemein mit dem Bezugszeichen 24-bezeichneten Gasreinigungseinrichtung zugeführt. Die Gasreinigungseinrichtung 24- besitzt einen Gaskühler 26, eine Kohlendioxyd-Entfernungseinrichtung 28 und einen Kryogen-Reiniger 30 die sämtlich über die Firma CF. Braun & Comp, in Alhambra, Californien, USA, bezogen werden können. Wahlweise kann eine v/eitere Entfernung von H₂O mit Hilfe von nicht dargestellten Molekularsieben durchgeführt werden, um die Zeitdauern zu verlängern, bevor die Wärmetauscher des Kryogen-Reinigers 30 wegen Eisbildung gewartet werden müssen. Wahlweise kann auch eine Einrichtung 28 zur Entfernung von Kohlendioxyd vorgesehen sein, um ein Einfrieren des Kryogen-Reinigers 30 wegen der Entfernung von Kohlendioxyd im Kryogen-Reiniger 30 zu verhindern. Mit Hilfe der Kohlendioxyd-Entfernungseinrichtung 28 soll die Notwendigkeit vermieden werden, ein Zweifach-Spulensystem im Kryogen-Reiniger vorzusehen, welches erforderlich wäre, sofern keine Einrichtung 28 zur Entfernung von Kohlendioxyd vorgesehen ist. Die Zw.eifachspule würde derart erforderlich sein, daß dann, wenn eine Spule eingefroren ist, die zweite Spule in Betrieb genommen werden könnte, um die Abführung der nicht umgesetzten Kohlenwasserstoffe fortzusetzen, die während der Wartung der ersten Spule im Gas verbleiben.

Das abgekühlte Gas verläßt mit einer Temperatur von etwa 66⁰C oder weniger den Kühler 26 über eine Leitung 36 und tritt dann in die Einrichtung 28 zur Entfernung von Kohlendioxyd ein, v/o das Kohlen-

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dioxyd abgetrennt und über eine Leitung 38 in die Atmosphäre abgelassen wird. Das restliche Gas strömt über eine Leitung 40 aus der Einrichtung 28 ab und tritt in den Kryogen-Reiniger 30 ein, v/o ein Großteil des nicht umgesetzten Kohlenwasserstoffes entfernt wird, um das Gas als Reduktionsmittel für die Direktreduktion verwendbar zu machen. Da der Reformerdruck größer ist als der für einen Reduktionsschachtofen 50 benötigte Druck, kann die Energie für die KühlungmLt Hilfe eines Turbo-Expanders erzielt werden, der beispielsweise direkt an einen Verdichter angeschlossen ist und den im Gas vorhandenen Druck ausnutzt, so daß zum Betrieb des Kryogen-Reinigers 30 keine äußere Energie zugeführt werden muß. Gleichzeitig wird die Temperatur des sich entspannenden Gases beträchtlich verringert, um den Kryogen-Reinigungsvorgang zu unterstützen. Das zur Verwendung im Direktreduktionsprozeß bestimmte Gas verläßt den Kryogen-Reiniger 30 mit nicht mehr als etwa 5 Volumenprozent an nicht umgesetzten Kohlenwasserstoffen, bezogen auf den Trockenzustand, durch eine Leitung 42 und gelangt in einen Erhitzer 44, der gleichfalls von der Firma CF. Braun & Comp, in Alhambra, Californien, USA, bezogen werden kann. Die nicht umgesetzten Kohlenwasserstoffe werden aufgefangen und vom Reiniger 30 über eine Leitung 46 zurück zum Reformer 6 geleitet. Der Erhitzer 44 ist in seinem Kamin mit Spulen oder Wicklungen versehen, um die in den Gasen enthaltene Wärme aufzunehmen, bevor diese in die Atmosphäre entlassen werden. Brenner-Speisewasser wird durch eine Leitung 45 der Kaminspule oder -wicklung zugeführt, um Dampf zu erzeugen, welcher durch eine Leitung 47 entweicht, um anderenorts verwendet zu werden.

Wahlweise kann der katalytisch^ Reformer 6 als Zwischen-Wärmetauscher zwischen einem Reformer 20 und der Spulenwicklung oder Schleife 4 ausgebildet sein, um auf diese Weise eine Barriere

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zwischen dem im Reformer 20 erzeugten Reformergas und der Spulenwicklung 4 zu schaffen. In diesem Pail wird ein sekundäres Kühlmittel, welches aus Edelgas oder Kohlendioxyd und vorzugsweise aus Helium besteht, dem Wärmetauscher 6 über die Leitung 10 zugeführt, wo es durch indirekten Wärmetausch mit dem primären Reaktor-Kühlmittel erhitzt wird. Das erhitzte sekundäre Kühlmittel strömt vom Wärmetauscher 6 durch die Leitung 22 zu einem Reformer 20, wo es als Wärmequelle für die Reformierungsreaktion Verwendung findet. Das gekühlte sekundäre Kühlmittel strömt vom Reformer 20 durch die Leitung 10, wie bereits beschrieben. Bei der wahlweisen Ausführungsform wird die Leitung 18 nicht verwendet und wird HpO dem Reformer über eine Leitung 17 zugeführt, welche in die Leitung 11 mündet, welche das Reformerfluid zum Reformer 20 leitet. Das im Reformer 20 gebildete reduzierende Gas tritt durch eine Leitung 21 aus und gelangt in die Reinigungseinrichtung 24-, wo es in der bereits beschriebenen Weise behandelt wird.

Das gereinigte Gas wird im Erhitzer 24 auf eine Temperatur von etwa 760 bis 982⁰C wieder erhitzt. Vom Erhitzer 44 wird das Gas sodann durch eine Leitung 48 in die untere Hälfte eines ReduktionsSchachtofens 50 eingeleitet. Eisen-Stückerze oder Eisenerzpellets werden über eine Leitung 52 in die Spitze des Schachtofens 50 eingebracht und im Gegenstrom zu der durch die Leitung 48 zugeführten Strömung des Reduktionsgases durch den Ofenschacht bewegt. Die Abgase des Schachtofens 50 treten im Bereich der Ofenspize durch eine Leitung 54 aus und werden zu einem Wäscher 56 geleitet. Die Gase kommen in direkte Berührung mit im Wäscher 56 enthaltenem Wasser. Dem Wäscher 56 wird Wasser über eine Leitung 58 von einem nicht dargestellten Wasservorrat zugeführt, um die erforderliche Kühlung des Wäschers zu gewährleisten. Aus den Gasen kondensiertes Wasser

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wird gemeinsam mit dem Wäscher-Speisewasser vom Boden des Wäschers 56 mit Hilfe einer Leitung 60 abgezogen und zu einer nicht dargestellten Abwasser-Sammelstelle geleitet. Das gekühlte wasserfreie Schachtofen-Abgas gelangt von der Wäscherspitze in eine Leitung 62.

Wahlweise kann ein Anteil des Wärmeinhaltes des Schachtofenabgases durch indirekte Stromerzeugung nutzbar gemacht werden. Das gekühlte, entfeuchtete Schachtofenabgas in der Leitung 62 wird in drei Teilströme aufgeteilt, wobei etwa 40 bis 60% durch eine Leitung 64 einer weiteren Einrichtung 66 zur Entfernung von Kohlendioxyd zugeführt werden. Kohlendioxyd wird von der Einrichtung 66 abgetrennt und über eine Leitung 68 in die Atmosphäre entlassen. Das gereinigte reduzierende Gas verläßt die Kohlendioxyd-Entfernungseinrichtung 66 durch eine Leitung 70 und gelangt zu einem Gebläse 72, wo es komprimiert und in eine Leitung 74- eingebracht wird. Diese Leitung 74- ist an die Leitung 4-2 angeschlossen, welche den Erhitzer 44- speist. Vorzugsweise wird ein zweiter Gasanteil, der etwa 30 bis 40% des Gases in der Leitung 62 umfaßt, durch eine Leitung 76 einem Gebläse 78 zugeführt, mit dessen Hilfe das Gas verdichtet und durch eine Leitung 80 in den Bodenbereich des Schachtofens 50 eingeleitet wird. Dieses Gas dient zur Kühlung der reduzierten Pellets bevor dieselben vom Boden des Schachtofens 50 durch eine Leitung 82 ausgetragen werden können, um nachgeschalteten Yerarbeitungsschritten, wie dem Frischen in einem Elektroofen, zugeführt zu werden.

Der dritte Gasanteil, der etwa 2 bis 25% des in der Leitung 62 enthaltenen Gases ausmacht, wird durch die Leitung 84 dem Erhitzer 44 zugeführt, wo das Gas als Betriebsstoff zum Betrieb des Erhitzers 44 verwendet wird.

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Wahlweise kann der Erhitzer 44 mit von außen zugeführten Brennstoffen oder durch indirekten Wärmetausch mit dem Kühlmittel für den Kernreaktor betrieben werden, wobei im letztgenannten Fall der gegenwärtig als Brennstoff benutzte Gasanteil im Kreislauf durch die Kohlendioxyd-Entfernungseinrichuung 66 und dann in den Erhitzer 44 geführt wird.

Fig. 3 zeigt eine weitere Alternative der Verfahrensführung. Bei dieser Ausführungsform werden die kalten Gase aus der Leitung 42 aufgeteilt, wobei etwa 45 bis 75% im Erhitzer 44 wiedererhitzt werden, um als heißes reduzierendes Gas durch die Leitung 48 dem Eeduktionsschachtofen zugeführt werden. Ein weiterer Anteil von etwa 25 bis 55% wird durch eine Leitung 85 dem unteren Abschnitt des Schachtofens 50 zugeführt, um die erforderliche Kühlung des reduzierten Gutes vorzunehmen, bevor dieses Reduktionsgut durch die Leitung 82 vom Boden des Schachtofens 50 ausgetragen wird. In diesem Fall werden die Abgase von der Schachtofenspitze über eine Leitung 54 abgeführt, um in beliebiger Weise verwendet zu werden. Biese Verfahrensführung erfordert eine äußere Brennstoffquelle 87 zur Erhitzung des Erhitzers 44. Es wird eingeräumt, daß gewisse Endverbrauchszwecke eine zusätzliche Behandlung des Gases erfordern. So erfordern beispielsweise kalte Heiz- oder Brenngase eine Reinigung im Wäscher 56, wie bereits erläutert.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß erfindungsgemäß ein Fluid reformiert wird, welches aus einem gasförmigen oder flüssigen leichten Kohlenwasserstoff besteht, um durch Reformierung ein für die Direktreduktion geeignetes reduzierendes Gas zu erzeugen. Dabei wird das Fluid in einen katalytisehen Reformer eingeleitet und der katalytische Reformer durch indirekten Wärmeaustausch einer Reaktor-Kühlmittelschleife erhitzt, die an einen gasgekühlten

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Hochtemperatur-Kernreaktor angeschlossen ist. HpO, COp oder Gemische dieser Verbindungen werden als Agens dem Reformer in einer Menge zugeführt, die zur Umsetzung mit dem Fluid ausreicht, aber eine Eohlenstoffabsoheidung auf dem Katalysator entgegenwirkt. Das vom Reformer gebildete gasförmige Produkt wird aufgefangen, wobei dieses Reformergas zum Großteil aus Wasserstoff und Kohlenmonoxyd besteht und etwa 5₅5 bis etwa y± Volumenprozent (bezogen auf den Trockenzustand) an nicht umgesetztem Kohlenwasserstoff enthält. Sodann wird eine ausreichende Menge an nicht umgesetzten Kohlenwasserstoffen, an Kohlenstoffdioxyd und HpO aus dem Gas entfernt, um dasselbe zur Verwendung beim nachgeschaltetem Dirketreduktionsverfahren geeignet zu machen, worauf die nicht umgesetzten Kohlenwasserstoffe aufgefangen werden.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, da diese lediglich zur Erläuterung des Erfindungsgedankens dienen. Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind dem Fachmann noch mannigfaltige Abwandlungen und Variationen möglich.

- Patentansprüche -

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Claims

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Patentansprüche

r\\ Verfahren zum Reformieren eines aus gasförmigen und/oder flüssigen leichten Kohlenwasserstoffen bestehenden Fluids zwecks Herstellung eines für die Direktreduktion geeigneten reduzierenden Gases, dadurch gekennzeichnet, daß

a) das Fluid in einen katalytischen Reformer eingebracht,

b) der katalytisch^ Reformer durch indirekten Wärmetausch mit einer an einen gasgekühlten Hochtemperatur-Kernreaktor angeschlossenen Reaktor-Kühlmittelschleife erhitzt , daß

c) ein aus HpO oder COp oder Gemischen dieser Stoffe bestehendes Agens in den Reformer in einer Menge eingebracht wird, welche zur Umsetzung mit dem Fluid ausreicht, jedoch eine nennenswerte Kohlenstoff abscheidung auf dem Katalysator ν erhind ert, daß

d) ein im Reformer erzeugtes Gas aufgefangen wird, welches zu einem Großteil aus Wasserstoff und Kohlenmonoxyd und zu etwa 5,5 "bis etwa 34- Volumenprozent (bezogen auf den Trockenzustand) aus nicht umgesetztem Kohlenwasserstoff besteht, daß

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e) eine ausreichende Menge an nicht umgesetzten Kohlenwasserstoffen, an Kohlendioxyd und HpO entfernt wird,

um das Gas für ein nachgeschaltete&Direktreduktionsverfehren geeignet zu machen und

f) daß der nicht umgesetzte Kohlenwasserstoff aufgefangen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die aufgefangenen Kohlenwasserstoffe auf kryogene Weise entfernt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als Fluid ein synthetisches Gas verwendet wird, welches aus Kohle oder schweren Kohlenwasserstoffen gewonnen ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt, daß eine Zwischen-Kühlschleife mit dem zugehörigen Kühlmittel zwischen dem katalytischen Reformer und dem Kernreaktor angeordnet wird, um eine Barriere zwischen dem Kernreaktor und dem Reformergas zu bilden, wobei als Kühlmittel Edelgase oder Kohlendioxyd dienen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die nicht umgesetzten Kohlenwasserstoffe auf kryogene Weise entfernt werden, um das Gas für den nachgeschalteten Direktreduktionsprozeß geeignet zu machen.

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6. Verfahren zur Direktreduktion von Eisenerz, dadurch gekennzeichnet , daß

a) Pellets oder Eisenstückerze auf die Spitze eines Reduktionsschachtes gebracht werden, daß

b) der unteren Häufte des Reduktionsschachtes ein reduzierendes Gas im Gegenstrom zur Bewegungsrichtung der Pellets zugeführt wird, wobei das reduzierende Gas aus einem Fluid, ausgewählt aus einer gasförmige und flüssige leichte Kohlenwasserstoffe umfassenden Gruppe, hergestellt ist, welches einem katalytischen Reformer zugeführt worden ist, der durch indirekten Wärmetausch mit einer Reaktor-Kühlmittelschleife erhitzt worden ist, die an einen gasgekühlten Hochtemperatur-Kernreaktor angeschlossen ist und ein Agens enthält, welches aus HpO, COp sowie Gemischen dieser Verbindungen besteht, und wobei das Agens in den Reformer in einer zur Umsetzung mit dem Fluid ausreichenden Menge eingebracht wurde, ohne daß dabei eine Kohlenstoff-Abscheidung auf dem Katalysator auftrat, und wobei ein vom Reformer erzeugtes Gas aufgefangen wurde, welches zum Großteil aus Wasserstoff und Kohlenmonoxyd und zu etwa 5,5 bis etwa 34 Volumenprozent (bezogen auf den Trockenzustand) aus nicht umgesetztem Kohlenwasserstoff bestand, wonach eine ausreichende Menge an nicht umgesetzten Kohlenwasserstoff, an Kohlendioxyd und HpO entfernt wurde, um das Gas für die nachgeschaltete Direktreduktion geeignet zu machen, daß

c) sodann wenigstens ein Teil jenes Gases durch einen Erhitzer geleitet wird, um das Gas wieder auf eine Temperatur zwischen etwa 760 und etwa 982⁰C zu erhitzen, daß

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19--

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d) das wieder erhitzte Gas in den unteren Bereich des Reductionsschachtes eingeleitet wird, daß

e) ein Kühlgas in den Bodenbereich des Reduktionsschachtes eingebracht wird, um die reduzierten Pellets oder Stiickerze vor ihrem Austragen aus dem Reduktionsschacht zu kühlen, und

f) die Pellets oder Stückerze aus dem Reduktionsschacht ausgetragen werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgefangenen Kohlenwasserstoffe auf kryogene Weise entfernt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß als Fluid Erdgas verendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß als Kühlmittel für den Reaktor Edelgase und/oder Kohlendioxyd verwendet werden.
10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem noch eine Zwischenschleife samt erforderlichen Kühlmittel zwischen dem katalytischen Reformer und dem Kernreaktor vorgesehen wird, um auf diese Weise eine Barriere zwischen dem Kernreaktor und dem Reformergas zu bilden.

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