AT17155U1 - Direktreduktionssystem und zugehöriger Prozess - Google Patents
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Abstract
Ein Direktreduktionssystem für die Direktreduktion von Eisenerz, das einen Kreislauf umfasst, der versehen ist mit - einem Reaktor (1), der einen Reduktionsbereich (12) aufweist, der geeignet ist, von oben mit dem Eisenerz beschickt zu werden; - einer externen Quelle (20) für Frischreduktionsgas; - einer Rückgewinnungs- und Behandlungsleitung (10), die dem Reaktor (1) nachgelagert platziert ist, zum Rückgewinnen und Behandeln des aus dem Reaktor (1) austretenden Abgases; - einer Behandlungs- und Zuführungsleitung (11), die dem Reaktor (1) vorgelagert platziert ist, zum Behandeln eines Prozessgases, das durch Mischen des Frischreduktionsgases, das von der externen Quelle (20) kommt, mit dem in der Rückgewinnungs- und Behandlungsleitung (10) behandelten Gas erhalten wird, und zum Zuführen des Prozessgases zu dem Reduktionsbereich (12); dadurch gekennzeichnet, dass die externe Quelle (20) für Frischreduktionsgas eine Quelle für reinen Wasserstoff oder eine Quelle für Gas mit einem Wasserstoffgehalt von gleich mindestens 80 Vol.-% ist.
Description
DIREKTREDUKTIONSSYSTEM
GEBIET DER ERFINDUNG
[0001] Das vorliegende Gebrauchsmuster betrifft ein Direktreduktionssystem, das insbesondere für die Herstellung von metallischem Eisen mittels Direktreduktion von Eisenerz unter Verwendung von Reduktionsgas geeignet ist.
HINTERGRUND
[0002] Systeme zur Herstellung von reduziertem Eisenerz (Eisenschwamm (Direct Reduced Iron — DRI)) des bekannten Typs bestehen aus einem Reaktor, der mit Eisenoxid in der Form von Pellets und/oder Stücken beschickt wird, und einer Leitung zum Behandeln und Zuführen von Reduktionsgas, das geeignet ist, das Eisenoxid in dem Reaktor zu reduzieren. Das Reduktionsgas wird bei einer hohen Temperatur in die Reaktionskammer oder den Reaktor eingepresst. Das Reduktionsgas wird in den mittleren Teil des Reaktors eingeführt, es wird bewirkt, dass es im Gegenstrom durch das Eisenoxid zurück strömt und dann extrahiert, wiederaufbereitet und wiederverwendet wird. Das Abgas, das aus dem Reaktor austritt, wird entstaubt, ihm werden die Reaktionsprodukte (H2O und CO») entzogen und es wird verdichtet; dann wird es mit einem Frischgas (Erdgas, Koksofengas, Gas, das in einem Reformer erhalten wird, Corex-Gas, Synthesegas usw.) gemischt. Die Gasströmung, die aus der Mischung des neuen Frischgases und des nach geeigneter Behandlung wiederverwendeten Abgases festgelegt wird, wird in eine Erhitzungseinheit geschickt, die sie auf die für den Reduktionsprozess erforderliche Temperatur, normalerweise über 850 °C, bringt.
[0003] Die erhitzte Strömung von Reduktionsgas, in das Sauerstoff mit dem Ziel eingepresst wird, dessen Temperatur sogar noch weiter zu erhöhen, wird schließlich zu dem Reaktor geschickt, in den das zu reduzierende oxidierte Pellet von oben eingeführt wird, während der Eisenschwamm (Reduktionsprodukt) an dem entgegengesetzten Ende extrahiert wird und durch ein pneumatisches Transportsystem oder durch Schwerkraft oder durch Bänder zu einem Hochofen oder einem Lichtbogenofen oder zu einem Sauerstoffkonverter geschickt wird.
[0004] Genauer gesagt wird in dem Eisenoxid-Reduktionsprozess der Sauerstoff mittels chemischer Reaktionen mit Wasserstoff und Kohlenmonoxid von dem Eisenerz entfernt, um Eisenschwamm mit einem hohen Metallisierungsgrad (Verhältnis zwischen metallischem Eisen und insgesamt in dem Eisenschwamm enthaltenem Eisen) zu erhalten. Die Gesamtreduktionsreaktionen, die an dem Prozess beteiligt sind, sind gut bekannt und sind nachfolgend gezeigt:
Fe2 O3 + 3H; -> 2Fe + 3H2;0 (1) Fe2O3 + 3CO -> 2Fe + 3CO- (2).
[0005] Der Wasserstoff und das Kohlenmonoxid reagieren mit dem Sauerstoff des Eisenoxids und werden gemäß den Reaktionen (1) und (2) in Wasser und Kohlendioxid umgewandelt. Daneben sind auch H,O und CO», unreagierter H2 und unreagiertes CO in dem aus dem Reaktor austretenden Abgas vorhanden. Das Abgas wird behandelt, wie vorhergehend beschrieben, mit dem Ziel, diese Reduktoren rückzugewinnen. Die Verwendung eines Frischgases in dem Reduktionskreis, das eine erhebliche Menge an Kohlenstoff (Erdgas, Koksofengas, Corex-Gas, Synthesegas usw.) enthält, weist hauptsächlich zwei Nachteile auf:
- Treibhausgasemissionen (CO»);
- einen relativ hohen Kohlenmonoxidgehalt (CO) in der Reduktionsgasströmung, die in den Reaktor eintritt, was während der Reduktionsreaktion die Erzeugung eines relativ hohen Feinanteils ergeben kann und, wegen des Temperaturanstiegs aufgrund der Reduktion mit Kohlenmonoxid, das exotherm ist, die Gefahr der Erzeugung von Klumpen erhöhen kann, wodurch die Bewegung der festen Masse behindert wird.
[0006] In dem Schema des herkömmlichen Prozesses werden die CO»2-Emissionen durch die
selektive Entfernung von CO» aus dem von dem Reaktor recycelten Abgas reduziert (das gespeichert und in der Lebensmittelindustrie oder für andere industrielle Anwendungen verwendet werden kann) und sie bestehen hauptsächlich aus Kohlendioxid, das durch den Kamin des Reformers (wo vorhanden) oder die Erhitzungseinheit des Prozessgases freigesetzt wird.
[0007] In Bezug auf die anderen bekannten Direktreduktionsprozesse stellt der vorhergehend beschriebene Prozess, der mit Erdgas versorgt wird, um die Reformierungsreaktionen im Inneren des Reduktionsreaktors zu fördern, oder mit reformiertem Gas versorgt wird, das von einem prozessentkoppelten Reformer erzeugt wird, dennoch ein gutes H,/CO-Verhältnis in der Zusammensetzung des Reduktionsgases sicher, das in den Reaktor eingeführt wird. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt ist eine weitere Verminderung der CO2-Emissionen äußerst schwierig.
[0008] Unvorteilhafterweise erfordert das Direktreduktionssystem zur Sicherstellung des gegenwärtigen Emissionsniveaus eine Reihe von unerlässlichen Bauelementen, wie beispielsweise die Vorrichtung zur Entfernung von Kohlendioxid in der Leitung zum Rückgewinnen und Behandeln des aus dem Reaktor austretenden Abgases. Das System ist somit aus einem strukturellen Gesichtspunkt komplex und folglich teuer. Daher wird ein Bedarf an der Entwicklung eines Direktreduktionssystems gesehen, das in der Lage ist, die vorhergehenden Nachteile zu überwinden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
[0009] Eine Aufgabe des vorliegenden Gebrauchsmusters besteht in der Entwicklung eines Direktreduktionssystems, das aus einem strukturellen Gesichtspunkt einfacher und folglich kostengünstiger ist.
[0010] Die vorliegende Erfindung erreicht mindestens eine von diesen Aufgaben und andere Aufgaben, die angesichts der vorliegenden Beschreibung offensichtlich werden, mittels eines Eisenerz-Direktreduktionssystems, das einen Kreislauf umfasst, der versehen ist mit:
- einem Reaktor, der einen Reduktionsbereich aufweist, der geeignet ist, von oben mit dem Eisenerz beschickt zu werden;
- einer externen Quelle für Frischreduktionsgas;
- einer Rückgewinnungs- und Behandlungsleitung, die dem Reaktor nachgelagert platziert ist, zum Rückgewinnen und Behandeln des aus dem Reaktor austretenden Abgases;
- einer Behandlungs- und Zuführungsleitung, die dem Reaktor vorgelagert platziert ist, zum Behandeln eines Prozessgases, das durch Mischen des Frischreduktionsgases von der externen Quelle mit dem in der Rückgewinnungs- und Behandlungsleitung behandelten Gas erhalten wird, und zum Versorgen des Reduktionsbereichs des Reaktors mit dem Prozessgas;
wobei die Rückgewinnungs- und Behandlungsleitung nachgelagert mit der Behandlungs- und Zu-
führungsleitung verbunden ist;
und wobei die externe Quelle für Frischreduktionsgas eine Quelle für reinen Wasserstoff oder
eine Quelle für ein Gas mit einem Wasserstoffgehalt von gleich mindestens 80 Vol.-% ist.
[0011] Vorzugsweise wird ein Vorerhitzen des Prozessgases in der Behandlungs- und Zuführungsleitung mittels des Durchgangs des Prozessgases durch mindestens einen Wärmetauscher in der Rückgewinnungs- und Behandlungsleitung einer Erhitzungseinheit vorgelagert bereitgestellt.
[0012] Wahlweise kann eine Einpressung von Erdgas in der Behandlungs- und Zuführungsleitung dem mindestens einen Wärmetauscher vorgelagert mittels mindestens einer Vorrichtung zum Einpressen von Erdgas bereitgestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Einpressung von Erdgas in einem unteren, vorzugsweise konischen Bereich des Reaktors, der unter dem Reduktionsbereich platziert ist, mittels mindestens einer weiteren Vorrichtung zum Einpressen von Erdgas bereitgestellt werden.
[0013] Das System ermöglicht das Erzeugen von Eisenschwamm unter Verwendung einer Strömung von Gas, das reich an Wasserstoff ist, oder einer Strömung von reinem Wasserstoff, mit der der Reduktionskreis direkt zu versorgen ist. Der Wasserstoff kann von einer beliebigen externen Quelle stammen, die zum Beispiel das Reformieren von Erdgas, Elektrolyse oder einen be-
liebigen anderen Prozess verwendet, der in der Lage ist, einen solchen Typ von Gas zu erzeugen.
[0014] Nachfolgend stehen einige der Vorteile der beanspruchten Lösung gegenüber dem Stand
der Technik:
- es ist nicht mehr erforderlich, die Vorrichtung zum Entfernen oder Absorbieren von Kohlendioxid bereitzustellen;
- es ist nicht mehr erforderlich, den Befeuchter bereitzustellen, um den Wassergehalt in dem Prozessgas zu erhöhen, wodurch das Ablagern von Kohlenstoff innerhalb der ProzessgasErhitzungseinheit verhindert wird;
- Im Allgemeinen ist das Ablagern von Kohlenstoff im Inneren der Erhitzungseinheit, wenn überhaupt vorhanden, äußerst begrenzt und es ist nicht erforderlich, das System anzuhalten, um chemische Reinigung durchzuführen, wodurch die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit des Systems erhöht werden;
- da die Strömung von Reduktionsgas reiner Wasserstoff oder nahezu reiner Wasserstoff ist, ist keine zusätzliche Energie erforderlich, um die Reformierungsreaktionen innerhalb des Reaktors zu fördern, wodurch die Einpressung von Sauerstoff der Erhitzungseinheit nachgelagert nicht erforderlich ist;
- da das resultierende Prozessgas einen eher niedrigen CO- und CO2-Gehalt aufweist, besteht keine Gefahr des Metallabgangs im Inneren der Prozessgas-Erhitzungseinheit, auch ohne besondere Vorkehrungen (wie beispielsweise die Anwendung von Legierungen mit einem hohen Ni-Cr-Gehalt oder die Einrichtung von Wasserstoffsulfid-Einpressungssystemen);
- da das resultierende Prozessgas einen eher niedrigen CO- und CO»2-Gehalt aufweist, ist die Versauerung des Prozesswassers, das mit dem Prozessgas in Kontakt gelangt, äußerst beschränkt und erfordert keine kostspieligen Materialien auf den Wasserrückführungsleitungen oder hohe Verbräuche an chemischen Mitteln zur Kontrolle der Wasserqualität;
- der hohe Eisenerz-Reduktionsgrad mit dem Wasserstoff, der eine Verminderung der Temperatur im Inneren des Reaktors bestimmt, ermöglicht einen gleichmäßigeren Betrieb, der nahezu frei von Klumpenbildungsgefahren ist (was bei der Reduktion mit CO und dessen exothermer Reaktion typisch ist, wie auch das Quellen);
- die direkte Einführung von reinem Wasserstoff oder Gas mit einem hohen Wasserstoffgehalt in den Kreislauf erhöht den Wirkungsgrad der gegenwärtigen Direktreduktionssysteme auf Erdgasbasis (wie beispielsweise des ZR-Reaktors oder des prozessgekoppelten Reformers);
- das Phänomen des Quellens von Pellets beim Start des Reaktors wird beseitigt, was bei der Verwendung von CO als Reduktionsmittel charakteristisch ist, wodurch das Anhalten der Feststoffströmung und das Zusetzen des Reaktors verursacht werden können.
[0015] Weitere Merkmale und Vorteile werden angesichts der detaillierten Beschreibung veranschaulichender aber nicht ausschließender Ausführungsformen offensichtlicher. KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
[0016] In der Beschreibung wird auf die beigefügten Figuren Bezug genommen, die als nicht einschränkendes Beispiel gegeben werden, wobei:
[0017] Figur 1 ein Diagramm einer ersten Ausführungsform eines Direktreduktionssystems veranschaulicht;
[0018] Figur 2 ein Diagramm einer zweiten Ausführungsform eines Direktreduktionssystems veranschaulicht;
[0019] Figur 3 ein Diagramm einer dritten Ausführungsform eines Direktreduktionssystems veranschaulicht.
BESCHREIBUNG VON VERANSCHAULICHENDEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
[0020] Einige Ausführungsformen eines Direktreduktionssystems, das den Gegenstand des Gebrauchsmusters bildet, sind unter Bezugnahme auf die Figuren veranschaulicht, das einen Kreislauf umfasst, der versehen ist mit:
- einem Reaktor 1, der einen Reduktionsbereich 12 aufweist, der geeignet ist, von oben mit Eisenerz beschickt zu werden;
- einer externen Quelle 20 für Frischreduktionsgas;
- einer Rückgewinnungs- und Behandlungsleitung 10, die dem Reaktor 1 nachgelagert platziert ist, zum Rückgewinnen und Behandeln des aus dem Reaktor 1 austretenden Abgases;
- einer Behandlungs- und Zuführungsleitung 11, die dem Reaktor 1 vorgelagert platziert ist, zum Behandeln einer Mischung von Gasen oder Prozessgasen, die durch Mischen des Frischreduktionsgases von der externen Quelle 20 mit dem in der Rückgewinnungs- und Behandlungsleitung 10 behandelten Gas erhalten wird, und dann Versorgen des Reduktionsbereichs 12 des Reaktors 1 mit dem Prozessgas.
[0021] Die Rückgewinnungs- und Behandlungsleitung 10 ist nachgelagert mit der Behandlungsund Zuführungsleitung 11 verbunden.
[0022] Vorteilhafterweise ist in allen Ausführungsformen des Gebrauchsmusters die externe Quelle 20 für Frischreduktionsgas eine Quelle für reinen Wasserstoff (100 Vol.-%) oder eine Quelle für Gas mit einem Wasserstoffgehalt gleich mindestens 80 Vol.-%, vorzugsweise gleich mindestens einem Wert von 85 bis 98 Vol.-%.
[0023] Im Fall einer Gasquelle mit einem Wasserstoffgehalt gleich mindestens 80 Vol.-% kann der Rest der Zusammensetzung Kohlenmonoxid, Wasser, Kohlendioxid, Methan, Stickstoff umfassen.
[0024] Rein beispielhaft kann eine Frischreduktionsgaszusammensetzung wie folgt sein: Wasserstoff innerhalb des Bereichs von 92 bis 96 %;
Kohlenmonoxid innerhalb des Bereichs von 1,5 bis 2,5 %;
Wasser 0,2 bis 0,6 %;
Kohlendioxid 0,0 bis 0,4 %;
Methan 0,3 bis 0,9 %;
Stickstoff 2,0 bis 4,0 %.
[0025] Außer, dass sie eine Verminderung der Emissionen ermöglicht, ermöglicht die Verwendung dieser externen Quelle auch eine Verminderung der Anzahl der Vorrichtungen, die herkömmlich entlang des Kreislaufs bereitgestellt werden, wodurch das Direktreduktionssystem erheblich vereinfacht wird.
[0026] Vorteilhafterweise kann in sämtlichen Ausführungsformen die Behandlungs- und Zufüh-
rungsleitung 11 bestehen aus:
- den Kanälen, zu deren Durchquerung das Prozessgas angepasst ist, welches durch Mischen des behandelten Abgases, das aus dem Reaktor austritt, und des Frischreduktionsgases in der externen Quelle 20 erhalten wird;
- und mindestens einer Erhitzungseinheit, wie beispielsweise einer Erhitzungseinheit 18.
[0027] Das System weist keine der Erhitzungseinheit 18 nachgelagert angeordnete Einpressungsvorrichtung auf, die geeignet ist, Sauerstoff in die Strömung von Reduktionsgas einzupressen, wobei die Einpressungsvorrichtung in den Systemen des Standes der Technik bereitgestellt ist.
[0028] Ein weiterer Vorteil des Systems besteht in der Tatsache, dass die Rückgewinnungs- und
Behandlungsleitung 10 bestehen kann aus:
- den Kanälen, zu deren Durchquerung das Abgas, das aus dem Reaktor 1 austritt, angepasst ist;
- mindestens einem Wärmetauscher 22, zum Beispiel nur einem Wärmetauscher, zum Kühlen des aus dem Reaktor 1 austretenden Abgases;
- Mindestens eine Kondensationseinheit 36, zum Beispiel nur eine Kondensationseinheit, die dem mindestens einen Wärmetauscher 22 nachgelagert angeordnet ist, zum Entfernen von
Wasser aus dem Abgas, wodurch ein entwässertes Gas erhalten wird; - und mindestens eine Pumpvorrichtung 42, zum Beispiel nur eine Pumpvorrichtung, zum Pumpen des entwässerten Gases hin zu der Behandlungs- und Zuführungsleitung 11.
[0029] Daher weist das System des Gebrauchsmusters keine Entfernungsvorrichtung zur Entfernung von Kohlendioxid auf, die hingegen in den Systemen des Standes der Technik erforderlich ist.
[0030] Wahlweise durchquert ein Kanal 15 in der Behandlungs- und Zuführungsleitung 11, der angepasst ist, von dem Prozessgas durchquert zu werden, den mindestens einen Wärmetauscher 22 in der Rückgewinnungs- und Behandlungsleitung 10 für ein der Erhitzungseinheit 18 vorgelagertes Vorerhitzen des Prozessgases, wodurch die Hitze des Abgases genutzt wird, das soeben aus dem Reaktor 1 ausgetreten ist.
[0031] Vorzugsweise umfassen die der Kondensationseinheit 36 nachgelagerten Kanäle in der
Rückgewinnungs- und Behandlungsleitung 10:
- einen Verzweigungskanal 34, der die Rückgewinnungs- und Behandlungsleitung 10 mit den Brennern der Erhitzungseinheit 18 verbindet, und in den eine erste Strömung von entwässertem Abgas als Brenngas für die Brenner geschickt werden kann;
- und einen Verzweigungskanal 40, der die Rückgewinnungs- und Behandlungsleitung 10 mit der Behandlungs- und Zuführungsleitung 11 verbindet und entlang dem die Pumpvorrichtung 42 angeordnet ist, und in dem eine zweite Strömung von entwässertem Abgas in den Kreislauf zurückgeführt wird. Ein Druckregelventil 30 ist vorzugsweise entlang des Verzweigungskanals 34 bereitgestellt. Die Erhitzungseinheit 18 wird durch Verbrennung eines geeigneten Brennstoffs von einer Quelle 21 versorgt. Der Brennstoff kann entwässertes Abgas von dem Verzweigungskanal 34 oder reiner Wasserstoff oder Erdgas oder eine Mischung davon sein.
[0032] In einer ersten Ausführungsform des Systems, die in Figur 1 gezeigt ist, ist die externe Quelle 20 für reinen Wasserstoff oder die externe Quelle 20 für Gas mit einem Wasserstoffgehalt gleich mindestens 80 Vol.-% zum Beispiel direkt mit der Behandlungs- und Zuführungsleitung 11 verbunden.
[0033] Insbesondere ist die externe Quelle 20 mit einer Strecke des Kreislaufs verbunden, die zwischen der Pumpvorrichtung 42 der Rückgewinnungs- und Behandlungsleitung 10 und der Erhitzungseinheit 18 der Behandlungs- und Zuführungsleitung 11 enthalten ist. Ein Druckregelventil 31 ist entlang des Kanals 32 bereitgestellt, der die externe Quelle 20 mit der Behandlungs- und Zuführungsleitung 11 verbindet.
[0034] In einer zweiten Ausführungsform des Systems, die in Figur 2 gezeigt ist, ist die externe Quelle 20 für reinen Wasserstoff oder die externe Quelle 20 für Gas mit einem Wasserstoffgehalt gleich mindestens 80 Vol.-% zum Beispiel direkt mit der Rückgewinnungs- und Behandlungsleitung 10 verbunden.
[0035] Insbesondere ist die externe Quelle 20 zum Beispiel mit einer Strecke des Kreislaufs verbunden, die zwischen der Kondensationseinheit 36 und der Pumpeinheit 42 entlang des Verzweigungskanals 40 enthalten ist. Auf diese Weise kann das Frischreduktionsgas auch mit niedrigem Druck von der externen Quelle 20 abgegeben werden, da es durch die anschließende Pumpvorrichtung 42 verdichtet wird.
[0036] Eine weitere Pumpvorrichtung 33 und ein weiteres Druckregelventil 31 sind vorzugsweise entlang des Kanals 32 bereitgestellt, der die externe Quelle 20 mit der Rückgewinnungs- und Behandlungsleitung 10 verbindet.
[0037] In einer dritten Ausführungsform des Systems, die in Figur 3 gezeigt ist und derjenigen in Figur 1 ähnlich ist, kann mindestens eine Erdgas-Einpressungsvorrichtung 19 entlang des Kanals 15 der Behandlungs- und Zuführungsleitung 11 enthalten sein, die von dem Prozessgas durchquert wird, und die geeignet ist, Erdgas der Erhitzungseinheit 18 vorgelagert, oder, wenn das Vorerhitzen des Prozessgases durch den mindestens einen Wärmetauscher 22 bereitgestellt würde, stromaufwärts des Wärmetauschers 22 einzupressen.
[0038] Als eine Alternative oder zusätzlich zu der Erdgas-Einpressungsvorrichtung 19 umfasst eine Variante der dritten Ausführungsform mindestens eine Erdgas-Einpressungsvorrichtung 17, die geeignet ist, Erdgas direkt in den unteren, vorzugsweise konischen, Bereich 14 des Reaktors 1 einzupressen, der unter dem Reduktionsbereich 12 platziert ist. Alle Varianten dieser dritten Ausführungsform erlauben das Regeln des Eisenschwamm-Kohlenstoffgehalts.
[0039] Auch kann in dieser dritten Ausführungsform die externe Quelle 20, zum Beispiel direkt, mit der Behandlungs- und Zuführungsleitung 11 (Figur 3) oder mit der Rückgewinnungs- und Behandlungsleitung 10 verbunden sein wie in Figur 2.
[0040] Was den Direktreduktionsprozess betrifft, der mittels des Systems der Erfindung ausführbar ist, wird das Zuführen von reinem Wasserstoff oder einem Gas mit einem Wasserstoffgehalt gleich mindestens 80 Vol.-% in der Behandlungs- und Zuführungsleitung 11 oder in der Rückgewinnungs- und Behandlungsleitung 10 bereitgestellt.
[0041] In dem Fall, in dem eine externe Quelle 20 mit der Behandlungs- und Zuführungsleitung 11 verbunden ist, erfolgt das Zuführen in einer Strecke, die zwischen einer Pumpvorrichtung 42 der Rückgewinnungs- und Behandlungsleitung 10 und der Erhitzungseinheit 18 der Behandlungs- und Zuführungsleitung 11 enthalten ist.
[0042] In dem Fall, in dem eine externe Quelle 20 mit der Rückgewinnungs- und Behandlungsleitung 10 verbunden ist, findet dieses Zuführen in einer Strecke statt, die zwischen der Kondensationseinheit 36 und der Pumpvorrichtung 42 der Rückgewinnungs- und Behandlungsleitung 10 enthalten ist.
[0043] Nachfolgend wird ein Beispiel für einen Prozess, wenn er vollständig betriebsfähig ist, für die Direktreduktion von Eisenerz beschrieben, der mittels des beschriebenen Systems der Erfindung durchgeführt wird.
[0044] Das Abgas, das aus dem Reaktor 1, vorzugsweise bei einer Temperatur in dem Bereich von etwa 250 °C bis etwa 450 °C, austritt, wird in einen Kanal 50 in der Rückgewinnungs- und Behandlungsleitung 10 kanalisiert, der es zu dessen Kühlung in den Wärmetauscher 22 führt.
[0045] Nach der Kühlung strömt das Abgas durch einen Kanal 24 hin zu der Kondensationseinheit 36, um Wasser zu entfernen, wodurch ein entwässertes Gas erhalten wird.
[0046] Nach der Kühlung und Entwässerung wird das entwässerte Abgas in die zwei Verzweigungskanäle 34, 40 geteilt.
[0047] Ein geringerer Anteil des entwässerten Abgases strömt durch den Kanal 34, der ein Druckregelventil 30 aufweist, mit dem ein Teil des Gases durch den Kreislauf gereinigt werden kann, um unerwünschte Ansammlungen von Inertgasen zu beseitigen. Der größere Anteil des entwässerten Abgases strömt hingegen durch den Kanal 40.
[0048] Unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen in Figur 1 und in Figur 3 wird das entwässerte Abgas, das in dem Kanal 40 strömt, von einer Pumpeinheit 42, die ein Verdichter oder ein Gebläse sein kann, gedrückt, um diesen Anteil an entwässertem Abgas rückzuführen und ihn erneut zum Reaktor 1 zu bringen. Der Pumpvorrichtung 42 nachgelagert strömt das entwässerte Abgas durch den Kanal 44 und wird dann mit dem Frischreduktionsgas von der externen Quelle 20 in der Behandlungs- und Zuführungsleitung 11 gemischt.
[0049] Stattdessen wird unter Bezugnahme auf die zweite Ausführungsform in Figur 2 das entwässerte Abgas, das in den Kanal 40 strömt, hier mit dem Frischreduktionsgas von der externen Quelle 20 gemischt. Das so erhaltene Gasgemisch, das das Prozessgas definiert, wird von der Pumpvorrichtung 42, die ein Verdichter oder ein Gebläse sein kann, gedrückt, um es in den Kanal 15 in der Behandlungs- und Zuführungsleitung 11 zu führen.
[0050] In sämtlichen Ausführungsformen strömt das Gasgemisch weiter entlang des Kanals 15, WO es vorzugsweise vorerhitzt wird, wobei der Kanal 15 in der Lage ist, mit einer Strecke davon den Wärmetauscher 22 in der Rückgewinnungs- und Behandlungsleitung 10 zu kreuzen.
[0051] Auf jeden Fall durchquert das Gasgemisch mit dieser oder ohne diese Vorerhitzung den
gesamten Kanal 15, bis es zur Erhitzungseinheit 18 gelangt, wo es eine Temperatur von etwa 900 bis 960 °C erreicht.
[0052] Der Erhitzungseinheit 18 nachgelagert strömt das so erhaltene Reduktionsgas durch den Kanal 16, bis es das Innere des Reaktors 1 erreicht.
[0053] Das Eisenoxiderz in der Form von Stücken oder Pellets wird dem Reduktionsbereich 12 des Reaktors 1 von oben zugeführt, es reagiert mit dem heißen Reduktionsgas, das in Gegenströmung in Bezug dazu strömt, und wird schließlich als heißer Eisenschwamm ausgestoßen.
[0054] Wahlweise hat das Eisenoxiderz eine Größe von etwa 2,5 bis 19 mm; vorzugsweise etwa 3,5 bis 15 mm.
Claims (9)
1. Direktreduktionssystem für eine Direktreduktion von Eisenerz, das einen Kreislauf umfasst, der versehen ist mit
- einem Reaktor (1), der einen Reduktionsbereich (12) aufweist, der geeignet ist, von oben mit dem Eisenerz beschickt zu werden;
- einer externen Quelle (20) für Frischreduktionsgas;
- einer Rückgewinnungs- und Behandlungsleitung (10), die dem Reaktor (1) nachgelagert platziert ist, zum Rückgewinnen und Behandeln des aus dem Reaktor (1) austretenden Abgases;
- einer Behandlungs- und Zuführungsleitung (11), die dem Reaktor (1) vorgelagert platziert ist, zum Behandeln eines Prozessgases, das durch Mischen des Frischreduktionsgases, das von der externen Quelle (20) kommt, mit dem in der Rückgewinnungs- und Behandlungsleitung (10) behandelten Gas erhalten wird, und zum Zuführen des Prozessgases zu dem Reduktionsbereich (12) des Reaktors (1);
wobei die Rückgewinnungs- und Behandlungsleitung (10) nachgelagert mit der Behand-
lungs- und Zuführungsleitung (11) verbunden ist;
und wobei die externe Quelle (20) für Frischreduktionsgas eine Quelle für reinen Wasserstoff
oder eine Quelle für Gas mit einem Wasserstoffgehalt von gleich mindestens 80 Vol.-% ist.
2, System nach Anspruch 1, wobei die Quelle für reinen Wasserstoff oder die Quelle für Gas mit einem Wasserstoffgehalt gleich mindestens 80 Vol.-% mit der Behandlungs- und Zuführungsleitung (11) oder mit der Rückgewinnungs- und Behandlungsleitung (10) verbunden ist.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Behandlungs- und Zuführungsleitung (11) zusätzlich zu ersten Kanälen, zu deren Durchquerung das Prozessgas geeignet ist, nur aus mindestens einer Erhitzungseinheit (18) besteht; und wobei die Rückgewinnungs- und Behandlungsleitung (10) zusätzlich zu zweiten Kanälen, zu deren Durchquerung das Abgas geeignet ist, , nur besteht aus - mindestens einem Wärmetauscher (22) zum Kühlen des aus dem Reaktor (1) austreten-
den Abgases;
- mindestens einer Kondensationseinheit (36), die dem mindestens einen Wärmetauscher (22) nachgelagert angeordnet ist, zum Entfernen von Wasser aus dem Abgas, wodurch ein entwässertes Gas erhalten wird;
- und mindestens einer Pumpvorrichtung (42) zum Pumpen des entwässerten Gases in die Behandlungs- und Zuführungsleitung (11).
4. System nach Anspruch 3, wobei in dem Fall, in dem die externe Quelle für Frischreduktionsgas mit der Behandlungs- und Zuführungsleitung (11) verbunden ist, die Quelle für reinen Wasserstoff oder die Quelle für Gas mit einem Wasserstoffgehalt gleich mindestens 80 Vol.% mit einer Strecke des Kreislaufs verbunden ist, die zwischen der Pumpvorrichtung (42) der Rückgewinnungs- und Behandlungsleitung (10) und der Erhitzungseinheit (18) der Behandlungs- und Zuführungsleitung (11) enthalten ist.
5. System nach Anspruch 3, wobei in dem Fall, in dem die externe Quelle für Frischreduktionsgas mit der Rückgewinnungs- und Behandlungsleitung (10) verbunden ist, die Quelle für reinen Wasserstoff oder die Quelle für Gas mit einem Wasserstoffgehalt von gleich mindestens 80 Vol.-% mit einer Strecke des Kreislaufs verbunden ist, die zwischen der Kondensationseinheit (36) und der Pumpvorrichtung (42) enthalten ist.
6. System nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die zweiten Kanäle der Rückgewinnungsund Behandlungsleitung (10) umfassen - einen ersten Verzweigungskanal (34), der die Rückgewinnungs- und Behandlungsleitung (10) mit den Brennern der Erhitzungseinheit (18) verbindet, und in den eine erste Strömung von entwässertem Abgas als Brenngas für die Brenner geschickt wird;
- und einen zweiten Verzweigungskanal (40), der die Rückgewinnungs- und Behandlungsleitung (10) mit der Zuführungs- und Behandlungsleitung (11) verbindet und entlang dem die Pumpvorrichtung (42) angeordnet ist, und in den eine zweite Strömung von entwässertem Abgas in den Kreislauf zurückgeführt wird.
7. System nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei ein Kanal (15) von den ersten Kanälen, der geeignet ist, von dem Prozessgas durchquert zu werden, den mindestens einen Wärmetauscher (22) für ein Vorerhitzen des Prozessgases stromaufwärts der Erhitzungseinheit (18) durchquert.
8. System nach Anspruch 7, wobei mindestens eine Erdgas-Einpressungsvorrichtung (19) bereitgestellt ist, die geeignet ist, um Erdgas in die ersten Kanäle dem mindestens einen Wärmetauscher (22) vorgelagert einzupressen.
9. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine Erdgas-Einpressungsvorrichtung (17) bereitgestellt ist, die geeignet ist, Erdgas in einen unteren, vorzugsweise konischen, Bereich (14) des Reaktors (1) einzupressen, der sich unter dem Reduktionsbereich (12) befindet.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
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