DE3039838A1

DE3039838A1 - Verfahren und anlage zur reduktion von eisenoxid zu metallisiertem eisen

Info

Publication number: DE3039838A1
Application number: DE19803039838
Authority: DE
Inventors: William Arthur Ahrendt; Donald Charlotte N.C. Beggs
Original assignee: Midrex Corp Charlotte NC; Midrex Corp
Current assignee: Midrex International BV Rotterdam Zurich Branch
Priority date: 1979-10-22
Filing date: 1980-10-22
Publication date: 1981-05-14
Also published as: BE885802A; FR2467884A1; CA1152750A; ZA806425B; DD153701A5; JPS5677308A; FR2467884B1; SU978735A3; BR8006729A; GB2062686A; US4270739A; GB2062686B; HU182214B; MX154673A

Description

80/0702

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion von Eisenoxid zu metallisiertem Eisen.

Die Direktreduktion von Eisenoxid, wie gesinterten Pellets oder Stückerz zu metallischem Eisen im festen Zustand hat in den letzten Jahren in vielen Direktreduktionsanlagen der Welt eine große wirtschaftliche Bedeutung erlangt. Die Gesamtjahreskapazität dieser im Betrieb oder im Bauzustand befindlichen Anlagen überschreitet 15 Millionen to an direktreduziertem Eisenprodukt, das in erster Linie als Einsatzmaterial für elektrische Lichtbogen-Stahlöfen benutzt wird. Es wird angenommen, daß der Weltbedarf·an zusätzlichem direktreduziertem Eisen mehrere Jahre lang in einem erheblichen Maße zunimmt, um den wachsenden Weltbedarf an solchem Einsatzmaterial zu befriedigen·,· in gleichem Maße wie weitere Stahlwerke mit Elektrolichtbogenofen gebaut werden.

Die Mehrzahl der kommerziellen Anlagen zur Erzeugung von direktreduziertem Eisen benutzt Erdgas bzw. Naturgas als Reduktionsmittelquelle. Das Erdgas wird umgeformt, um die Reduktionsmittel CO und H₂ zu gewinnen. Die energiesparendsten und produktivsten kommerziellen Direktreduktionsanlagen auf der Basis von Erdgas sind die Midrex-Anlagen, die eine kontinuierliche katalytische Umformung von Erdgas enthalten, unter Verwendung von CO₀ und Restwasserdampf im gekühlten zurückgeführten Abgas des Reduktionsofens als Oxidationsmittel für den Reformer (U.S.-PS 3,748,120).

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Bei der katalytischen Reformierung (Umwandlung) von Erdgas oder anderen Kohlenwasserstoff enthaltenden Gasen ist es wesentlich in dem zu reformierenden Gasgemisch den Schwefel anteil sehr niedrig zu halten, um eine Schwefelvergiftung des Katalysators zu verhindern, wie dies in der Technik des katalytischen Umformens seit langem bekannt ist. Der maximale Schwefelanteil der zur Vermeidung einer Katalysator-Vergiftung bei der Umformung zugelassen werden kann, liegt bei etwa 2 bis 3 ppmv (Volumenteile auf 1 Mio Volumenteile) in dem umzuformenden Gemisch. Um diesen sehr niedrigen Pegel an Schwefel zu erzielen ist oft eine komplizierte und teure Entschwefelung des Gases erforderlich, bevor es als Prozeßbrennstoff verwendet werden kann.

Koksofengas ist als Brennstoff in vielen Industriestaaten der Welt verfügbar. Koksofengas enthält jedoch bestimmte schwefelhaltige Komponenten, wie COS und Thiophen.

Aufgabe der Erfindung ist es, Maßnahmen zum Entschwefeln von gasförmigem Prozeßbrennstoff für die Direktreduktion von Eisenoxiden vorzusehen, in dem der im Brennstoff vorhandene Schwefel während des . Reduktionsprozesses mit dem heißen, teilweise reduzierten Eisenoxid zur Reaktion gebracht wird.

Es soll ein Prozeß mit hohem Wirkungsgrad für die Direktreduktion von Eisenoxid geschaffen werden, bei dem ein Kohlen v/asser stoff enthaltender gasförmiger Prozeßbrennstoff reformiert wird,· um Reduktionsgas zu erzeugen und bei dem der Prozeßbrennstoff im Reduktionsprozeß entschwefelt wird, bevor er reformiert wird.

Es soll außerdem ein Direktreduktionsverfahren geschaffen werden, das insbesondere für die Verwendung von gasförmigen Prozeßbrennytoffen geeignet ist, die organischen Schwefel enthalten.

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Schließlich ist es ein Ziel dieser Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den Ansprüche 2 bis 7 zu entnehmen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist durch die Merkmale des Anspruchs 8 gekennzeichnet.

Die vorliegende Erfindung ist eine Verbesserung des in der US-PS 3,748,120 beschriebenen Direktreduktionsverfahrens, wobei der Prozeßbrennstoff im Reduktionsofen durch Reaktion des im Prozeßbrennstoff vorhandenen Schwefels mit dem heißen direktreduzierten Eisenschwamm auf neue und vorteilhafte Welse entschwefelt wird, bevor er in den Reformer gelangt. Im Effekt wird der im Prozeßbrennstoff enthaltene Schwefel während des Reduktionsprozesses auf das Eisen übertragen, wobei Schwefelgehalte in einer Höhe von 4Q0 ppmv im Prozeßbrennstoff zulässig sind, ohne dem direktreduzierten Eisenprodukt eine unerwünschte Menge an Schwefel zuzuführen. Diese in-situ-EntSchwefelung des Prozeßbrennstoffes erlaubt bei der Direktreduktion von Eisenoxid die Verwendung von Prozeßbrennstoffen, die extern sehr schwer zu entschwefeln sind, wie Koksofengas oder Erdgas, das organische Schwefelverbindungen enthält.

Die GB-PS 1,522,929 beschreibt einen Schachtofen, in den in zwei vertikal verschiedenen Eintrittsebenen Reduktionsgas eingeleitet wird, wovon sich die eine Eintrittsebene an der Peripherie des Ofens befindet und die andere etwas tiefer in der Mitte des Ofens. Bei vorliegender Erfindung wird Reduktionsgas in zwei vertikal verschiedenen Ebenen eingeleitet. Das Reduktionsgas jeder Ebene hat jedoch eine verschiedene Zusammensetzung. Außerdem werden die beiden

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Gasströme mit unterschiedlichen Temperaturen eingeleitet und beide an der Peripherie des Schachtofens.

Die Erfindung wird durch ein Ausführungsbeispiel anhand einer Fig. näher erläutert. Die Fig. stellt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage dar. . ·■.:· :'. . ^;

In der Fig. ist ein feuerfest ausgekleideter schachtförmiger Reduktionsofen, der nach dem Gegenstromprinzip arbeitet mit 10 bezeichnet. Eisenoxid-Beschickungsmaterial 12 in Form von Oxidpellets, natürlichem Stückerz oder einem Gemisch aus Pellets und Stückerz mit einer nominellen Teilchengröße von 5 bis 30 mm wird einem Eingabetrichter 14 zugeführt und gelangt durch ein Beschickungsrohr 16 in den Ofen, um hier eine Beschickung 17 zu bilden. Das teilchenförmige direktreduzierte Eisenprodukt wird aus dem unteren Bereich des Ofens durch ein Austragrohr 18 mittels eines Austragförderers 20 ausgetragen. Durch die Austragsgeschwindigkeit wird die Absinkgeschwindigkeit der Beschickung 17 im Ofen gesteuert.

Im mittleren Bereich des Ofens 10 ist ein Gaseinlaßrohr für heißes Reduktionsgas vorgesehen, das zu einer Vielzahl von Gaseinlaßöffnungen 24 führt, die in der feuerfesten Wand des Ofens angeordnet sind. Außerdem ist ein Gaseinlaßrohr 26 für heißes Reduktionsgas vorgesehen, das zu einer Vielzahl von Gaseinlaßöffnungen 28 führt, die in der Ofenwandung oberhalb der Einlaßöffnungen 24 vorhanden sind. Heißes vorreduzierendes Gas, das aus einem Gemisch aus heißem reformierten Reduktionsgas und heißem Prozeßbrenngas besteht, wird durch die Einlaßöffnungen 28 eingeleitet, strömt nach innen und dann im Gegenstrom zur herabsinkenden Beschickung nach oben. Auch das durch die Einlaßöffnungen eingeleitete heiße Reduktionsgas strömt nach innen und im Gagenstrom zu der herabsinkenden Beschickung nach oben. Das von den Einlaßöffnungen 24 kommende heiße Reduktionsgas

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füllt zunächst beim Aufwärtsströmen den gesamten Querschnitt der Beschickung und wird dann etwa in der Höhe der Einlaßöffnungen 28 zufolge des durch diese öffnungen eingeführten Stroms an heißem Reduktionsgas in den zentralen Bereich der Beschickung zusammengedrängt. Im oberen Bereich des Ofens verschmelzen sich die beiden Gasströme und füllen den gesamten Querschnitt der Beschickung aus. Sie treten aus der Beschickung am Beschickungsprofil 30 aus und verlassen den Ofen über das Abgas-Auslaßrohr 32. Das den Ofen durch dieses Auslaßrohr verlassende Abgas ist ein Gemisch aus verbrauchtem Reduktionsgas und Prozeßbrennstoffgas.

Im unteren Bereich des Ofens 10 ist ein Kühlgaskreislauf zum Kühlen des Eisenschwamms vor dem Austrag vorgesehen.

Dieser Kühlgaskreislauf enthält ein Kühlgaseinlaßrohr 34 das zu einer Kühlgasverteilereinrichtung 36 innerhalb des Ofens 10 führt. Eine Kühlgas-Sammeleinrichtung 38 ist oberhalb der Verteilereinrichtung innerhalb des Ofens angeordnet, ferner ein Kühlgasauslaßrohr 40 und ein äußeres Gasumlaufsystem mit einer Kühl- und Wascheinrichtung 42 sowie einem Umlaufgebläse 44 vorgesehen.

Das den Ofen 10 durch das Auslaßrohr 32 verlassende Abgas wird in der Kühl-Wascheinrichtung 46 gekühlt und vom Staub befreit und dann in die Leitung 48 geleitet. Der wesentliche Anteil des in die Leitung 48 eingeleiteten gekühlten Abgases wird in einem Kompressor 50 verdichtet und dann mehreren Reformerrohren 52 aus einer hitzebeständigen Legierung zugeführt/ von denen eine in der Zeichnung dargestellt ist. Jedesder Reformerrohre 52 ist im Rohrexntrittsbereich mit feuerfesten Stücken gefüllt, der restliche Hauptteil ist mit einem Nickel- oder Kobaltkatalysator zum Umformen des Gases,der im allgemeinen mit 54 bezeichnet ist, gefüllt. Die Reformerrohre sind in einen mit feuerfestem Material ausgekleideten Reformerofen 56 eingeschlossen, der eine Vielzahl von Brennern 58 aufweist, von denen einer dargestellt ist, sowie ein- Abgasrohr 60 zum Abführen der verbrauchten

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Verbrennungsgase des Brenners aus dem Reformerofen. Ein kleinerer Anteil des gekühlten Abgases der Leitung 48 wird zusammen mit Brennstoff aus einer äußeren Brennstoffquelle durch die Leitung 64 zu dem jeweiligen Brenner geleitet. Das verbrauchte Verbrennungsgas im Abgasrohr 60 wird in einem nicht dargestellten Wärmetauscher dazu benutzt, die von einer Quelle 66 für jeden Brenner zugeführte Luft zur Verbrennung vorzuheizen.

Ein Erhitzer 70 für das Prozeßbrennstoffgas, der mit einer Vielzahl von Heizrohren 72 aus hitzebeständiger Legierung ausgerüstet ist, von denen eine dargestellt ist, dient dazu, das von einer Quelle 74 stammende Prozeßbrennstoffgas auf zuzuheizen. Die Hitze wird dem Erhitzer mittels mehrerer Brenner 76 zugeführt, von denen einer dargestellt 1st und die mit Brennstoff aus einer Quelle 77 und Verbrennungsluft aus einer Quelle 78 gespeist werden. Die verbrauchten Verbrennungsgase des Brenners verlassen den Erhitzer über ein Abgasrohr 80. Erhitztes Prozeßbrennstoffgas wird dem Reduktionsofen 10 über Leitungen 82 und 84 sowie über das Einlaßrohr 2f> für das Vorreduktionsgas zugeführt.

Der erste, üblicherweise größere Anteil an die Reformerroh.ro verlassendem heißen Gas wird über Leitungen 90 und 92 dem Einlaßrohr 22 für heißes Reduktionsgas als heißes reformiertes Reduktionsgas zugeleitet. Ein zweiter überlicherweise kleinerer Anteil an die Reformerrohre 52 verlassendem Heißgas durchströmt die Leitung 94 und das Ventil 96 und wird dann mit erhitztem Prozeßbrennstoffgas der Leitung 84 gemischt. Das Gemisch wird dem Ofen 10 über das Einlaßrohr 26 als heißes vorreduzierendes Gas zugeführt.

Die Temperatur des Prozeßgases muß wenigstens 600" C betragen, vorzugsweise jedoch oberhalb 650° C liegen. Das Prozeßgas

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muß auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt werden, so daß das Gemisch aus Prozeßgas und erhitztem entfernten Abgas eine ausreichend hohe Temperatur haben, um die Direktreduktion des Eisenoxides auszuführen.

In seinem weitesten Konzept umfaßt der erfindungsgemäße Prozeß das vollständige Mischen des Schwefel enthaltenden Prozeßgases,wie eines Koksofengases, Erdgases oder Hochofengases mit dem heißen reformierten Reduktionsgas, um ein Reduktionsgemisch zu bilden. Dieses Gemisch wird dann durch ein einziges Ringleitungs- und Düsensystem in die Reduktionszone des Ofens eingeleitet. Der Prozeß kann mit der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung ausgeführt werden, injdem das Ventil 100 in der Leitung 84 geschlossen wird.

Zum Entschwefeln von Brennstoffgasen, wie Erdgas, Hochofengas oder Koksofengas, sind zahlreiche kommerzielle Verfahren bekannt geworden, bei denen H₃S {Schwefelsulfid) aus solchen Gasen in einem einzigen Entschwefelungsschritt entfernt wird. Die Entfernung von COS (Karbonilsulfid) und organischen Schwefelverbindungen wie Thiophen (C.H-S) machen jedoch komplizierte und teuere mehrstufige Entschwefelungsprozesse erforderlich, um die Schwefelverbindungen zu hydrieren und in HpS umzuwandeln bevor diese Formen von Schwefel entfernt werden können.

Durch labormäßige Versuche wurde festgestellt, daß COS und organische Schwefelverbindungen aus den Gasen durch Reaktion mit heißen direktreduzierten Eisenpellets in Anwesenheit von Wasserstoff entfernt werden können. Das direktreduzierte Eisen ist bei niedrigen Temperaturen nicht wirksam zur Entfernung dieser Schwefelverbindungen, ist jedoch bei Temperaturen um 700° C und darüber wirksam. Der exakte Mechanismus dieser Schwefelentfernung ist bisher nicht bekannt, es ist jedoch anzunehmen, daß das heiße direktreduzierte Eisen zu einem wirksamen Katalysator zur umwandlung dieser Schwefelverbindungen in Anwesenheit von Wasserstoff zu H₃S wird, das dann chemisch mit dem Eisen reagiert. Jedenfalls wird der Schwefel aus ,dem Gas iii das, durch Direktreduktion

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gewonnene Eisen (Eisenschwamm) übertragen.

Das in das Einlaßrohr 26 eingeleitete Gasgemisch muß zur Schwefelentfernung deshalb über 700° C liegen. Es werden jedoch gewöhnlich höhere Temperaturen bevorzugt, da für die Direktreduktion des Eisenoxids wenigstens 800⁰C benötigt werden. Einige Pellets backen bei 800° C zusammen, so daß sie bei niedrigeren Temperaturen reduziert werden müssen. Die praktisch untere Grenze für die Temperatur des in das Einlaßrohr 22 eingeleiteten Gases ist somit 750° C.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel dieser Erfindung erläutert, bei dem ein schwefelhaltiges Koksofengas als Prozeßbrennstoffgas, sowie als Brennstoff für den Brenner des Reformerofens und des Erhitzers für das Prozeßbrennstoffgas verwendet wird. Der Schwefelgehalt des ausgewählen Koksofengases beträgt bei diesem Beispiel 200 ppmv. Dieser Schwefelgehalt wird im allgemeinen erhalten durch einen einfachen einzigen Schritt eines Entschwefelungsprozesses. Gas mit einem so hohen Schwefelgehalt ist als Brennstoff für einen Brenner geeignet, obwohl es nicht als Prozeßbrennstoff zum Reformieren geeignet ist.

Bei dem Beispiel gemäß dieser Erfindung wird heißes Reduktionsgas aus den Reformerrohren 52 durch das Einlaßrohr 22 in den Reduktionsofen mit einer Temperatur von etwa 900° C eingeleitet. Heißes vorreduzierendes Gas, welches ein Gemisch aus dem 900° C heißen Gas der Reformerrohre und einem 750° C heißen Koksofengas aus den Erhitzerrohren 72 ist, wird mit einer Temperatur von etwa 800° C durch das Einlaßrohr 26 in den Reduktionsofen eingeleitet. Der Reduktionsofen ist so bemessen, daß die Aufenthaltszeit einer Ofenbeschickung etwa 4 Stunden von der Beschickungslinie 30 bis zu den Einlaßöffnungen 28 und 6 Stunden von der Beschickungslinie 30 bis zu den Einlaßöffnungen 24 beträgt. Hierdurch wird ein hoher Grad an Direktreduktion des Eisenoxids zu metallischem Eisen gewährleistet, das in der Vorreduktionszone oberhalb

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der Einlaßöffnungen 28 erhalten wird sowie einem endgültigen Grad an Direktreduktion in der Reduktionszone zwischen den Einlaßöffnungen 24 und 28. ·

In der Vorreduktionszone strömen die Reduktionsmittel CO und H- des heißen vorreduzierenden Gases und des heißen Reduktionsgases von der Endreduktionszone nach oben und reduzieren das Eisenoxid-Beschickungsmaterial bis zu einem Metallisierungsgrad von etwa 94%. Auf der Grundlage von labormäßigen Prüfungen und großtechnischen Untersuchungen wurde festgestellt, daß das im Vorreduktionsgas enthaltene Methan aus dem Koksofengas während des Durchströmens der Vorreduktionszone bei 800° C nur in einem unbedeutenden Maß gespaltet wird, da in dem Gas bereits Wasserstoff vorhanden ist. Somit enthält das verbrauchte Reduktionsgas bzw. Abgas das an der Beschickungslinie aus der Beschickung des Ofens austritt und dann aus dem Abgasrohr 32 des Ofens Reduktionsmittel CO und H-, die noch nicht reagiert haben, Oxidationsmittel CO» und Wasserdampf, die im Reduktionsprozeß gebildet worden sind, sowie Methan. In der Abgas-Kühl-Wascheinrichtung 46 wird der wesentliche Anteil an Wasserdampf aus dem Abgas auskondensiert, so daß ein Gasgemisch entsteht, das..zur Reformierung in den Reformerrohren 52 geeignet ist, um heißes, frisches Reduktionsgas, zu erzeugen. In den Reformerrohren, dienen das CO₂ und der Restwasserdampf im gekühlten und gereinigten Abgas als Oxidationsmittel für die Reformierung von Methan, wie dies In der US-PS 3,748,120 beschrieben ist.

Die -folgenden Tabellen zeigen die Ergebnisse einer umfangreichen Prozeßanalyse des erfindungsgemäßen Verfahrens in ihrer Beziehung auf die Zeichnung. Die Daten dienen zur Erläuterung nicht jedoch zur Begrenzung der Erfindung. Alle in der Tabelle angegebenen Werte sind auf eine metrische Tonne des durch Direktreduktion erzeugten Eisenproduktes bezogen, das einen Metallisationsgrad von 92% und einen Kohlenstoffgehalt von 1,5% aufweist. Dies sind weithin gültige großtechnische Standardgrößen für Eisen, das in

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Direktreduktionsanlagen auf der Basis von Erdgas gewonnen wird.

Tabelle I gibt die für den Prozeß erforderliche Brennstoffzufuhr an. Koksofengas hat einen höheren Heizwert von 4618 kCal/Nm³.

Tabelle I

Brennstoffzufuhr

Prozeßgas 2.82 Gcal

Reformerbrenner 0.07 u

Brenner des Erhitzers 0.032 //

Gesamtbrennstoffbedarf 3.21 Gcal

Tabelle II gibt die Gasdurchsätze in dem Prozeß in Normalkubikmetern pro Stunde an den in der Zeichnung angegebenen Stellen an.

Tabelle II

Gas Ort Durchsatz

Vom Reformer

Zu den unteren Einlassen

Reformiertes Gas zu den oberen Einlassen

Erhitztes Prozeßgas Gasgemisch zu den oberen Einlassen Abgas

Rückführgas

Gaszufuhr zum Reformer Rückführgas zum Reformerbrenner

90	1320
92	922
94	398
82	609
84	1007
32	1901
48	1525
52	1085
64	440

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Tabelle III gibt die Gasanalysen in Prozenten an den angegebenen Stellen an.

Gas

Reformiertes Gas Prozeßbrennstoff Zu den oberen Einlassen Abgas

Gereinigtes Rückführgas

Tabelle III	CO	1	CO	2	^H2
Stelle	32,9	1	2,	5	51,5
90	6,8		1,	8	54,3
82	17,1	2,	1	53,2
84 .	13,4	2,	4	34,3
32	16,7	5,	5	42,7
48

Tabelle III - fortgesetzt

Gas

Reformiertes Gas Pro2eßbrennstoff Zu den oberen Einlassen Abgas

Gereinigtes Rückführgas

H₂O	CH₄	N₂ Sc
5,1	1,9	6,2
3,0	28,7	5,4
3,8	18,1	5,7
23,4	10,5	6,0
4,5	13,1	7,5

Schwefel (ppm)

200 121

Durch den Schwefelübergang aus dem Prozeßbrennstoffgas werden dem metallisierten Eisenprodukt etwa 0,018 % Schwefel zugefügt. Dieser Anteil liegt unterhalb der zulässigen Grenze von 0,03 % für die Verwendung von Eisenschwamm in elektrischen Lichtbogenofen zur Stahlherstellung.

Wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Erdgas anstelle von Koksofengas als Prozeßbrennstoffgas verwendet, dann ist die erforderliche Volumenmenge an Erdgas etwa halb

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so groß, wie die des Koksofengases infolge des nahezu zweifachen Heizwertes des Erdgases. Damit ist im Erdgas ein Anteil von nahezu 400 ppmv an Schwefel zulässig, ohne daß dem Eisenerzeugnis eine zu große Menge an Schwefel zugefügt wird.

Prozeßbrennstoffgase, wie Koksofengas und Erdöldämpfe enthalten ungesättigte Kohlenwasserstoffe, wie beim katalytischen Umformen Probleme wegen Kohlenstoffablagerung ergeben können. Das vorliegende Verfahren dient neben der Entschwefelung des Prozeßbrennstoffgases auch dazu, solche ungesättigten Kohlenwasserstoffe in Methan oder andere gesättigte Kohlenwasserstoffe im Reduktionsofen vor dem Reformieren umzuwandeln und damit die Probleme der Kohlenstoffablagerung während des Reformierens zu vermeiden.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die unmittelbare Anwendung von schwefelhaltigen Prozeßbrennstoffgasen bei der Direktreduktion von Eisenoxiden.

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Claims

BLUMBACH · V/ESER · BEROEN . KRAMER ZWIRNER - HOFFMANN PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN Patentconsult Radcckestraße 43 8000 München 60 Telefon (089)883603/883604 Telex 05-212313 Telogramma Pfltentconsult Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wi&sbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsuli Midrex Corporation One NCNB Plaza 80/0702 Charlotte, North Carolina 28280 U.S.A. Verfahren und Anlage zur Reduktion von Eisenoxid zu metallisiertem Eisen Patentansprüche

1. Verfahren zur Reduktion von Eisenoxid zu metallischem Eisen, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

a) Bilden einer durch Schwerkraft absinkenden Beschickung aus teilchenförmigem Eisenoxidmaterial in einem im allgemeinen senkrechten Schachtofen durch Chargieren dieses Materials in den oberen Bereich des Schachtofens und Entfernen des metallisierten Eisenproduktes aus dem unteren Bereich des Ofens;

b) Auswählen eines schwefelhaltigen Prozeßgases aus der Gruppe Koksofengas, Erdgas und Hochofengas;

c) Erhitzen des Prozeßgases auf eine Temperatur von wenigstens 600° C;

München: R. Kramer Dipl.-ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. . E. Hollmann Dlpl.-Imj. Wiesbaden: P. O. Blun-.bach Dlpl.-Ing. ■ P. Bergen Prof Dr, jur. Dipl.-Ing., Pat.-Ass., Pat.-Anw. bis 1979 · G. Zwirncr Dipl.-lnQ. Dlpl.-W.rlny.

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d) Mischen des erhitzten Prozeßgases mit heißem reformierten Reduktionsgas zur Bildung eines heißen Reduktionsgasgemisches;

e) Einleiten des Reduktionsgasgemisches in die Beschickung des Schachtofens zwischen dem oberen und dem unteren Ende des Ofens;

f) Bilden einer Strömung des Reduktionsgasgemisches im Gegenstrom zu dem durch Schwerkraft absinkenden Material der Beschickung;

g) Entfernen des aus dem Reduktionsgasgemisch entstandenen Abgases aus dem Ofen, Kühlen und Waschen des entfernten Abgases; und

h) Erhitzen des entfernten Abgases in Gegenwart eines Katalysators zur Bildung des heißen reformierten Reduktionsgases.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsgasgemisch in den Reduktionsofen mit einer Temperatur mit wenigstens.700° C eingeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das entfernte Abgas auf eine Temperatur von wenigstens 750° C erhitzt wird.

4. Verfahren zur Reduktion von Eisenoxid zu metallischem Eisen, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

a) Bilden einer durch Schwerkraft absinkenden Beschickung aus teilchenförmigem Eisenoxidmaterial durch Chargieren dieses Materials in den oberen Bereich eines im allgemeinen senkrechten Schachtofens mit einer oberen Vorreduktionszone, einer mittleren Reduktionszone und einer unteren Kühlzone und Entfernen des metallisierten Eisenproduktes

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aus dem unteren Bereich des Ofens;

b) Einleiten eines ersten Reduktionsgases in die Beschickung am unteren Ende der Vorreduktionszone;

c) Einleiten eines zweiten Reduktionsgases in die Beschickung am unteren Ende der Reduktionszone;

d) Bilden eines ersten und eines zweiten Reduktionsgasstrome:j im Gegenstrom zu dem durch Schwerkraft absinkenden Materialstrom zur Reduzierung des Eisenoxids;

e) Entfernen des aus den Reduktionsgasströmen erhaltenen Abgases aus dem Ofen, Kühlen und Reinigen dieses Abgases;

f) Reformieren des Abgases zu einem reformierten Reduktionsgas durch Erhitzen des gekühlten gereinigten Abgases in Gegenwart eines Katalysators;

g) Einleiten eines ersten Teils des reformierten Gases in die Beschickung als zweites Reduktionsgas;

h) Erhitzen eines schwefelhaltigen Prozeßgases aus der Gruppe Koksofengas, Erdgas und Hochofengas; und

i) Mischen eines zweiten Teils des reformierten Gases mit dem Prozeßgas zur Bildung des ersten Reduktionsgas.

5- Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Reduktionsgas in die Vorreduktionszone mit einer Temperatur von wenigstens 700° C eingeleitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, daß das Prozeßgas auf eine Temperatur von wenigstens 600° C erhitzt wird.

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7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet/ daß das zweite Reduktionsgas in die Reduktionszone mit einer Temperatur von wenigstens 750° C eingeleitet wird.

8. Anlage zur Direktreduktion von Eisenoxiden zu einem metallischen Eisenprodukt gekennzeichnet durch die. folgenden Merkmale:

a) einen im allgemeinen senkrechten Schachtofen;

b) eine Einrichtung zum Chargieren von teilchenförmigen Eisenoxidmaterial in den oberen Bereich des Ofens zur Bildung einer Beschickung und einer Einrichtung zum Entfernen des metallisierten Eisenproduktes aus dem unteren Bereich des Ofens, wodurch ein kontinuierlicher durch Schwerkraft bewirkter Materialfluß der Beschickung durch den Ofen erzeugt wird;

C) einen ersten Reduktionsgaseinlaß zwischen dem oberen und dem unteren Ende des Ofens;

d) einen zweiten Reduktionsgaseinlaß zwischen dem ersten Reduktionsgaseinlaß und dem oberen Ende des Ofens;

e) einen Abgasauslaß am oberen Ende des Ofens;

f) eine mit dem Abgasauslaß verbundene Einrichtung zum Kühlen und Reinigen des Abgases;

g) einen Reformerofen mit einem Katalysator, der Rohre enthält zur Bildung von gasförmigen Gasreduktionsmitteln, einen mit der Einrichtung zum Kühlen und Reinigen verbundenen Einlaß in den Reformer und einen Auslaß aus dem Reformer, der mit dem ersten und zweiten Reduktionsgaseinlaß des Reduktionsofens in Verbindung steht;

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h) einen Prozeßgaserhitzer;

i) eine mit dem Erhitzer in Verbindung stehende Prozeßgasquelle; und

j) eine Leitung, die mit dem Erhitzer und dem zweiten
Reduktionsgaseinlaß verbunden ist.

9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß

zwischen dem ersten Reduktionsgaseirilaß und dem unteren Ende des Ofens eine Einrichtung zum Kühlen des metalli sierten Eisenproduktes vorgesehen ist.

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