DE4128379A1 - Verfahren und vorrichtung zur direkten reduktion von eisen - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur direkten Reduktion
von eisenhaltigen Metalloxiden zu einem metallisierten
Eisenprodukt sowie eine Vorrichtung dazu.
Die direkte Reduktion von Eisenoxiden, z. B. in Form von
Pellets oder Stückerz, zu metallischem Eisen in festem Zu
stand wurde in den vergangenen Jahren weltweit zur
kommerziellen Wirklichkeit. Die jährliche Kapazität der in
Betrieb genommenen oder sich in Bau befindlichen Anlagen
für die direkte Reduktion beträgt zusammen über 15 Mio.
metrische Tonnen (metric ton = 2204.6 lbs Masse von 1000
kg) direkt reduzierter Eisenprodukte, welche primär als
Ausgangsmaterial in elektrischen Lichtbogenöfen zur
Stahlerzeugung eingesetzt werden. Die weltweite Nachfrage
nach weiterem direkt reduziertem Eisen wird wohl noch viele
Jahre in beträchtlichem Maße steigen, um den zunehmenden
weltweiten Bedarf an solchem Ausgangsmaterial zu decken, da
weitere Anlagen für die Stahlerzeugung in elektrischen
Lichtbogenöfen gebaut werden.
In bekannten Verfahren zur direkten Reduktion von Eisenoxid
zu metallischem Eisen wird als Reduktionsmittel reformier
tes, aufbereitetes Gas (reformed gas) eingesetzt.
Erdgas (natural gas) wird als Ausgangsstoff zur Erzeugung
des reformierten Gases verwendet. Das im Verfahren zur
direkten Reduktion eingesetzte reformierte Gas wird in
einer als Gaswandler (Reformer) bezeichneten Anlage
erzeugt, wobei das Erdgas mit einem sauerstoffhaltigen
Material in Kontakt gebracht wird in Gegenwart eines
Katalysators, normalerweise eines Nickelkatalysators, der
die Reformierungsreaktion des Erdgases aktiviert, wodurch
ein an H2 und CO reiches reformiertes Gas abgegeben wird.
Das vom Reformer gesammelte reformierte Gas wird dann einem
Reduktionsreaktor zugeführt, der den Eisenoxidstoff enthält
und in welchem die direkte Reduktion erfolgt. Somit
erfordern bisher bekannte Verfahren zur direkten Reduktion
zwei verschiedene Reaktionszonen für die Durchführung des
eigentlichen direkten Reduktionsprozesses. Bei diesen
herkömmlichen Verfahren ist es erforderlich, daß das
reformierte Gasprodukt in der ersten Zone vor Eintritt in
die Reduktionszone zum Entfernen von CO2 und/oder
Wasserdampf behandelt wird.
Erdgas wird, wie vorstehend erwähnt, als Ausgangsstoff zur
Erzeugung des reformierten Gases verwendet. Da Erdgas ein
wertvoller natürlicher Bodenschatz ist, der vielfach Ver
wendung findet, wäre es äußerst vorteilhaft, als Ausgangs
stoff zur Erzeugung des reformierten Gases eine andere
Quelle zu verwenden als Erdgas. Insbesondere wäre es sehr
günstig, als Ausgangsstoff zur Erzeugung des reformierten
Gases schwere Kohlenwasserstofföle einsetzen zu können, die
ohne weiteres verfügbar sind. Bisher war es nicht
praktikabel, schwere Kohlenwasserstofföle in den bekannten
konventionellen Verfahren zur direkten Reduktion - wie
vorstehend beschrieben - zu verwenden, da in den schweren
Kohlenwasserstoffölen Schwefel vorhanden ist, welcher den
im Reformer für die bekannten Verfahren zur direkten Reduk
tion eingesetzten Katalysator vergiftet. Folglich erfor
derte jedes beim Stand der Technik bekannte Verfahren, in
welchem schwere Kohlenwasserstofföle verwendet wurden, eine
Behandlung der schweren Kohlenwasserstofföle zu deren Ent
schwefelung, um so die Vergiftung des Katalysators zu ver
hindern, der im Reformer für die bekannten Verfahren zur
direkten Reduktion verwendet wird.
Es wäre natürlich äußerst wünschenswert, ein Verfahren be
reitzustellen, welches die Verwendung von schweren Kohlen
wasserstoffölen mit hohem Schwefelgehalt als Ausgangsstoff
für die Erzeugung von reformiertem Gas erlaubt, das bei der
direkten Reduktion von Eisenoxiden zu metallischem Eisen
eingesetzt wird, und welches keine vorherige Behandlung der
schweren Kohlenwasserstofföle erforderlich macht.
In Kenntnis dieses Standes der Technik ist es die Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur
direkten Reduktion von eisenhaltigen Metalloxiden auf ein
metallisiertes Eisenprodukt zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre der unabhängigen
Patentansprüche; zusätzliche Verbesserungen sind den
abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
Es wird ein Verfahren geschaffen, bei welchem schwere
Kohlenwasserstofföle als Quelle natürlichen Gases zur
Erzeugung des im direkten Reduktionsverfahren verwendeten
reformierten Gases eingesetzt werden. Zudem erfolgt die
Reformierung des Gases und die direkte Reduktion der
Metalloxide in einer einzigen Reaktionszone des Reaktors
zur direkten Reduktion.
Erfindungsgemäß wird das DRJ* Material (DRJ = direct
reduced iron = direkt reduziertes Eisen) in der einzigen
Reaktionszone des Reaktors zur direkten Reduktion als
Katalysator zur Herstellung eines reformierten Gases
unmittelbar in der Reaktionszone verwendet, der mit den
Metalloxiden in der Reaktionszone in Berührung kommt, um
diese zu einem metallisierten Eisenprodukt zu reduzieren.
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden aus den nachfolgenden Ausführungen ersichtlich.
Wie erwähnt, erfaßt die Erfindung ein verbessertes
Verfahren zur direkten Reduktion von eisenhaltigen
Metalloxiden auf ein metallisiertes Eisenprodukt, bei
welchem ein schweres Kohlenwasserstofföl als Ausgangsstoff
für die Erzeugung des reformierten Gases zum Einsatz bei
der direkten Reduktion der Eisenoxidpartikel verwendet
wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht die Bereitstellung
eines Reduktionsreaktors mit einer einzigen Reaktionszone
und einem Bett aus teilweise metallisiertem Eisenoxid und
direkt reduziertem Eisen (DRJ) in der einzigen Reaktions
zone vor. Eine Verbrennungskammer ist unmittelbar stromauf
bzw. vor der einzigen Reaktionszone vorgesehen. Ein
schweres Kohlenwasserstofföl wird mit dem aus dem Reduk
tionsreaktor rückgeführten Ofen- oder Gichtgas (top gas)
zerstäubt, um die Verbrennungseffizienz zu verbessern, und
wird einer ersten Zone der Verbrennungskammer zugeführt, in
welcher es zur Bildung einer mit Sauerstoff angereicherten
Mischung mit einem vorgewärmten Oxidationsmittel gemischt
wird. Die Mischung wird danach unter kontrollierten
Temperatur- und Zeitbedingungen zur Bildung eines Krack
produktes mit einem maximierten Anteil an natürlichem Gas
(CH4) verbrannt. Das Krackprodukt wird danach mit einem
Teil des vom Reduktionsreaktor rückgeführten Ofen- oder
Topgases in einer zweiten Zone der Verbrennungskammer
gemischt, um eine CH4, CO2 und H2O-haltige Reaktor-Förder
gas-Mischung (reactor feed gas mixture) zu bilden. Diese
wird danach von der zweiten Zone der Verbrennungskammer zu
der einzigen Reaktionszone des Reduktionsreaktors unter
kontrollierten Temperaturbedingungen geleitet, in welchem
das als Katalysator wirkende direkt reduzierte Eisen mit
der Fördergasmischung in Berührung kommt, zur Bildung eines
an H2 und CO reichen reformierten Gases in der
Reaktionszone, das in dieser mit dem Eisenoxidstoff in
Berührung gebracht wird, um dessen Reduktion zu einem DRJ
metallisierten Eisenprodukt zu bewirken.
Erfindungsgemäß besteht das in der Reaktionszone erzeugte
reformierte Gas im wesentlichen aus 42 bis 45 Vol.-% H2,30
bis 36 Vol.-% CO, 2 bis 4 Vol.-% CO2, 2 bis 5 Vol.-% CH4,
10 bis 16 Vol.-% N2, 2 bis 5 Vol.-% Wasserdampf und 1 bis 2
Vol.-% SO2, und weist einen Oxidationsgrad in der Größen
ordnung von 0.05 bis 0.09 sowie ein Reduktionsvermögen
(reducing power) von 11 bis 29 auf. Um genügend Energie für
die Reformierung des Fördergases bereitzustellen, zieht man
es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vor, daß die Gas
mischung bei einer Temperatur von etwa 1000 bis 1150°C zu
der einzigen Reaktionszone geleitet wird, und daß das Ver
hältnis von CH4 zu CO2 + H2O in der Gasmischung etwa
zwischen 0.6 : 1 und 0.7 : 1 beträgt. Nach einem weiteren
Kennzeichen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bevor
zugt, daß das zerstäubte schwere Rohöl mit Sauerstoff ange
reicherter Luft beigemischt wird, wobei das Verhältnis von
Luft zu Sauerstoff etwa zwischen 7 : 1 und 7 : 2 beträgt.
Zudem sollte - wie vorstehend erwähnt - die der einzigen
Reaktionszone bei kontrollierter Temperatur zugeführte
Reaktor-Fördergas-Mischung CH4, CO2 und H2O beinhalten,
und sie ist bevorzugt eine Mischung, die im wesentlichen
aus 32 bis 38 Vol.-% H2, 15 bis 22 Vol.-% CO, 16 bis 20
Vol.-% CO2, 15 bis 20 Vol.-% CH4, 10 bis 18 Vol.-% N2, 4
bis 8 Vol.-% Dampf, 2 bis 4 Vol.-% C2H6 und 1 bis 3 Vol.-%
SO2 besteht.
Bei diesem Verfahren zur direkten Reduktion von eisenhalti
gen Metalloxiden zur Erzielung eines DRJ metallisierten
Eisenproduktes wird schweres Kohlenwasserstofföl unter
kontrollierten Bedingungen einer stromaufwärts eines Re
duktionsreaktors befindliche Krackzone zur Bildung eines an
CH4 reichen Krackproduktes zugeführt und dieses anschlie
ßend einer Reaktionszone aufgegeben. In dieser wird ein an
H2 und CO reiches reformiertes Reduktionsgas gebildet und
mit dem Eisenoxid in Berührung gebracht, wodurch die
Reduktion des Eisenoxids in der Reaktionszone erfolgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Verwendung
einer einzigen Reaktionszone eines direkten Reduktionsreak
tors für die Bildung des reformierten Gases zum Einsatz im
Reduktionsverfahren und gleichzeitig für die eigentliche
direkte Reduktion des eisenhaltigen Oxids, wobei das
schwere Kohlenwasserstofföl als Ausgangsmaterial zur
Erzeugung des reformierten Gases verwendet wird, ohne daß
eine Vorbehandlung des schweren Kohlenwasserstofföls zur
Entschwefelung desselben erforderlich wäre. Demgemäß hat es
sich gezeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren, bei
welchem schwere Kohlenwasserstofföle als Quelle natürlichen
Gases zur Verwendung im gleichzeitigen Reformierungs-
Reduktions-Verfahren in einer einzigen Reaktionszone eines
Reduktionsreaktors eingesetzt werden, die Gesamteffizienz
bisher bekannter Verfahren zur direkten Reduktion
wesentlich verbessert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen
Reduktionsreaktor mit einer einzigen Reaktionszone sowie
einem Bett aus teilweise metallisiertem Eisenoxid und
direkt reduziertem Eisen in der Reaktionszone auf, zudem
eine der einzigen Reaktionszone zugeordnete
Verbrennungskammer mit einem Zerstäuber für schweres
Kohlenwasserstofföl, das einer ersten Zone der
Verbrennungskammer zugeführt wird, wobei diese erste Zone
Zugänge für vorgewärmte Luft, Sauerstoff und Mischungen
davon enthält.
Die Verbrennungskammer ist erfindungsgemäß mit einer
zweiten Zone mit einem Zugang für Topgas aus dem
Reduktionsreaktor ausgestattet. Letzterem ist eine
Wascheinrichtung für Ofengas nachgeordnet, deren Austrag an
den Zerstäuber und/oder wenigstens einem Vorwärmer
angeschlossen ist.
Vorteilhafterweise ist wenigstens einer der Vorwärmer als
Durchlauferhitzer für einen Teilstrom des Ofengases
ausgebildet und dessen Austrag an die zweite Zone der
Verbrennungskammer angeschlossen.
Ein anderer Vorwärmer dient als Durchlauferhitzer für Luft,
und sein Austrag ist an die erste Zone der
Verbrennungskammer angeschlossen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung
sind der nachfolgenden Beschreibung bevorzugten
Ausführungsbeispiele sowie der Zeichnung zu entnehmen;
diese zeigt jeweils in schematischer Darstellung in
Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfin
dungsgemäßen Verfahrens mit Reduktionsreaktor;
Fig. 2 eine Verbrennungszone, die im erfindungsgemäßen
Verfahren zum Kracken einer schweren
Kohlenwasserstofföl-Charge und zur Bildung einer
Gasmischung für den Reduktionsreaktor verwendet
wird.
Gemäß Fig. 1 umfaßt die im erfindungsgemäßen Verfahren
verwendete Vorrichtung einen Reduktionsreaktor 10 mit einer
einzigen kombinierten Reaktionszone 12, worin das
reformierte Gas gebildet wird und gleichzeitig die
Reduktionsreaktion erfolgt.
Oberhalb der einzigen Reaktionszone 12 befindet sich eine
Vorwärmzone 14, der eisenhaltiges und zu reduzierendes
Metalloxid beispielsweise über einen Trichter 16 zugeführt
und in der das zu reduzierende Metalloxid vorgewärmt wird.
Das in der Reformierungs-Reduktionszone 12 erzeugte DRJ
wird abgekühlt und über einen Auslaß 18 aus dem
Reduktionsreaktor 10 abgelassen.
Das Ofen- oder Topgas aus dem Reduktionsreaktor 10 wird
über eine Kopfleitung 20 entfernt und von dort einer
Wascheinrichtung 24 zugeführt, worin das Gas zur
Ausscheidung von Reduktionswasser abgekühlt wird.
Das im Wäscher 24 befindliche Ofengas wird auch von
Feststoffpartikeln, die möglicherweise darin enthalten
sind, gereinigt.
Die in den Reduktionsreaktor 10 eingeführten eisenhaltigen
Metalloxide können die Form von Pellets haben und enthalten
typischerweise etwa 63 bis 68 Gew.-% Eisen. Das im
erfindungsgemäßen Verfahren erzielte DRJ enthält
kennzeichnenderweise etwa 85 bis 90 Gew.-% Eisen sowie 3
bis 4 Gew.-% Kohlenstoff.
Das über Kopfleitung 20 entfernte Ofengas weist folgende
Zusammensetzung auf:
etwa 27 bis 36 Vol.-% Wasserstoff;
etwa 17 bis 23 Vol.-% Kohlenmonoxid;
etwa 15 bis 20 Vol.-% CO₂;
etwa 3 bis 8 Vol.-% CH₄;
etwa 14 bis 20 Vol.-% Stickstoff sowie
etwa 12 bis 20 Vol.-% Dampf.
etwa 17 bis 23 Vol.-% Kohlenmonoxid;
etwa 15 bis 20 Vol.-% CO₂;
etwa 3 bis 8 Vol.-% CH₄;
etwa 14 bis 20 Vol.-% Stickstoff sowie
etwa 12 bis 20 Vol.-% Dampf.
Die Temperatur des aus dem Reaktor 10 austretenden Gicht
gases liegt bevorzugt im Bereich von etwa 300 bis 400°C und
weist einen Oxidationsgrad yo von etwa 0.33 bis 0.38 auf,
wobei der Oxidationsgrad folgendermaßen definiert ist:
Das Topgas wird - wie vorstehend erwähnt - dem Wäscher 24
zugeführt, die Gase werden auf eine Temperatur von etwa 40
bis 60°C abgekühlt und der Wassergehalt der Gichtgase wird
auf ein Niveau von etwa 2 bis 6 Vol.-% reduziert.
Erfindungsgemäß wird das abgekühlte und entwässerte Gicht
gas in drei Ströme unterteilt.
Der erste Strom wird über eine Austragsleitung 28 zu einem
Zerstäuber (atomizer) 30 gefördert zum Zerstäuben von
schwerem Kohlenwasserstofföl, das über eine Ölleitung 32
zum Zerstäuber 30 gelangt. Nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren beträgt die Strömungsgeschwindigkeit (flow rate)
des Ofengases zu dem dem Zerstäuber 30 zugeführten schweren
Kohlenwasserstofföl etwa 3 bis 4 NM3 Gas pro Liter schwerer
Kohlenwasserstoff. Typische schwere Kohlenwasserstoffe, die
sich zum Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren eignen,
haben API* Dichten (API = American Petroleum Institute) von
höchstens etwa 20° API (0,93399 g/cm3 spez. Dichte) und
Viskositäten von zumindest etwa 100 Zentipoise (=
centipoise; 1cP = 1mPas = 10-3N s/m») bei 65,5°C (= 150°F).
Ein weiterer Strom des Ofengases gelangt über eine weitere
Leitung 34 als Wärmequelle zu Vorwärmern 36 und 38.
Ein den Hauptanteil des Ofengases ausmachender dritter
Strom wird durch eine Zufuhrleitung 35 zum Vorwärmer 36
gefördert und von dort über Austragsleitung 40 zu der
zweiten Zone einer Verbrennungskammer 44, aus Gründen, die
nachfolgend erläutert werden sollen. Nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren wird der dritte Strom des
Ofengases im Vorwärmer 36 auf eine Temperatur von etwa 700
bis 850°C vorgewärmt, bevorzugt etwa 750 bis 800°C. Das
Ofengas wird der zweiten Zone der Verbrennungskammer 44
zugeführt bei einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 800
bis 1000 MN3 pro Tonne DRJ in der Reaktionszone.
Das zerstäubte schwere Kohlenwasserstofföl wird einer
ersten Zone der Verbrennungskammer 44 zugeführt, in welcher
es mit einem Oxidationsmittel gemischt wird zur Bildung
einer mit Sauerstoff angereicherten Mischung. Erfindungsge
mäß ist das bevorzugte Oxidationsmittel mit Sauerstoff an
gereicherte Luft, wobei das Verhältnis von Luft zu O2 etwa
zwischen 7 : 1 und 7 : 2 beträgt. Die mit Sauerstoff ange
reicherte Luft wird bevorzugt im Vorwärmer 38 vorgewärmt
und über Leitung 46 der ersten Zone der Verbrennungskammer
44 bei einer Temperatur von etwa 700 bis 800°C zugeführt.
Die Mischung aus zerstäubtem schweren Kohlenwasserstofföl
und Sauerstoff wird in der ersten Zone bei einer Temperatur
von etwa 1200 bis 1400°C verbrannt, um die schweren Kohlen
wasserstoffe zu kracken und ein an CH4 reiches Krackprodukt
zu bilden während einer Zeitdauer von etwa 0.2 bis 1.0
Sekunden. Die Zeitdauer und Temperatur des Hydrokrackens
wird kontrolliert zur Erzielung eines Krackproduktes mit
einem maximiertenCH4 Anteil.
Das an CH4 reiche Krackprodukt wird danach einer zweiten
Zone der Verbrennungskammer 44 zugeführt, wo es mit dem dem
Vorwärmer 36 zugeführten Ofengas gemischt wird zur Bildung
einer Fördergasmischung, die im wesentlichen aus 32 bis 38
Vol.-% H2, 15 bis 22 Vol.-% CO, 16 bis 20 Vol.-% CO2,15
bis 20 Vol.-% CH4, 10 bis 18 Vol.-% N2, 4 bis 8 Vol.-%
Dampf, 2 bis 4 Vol.-% C2H6 sowie 1 bis 3 Vol.-% SO2 besteht
bei einer Temperatur von etwa 1000 bis 1150°C. Die
Gasmischung ist gekennzeichnet durch ein CH4/(CO2+H2O)
Verhältnis von etwa 0.6 : 0.7 und einem Oxidationsgrad von
etwa 0.30 bis 0.35. Danach wird die Gasmischung der Re
formierungs-Reduktionszone 12 bei einer Strömungsge
schwindigkeit von 1000 bis 1200 NM3 pro Tonne DRJ zugeführt
und kommt mit dem heißen DRJ in der Reaktionszone 12 in
Berührung, wodurch die Reformierungsreaktion katalysiert
wird zur Bildung eines reformierten Gases unter der
folgenden exothermen Reaktion, welche die Reaktionszone 12
auf eine Temperatur von etwa 750 bis 850°C abgekühlt:
CH4+CO2=2 H2+CO.
CH4+CO2=2 H2+CO.
Das in der Reformierungs-Reaktionszone erzeugte reformierte
Gas weist - wie vorstehend erwähnt - eine Temperatur von
etwa 750 bis 850°C auf und besteht im wesentlichen aus 42
bis 48 Vol.-% H2, 30 bis 36 Vol.-% CO, 2 bis 4 Vol.-% CO2,
2 bis 5 Vol.-% CH4, 10 bis 16 Vol.-% N2, 2 bis 5 Vol.-%
Wasserdampf und 1 bis 2 Vol.-% SO2. Das reformierte Gas ist
gekennzeichnet durch einen Oxidationsgrad zwischen 0.05 und
0.09 und ein Reduktionsvermögen in der Größenordnung von 11
bis 29, wobei das Reduktionsvermögen folgendermaßen defi
niert ist:
Durch das Reduktionsvermögen des reformierten Gases kann
man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein hochmetalli
siertes Produkt erzielen, was zu einer 90 bis 92%igen Ef
fizienz führt sowie zu einem DRJ Produkt mit einem Kohlen
stoffgehalt von 3 bis 4%. Der Schwefelgehalt des erzielten
Produktes ist typisch für denjenigen Gehalt, der in beim
Stand der Technik bekannten DRJ Verfahren erzielt wird, bei
welchem reines Methangas als Ausgangsstoff zur Erzeugung
des reformierten Gases eingesetzt wird. Das DRJ ist nicht
vergiftet von dem Schwefel in den schweren Koh
lenwasserstoffölen, die im erfindungsgemäßen Verfahren ver
wendet werden, da der Schwefelgehalt der schweren Kohlen
wasserstofföle zur Bildung von SO2 und SO3 in der
Reaktionszone reagiert, das in dem Ofengas abgeführt und im
Wäscher 24 entfernt wird.
Demgemäß bietet das erfindungsgemäße Verfahren ein lei
stungsstarkes und wirkungsvolles Verfahren für die direkte
Reduktion von eisenhaltigen Metalloxiden zur Erzielung
einer DRJ metallisierten Eisenproduktes, bei welchem ein
schweres Kohlenwasserstofföl als Ausgangsstoff von CH4 zur
Erzeugung des reformierten Gases direkt in der Reformie
rungs-Reduktionszone 12 des Reduktionsreaktors verwendet
werden kann.
Die Erfindung kann auch in anderen Ausführungsformen ver
körpert und auf andere Weise durchgeführt werden, ohne daß
man vom Erfindungsgedanken oder den kennzeichnenden Merkma
len der Erfindung abwiche. Vorliegende Ausführung soll da
her in jeder Hinsicht erläuternder und nicht beschränkender
Art sein; auch sollen die nachstehenden Ansprüche alle Ab
änderungen, die in Bedeutung und Umfang einer Äquivalenz
liegen, mit erfassen.
Claims (19)
1. Verfahren zur direkten Reduktion von eisenhaltigen
Metalloxiden zum Erzielen eines DRJ metallisierten
Eisens, bei dem ein Reduktionsreaktor mit einer
einzigen Reaktionszone sowie einem Bett aus teilweise
metallisiertem Eisenoxid und direkt reduziertem Eisen
in der Reaktionszone, zudem eine Verbrennungskammer
unmittelbar stromaufwärts an der einzigen
Reaktionszone bereitgestellt werden; wobei ein
schweres Kohlenwasserstofföl zerstäubt wird, um die
Verbrennungseffizienz zu maximieren; und das
zerstäubte schwere Kohlenwasserstofföl einer ersten
Zone der Verbrennungskammer zugeführt wird, wonach dem
zerstäubten schweren Rohöl vorgewärmte Luft,
Sauerstoff und Mischungen davon in der ersten Zone
beigemischt werden zur Bildung einer an Sauerstoff
angereicherten Mischung, die Mischung unter
kontrollierten Temperatur- und Zeitbedingungen zur
Bildung eines an CH4 reichen Krackproduktes verbrannt
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Krackprodukt in einer zweiten Zone der
Verbrennungskammer dem Topgas aus dem
Reduktionsreaktor beigemischt wird, um eine CH4, CO2
und H2O enthaltende Reaktor-Fördergas-Mischung zu
bilden, die der einzigen Reaktionszone zugeführt wird;
daß ein an H2 und CO reiches reformiertes
Reduktionsgas in der Reaktionszone gebildet und das
Eisenoxid im Reaktor mit dem reformierten
Reduktionsgas in Kontakt gebracht wird, um die
Reduktion zu bewirken.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die der einzigen Reaktionszone
zugeführte Fördergasmischung bei einer Temperatur von
etwa 1000 bis 1150°C zugeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Verhältnis von CH4 zu CO2 und
H2O in der Fördergasmischung etwa zwischen 0.6 : 1 und
0.7 : 1 beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die mit dem zerstäubten schweren
Rohöl gemischte vorgewärmte Luft auf eine Temperatur
von etwa 700 bis 850°C vorgewärmt wird.
6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Krackprodukt
gemischte Gichtgas auf eine Temperatur von etwa 700
und 850°C vorgewärmt wird.
7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindig
keit von Ofengas zur schweren Kohlenwasserstoff-Öl-
Zufuhr etwa 3 bis 4 NM3/Liter beträgt.
8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7,
insbesondere noch Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Luft mit Sauerstoff angereichert wird, wobei
das Verhältnis von Luft zu O2 etwa zwischen 7 : 1 und
7 : 2 beträgt.
9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindig
keit (flow rate) der Gasmischung zum direkt
reduzierten Eisen in der einzigen Reaktionszone etwa
1000 bis 1200 NM3/Tonne DRJ beträgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß das reformierte Gas im
wesentlichen aus 42 bis 48 Vol.-% H2, 30 bis 36 Vol.-%
CO, 2 bis 4 Vol.-% CO2, 2 bis 5 Vol.-% CH4, 10 bis 16
Vol.-% N2, 2 bis 5 Vol.-% Wasserdampf und 1 bis 2
Vol.-% SO2 besteht.
11. Verfahren nach Anspruch 1 oder 10, dadurch
gekennzeichnet, daß das reformierte Gas einen
Oxidationsgrad im Bereich von etwa 0.05 bis 0.09 sowie
ein Reduktionsvermögen (reducing power) von etwa 11
bis 29 aufweist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Gasmischung im wesentlichen
aus 32 bis 38 Vol.-% H2, 15 bis 22 Vol.-% CO, 16 bis
20 Vol.-% CO2, 15 bis 20 Vol.-% CH4, 10 bis 18 Vol.-%
N2, 4 bis 8 Vol.-% Dampf, 2 bis 4 Vol.-% C2H6 und 1
bis 3 Vol.-% SO2 besteht.
13. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis
12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenwasserstoff
mit dem Gichtgas-Rückfluß aus dem Reduktionsreaktor
zerstäubt wird.
14. Vorrichtung zur direkten Reduktion von eisenhaltigen
Metalloxiden zum Erzielen eines DRJ metallisierten
Eisens, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens
nach wenigstens einem der voranstehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch einen Reduktionsreaktor (10) mit
einer einzigen Reaktionszone (12) sowie einem Bett aus
teilweise metallisiertem Eisenoxid und direkt
reduziertem Eisen in der Reaktionszone, eine der
einzigen Reaktionszone zugeordnete Verbrennungskammer
(44) mit einem Zerstäuber (30) für schweres
Kohlenwasserstofföl, das einer ersten Zone der
Verbrennungskammer zuführbar ist, wobei diese erste
Zone Zugänge für vorgewärmte Luft, Sauerstoff und
Mischungen davon enthält, sowie durch eine zweite Zone
der Verbrennungskammer mit einem Zugang für Topgas aus
dem Reduktionsreaktor.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß dem Reduktionsreaktor (10) eine Wascheinrichtung
(24) für Ofengas nachgeordnet ist, deren Austrag (28;
34; 35) an den Zerstäuber (30) und/oder wenigstens
einen Vorwärmer (36; 38) angeschlossen ist.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch
gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Vorwärmer
(36) als Durchlauferhitzer für einen Teilstrom des
Ofengases ausgebildet ist.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch
gekennzeichnet, daß der Austrag (40) des Vorwärmers
(36) an die zweite Zone der Verbrennungskammer (44)
angeschlossen ist.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Vorwärmer (38) als
Durchlauferhitzer für Luft ausgebildet und sein
Austrag an die erste Zone der Verbrennungskammer (44)
angeschlossen ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, daß über der Reaktionszone (12) eine
Vorwärmzone (14) vorgesehen und diese an die
Wascheinrichtung (24) angeschlossen ist.
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