DE4128379A1 - Verfahren und vorrichtung zur direkten reduktion von eisen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur direkten reduktion von eisen

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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.
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.
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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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4306710A1 (de) * 1992-03-05 1993-09-09 Orinoco Siderurgica
DE19525270A1 (de) * 1994-07-13 1996-01-18 Int Steel Ind Engineering Co Verfahren zur Gewinnung von Roheisen aus Eisenoxiden
AT408101B (de) * 1996-02-22 2001-09-25 Internat Briquettes Holding Schachtofen zum direkten reduzieren von oxiden und verfahren dazu

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5328692A (en) * 1988-05-30 1994-07-12 Dominique Dana New liquid dentifrice composition
US5537940A (en) * 1993-06-08 1996-07-23 Molten Metal Technology, Inc. Method for treating organic waste
US5387274A (en) * 1993-11-15 1995-02-07 C.V.G. Siderurgica Del Orinoco, C.A. Process for the production of iron carbide
US6342089B1 (en) 1997-09-02 2002-01-29 Mcgaa John R. Direct reduced iron pellets
US5997596A (en) * 1997-09-05 1999-12-07 Spectrum Design & Consulting International, Inc. Oxygen-fuel boost reformer process and apparatus
AT505490B1 (de) * 2007-06-28 2009-12-15 Siemens Vai Metals Tech Gmbh Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von eisenschwamm
CN102010924B (zh) * 2010-12-31 2012-09-05 中冶赛迪上海工程技术有限公司 一种用煤生产直接还原铁的方法
WO2024102341A1 (en) * 2022-11-07 2024-05-16 Charm Industrial, Inc. Systems and methods for producing syngas from bio-oil

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4025320A1 (de) * 1989-12-22 1991-07-11 Orinoco Siderurgica Verfahren und vorrichtung zur reduzierung eisenhaltiger metalloxide
DE4041689A1 (de) * 1990-04-20 1991-10-24 Orinoco Siderurgica Verfahren und anlage zum herstellen von stahl aus eisenhaltigen metalloxiden

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA534830A (en) * 1956-12-25 K. Lewis Warren Process for reducing oxidic iron ore
FR1268478A (fr) * 1960-04-13 1961-08-04 Renault Procédé de réduction directe du minerai de fer en fer pulvérulent par réducteurs gazeux et appareillage pour la mise en oeuvre de ce procédé
US3210180A (en) * 1962-12-03 1965-10-05 Dorr Oliver Inc Temperature control of iron ore reducing fluidized beds
US3303017A (en) * 1963-11-14 1967-02-07 Exxon Research Engineering Co Metal treating process
US3375098A (en) * 1964-07-22 1968-03-26 Armco Steel Corp Gaseous reduction of iron ores
US3364011A (en) * 1966-02-23 1968-01-16 Exxon Research Engineering Co Process for the production of iron by the direct reduction of iron oxide ore
US3562780A (en) * 1967-09-05 1971-02-09 Exxon Research Engineering Co Temperature control of iron ore reducing fluidized beds
US3936296A (en) * 1970-02-25 1976-02-03 Campbell Donald L Integrated fluidized reduction and melting of iron ores
US3635456A (en) * 1970-04-29 1972-01-18 Dravo Corp Apparatus for direct reduction of iron oxide compacts
GB1360988A (en) * 1970-09-22 1974-07-24 Nixon I G Partial combustion burners
JPS4994592A (de) * 1973-01-16 1974-09-07
DE2401909C3 (de) * 1974-01-16 1985-06-27 Fried. Krupp Gmbh, 4300 Essen Verfahren zur Herstellung von Stahl
IT1013498B (it) * 1974-06-17 1977-03-30 Centro Speriment Metallurg Procedimento per la riduzione di minerali di ferro
US4046557A (en) * 1975-09-08 1977-09-06 Midrex Corporation Method for producing metallic iron particles
US4053301A (en) * 1975-10-14 1977-10-11 Hazen Research, Inc. Process for the direct production of steel
US4261734A (en) * 1979-09-04 1981-04-14 Hylsa, S.A. Method of making sponge iron
US4253867A (en) * 1979-10-15 1981-03-03 Hylsa, S.A. Method of using a methane-containing gas for reducing iron ore
JPS5836034B2 (ja) * 1980-12-22 1983-08-06 重質油対策技術研究組合 重質油の熱分解と共に還元鉄を製造する方法
US4528030A (en) * 1983-05-16 1985-07-09 Hylsa, S.A. Method of reducing iron ore
US4880458A (en) * 1983-05-16 1989-11-14 Hylsa, S.A. De C.V. Start-up method for a direct reduction process without an external reformer
US4668284A (en) * 1983-05-16 1987-05-26 Hylsa, S.A. Method of reducing iron ore
DE3318005C2 (de) * 1983-05-18 1986-02-20 Klöckner CRA Technologie GmbH, 4100 Duisburg Verfahren zur Eisenherstellung
US4940488C2 (en) * 1987-12-07 2002-06-18 Kawasaki Heavy Ind Ltd Method of smelting reduction of ores containing metal oxides
DE3835332A1 (de) * 1988-10-17 1990-04-19 Ralph Weber Verfahren zur herstellung von stahl aus feinerz

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4025320A1 (de) * 1989-12-22 1991-07-11 Orinoco Siderurgica Verfahren und vorrichtung zur reduzierung eisenhaltiger metalloxide
DE4041689A1 (de) * 1990-04-20 1991-10-24 Orinoco Siderurgica Verfahren und anlage zum herstellen von stahl aus eisenhaltigen metalloxiden

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4306710A1 (de) * 1992-03-05 1993-09-09 Orinoco Siderurgica
DE19525270A1 (de) * 1994-07-13 1996-01-18 Int Steel Ind Engineering Co Verfahren zur Gewinnung von Roheisen aus Eisenoxiden
DE19525270C2 (de) * 1994-07-13 1999-08-26 Int Steel Ind Engineering Co Verfahren zur Gewinnung von Roheisen aus Eisenoxiden
AT408101B (de) * 1996-02-22 2001-09-25 Internat Briquettes Holding Schachtofen zum direkten reduzieren von oxiden und verfahren dazu

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Publication number Publication date
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DE4128379C2 (de) 1994-04-28
GB9113952D0 (en) 1991-08-14
US5078788A (en) 1992-01-07
GB2248626A (en) 1992-04-15
CA2047336A1 (en) 1992-04-13

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