DE3104281C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Eisenschwamm - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Eisenschwamm

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung von Eisenschwamm durch kontinuierliche Reduktion von Eisenoxiden in einem Schachtofen, wird das Reaktionsgas aus einem Schachtofen entfernt, diesem Reaktionsgas im wesentlichen das gesamte CO ↓2 und H ↓O entzogen, und das Reaktionsgas in wenigstens zwei Teilströme aufgeteilt. Einer dieser Teilströme wird einem Gasgenerator zugeleitet, welcher einen Plasmabrenner und Einrichtungen zum Einspritzen eines festen Reduktionsmittels und eines Oxidationsmittels besitzt, wobei dieses Reaktionsgas durch den Plasmabrenner erhitzt wird und in das erhitzte Gas das feste Reduktionsmittel und das Oxidationsmittel eingeblasen werden, um eine Zwischengasmischung auszubilden, welche hauptsächlich aus CO und H ↓2 besteht. Diese Zwischengasmischung wird auf einer derartigen Temperatur gehalten, daß in dem festen Reduktionsmittel enthaltene Asche eine Schlacke bildet. Dieses Zwischengas wird mit wenigstens einem der anderen Teilströme in einem derartigen Verhältnis gemischt, daß die Temperatur des sich ergebenden Reduktionsgases zur Reduktion von Eisenoxiden in einem Schachtofen geeignet ist. Dieses Reduktionsgas wird in den unteren Teil eines Schachtofens eingeblasen und durch den Schachtofen nach oben geleitet, wodurch Eisen oxide in dem Schachtofen reduzierbar sind. Das reduzierte Eisen wird aus dem Ofen entnommen. Die Erfindung umfaßt auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Eisenschwamm durch kontinuierliche Reduktion von Eisenoxiden in einem Schachtofen, wobei aus dem Schachtofen das Reaktionsgas entfernt und diesem Reaktionsgas das CO2 und H2O entzogen wird, wobei ferner das Reaktionsgas in wenigstens zwei Teilströme aufgeteilt wird und einer dieser Teilströme einem Gasgenerator zugeleitet und zu einem Reduktionsgas aufbereitet wird, welches in den unteren Teil des Schachtofens eingeblasen und durch den Schachtofen nach oben geleitet wird, aus dem das reduzierte Eisen unten entnommen wird. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Herstellung von Eisenschwamm. Ein bekanntes Verfahren dieser Gattung (DE-OS
29 32 939) erfordert verhältnismäßig aufwendige Maßnahmen zur Einstellung der Verfahrensparameter, insbesondere der Zusammensetzung des Reduktionsgases. Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren so zu führen.
daß mit einfachen, insbesondere regeltechnischen Maßnahmen eine kontinuierliche Reduktion von Eisenoxiden möglich ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der eine Teilstrom in einen Gasgenerator eingeführt wird, der einen Plasmabrenner und Einrichtungen zum Einbringen eines festen Reduktionsmittels sowie eines Oxidationsmittels besitzt, wobei dieses Reaktionsgas durch den Plasmabrenner erhitzt wird und in das erhitzte Gas das
feste Reduktionsmittel und das Oxidationsmittel eingeblasen werden, um eine Zwischengasmischung zu bilden, welche hauptsächlich aus CO und H2 besteht, wobei die in dem festen Reduktionsmittel enthaltene Asche eine Schlacke bildet, und daß dieses Zwischengas mit wenigstens einem der anderen Teilströme auf Reduktionstemperatur gemischt wird und danach in den Schachtofen eingeführt wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen2bislO.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Herstellung von Eisenschwamm durch kontinuierliche Reduktion von Eisenoxiden in einem Schachtofen durch ein Reduktionsgas, welches im wesentlichen aus CO und H2 besteht und unten in den Schachtofen einblasbar ist, — mit im oberen Bereich des Schachtofens vorgesehenen Anordnungen zum Abzug des Reaktionsgases und mit Reinigungseinrichtungen zur Entfernung von CO2 aus dem Reaktionsgas, wobei eine Einrichtung zur Trennung des gereinigten Reaktionsgases in wenigstens zwei Teilströme und ein Gasgenerator zur .Aufnahme wenigstens eines dieser Teilströme vorgesehen sind, weiche dadurch gekennzeichnet ist, daß der Gasgenerator zur Erzeugung der Zwischengasmischung einen Plasmabrenner sowie Einrichtungen zum Einblasen eines festen Reduktionsmittels und eines Oxidationsmittels in das vom Plasmabrenner erhitzte Gas aufweist, und daß eine Mischeinrichtung zur dosierten Mischung dieser Zwischengasmischung mit wenigstens einem der anderen Teilströme des Reaktionsgases vorgesehen ist Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen 12 bis 15.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figur, welche in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt, im einzelnen erläutert
Die Reduktion von Eisenoxidbrocken wird in einem Schachtofen 1 durchgeführt Die Eisenoxidbrocken 2 werden durch einen Keilschieber 3 in dem Schachtofen 1 eingebrach, und durch einen Gegenstrom eines heißen Reduktionsgases, welches hauptsächlich aus Kohlenmonoxid und Wasserstoffgas besteht, welches im unleren Abschnitt 4 des Schachtofens 1 eingeblasen wird, behandelt. Das Eisenschwamm-Produkt wird durch einen Auslaß 5 im unteren Abschnitt 4 des Schachtofens 1 entfernt D^s Reduktionsgas, von welchem 30—50% reagier», haben, wird vom oberen Teil des Schachtofens 1 durch einen Auslaß 6 entfernt
Das auf diese Weise aus dem Schachtofen 1 entfernte Gas enthält neben 50—7C% unreagiertem CO und H2 auch die Reaktionsprodukte CO2 und HjO. Da dieses Gas noch relativ hohe Anteile an CO und H2 enthält, kann es erneut im Verfahren verwendet werden. Um jedoch als Reduktionsgas erneut verwendet werden zu können, muß der Gehalt an CO2 und H2O auf weniger als 5% herabgesetzt werden. Dies wird dadurch erreicht, daß das Gas durch einen Gaswäscher 7 (COj/H2O-Wäscher) geleitet wird. Wenn das Gas durch diesen Gaswäscher 7 hindurchströmt wird es nicht nur von den Reaktionsprodukten CO2 und H2O befreit, sondern der Waschprozeß ermöglicht eine Regulierung der Gasmenge, so daß ein Zurückschlagen des Gases vermieden werden kann. Der Gaswäscher 7 kann als aktive Substanz beispielsweise Monoäthanolamin enthalten, und der Gehalt an (ZO2 im Gas kann beim Durchgang durch den Gaswäscher 7 auf unter 2% herabgesetzt werden.
Im Anschluß an den Gaswäscher 7 strömt das Gas zu einem Kompressor 8, in welchem der für das Verfahren erforderliche Druckanstieg erzeugt wird, und wird dann in wenigstens zwei Teilströme 9 und JO aufgeteilt
Der Teilstrom 9, welcher Raumtemperatur besitzt, wird in einen Gasgenerator 11 geleitet, in welchem das erforderliche Extragas aus einem festen Reduktionsmittel, vorzugsweise Kohle, und Wasser erzeugt wird. Der Teilstrom 9 wird als Plasmagas in einem Gasgenerator 11 verwendet und die Menge an für den Gaserzeugungs-Prozeß erforderlicher Energie wird in einem Plasmabrenner 12 geliefert Die Hauptenergiequelle, bei der es sich um Kohlenstaub handelt, wird mit einem Oxidationsmittel, vorzugsweise Wasser, behandelt und dem Gasgenerator 11 über Düsen 13 zugeleitet so daß es den den Plasmabrenner 12 verlassenden heißen Gasstrom derart durchdringt, daß Kohlenstaub und Oxidationsmittel zur Reaktion gebracht werden und CO und H2 bilden. Um eine ausreichende Reaktion sowie einwandfreie Überleitungsmerkmale sicherzustellen, wird vorzugsweise Kohlenstaub mit einer Teilchengröße von unter 0,85 mm und vorzugsweise un:er 0,15 nun verwendet
Die Energiezufuhr im Gasgenerator 11 wird derart geregelt, daß die im Kohlenstaub vorhandene Asche zu einer Schlacke 14 geschmolzen wird, weiche vom unteren Teil des Gasgenerators 11 in flüssiger oder fester Form entfernt werden kann. Infolge der Zusammensetzung der Asche wird die Temperatur vorzugsweise derart gewählt daß sie zwischen 1300° C und 1500° C liegt Das in der Vorrichtung erzeugte Reduktionsgas kann neben CO und H2 auch Schwefel enthalten, welcher in der Kohle enthalten war. Diese Zwischengasmischung wird daher durch einen Schwefelfilter 15 (beispielsweise einen Dolomit-Filter) geleitet, in welchem der Schwefelgehalt auf eine annehmbare Höhe für das Eisenschwamm-Verfahren, vorzugsweise unter 75 ppm, gesenkt wird.
Das den Schwefelfilter 15 verlassende Gar ist wesentlich heißer als dies für das Eisenschwamm-Verfahren erforderlich ist, so daß seine Temperatur durch Mischi ng in einem geeigneten Verhältnis mit dem kalten gewaschenen Gas im Teilstrom 10 gesenkt wird, um eine für das Verfahren geeignete Temperatur beispielsweise 750— 1000°C, zu erreichen.
Durch Anwendung des erfindungsgeniäßen Verfahrens und Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden bedeutende technische Vorteile erreicht. In dieser Beziehung kann die Gaserzeugung bei einer Temperatur stattfinden, daß die Asche Schlacke bildet, welche leicht zu handhaben ist und abgelassen werden kann, ohne daß Verstopfungsprobleme im Verfahren verursacht werden. Der Wasserstoffgehalt des Reduktionsgsses kann auf eine Menge eingestellt werden, welche für das Reduktionsverfahren geeignet ist, und zwar durch den Waschp-ozeß und das anschließende Einspritzen des Wassers in den Gasgenerator. Außerdem bietet die Kombination der Gaswäsche und Gaserzeugung bei erhöhten Temperaturen überragende Möglichkeiten eines Ausgleichs der Gasmenge im System und der Regelung der Reduktionstemperatur. Gleichzeitig wird eine hohe Energieausbeute erreicht, da die vom Plasmabrenner zugeführte Energie >m wesentlichen vollständig im Verfahren verbraucht wird, d. h. die Temperatureinstellung wird durch Zusetzen von kühlerem zurückfließendeiii Reduktionsgas erreicht, statt dadurch, daß dem System Wärme entzogen wird.
Bei Versuchen im Testmaßstab ergaben sich für 1 t Eisenschwamm nachstehende Verbrauchswerte:
Elektrische Energie: 820 kWh;
Steinkohlenpulver: 172 kg.
Außerdem ist das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich einfacher zu regeln. Eine einfachere und wirkungsvoliere Regelung des gesamten Verfahrens wird bei der Erzeugung des Plasmagases durch vorheriges Mischen von Kohlenstaub mit zugesetztem Wasser im korrekten Verhältnis erreicht, vorzugsweise in stöchiomßtrischen Proportionen. Infolge der vorhergehenden Mischung von Kohlenstaub und Wasser läßt sich die Mischung auch leichter in Form einer Kohle/Wasser-Emulsion einspritzen.
Sollten bei der Bindung der Asche vom festen Reduktionsmittel in einer Schlackenphase Schwierigkeiten auftreten, können Additive verwendet werden, welche die Eigenschaften der Schlacke wie beispielsweise den Schmelzpunkt, die Schwefelabsorption usw. beeinflussen, wie beispielsweise Alkaliverbindungen und Kalk. Diese Additive werden vorzugsweise mit dem festen Reduktionsmittel vermischt. Geeignete Gel-Bildner können zugesetzt werden, um die Kohle/Wasser-Mischung zu stabilisieren, und Sauerstoff kann in Form von Sauerstoffgas anstelle von Wasser dem Gasgenerator 11 zugeführt werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    1. Verfahren zur Herstellung von Eisenschwamm durch kontinuierliche Reduktion von Eisenoxiden in einem Schachtofen, wobei aus dem Schachtofen das Reaktionsgas entfernt und diesem Reaktionsgas das CO2 und H2O entzogen wird, wobei ferner das Reaktionsgas in wenigstens zwei Teilströme aufgeteilt wird und einer dieser Teilströme einem Gasgenerator zugeleitet und zu einem Reduktionsgas aufbereitet wird, welches in den unteren Teil des Schachtofens eingeblasen und durch den Schachtofen nach oben geleitet wird, aus dem das reduzierte Eisen unten entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Teilstrom in einen Gasgenerator (11) eingeführt wird, der einen Plasmabrenner (12) und Einrichtungen (13) zum Einbringen eines festen Reduktionsmittels sowie eines Oxidationsmittels Lasitzt, wobei dieses Reaktionsgas durch der. Plasmabrenner erhitzt wird und in das erhitzte Gas das feste Reduktionsmittel und das Oxidationsmittel eingeblasen werden, um eine Zwischengasmischung zu bilden, weiche hauptsächlich aus CO und H2 besteht, wobei die in dem festen Reduktionsmittel enthaltene Asche eine Schlacke bildet, und daß dieses Zwischengas mit wenigstens einem (10) der anderen Teilströme auf Reduktionstemperatur gemischt wird und danach in den Schachtofen eingeführt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Oxidationsmittel Wasser oder Sauerstoff verwendet wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischengasmiichung auf einer Temperatur von etwa 1300 bis 15000C gehalten wird.
    4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischengas mit wenigstens einem (10) der anderen Teilströme in einem derartigen Verhältnis gemischt wird, daß die Temperatur des entstehenden Reduktionsgases vor dem Einblasen in den Schachtofen (1) zwischen 700 und 10000C liegt.
    5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Reduktionsgases vor dem Einblasen in den Schachtofen (1) auf annähernd 825° C gehalten wird.
    6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß CO2 und H2O dem Reaktionsgas durch eine Gaswaschung entzogen werden, bis der Gehalt an CO2 weniger als etwa 2% beträgt.
    7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Reduktionsmittel Kohle verwendet wird.
    8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Reduktionsmittel Kohlenstaub verwendet wird.
    9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Reduktionsmittel Steinkohlenstaub verwendet wird.
    10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischengasmischung durch einen Schwefelfilter (15) hindurchgeleitet wird.
    11. Vorrichtung zur Herstellung von Eisenschwamm durch kontinuierliche Reduktion von Eiscnoxiden in einem Schachtofen durch ein Reduktionsgas, welches im wesentlichen »us CO und H2
    besteht und unten in den Schachtofen einblasbar ist, — mit im oberen Bereich des Schachtofens vorgesehenen Anordnungen zum Abzug des Reaktionsgases und mit Reinigungseinrichtungen zur Entfernung von CO2 aus dem Reaktionsgas, wobei eine Einrichtung zur Trennung des gereinigten Reaktionsgases in wenigstens zwei Teilströme und ein Gasgenerator zur Aufnahme wenigstens eines dieser Tsilströme vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daiJ der Gasgenerator (11) zur Erzeugung der Zwischengasmischung einen Plasmabrenner (12) sowie Einrichtungen (13) zum Einblasen eines festen Reduktionsmittels und eines Oxidationsmittels in das vom Plasmabrenner erhitzte Gas aufweist, und daß eine Mischeinrichtung zur dosierten Mischung dieser Zwischengasmischung mit wenigstens einem (10) der anderen Teilströme des Reaktionsgases vorgesehen ist.
    IZ Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungsvorrichtung aus einem CO2-Wäscher (7) besieht
    13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bzw. 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasgenerator (11) mit Anordnungen zur Schlackenentfernung versehen ist.
    14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis
    13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gasgenerator (11) und der Mischeinrichtung ein Schwefelfilter (15) angeordnet ist
    15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis
    14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (13) zum Einblasen des festen Reduktionsmittels und des Oxidationsmittels eine Injektionsfläche unmittelbar vor dem Plasmabrenner besitzt
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