DE3135914A1

DE3135914A1 - Verfahren und vorrichtung zur direktreduktion von eisenoxyd

Info

Publication number: DE3135914A1
Application number: DE19813135914
Authority: DE
Inventors: Charles Walter 28211 Charlotte N.C. Sanzenbacher; John Combs 43612 Toledo Ohio Scarlett
Original assignee: Midrex Corp 28280 Charlotte NC; Midrex Corp
Current assignee: Midrex International BV Rotterdam Zurich Branch
Priority date: 1980-09-15
Filing date: 1981-09-10
Publication date: 1982-05-27
Also published as: SU1155162A3; BE890196A; DD201807A5; PL233022A1; BR8105761A; KR830006439A; AU7507581A; GB2083839B; JPS5782417A; IN155080B; GB2083839A; PH17080A; CA1172455A; NZ198327A; US4331470A; TR21578A; AU525672B2; ZA815563B; AT381953B; KR840002356B1

Description

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Beschreibung

Verfahren und Vorrichtung zur Direktreduktion von Eisenoxyd .

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Direktredukti.on von Eisenoxyd zu metallischem Eisen und auf eine Vorrichtung zur Direktreduktion von Eisenoxyd und zur Produktion von Brenngas.

■ ·

Die Direktreduktion von Eisenoxyd, wie gesinterten Pellets oder Stückerz, zu metallischem Eisen im festen Zustand hat in den letzten Jahren in der gesamten Welt eine wirtschaftliche Bedeutung erlangt. Die Ges.amtjahreskapazität der im Betrieb oder im Bau befindlichen Anlagen überschreitet 15 Millionen Tonnen an direktreduziertem Eisenprodukt, das in erster Linie als Einsatzmaterial für Elektro-" lichtbogen-Stahlöfen benutzt wird. Man geht davon aus, daß die Weltnachfrage an zusätzlichem direktreduzierten Eisen mehrere Jahre lang in erheblichem Maße zunehmen wird, damit der wachsende Weltbedarf an solchem Einsatzmaterial befriedigt werden kann, da weitere Stahlwerke mit Elektrolichtbogenofen gebaut werden.

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Die meisten kommerziellen Anlagen zur Erzeugung von direktreduziertem Eisen benutzen Erdgas als Reduktionsmittelquelle. Das Erdgas wird umgeformt, um die Reduktionsmittel CO und H~ zu gewinnen. Einige Anlagen verwenden Kohle als Reduktionsmittelquelle bei Drehtrommelofen-Verfahren, wie z.B. dem SL/RN-Verfahren; diese Verfahren sehen eine direkte in-situ-Umsetzung von Kohle in dem Ofen vor, ohne daß die Kohle zu CO und H₂ gesondert vergast wird. Den Drehtrommelofen-Verfahren haftet insoweit mangelnde Effizienz bei der Kohleausnutzung an, als etwa zwei .Drittel der Kohle in dem Ofen zu Verbrauchswärme verbrannt werden

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Ί und lediglich ein Dr.ü;l;eL zur Berc i_l..sl-«l I .uny de« Rodiiü i cM/q.isr für die Direktreduktion verwendet wird. Diese mangelnde Effi zienz führt zu einem Kohlebedarf von 5,0 bis 6,0 Gcals (Gigä ■calqrien) ca. 20 - 24 GJ pro Tonne direktreduziertem Eisenpro dukt. Dieser Menge stehen 3,0 bis 3,5 Gcals ca. 12 - 15 GJ Erdgas pro Tonne direktreduzierten Eisens bei den effizienteren Erdgas-Verfahren, beispielsweise dem Midrex-, Purofer- oder Armee—Yerfahrerv gegenüber.

Es gibt viele - wenn auch noch keiner wirtschaftlichen Verwertung zugeführte - Verfahren, bei denen Kohle durch Teiloxydation mit Sauerstoff und Dampf vergast wird, um ein Gas zu erhalten, welches dann auf verschiedene Weise bei der Direktreduktion von Eisen verwendet wird. Die Hauptgründe dafür, daß keines dieser Verfahren einer wirtschaftlichen Verwertung zugeführt wurde, sind darin zu sehen, daß diese Verfahren entweder zu komplex oder für die gewerbliche Verwertung unpraktisch sind, oder daß der Kohlebedarf zu hoch ist. Das grundlegende Problem, demzufolge ein Verfahren nicht praktizierbar ist oder der Gesamtkohlebedarf hoch ist, besteht darin, daß das von dem ■ Kohlevergaser abgegebene heiße Gas einen zu geringen Anteil von Reduktionsmitteln (CO plus H_) verglichen mit Oxydationsmitteln (CO„ plus H^O-Dampf) aufweist, um direkt

wirksam bei der Direktreduktion von Eisen eingesetzt werden zu können.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das durch den Kohlevergaser erzeugte heiße Gas hinsichtlich des Verhältnisses von Reduktionsmitteln zu Oxydationsmitteln in dem Reduktionsofen verbessert durch eine Reaktion mit Kohlenstoff, und das Gas wird außerdem durch Reaktion mit Kalk entschwefelt, um ein Gas zu erzeugen, das wirksam bei der Direktreduktion von Eisen eingesetzt werden kann, weil das Verbesserungs-, Entschwefelungs- und Direktreduktionsver-

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fahren in demselben Schacht ausgeführt v/erden. Das aus dem Reduktionsofen abziehende Reduktionsgas wird gekühlt und durch Waschen"entstaubt, so daß man ein sauberes, schwefelarmes Brenngas erhält, welches anderweitig verwendet werden kann. Diese Kombination aus Direktreduktion von Eisen und Brenngasherstellung* erweist sich speziell nützlich in einem integrierten Stahlwerk, welches gleichzeitig Erdgas als Brenngas als Zusatz zu Koksofengas für Neuaufheiz- und Würmobohandlungsvorgänge verwendet. Das direktreduzierte 10. Eisen kann als Beschickungsmaterial· beim Sauerstoffblas-. Verfahren oder als Bestandteil des Möllers in einem Hochofen verwendet werden, um dessen Metallausstoß zu vergrößern, oder es kann als Beschickungsmaterial für einen Elektrolichtbogenofen verwendet v/erden. Das erzeugte 15· Brenngas kann das derzeit als Brennstoff in dem Stahlwerk verwendete Erdgas ganz oder teilweise ersetzen.

Das erfinduhgsgemäße Verfahren benötigt etwa 6,1 Gcals 25,5 .GJ zu vergasender Kohle plus 0,6 Gcals 2,5 GJ Kohlenstoff für die Reaktion in dem Ofen plus 0,8 Gcals 5,3 GJ Kohle zum Erzeugen von Elektrizität für Vergasungssauerstoff, um eine Meter-Tonne direktreduzierten Eisens zu produzieren, während 3,6 Gcals 15,1 GJ sauberen Brenngases produziert werden. Bei der Produktion von einer Meter-Tonne direktreduziertem Eisen werden daher .etwa 3,9 Gcals 16 GJ verbraucht, wie in der Tabelle IV gezeigt ist. Es sei darauf hingewiesen, daß lediglich 80% des der Ofenbeschickung zugesetzten Kohienstoffs umgesetzt wird, und daß der überschüssige Kohlenstoff mit dem direktreduzierten Eisen ausgetragen wird. Dieser überschüssige Kohlenstoff kann auf magnetischem Wege von dem direktreduzierten Eisen separiert und wiederverarbeitet werden, um dadurch den Energieverbrauch des Verfahrens weiter herabzusetzen.

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1 ■

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde;, ein' praktizierbares und thermisch effizientes Verfahren zur Verwendung von Kohle als Quelle gasförmigen Reduktionsmittels bei der Direktreduktion von Eisen anzugeben. Weiterhin soll ein wirksames Verfahren angegeben werden, um von einem Kohlevergaser abgegebenes heißes Gas direkt bei der Direktreduktion von Eisen einzusetzen, indem das Reduzierpotential des Vergaser-Gases verbessert wird durch Reaktion mit Kohlenstoff in demselben Schacht, in welchem die Direktreduktion des Eisens erfolgt.

Schließlich ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Entschwefeln von heißem Gas für einen Kohlevergaser durch Reaktion mit einem Schweif e Lakzep tor,

.15 wie z. B. Kalk, anzugeben, wobei der Entschwefelungsvorgang in demselben Schacht stattfinden soll, wo die Direktreduktion des Eisens erfolgt. Gemäß dem Verfahren sollen ■ ■ gleichzeitig direktreduziertes Eisen- und sauberes Brenngas aus Kohle erzeugt werden. Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, die sich zur Direktreduktion von Eisen und zur Herstellung von sauberem Brenngas aus Kohle eignet. .

Erfindungsgemäß wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1, bzw. des Anspruchs 8 angegebenen Merkmale gelöst.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der einzigen Figur näher erläutert.

Oben an einem feuerfest ausgekleideten schachtförmigen Reduktionsofen 10, der nach dem Gegenstromprxnzip arbeitet, ist ein Eingabetrichter 12 montiert, in den Eisenoxyd in Form von Oxyd-Pellets und/oder natürlichem Stückerz, Kohlenstoff (Koks) 16 und Kalkstein 18 mit einer nominellen

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Teilchengröße von 5 bis 30 mm eingegeben, über ein Beschickungsrohr 20 sinken die Beschickungsmaterialien in den Ofen ab, um in diesem einen Möller 21 zu bilden. Das reduzierte Eisenpellet- und/oder Stückprodukt, nicht umge-■ setzter Kohlenstoff, Calciumsulfid und nicht umgesetzter Kalkstein oder Kalk werden aus dem unteren Bereich des Ofens über ein Austragrohr 22 von einem Austragförderer ausgetragen, dessen Geschwindigkeit die Absinkgeschwindigkeit des Möllers 21 durch den Ofen 10- steuert. 10. ■

In den Ofen 10 wird, über ein Reduktionsgaseinlaßrohr 26 und dann durch mehrere Gaseinlaßoffnungen 28, die in der feuerfest ausgekleideten Wandung 29 im Mittelbereich des Ofens angeordnet sind, frisches, heißes Reduziergas eingegeben. Das heiße Reduziergas strömt nach innen und dann im Gegenstrom zu dem absinkenden Möller nach, oben, wie es durch die Gasströmungspfeile 30 angedeutet ist. In der Nähe der .Oberseite des .Ofens an der durch den Schüttwinkel· der Beschickung, ausgehend von dem Oxydbeschickungsrohr 20, gebildeten Möllerlinie 31 verläßt CO~-reich.es Reduzierabgas den Möller 21. Das CO -reiche Reduzierabgas, welches nachfolgend als Gichtgas bezeichnet wird, verläßt den Ofen über ein Auslaßrohr 32.

'25 Das den Ofen 10 über das Auslaßrohr 32 verlassende Gichtgas wird in einer Kühl-Wascheinrichtung 34 gekühlt und von Staub freigewaschen, und es verläßt das System als sauberes abzugebendes Brenngaserzeugnis über das Rohr 36.

Der untere Bereich des Ofens 10 ist mit einem Kühlgasümlaufkrois zum Kühlen des reduzierten Eisens vor dem Austragen ausgestattet. Dieser Kühlkreis enthält einen Kühlgaseinlaß 38, der in dem Ofen 10 an einen Kühlgasverteiler 40 angeschlossen ist, eine Kühlgas-Sammeleinrichtung 42, die in dem Ofen oberhalb des Verteilers ange-

4/5

ordnet ist/ einen Kühlgas-Auslaß 44 und ein Umlaufsystem für externes Gas, bestehend aus einer Kühl-Wascheinrichtung 46, einem Umlaufgebläse 48 und zugehörigen Leitungen.

Ein Fossilbrennstoff-Vergaser 50 weist einen zugehörigen Sauerstoffinjektor 52, einen Dampfinjektor 54 und einen Fossilbrennstoffinjektor 56 auf. Über die Injektoren werden Sauerstoff oder Sauerstoff und Dampf eingelassen zum Vergasen von fossilem Brennstoff wie z. B. Kohle, Braunkohle

10' oder Holzkohle innerhalb des Vergasers 50, um ein heißes Vergaser-Gas zu erzeugen, das den Vergaser über ein Rohr 58 verläßt. Von der Vergasung des Brennstoffs übrigbleibende Restasche wird aus dem Vergaser 50 über eine nicht dargestellte Ascheäustragvorrichtung entfernt.

Die Hauptmenge des heißen Vergaser-Gases in dem Rohr 58 gelangt durch eine Warm-Stauscheibe oder -öffnuna 60, die einen StröV mungswiderstand darstellt und die geringere Teilmenge des heißen Gases durch eine Umleitung 62 und einen Kühler 64 zwingt. Dann strömt gekühltes Gas durch ein Rohr 66 und ein Steuerventil 68, bevor es mit heißem Gas in einem Rohr 7 0 gemischt wird. Die Temperatur des gemischten Vergaser-Gases im Rolir 72 wird von einem Thermoelement 74 gemessen das an eine die Stellung des Ventils 68 steuernde Steuerung 76 angeschlossen ist. Wahlweise kann das gekühlte Gichtabgas (Abgabegas) ganz oder teilweise über eine Leitung 7 8 als temperaturregelndes Gas zurückgeführt werden. Das temperaturgeregelte Vergaser-Gas enthält verfestigte Partikel aus dem Vergaser, welche in dem Zyklonabscheider '80 ausgeschieden und aus dem unteren Teil des Zyklonabscheiders 80 entfernt werden. Das entstaubte, temperaturgeregelte Gas wird über ein Rohr 82 von dem Zyklonabscheider an den Reduktionsofen-Reduktionsgaseinlaß 26 abgegeben.

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Der nach dem Gegenstromprinzip arbeitende Schachtofen wird als das effizienteste Mittel zum Erzeugen von direktreduziertem Eisen angesehen. In solchen Öfen dient das heiße Reduziergas zum Aufheizen der einkommenden kalten Eisenoxydbeschickung auf eine Reduziertemperatur, und es • liefert weiterhin die Reduktionsmittel (CO plus EL·)' , die zum chemischen Reduzieren von Eisenoxyd zu metallischem Eisen benötigt werden. Praktische Betriebserfahrungen mit ' Erdgas-Anlagen haben gezeigt, daß, um die chemische Wirksamkeit eines'nach dem Gegenstromprinzip arbeitenden Reduktionsofens in bestmöglicher Weise auszunutzen, das .Reduzierpotential des heißen Gases oder dessen Qualität, welches definiert wird als das Verhältnis von Reduzier-• mitteln .(CO plus H₉) zu Oxidiermitteln (CO plus H₉O) , wenigstens etwa 8 betragen sollte.

Bei der Vergasung von pulverisierten, festen fossilen Brennstoffen wie z. B. Kohle oder Braunkohle in einem •Teiloxidations-Vergaser, wie z. B. dem Vergaser 50, der ein heißes Vergaser-Gas mit hauptsächlich CO, H , CO und HO erzeugt, beträgt die höchste Qualität des heißen Gases, die im kommerziellen Bereich erzielt wurde, etwa 3 bis 4. Es werden jetzt allerdincrs Kohlevergaser zur Verfahrensentwickluna und zur Demonstration gebaut, deren Zweck die Erzeugung:

eines qualitativ höherwertigen heißen Gases mit einer '•Qualität von wenigstens 6 .ist, und zwar aufgrund einer verbesserten Vergasungstechnologie.

Das Aufkommen derartiger verbesserter Vergaser führte zu der Erfindung von Wirbelschicht- und Schacht-Gasverbesserungsverfahren, die die hohe Temperatur des von dem Vergaser abgegebenen Rohgases dazu verwenden, diejenige Wärme bereitzustellen, die erforderlich ist zum weiteren Verbessern der Gasqualität durch endothermisch reagierenden Kohlenstoff mit Oxydiermitteln in dem heißen Rohgas.

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Diese Verbasserungyvorrichtungen sind separata Wirbeischicht- oder Schachtvorrichttangen, die zwischen dem Vergaser und dem'Direktreduktionsofen liegen. Die vorliegende Erfindung erreicht eine Verbesserung der Gasqualität in demselben Schacht, wo die Direktreduktion stattfindet, und vermeidet dadurch eine zusätzliche kostspielige und komplizierte Anlage.

Bisher wurde es als nicht praktizierbar angesehen, Kohlenstoff (Koks) bei Temperaturen unter 950 ^QC zum Reagieren zu bringen, weil die Reaktionsgeschwindigkeit bei niedrigeren Temperaturen gering ist. Daher war es notwendig, Verbesserungsreaktionen bei Temperaturen zwischen etwa 1.350 ⁰C (Vergaser-Äbstromtemperatur) und 950 ⁰C auszuführen und das verbesserte Gas dann temperaturmäßig unter etwa 815 ⁰C für die Verwendung in einem Direktreduktionsof en einzuregeln. Im Labor der Anmelderin wurde nun bestimmt, daß Kohlenstoff mit H₂O und CO₂ bei einer für die Praxis interessanten Geschwindigkeit bei so niedrigen Temperaturen wie 750 ⁰C reagiert, falls die Reaktion über einen relativ langen Zeitraum hinweg stattfinden kann. Weiterhin wurde herausgefunden, daß in einen Direktreduktionsschacht heißes Vergaser-Gas bei Temperaturen oberhalb von 95 0 ⁰C eingegeben werden kann, ohne daß die metallisierten Partikel in dem Möller klebrig werden, vorausgesetzt, daß in dem Möller Kohlenstoff für eine endotherme Reaktion vorhanden ist. Wesentlich ist, daß Kohlenstoff reagiert, um den Möller abzukühlen.' Ein gut konstruierter Direktreduktions-Schachtofen weist eine minimale Aufenthaltszeit von 6 Stunden für die festen Bestandteile und eine gleichlange Aufenthaltszeit für das Gas auf, um Direktreduktionsreaktionen erfolgen zu lassen. Noch längere Aufenthaltszeiten können durch Erhöhen des Ofenvolumens auf einfache und kostengünstige Weise erzielt werden. Solche langen Aufenthaltszeiten

machen die Reaktion von Kohlenstoff bei normalen Betriebstemperaturen möglich, wie sie bei Schacht-Direktreduktionsvorgängcn gegeben sind; diese Temperaturen betragen 750 900 ⁰C. Die vorliegende Erfindung bietet daher wesentliche .5 Kosteneinsparungen gegenüber der herkömmlichen Technologie.

Die folgende Beschreibung der Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung basiert auf der Vergasung einer typischen sub-bituminösen Western-USA-Kohle unter Verwendung von Sauerstoff, H„O und pulverisierter Kohle in einem Mitnehmerbett-Vergaser, der Heißgas mit hauptsächlich CO, H_, CO und HO erzeugt. Die Vergasungstemperatur in einem solchen Vergaser beträgt im allgemeinen etwa 1.400 ⁰C. Bei dieser Temperatur wird die Kohleasche flüssig, wird mit Wasser gelöscht und aus dem unteren Bereich des Vergasers als Schlacke entfernt.

Als spezielles Beispiel der vorliegenden Erfindung und Bezug nehmend auf die Zeichnung werden in dem Teiloxyidationsvergaser-50 Kohle, Sauerstoff und Wasser reagiert und verlassen den Vergaser bei einer Temperatur von 1.350 ⁰C mit einer Qualität von 4,1. Das Gas enthält H„S und COS aus Schwefel in der Kohle, etwas nicht.umgesetzte Holzkohle und etwas Ascheübertrag. Durch Umleiten einer Teilmenge des Heißgases durch den wassergekühlten Kühler 64 wird das Gas auf 950 ⁰C temperaturgeregelt. Aus dem umgeleiteten Gas wird Wasser kondensiert, wodurch die Qualität des umgeleiteten Gases auf 7,1 und die des temperatur- · geregelten Gases (Mischgas) auf 4,8 verbessert wird. Jegliehe Flüssigkeitströpfchen von Asche in dem 1.350 ⁰C-heißen Vergaser-Gas kondensieren bei der Abkühlung auf 95.0 ⁰C. Das temperaturgeregelte Gas wird in .dem Zyklonabscheider 80 entstaubt, bevor es in den Ofen TO geleitet ·■ .wird. Das heiße Reduziergas wird in dem Ofen über den

35■ Möller 21 verteilt und strömt dann entgegen der Absenk-

richtung des Möllers nach oben.

Die Ofenbeschickung (Möller) wird gebildet durch eine Mischung von Eisenoxyd-Pellets oder natürlichem Stückerz, teilchenförmigen Kohlenstoffmaterials wie z.B. Koks und teilchenförmigen Kalksteins. Die Teilchengröße liegt vor-* zugsweise in einem Bereich zwischen 5 und 30 mm für eine gute Durchlässigkeit. Die Möllermischung wird in dem Trichter 12- des Schachtofens 10 eingebracht und sinkt aufgrund

.10 der Schwerkraft durch den Ofen ab. Während des Absinkens wird der Möller durch die Heißgase aufgeheizt, Eisenoxyd wird zu Eisen reduziert, Kalkstein wird zu Kalk kalziniert, welcher mit Schwefel in dem Reduziergas zu Calciumsulfid reagiert, und Kohlenstoff reagiert mit CÜ„ und H„O in dem Reduziergas, um CO und H₂ zu bilden. In der Kühlzone des Ofens wird der heiße Möller abgekühlt und über ■das Qfen-Austragrohr 22 auf den Austragförderer 24 ausgetragen. Das Ofenprodukt besteht aus direktreduziertem Eisen, nichtumgesetztem Kohlenstoff, nichtumgesetztem Kalk oder Kalkstein sowie Calciumsulfid. Das direktreduzierte Eisen kann magnetisch separiert werden, um in Elektrolichtbogenofen verwendet zu werden, oder es kann einfach ausgesiebt werden, um in Hochöfen eingesetzt zu · ■ werden. ■ ■

Das Heißgastritt über Einlaßöffnungen 28 bei einer Temperatur von etwa 950 ⁰C mit einer Qualität von 4,8 in den Möller' ein und reagiert mit dem heißen Kohlenstoff gemäß den Gleichungen:

CO₂ +C= 2CO

und
H₂O + C - CO + H₂

Aufgrund der langen Aufenthaltszeiten, die bei dem Schachtofen zur Verfügung stehen, schreiten diese ondo-

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thermischen Reaktionen fort und kühlen das Gas auf etwa 750 ⁰C ab, während das Gas 30 innerhalb des Möllers auf eine Qualität von 8 verbessert wird, die sich für den effizienten Betrieb des Direktreduktionsofens eignet.

Das in den Möller mit einer Temperatur von 950 ⁰G eintretende Gas weist eine Schwefelkonzentration von etwa 4.100 ppmv für die speziell hier als Beispiel ausgewählte Kohle • auf. Der Schwefel liegt in der Form von H₂S und COS vor, beide Verbindungen reagieren mit Kalk wie folgt:

H₂S + CaO = CaS +■ H O

und

COS + CaO = CaS + CO₂ "

Die Kombination aus relativ niedriger Temperatur (950 ⁰C) · und Verbesserung zum Verringern von Oxydiermitteln (CO plus H^O) begünstigen die Entfernung von H₂S und COS durch -. Kalk. Laborversuche haben gezeigt, daß die Schwefelkomponenten in dem Gas vorzugsweise mit Kalk in einem Möller reagieren, der Kalk und direktreduziertes Eisen enthält. Daher wird schwefelarmes direktreduziertes Eisen erzeugt. Die Menge des erforderlichen Kalksteins hängt ab von dem Schwefelgehalt der Kohle. Die Menge des gebildeten CO „ plus H_0 bei den obigen Entschwefelungsreaktionen macht nur einen kleinen Bruchteil des gesamten Gasvolumens aus und hat geringen Einfluß auf die Qualität des reagierten Gases. Das während der Kalzinierung des Kalksteins zu gebranntem • Kalk freigegebene CO' hat außerdem nur geringe Auswirkung auf die Gasqualität. Beide dieser geringen Zusätze von CO plus HO sind in den nachstehenden Tabellen aufgeführt.

Die folgenden Tabellen vermitteln eine anschauliche Verfahrensanalyse des erfindungsgemäßen Verfahrens, und die

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Tabellen stehen in Beziehung zu der Zeichnung. Die ange- . gebenen Daten dienen nur zur Anschauungszwecken und haben keine beschränkende Bedeutung. Sämtliche Tabellen basieren auf einer produzierten Meter Tonne direktreduzierten Eisens mit einem Metallisierungsgrad von 92 % und einem Kohlenstoffgehalt von 1,5 %. Diese Werte entsprechen weitverbreiteten Normen für direktreduziertes Eisen, das in mit Erdgas arbeitenden Direktreduktionsanlagen produziert wird.

Tabelle I zeigt die Gasströmungsgeschwindigkeiten und die Gasqualität (Verhältnis Reduktionsmittel / Oxydations-· mittel) an den Stollen, die durch ein mit der Zeichnung in Beziehung stehendes Bezugszeichen angegeben sind.

■ Tabelle I

Gasströme ·

Beziehung Bezugszeichen . ^«'if Gasqualität

³^

Vergaser-Gas	58	1941	4.1
Umleitungs-Gas	62	621	7.1
Reduktionsgas	26	1884	4.8
Verbessertes Gas	30	1992	8.0
Reduktionsabgas	32	1996	1.5
gekühlter Gichtgas Abgabe-Brennstoff	36	ι ο 2 /	1 Q I · -7

*■ Normal-Kubikmeter

Tabelle II zeigt die Beschickungsanforderungen für den

Tabelle II

Kohlevergaser 50.

Kohle-Vergaser
Trockenkohle (kg) 965

H₀O (kg) 263

²

Sauerstoff (Nm³ von 98 % O₂) 483

10/11

* ♦ ■*. ♦

OJ.. 31359 H

■. -?(k. ■-■■■■.- '-■. '

1 Tabelle III zc^g^ ^^©^s^l^kung^n^^ei^ngen middle Ausgangsmaterialien des J^rek^d^W^s-^|^htteens''V(K

Tabelle III- .

Direkfergdukltonssehaght (alle Einheiten in kg)

■ Kalkstein-ein
10 ^::- CaO a
CaS

zugef. ■^;Verbes:se^ung_is^_:iOi:;/i;r,_c ■ .J2-.9' .■-Kohlenstoff _ ^' , / . '"" ^

insgesamt reagierter " ' * """' 58. 3 "^ Kohlenstoff ^iri5ßil^^>;;!^--■^-■^xix-^.r.ta

¹⁵ _^nichtieagl

Kohlenstoff aus

Tabelle IV zeigt die ungefähre Energiebilanz für das er-20 · findungsgemäße Verfahren.

Tabelle IV
25 Energie

Vergaser 6.1 Goal (25,5 GJ)

zugeführter Verbesserungs- _{Λ c} -_Λ__Ί . . _

Kohlenstoff ■ °'^5GcaL (2'5

₃q Sauerstoff " *0.8 Goal' (3,3 GJ)

gesamt 7.5 Gcal (31,4 GJ)

gekühlter Gichtgas-Abgabebrennstoff 3.6 Gcal (15,1 GJ)

Verbrauch für Reduktion ' 3.9 Gcal (16,3 GJ)

* Etwa 293 kWh bei Ümwandlungswirkungsgrad 30 % •35

12

	Bezeichnung	an den	:. 3135914 \| i	> 1	Bezugszahl Temperatur	Grad C
Tabelle V zeigt die Gastemperatüren			angegebenen		1350
Stellen der Verfahrensanordnung,	Vergaserausgang			5 8	40 ■·
Tabelle V	Ausgang Umleitungs-Kühler			66	950
Gas-Temperaturen	Zulauf zum Direkreduktionsschacht	82	Schacht)750
Nach Kohlenstoffreaktion	30 (im	660 ·
Ausgang Direktreduktionsschacht	32	40 ]
Abgabebrennstoff	36

31359H

Tabelle VI zeigt die Gasanalyse an den angegebenen Stellen des Verfahrensablaufs.

Tabelle VI

10 15

Gasanalyse

Bezeichnung	Bezugszahl	% CO	% CO₂	%	^H2
Vergaser-Gas	56	50.0	7.8	29	.2
Ausgang Umleitungs-Kühler	66	54.6	. 8.5	31	.9
zum Schacht	82	51.5	8.0 ·	30	.1
Nach Kohlehstoffreaktion	30	54.4	7.4	33	.7
Ausgang Reduktionssacht	32	32.8	28.4	26	.1
Abgabebrennstoff *	36	35.8	31.0	28	.5

20 25

Tabelle VI (Fortsetzung)

Gasanalyse

Bezeichnung	% K₂O	. % CH₄ -	%N₂	ppmv (H₂S + COS)
Vergaser-Gas	11.7	0.1	0.8	4000
Ausgang Umleitungs-Kühler	3.6	0.1	0.9	4400
zum Schacht	9.0	0.1	0.8	4100
Nach Kohlenstoffreaktion	3.7	. 0.1	0.8
Ausgang Reduktionsschacht	11.2	0.1	1.4
Abgabebrönnstoff *	3.0	0.1	1.6	0

* Der Heizwert von Abgabebrennstoff beträgt 208 Btu/scf oder 195 9 kcal/Nm³ (HHV)

7VUS dem obigen ist leicht zu ersehen, daß die Erfindung ein energiewirksames, nützliches und durchführbares Verfahren für die Direktreduktion von Eisen unter Verwendung

14

1 von Kohlevergaser-Gas als Reduktionsmittelquello schafft; das Verfahren dient weiterhin zum gLeichzeitigen Erzeugen eines sauberen Brenngasas (Abgabegas), das aus der Anlage abgegeben werden kann.

L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche ' '

1. Verfahren zur Direktreduktion von Eisenoxyd zu metallischem Eisen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Vergasen von festem, fossilem Brennstoff in einem Vergaser, um heißes Vergaser-Gas zu erzeugen; . ■■

b) Abkühlen' einer Teilmenge des heißen Vergaser-Gases und Rückvermischen dieses Gases mit der ungekühlten Teilmenge zum Bilden eines Mischgases mit einer Temperatur zwischen 750 - 1.050 ⁰C;

c) Entfernen von Teilchenmaterial· aus dem Mischgas;

d) Einieiten des von Teilchen befreiten Mischgases in die Reduktionszone oder Reduzierzone eines Direktreduktions-Schachtofens, der einen Möller aus im wesentlichen Eisenoxyd, kohlenstoffhaltigem festen, fossilen Brennstoff und Kalkstein enthält;

e) Durchleiten des Gases durch den Möller entgegen dessen Strömung, um das Gas durch Reaktion mit Kohlenstoff und Kalkstein in dem Möller zu verbessern und zu entschwefeln und das Eisenoxyd in dem Möller zu hochmetallisiertem, teilchenförmigem Eisen zu reduzieren und Bilden von <^icht"as, sowie

f) Entfernen des Gichtabgases sowie Kühlen und Waschen dieses Gases, um ein kaLtes, sauberes Brenngas zu erzeugen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,daß eine Teilmenge des kalten, sauberen Brenngases in das heiße Vergaser-Gas injiziert wird, um die Temperatur des Mischgases herabzusetzen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß der zum Vergasen vorgesehene fossile Brennstoff aus der Gruppe Kohle, Braunkohle, Holzkohle und Koks ausgewählt wird.

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4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der fossile Brennstoff in dem Schachtofen-Möller Koks ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, "dadurch gekennzeichnet , daß der Kalkstein eine· Stückgröße im Bereich von 5 bis 30 mm aufweist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Kalkstein dolomitischer Kalk ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Qualität des Mischgases wenigstens 4,5 beträgt.·

8. Vorrichtung zur Direktreduktion von Eisenoxyd und zur Produktion von Brenngas, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Einen Fossilbrennstoff-Vergaser (50) zum Erzeugen eines heißen Vergaser-Gases;

b) Eine Kühlvorrichtung (64), die mit dem Vergaser (50) in •Verbindung steht, zum Kühlen einer Teilmenge des heißen Vergaser-Gases und zum Durchmischen des Gases;

c) Eine Heißgas-Viärbelvorrichtung (80) , die mit der Kühlvorrichtung *(64) verbunden ist, urn aus dem Mischgas teilchenförmiges Material zu entfernen und ein sauberes Mischgas zu erzeugen;
d) Einen Schachtofen (10) mit kontinuierlicher Schwerkraftströmung, der einen Möller (21) mit Eisen— oxyd, fossilem Brennstoff und Kalkstein enthält, ah seinem oberen Ende eine Möllerbeschickungseinrichtung und an seinem unteren Ende eine Produktaustrageinrichtung aufweist, wobei in dem Zwischenbereich eine Mischgas-Eingabevorrichtung (26,28) und an der Oberseite des

16

1 Ofens oberhalb der Möller linie ein Abgasairzug vorgesehen XGt; und

e) eine Kühl-Waücheinrichtung (34), die mit dem Gichtgaüabzug in Verbindung steht, um sauberes kaltes Brenngas

5 zu erzeugen.