NO802600L - Fremgangsmaate for fremstilling av jernsvamp - Google Patents

Description

i

Foreliggende oppfinnelse?angår gassreduksjon av jernmalm i en vertikal reaktor med beveget sjikt til jernsvamp, og mere spesielt angår oppfinnelsen en ny fremgangsmåte for å anvende hydrokarbonholdigSgass, spesielt koksovngass, som kilde for i reduserende enheter . i en slik gassreduk-sjonsprosess. !

Typiske gassreduksjonssystemer omfatter vertikal-delt jernmalmreduksjonsreaktorer med'beveget sjikt, og slike beskrives i amerikanske patenter nr. 3,765,872; 3,770,421; 3,779,741; og 3,816,102. I slike systemer er reduksjonen av malm vanligvis gjennomført med en reduserende gass, hovedsakelig bestående av karbonmonoksyd og hydrogen,

som er fremstilt på en hvilken som helst egnet måte, ved katalyttisk omdanning av en blandning av naturgass og damp. Slike systemer omfatter karakteristisk en vertikal skaft-reaktor, med en reduserende sone i den øvre del, og en kjøle-sone i den nedre del. Malmen som skal reduseres, mates

til toppen av reaktoren, som strømmer nedover gjennom denne, først gjennom den reduserende sone der den bringes i kontakt med oppvarmet reduserende gass, og deretter gjennom en kjølesone der den avkjøles av et gassformig kjølemiddel før uttak ved bunnen av ' reaktoren. Avløpsgass fra den reduserende

i

sone avkjøles for ålfjerne vann, og i de fleste tilfeller,

blir en hovedandel av den avkjølte avløpsgass varmet opp igjen, og tilbakeført til reduksjonssonen. På lignende

måte blir i det minste en del av kjølegassen som trekkes av

fra kjøle.sonen vanligvis avkjølt og tilbakeført til kjøle-sonen. Ved den nedre ende av reaktoren er det anordnet midler for å regulere utslipp av avk:jølet jernsvamp fra reaktoren, f.eks. en roterende utløpsventil, en vibrasjons-sjakt, et transportbelte e.l.

Det er nylig funnet fordelaktig å benytte jern-

svamp som er fremstillet i en slik reaktor som en del av råstoffet til en masovn. Ved å benytte jernsvamp som en del av masovnråstoffet, kan ovnens produktivitet økes,

og kokskravet i ovnen kan reduseres. Man kan således oppnå

en betydelig forbedret økonomi ved masovndrift på denne

må te.

Fordi masovner benytter koks både som brendsel

og som reduksjonsmiddel, og i vesentlige mengder, befinner disse seg vanligvis nær et batteri av koksovner som frem-stiller både koks og biproduktet koksovngass, som inneholder reduserende bestanddeler. I tilfeller der jernsvamp skal benyttes som del avj i masovnr åstof f , ei t ./ ■ ville det være øko-

nomisk fordelaktig jå integrere jerns.vampanlegget med mas-ovnen, og koksanlegjget, dvs. å plassere jernsvampproduk-sjonsenheten nær masovnene. Slik fysisk nærhet for jern-svampanlegget og masovnene vil gi et antall fordeler.

Således reduserer man behandlingsbehovet for jernsvampen

og behovet for å avkjøle jernsvampen.

En ytterligere potensiell fordel ved et slikt integrert-anlegg, er muligheten for å benytte biproduktet, koksovngass, som kilde for reduserende bestanddeler for malmreduksjonsreaktoren. Et problem i denne forbindelse skyldes at den råe Ikoksovngass ik'ke er et meget effektivt reduksjonsmiddel for jernmalm. Mens det er mulig å be-

handle koksovngassen for å forbedre dens reduksjonseffek-tivitet, f.eks. ved katalyttisk omdanningsprosesser,

krever de eksisterende katalyttis.ke anlegg, betydelige kapitalinvesteringer, som vesentlig.øker prisen på den behandlede gass. Videre har koksovngass også et relativt høyt svovelinnhold,: som ugunstig 'påvirker de katalysatorer som vanligvis benyttes i katalyttiske anlegg. Hvis således koksovngassen skal omdannes i en kjent type katalyttisk anlegg, må svovelinnholdet i gassen først reduseres til et meget lavt nivå.! Det foreligger•således et behov for en forbedret fremgangsmåte for å forbedre reduksjonseffektiviteten for uren koksovngass".

I henhold: til dette er en gjenstand for foreliggende oppfinnelse å frembringe en ny fremgangsmåte for omdanning av en gass inneholdende en j vesentlig andel hydrokarbon, f.eks. koksovngass, ..for å øke effektiviteten som jernmalmreduksjonsmiddel. En ytterligere gjenstand for oppfinnelsen, er å frembringe en ny fremgangsmåte for omdanning av gass inneholdende hydrokarbon, f.eks. koksovngass o.l., for å oppnå en blanding som inneholder vesentlige mengder karbonmonoksyd og hydrogen. Videre er det en gjenstand for oppfinnelsen, å tilveiebringe en fremgangsmåte for jernmalmréduksjon, som letiter integrering av et jernsvampproduks jonsanlegg . med en;e.ller flere masovner og et batteri koksovner for å oppnå ert totaløkning i mas-ovnenes produktivitet, og en forbedring av brendselsøkono-mien. Ytterligerei en gjenstand-for oppfinnelsen, er det å eliminere behovet for separate katalyttiske gassomfor-mere for å bedre reduksjonseffektiviteten for et gassformig hydrokarbon, spesielt koksovngass. Andre gjen-stander for oppfinnelsen, vil delvis være åpenbare og

delvis påpekes nedenfor.

f

Gjenstandene for foreliggende oppfinnelse

oppnås generelt ved å benytte en. vertikal reaktor med beveget sjikt, hvori kjølesonen brukes ikke bare for å

kjøle og å carburisere jernsvampen, som i tidligere systemer, men også i som et område -for omdanning av en blanding av damp og hydrokarbonholdig gass. I henhold til oppfinnelsen, opprettes det én kjølesløyfe, som inkluderer kjølesonen i reaktoren, og damp og en hydrokarbonholdig gass, i vanligvis en metanholdig gass, mates enten til separatejpunkter i kjølesløyfen, eller blandes

på forhånd, og mates til kjølesløyfen som blanding. Jernsvampen i kjølesonen benyttes som en katalysator,

for å bevirke omdanning av det gassformige hydrokarbon

i blandingen av gass og damp, og/den resulterende gass brukes deretter som kilde for reduserende gass, for reaktorens reduksjonssone. Det er funnet at koksovn-mategassen ikke behøver å være helt avsvovlet ved foreliggende fremgangsmåte, fordi avsetning av svovel på jernsvampen i kjølesonen ikke ugunstig påvirker dens virkning, og videre danner jernsvampen kontinuerlig for-nyet katalysatormasse. Mengden åv svovel som avsettes på jernsvampen, kan lett justeres under det etterfølgende stålfremstillingstrinn. Avsvovlingsomkostningene reduseres således ved hjelp av foreliggende oppfinnelse.

Det er øniskelig at gassen som blandes med damp inneholder opptil ca. 30 volum-%' méthan eller en annen hydrokarbongass. Hvis høyere andeler hydrokarbon brukes,

kan det inntre forjstor avsetning av karbonet på jernsvampen. i

Gjenstandene og fordelene ved oppfinnelsen, kan

best forstås underjhenvisning til den ledsagende tegning som viser et direkte gassreduksjonssystem tilpasset bruk ved gjennomføring ai v en foretruk". ke■ t •■utførelsesform og en modifikasjon av oppfinnelsen.

Under henvisning til tegningene, angir tallet

10 en vertikal reduksjonsreaktor med beveget sjikt, og med en reduksjonssone,12,i den øvre del, og en avkjølings-sone,14,som 'er delt i en øvre del,14a,<q>g en nedre del,

14b,i den nedre del av reaktoreir. Jernmalm som skal reduseres, beskikkes på toppen av reaktoren gjennom inn-løpet, 16, og strømmer nedover gjennom reduksjonssonen, 12, der den reduseres ved en oppådstrømmende varmegass, beveger seg deretter inn i og gjennom kjølesonen, 14, og ut av reaktoren gjennom utløpet,. 18.

Reduksjonen av malmen bevirkes ved hjelp av en reduserende gass, bestående i det vesentlige av karbonmonoksyd og hydrogen, som oppvarmes i varmer, 20,til en temperatur på f.eks. 750 til 100.0°C, og strømmer deretter gjennom ledningen22, til et rihgkammer, 24, som dannes av en indre sirkulær ledeplate, 26, og reaktorveggen.

Fra kammeret, 24, strømmer gassen rundt bunnen av platen,

26, og deretter oppover og gjennom den partikkelformige jernmalmmasse i reduksjonssonen,'12, og reduserer malmen til jernsvamp. Gass som forlater toppen av malmsjiktet i reduksjonssonen trer ut av reaktoren gjennom rørledningen, 28, og strømmer til en kjøler, 30, der den avkjøles og avvannes ved direkte kontakt med' kjølevann.

Avkjølt og avvannet redukjsjonsgass forlater kjøleren,30, gjennom rør ledningen,. "32 , og deles deretter i en andel som strømmer gjennom rørledningen, 34, til et egnet bruks- eller lagringspunkt, f.eks. til anvendelse som brenngass. Resten av den reduserende gass som strømmer gjennom rørledningen, 32, føres:igjennom rørledningen, 36,

til en pumpe, 38, ved hjelp av hvilken den pumpes gjennom rørledningen, 40, rtilbake til varme.ren, 20'. Således strøm-mer én vesentlig andel av den reduserende gass i en lukket sløyfe, som omfattjer reduks jonssonen, 12, rørledningen,

28, kjøleren 30, rørledningene 3 2.og 36, pumpen, 38, rør-ledningen, 40, varmeren, 20, og .'rørledningen 22. Som vist i tegningen, er rørledningén,34, utstyrt med en returtrykkregula.tor, 42, for å opprettholde det ønskede forhøyede trykk i teaktoren. Ny reduserende gass tilføres til sløyfen fra en! rørledning, 44,•på en måte som beskrives nærmere nedenfor.

Kjølesonen, 14, utgjør på samme måte som reduksjonssonen, 12, også en del av cjasstrømsløyfen. Kjøle-

gass trer inn i bunnen av kjølesonen gjennom en rørled-ning, 46, og strømmer til et ringkammer, 48, definert av reaktorveggen og frustokonisk indre ledeplate,.50.

Fra kammeret, 48, strømmer kjølegassen rundt bunnen av

platen, 50, deretter opp gjennom avdelingene 14b og 14a i kjølesonen, til et kammer, 52,.' som defineres av veggen av reaktoren og en: frustokonisk plate, 54. Fra kammeret,

52, strømmer kjølegassen gjennom rørledningen, 56, til kjøleren, 58, der den kjøles og' avvannes, og deretter gjennom en rørledning, 60, til en sirkulasjonspumpe, 62,

der gassen pumpes gjennom rørledningen, 64, tilbake til rørledningen, 46.

I henhold til oppfinnelsen, er kjølegassen som

mates gjennom rørledning, 46, til bunnen av kjølesonen,

også en reduserende gass, som minner om gasstilmatningen til reduks jonssonen, 12, i det art den inneholder vesent-

lige mengder karbonmonoksyd og hydrogen. Kjølesløyfen mates med en oppfriskningsgass,som ,tilføres til sløyfen fra en egnet kilde<1>gjennom rørledningen, 66, under kon-

troll av en strømningsmøler, 68.-. Oppf r iskningsgassen inneholder en vesentlig mengde hydrokarbongass, og kan f.eks. være en gass som inneholder opp til 30 volum-%

metan, eller koksovngass, som inneholder en mindre andel metan. I ethvert itilfelle inneholder gassen som trer inn

i bunnen av kjølesonen fra rørledningen 46, en betydelig mengde hydrokarbon!.

Den avkjblte reduserende Igass som strømmer oppover gjennom kjølelsonene 14, utfører minst 3 forskjellige funksjoner. To av] disse funksjonell er utført i kjølesonene i tidligere kjente! reaktorer med beveget sjikt, nemlig kjølingen av redusert jernmalm og karbur iser ingen av svampjernet i henhold tjil ligningen:'

Under des betingelser som'1'foreligger i kjølesonen, reagerer mesteparten av det karbon som dannes ved karburi-seringsreaksjonen med jernsvampen og danner jernlllkarbid, som fordeles, gjennom jernsvamppartiklene som trer ut av reaktoren gjennom åpningen, 18.. Utsluppet jernsvamp . inneholder også en! relativt liten mengde elementært karbon. Ifølge oppfinnelsen, utfører kjølesonen en tredje funksjon, idet den tjener-til å omdanne hydrokarbon-bestanddelene i den oppover strømmende gass til karbonmonoksyd og hydrogen ifølge følgende ligning:

For å oppnå tilstedeværende vann, slik at reaksjonen kan skride frem, blir damp'matet til i reaktoren, fortrinnsvis mellom den øvre del', 14a, og den nedre del, 14b, av kjølesonen. Mere spesielt, mates damp til fra en egnet kilde gjennom rørledningen 70, inneholdende en strømningsregulator 72, og deretter gjennom rørledningen 74, inneholdende en stengeventil, 76, til et ringkammer, 78, hvorfra den strømmer gjennom,en serie åpninger, 80, til det indre av kjølesonen. Dampen blander seg med opp-overstrømmende hydrokar bonholdig,' gass, og reagerer med den i henhold til den ovenfor angitte Iligning. Reaksjonen mellom damp og hydrokarbon katalyseres av varm jernsvamp i delen 14a i kjølesonen, noe sorti • således vesentlig øker karbonmonoksyd- og hydrogeninnholdet i den sirkulerende kjølegass. Helst benyttes et stoitiometrisk overskudd av damp for å inhibere uønsket krarbonavsetning i reaktoren. Karakteristisk er molforholdet mellom damp og metan, eller annet hydrokarbon innen området il,0:1 til 1,5:1. Fordi omdanningsreaksjonen er endoterm, ville denne reaksjons-

varme trekkes av fra varm jernsvamp, og avkjøle denne.

Som antydet i tegningene, kan damp som tilføres gjennom rørledningen 70, også bringes til å strømme gjennom rørledningen 82, som inneholder en stengeventil, 84, til

den tilbakeførte gåss gjennom rørledningen 46. Således

kan dampen tilføres, enten til den tilbakeførte gass, 46, eller til et punkti mellom delene' 14a og 14b i kjølesonen, eller begge deler.;

Fordi gassen som strømmer oppover gjennom kjøle-sonen er vesentlig anriket med henblikk på karbonmonoksyd og hydrogen, er den brukbar som^reduksjonsgass i reduksjons-sonene. I henhold;til dette, blir det en andel av den tilbakeførte gass som strømmer gjennom kjølesløyfen, trukket av fra denne gjennom rørledningen 86, inneholdende en strømningsregulator, 88, og deretter gjennom rørledningen 44, som suppleringsgass til reduksjonsgassløyfen.

Fra den foregående beskrivelse er det åpenbart

at foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangs-

måte som kan oppnå!de forskjellige ovenfor angitte mål. Således oppnås det en ny og spesielt effektiv fremgangs-

måte for omdanning'av en gass, bestående av eller inneholdende en vesentlig mengde hydrokarbonbestanddeler,

f.eks. koksovngass ! eller en annen gass som inneholder opptil. 30 volum-% hydrokarbon, for'å forbedre reduksjonseffektiviteten for denne gass. Videre kari denne gassens kvalitets-forbedring oppnås uten å benytte en separat katalyttisk gassomformer, som, i slik det er påpekt ovenfor, medfører vesentlige kapitalinvesteringer.;Således oppnås det et eksepsjonelt effektivt reduksjonssystem.

Det skal selvfølgelig være klart at den foregående beskrivelse kun illustrerer, oppfinnelsen, og at tallrike forandringer kan foretas uten å gå utenfor opp-finnelsens ramme, slik den fremgår av de ledsagende krav.

Claims (15)

1. Fremgangsmåte for reduksjon av partikkelformig jernmalm til jermsyamppartikler i én vertikal reaktor med beveget sjikt, medj en reduksjonssone i. den øvre del, hvori en varm reduserende gass bringes til strømning gjennom en del av. sjiktet forjå redusere jernmalm til jernsvamp, og med en kjølesone i: den nedfe del; av; reaktoren for å av-kjøle jernsvampen,I hvorved en karbonholdig kjølegass mates til et punkt nær en ende av kjølesonen, for strømning gjennom kjølesonenj i kontakt med svampjernet, og for å karburisere dette,:og å fjerne kjølegassen på. et punkt nær den andre enden av kjølesonen, avykjøling. av fjernet gass, og tilbakeføring av denne til kjølesonen, for å danne en lukket k jølegassløyf e, k <;> arakter <:> isert ved at suppleringsgass inneholdende en vesentlig mengde gassformig hydrokarbon mates til sløyfen, at damp.mates til sløyfen for å bringe damp og gassformig hydrogen til reaksjon i kjølesonen for å oppnå karbonmonoksyd og hydrogen, og at endel av gassen fra sløyfen benyttes for å redusere jernmalm i reduksjonssonen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at;suppler ingsgassen inneholder opptil 30 volum-% gassformigjhydrokarbon.

3. Fremgangsmåte ifølge krav. 2, karakterisert ved at det gassformige hydrokarbon er metan.

4. Fremgangsmåte ifølge krav. 1, ka'r akter i-, sert ved at!en strøm av gass trekkes av fra kjøle-sløyfen, og oppvarmes, og at oppvarmet avtrukket damp mates til reduksjonssonen for å redusere ,jernmalm.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at jernsvampen karburiseres i den nedre del av kjølesonen, og at tilført damp og gassformig hydro karbon reagerer for å danne karbonmonoksyd og hydrogen i den øvre del av ik jølesonen.'. i • • .

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at| den avtrukkede strøm av gass fjernes fra sløyfen etter lat den sirkulerende' gass er avkjølt, og før suppleringsgaSj S og damp tilførés.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at: damp tilføres til gassen som sirkulerer i kjølesløyfen på et punkt nedstrøms kjølesoneutløpet og oppstrøms det punkt der suppleringsgass tilføres til sløyfen.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at> dampen tilføres til gassen som sirkulerer i kjølesløyfen på jet punkt nedstrøms det punkt der suppleringsgass tilføres, og oppstrøms: det punkt der avløps-gass fra avkjølingssonen avkjøles.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved . at: damp tilsettes direkte til kjølesonen.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at! damp tilføres' til kjølesonen nær midt-punktet av denne.

11.F remgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at; den avtrukkede gasstrøm er den eneste kilde for reduserende gass for reduksjonssonen i reaktoren.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at reduksjonssorien( utgjør en del av en reduks jonsgassløyfe, som omfatter ejn kjøler for kjølegass som er trukket av fra reduksjonssonen, en pumpe for sirku-lering av gass i sløyfen, og en varmer for gjenoppvarming av sirkulerende gass, og at avtrukket strøm av gass mates til sløyfen.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakteri- i' ■ sert ved atiavtrukket gass mates til sløyfen på et punkt mellom pumpen og varmeren, og< at.brukt reduserende gass trekkes av før sløyfen på et .punkt mellom kjøleren og pumpen. i

14. Fremgangsmåte ifølge k'rav.l, karakterisert ved at I suppleringsgassen er koksovngass.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at;molforholdet mellom damp og gassformig hydrokarbon er fra i 1,0:1 til 1, 5;.: 1.