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Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von Eisenschwamm durch kontinuierliche Reduktion von Eisenoxyden in einem Schachtofen mit Hilfe eines im wesentlichen CO und H2 enthaltenden, im Gegenstrom zum Eisenoxyd geführten Reduktionsgases, das Rückführgase enthält und gebildet wird aus dem den Schachtofen verlassenden Reaktionsgas und einem Zwischengas, das mit Hilfe eines Plasmabrenners, eines festen Reduktionsmittels und Wasser und/oder Sauerstoff erzeugt wird.
Herkömmliche-Verfahren zur Herstellung von Eisenschwamm, bei denen Kohle als Reduktionsmittel verwendet wird, sind hauptsächlich folgende- : a) Das Drehrohrofen-Verfahren, bei welchem Steinkohle zusammen mit dem zu reduzierenden
Erz in einem schräg liegenden Drehrohrofen verwendet wird. Die Schwierigkeit bei diesem
Verfahren besteht darin, dass hauptsächlich infolge der Kinetik mit relativ hohen Tempera- turen, vorzugsweise 1000oC, gearbeitet werden muss, was beträchtliche Probleme durch
Verstopfung und Materialanhäufung in der Reaktionskammer verursacht. b) Die Verwendung eines Schachtofens in Kombination mit einer Einrichtung zur Kohlever- gasung, welche auf einer teilweisen Verbrennung beruht.
Die Nachteile dieses bekannten
Verfahrens sind hauptsächlich die extrem hohen Investitionskosten für die Vergasungsein- richtung und auch der überaus hohe Energieverbrauch. c) Das Verfahren, welches in der SE-PS Nr. 7304332 offenbart ist und bei welchem Kohle in fester Form unter Verwendung eines Plasmagenerators direkt vergast wird. Die Nachteile dieses Verfahrens bestehen darin, dass die Kohlezufuhr äusserst genau eingestellt werden muss und sich bei einigen Kohlearten Probleme bei der Handhabung der Asche ergeben.
Ausserdem besitzt das erzeugte Gas einen Wasserstoffgehalt, welcher niedriger ist, als er für Reduktionszwecke ideal wäre.
Diese Nachteile können durch das erfindungsgemässe Verfahren im wesentlichen ausgeschaltet werden, was dadurch gekennzeichnet ist, dass aus dem Reaktionsgas CO2 herausgewaschen und gleichzeitig Wasserdampf durch Kondensation entfernt wird, ein Teilstrom des gewaschenen Reaktiongases einem im unteren Teil eines mit festem Reduktionsmittel, wie Koks, gefüllten Schachtgasgenerators befindlichen Plasmabrenner zugeführt, in das den Plasmabrenner verlassende heisse Gas Wasser und/oder Sauerstoff eingedüst sowie im Gasgenerator eine Temperatur im Bereich von 1300 bis 1500 C gehalten wird.
so dass die im Reduktionsmittelbett gebildete Asche verschlackt, und das so gebildete heisse Zwischengas mit einem Teilstrom des kalten, gewaschenen Reaktionsgases unter Bildung des Reduktionsgases so vereinigt wird, dass ein Hauptanteil Zwischengas ist, sowie das Reduktionsgas in den unteren Teil des Schachtofens eingeblasen wird.
Beim erfindungsgemässen Verfahren wird somit ein Reduktionsgas im Gegenstrom zu den Eisen-
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tionsgas sowie aus einem Zwischengas, welches aus festem Reduktionsmittel mit Hilfe eines Plasmagenerators hergestellt wird. Das Reaktionsgas wird zunächst im wesentlichen von CO und H20 befreit und dann in zwei Teilströme aufgeteilt, von denen einer einem Plasmagenerator zugeleitet wird. Der Plasmagenerator besteht aus einem Schachtgasgenerator, der im wesentlichen mit einem festen Reduktionsmittel wie Koks od. dgl. gefüllt ist.
Ein Plasmabrenner ist im unteren Bereich des Schachtes angeordnet und in den den Plasmabrenner verlassenden, heissen Gasstrom wird Wasser und/oder Sauerstoffgas eingeblasen, so dass das Wasser und/oder das Sauerstoffgas mit dem Reduktionsmittel zur Reaktion gebracht werden und eine Mischung aus hauptsächlich CO und H2 bilden. Die Temperatur des erzeugten Gases wird auf einer derartigen Höhe gehalten, dass die aus dem festen Reduktionsmittel gebildete Asche eine Schlacke bildet. Die den Gaserzeuger verlassende heisse CO-H 2 -Mischung wird mit einem Teilstrom des gereinigten Reaktionsgases in einem derartigen Verhältnis gemischt, dass die Temperatur des so erhaltenen Reduktionsgases für das Reduktionsverfahren geeignet ist.
Gemäss der Erfindung wird die Temperatur des im Schachtgasgenerator erzeugten Gases auf einen Temperaturbereich von 1300 bis 15000C eingestellt. Vorzugsweise wird auch die Temperatur des Reduktionsgases durch Mischen der beiden Teilströme im geeigneten Verhältnis auf 700 bis 10000C gebracht.
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Nach der Erfindung wird das Reaktionsgas in einem Gaswäscher gereinigt, bis sein CO-Ge- halt vorzugsweise unter 2% beträgt.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens besitzt ein System zur Erzeugung von Reduktionsgas, welches eine Reinigungseinrichtung für das den Schachtofen verlassende Reaktionsgas und einen damit verbundenen Schachtgasgenerator aufweist, um einen Teil des auf diese Weise gereinigten Reaktionsgases aufzunehmen. Der Schachtgasgenerator weist einen Plasmabrenner auf und kann mit einem festen Reduktionsmittel wie Koks gefüllt werden. Zufuhreinrichtungen für das gesteuerte Einbringen von Wasser und/oder Sauerstoffgas sowie wahlweise von zusätzlichem Reduktionsmittel in Pulverform in das vom Brenner erzeugte Plasmagas sind ausserdem vorgesehen.
Anschliessend an den Schachtgasgenerator kann ein einstellbarer Mischer vorgesehen sein, um das im Schachtgasgenerator erzeugte Zwischengas mit einem zweiten unbehandelten Teil des gereinigten Reaktionsgases zu mischen. Ausserdem ist im unteren Abschnitt des Schachtofens zum Einbringen des auf diese Weise erhaltenen Reduktionsgases ein Gebläse vorgesehen.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung, in der eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung schematisch dargestellt ist, näher erläutert.
Die Reduktion von Eisenoxydbrocken wird in einem Schachtofen-l-durchgeführt. Die Eisenoxydbrocken --2-- werden durch einen Keilschieber --3-- in den Schacht --1-- eingebracht und durch einen Gegenstrom eines heissen Reduktionsgases, welches hauptsächlich aus Kohlenmonoxyd und Wasserstoffgas besteht, welches im unteren Abschnitt --4-- des Schachtes eingeblasen wird, reduziert. Das Eisenschwamm-Produkt wird durch einen Auslass --5-- im Boden --4-- des Schach- tes --1-- entfernt. Das Reduktionsgas, von welchem 30 bis 50% reagiert haben, wird vom oberen
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tem CO und Ha auch die Reaktionsprodukte CO2 und H 2 O. Da dieses Gas noch relativ hohe Anteile an CO und H2 enthält, kann es erneut im Verfahren verwendet werden.
Um jedoch als Reduktionsgas erneut verwendet werden zu können, muss der Gehalt an CO2 und H 20 auf weniger als 5% herabgesetzt werden. Dies wird dadurch erreicht, dass das Gas durch einen Gaswäscher (CO,/H : 0-Wäscher)-7-geleitet wird. Wenn das Gas durch diesen Wäscher hindurchströmt, wird es nicht nur von den Reaktionsprodukten CO2 und H20 befreit, sondern der Waschprozess ermöglicht auch einen Ausgleich der Gasmenge, so dass ein Zurückschlagen des Gases vermieden werden kann.
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den.
Im Anschluss an den Wäscher --7-- strömt das Gas zu einem Verdichter --8--, in welchem der für das Verfahren erforderliche Druckanstieg erzeugt wird, und wird dann in wenigstens zwei Teilströme 9 und 10 aufgeteilt.
Der Teilstrom 9, welcher Raumtemperatur besitzt, wird in einen Gasgenerator --11-- geleitet, in welchem zusätzliches Gas durch Reaktion zwischen einem festen Reduktionsmittel, vorzugsweise Koks, und Wasser und/oder Sauerstoffgas erzeugt wird. Der Gasstrom 9 wird im Gasgenerator --11-- in Plasmagas umgewandelt, wobei die erforderliche Energie durch einen Plasmabrenner --12-- geliefert wird. Der Gasgenerator --11-- wird mit einem festen Reduktionsmittel, vorzugsweise Koks, gefüllt. Ein Oxydationsmittel, nämlich Wasser und/oder Sauerstoffgas, wird dem Gasgenerator über Düsen --13-- eingeblasen, so dass es den den Plasmabrenner --12-- verlassenden heissen Gasstrom durchdringt. Ein besonderes Reduktionsmittel kann wahlweise z.
B. in Pulverform dem den Plasmabrenner --12-- verlassenden heissen Gasstrom über Blasdüsen --13a-- zugesetzt werden. Dieses zusätzliche Reduktionsmittel ist vorzugsweise Kohlenstaub mit einer Teilchengrösse von unter 20 mesh (0, 85 mm) und vorzugsweise unter 100 mesh (0, 15 mm). Der heisse Gasstrom vom Plasmabrenner wirkt dabei auf das Reduktionsmittel unter Bildung von CO und H 2 ein. Die Energiezufuhr im Gasgenerator --11-- wird derart geregelt, dass die gebildete Asche zu einer Schlacke --14-- geschmolzen wird, welche aus dem unteren Teil des Gaserzeugers --11-- in flüssiger oder fester Form über eine Abstichleitung --16-- entfernt werden kann.
Infolge der Zusammensetzung der Asche wird die Temperatur im Gasgenerator derart ausgewählt, dass sie zwischen 1300 und 1500 C liegt.
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Das im Gasgenerator erzeugte Zwischengas kann neben CO und H : auch Schwefel enthalten, welcher im Reduktionsmittel enthalten war. Das Zwischengas wird daher durch einen Schwefelfilter --15-- (beispielsweise einen Dolomit-Filter) geleitet, in welchem der Schwefelgehalt auf eine annehmbare Höhe für das Eisenschwamm-Verfahren, vorzugsweise unter 75 ppm, gesenkt wird.
Bei einer andern Ausführungsform der Erfindung kann der Schwefelfilter im Gasgenerator selbst vorgesehen werden, dadurch, dass das Koksbett mit einem für diesen Zweck geeigneten Material versetzt wird.
Die Temperatur des den Schwefelfilter --15-- verlassenden Gases liegt wesentlich über der Temperatur, welche für das Eisenschwamm-Verfahren erforderlich ist, so dass seine Temperatur durch Mischung mit dem kalten gewaschenen Reaktionsgas im Teilstrom 10 in einem geeigneten Verhältnis gesenkt wird. um eine für das Verfahren geeignete Temperatur, beispielsweise 750 bis 1000, vorzugsweise 825OC, zu erreichen. Während zum Mischen des Zwischengases mit dem Teilstrom 10 erfindungsgemäss eine besondere Mischeinrichtung vorgesehen sein kann, kann man auch den Teilstrom 10 teilweise oder insgesamt von oben her in den Gasgenerator einleiten und dadurch den Gasgenerator als Mischkammer verwenden.
Durch Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens und Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung werden bedeutende technische Vorteile erreicht. In dieser Beziehung kann die Zwischengaserzeugung bei einer Temperatur stattfinden, bei der die Asche Schlacke bildet, welche leicht zu handhaben ist und welche abgezapft werden kann, ohne dass Verstopfungsprobleme im Verfahren verursacht werden. Der Wasserstoffgehalt des Reduktionsgases kann auf eine Menge eingestellt werden. welche für das Reduktionsverfahren geeignet ist, u. zw. durch den Waschprozess und das anschliessende Einspritzen von Wasser und/oder Sauerstoffgas in den Gasgenerator. Ausserdem bietet die Kombination der Gaswäsche und Gaserzeugung bei erhöhten Temperaturen ausgezeichnete Möglichkeiten zum Ausgleich der Gasmenge im System und zur Regelung der Reduktionstemperatur.
Gleichzeitig wird eine hohe Energieausbeute erreicht, da die vom Plasmabrenner gelieferte Energie im wesentlichen vollständig im Verfahren umgesetzt wird, d. h. die Temperatureinstellung wird durch Zersetzen von kühlerem rückgeführtem Reaktionsgas erreicht, statt dadurch, dass dem Zwischengas an sich Wärme entzogen wird.
Sollten bei der Bildung der Asche aus dem festen Reduktionsmittel in einer Schlackenphase Schwierigkeiten auftreten, können Additive verwendet werden, welche die Eigenschaften der Schlacke, wie beispielsweise den Schmelzpunkt, die Schwefelabsorption usw. beeinflussen, wie beispielsweise Alkaliverbindungen und Kalk. Diese Additive werden vorzugsweise mit dem festen Reduktionsmittel vermischt.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Herstellung von Eisenschwamm durch kontinuierliche Reduktion von Eisenoxyden in einem Schachtofen mit Hilfe eines im wesentlichen CO und H2 enthaltenden, im Gegenstrom zum Eisenoxyd geführten Reduktionsgases, das Rückführgase enthält und gebildet wird aus dem den Schachtofen verlassenden Reaktionsgas und einem Zwischengas, das mit Hilfe eines Plasmabrenners, eines festen Reduktionsmittels und Wasser und/oder Sauerstoff erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Reaktionsgas CO :
herausgewaschen und gleichzeitig Wasserdampf durch Kondensation entfernt wird, ein Teilstrom des gewaschenen Reaktionsgases einem im unteren Teil eines mit festem Reduktionsmittel, wie Koks, gefüllten Schachtgasgenerators befindlichen Plasmabrenner zugeführt, in das den Plasmabrenner verlassende heisse Gas Wasser und/oder Sauerstoff eingedüst sowie im Gasgenerator eine Temperatur im Bereich von 1300 bis 1500 C gehalten wird. so dass die im Reduktionsmittelbett gebildete Asche verschlackt, und das so gebildete heisse Zwischengas mit einem Teilstrom des kalten, gewaschenen Reaktionsgases unter Bildung des Reduktionsgases so vereinigt wird. dass ein Hauptanteil Zwischengas ist. sowie das Reduktionsgas in den unteren Teil des Schachtofens eingeblasen wird.
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The invention relates to a method and an apparatus for the production of sponge iron by continuous reduction of iron oxides in a shaft furnace with the aid of a reducing gas which contains CO and H2 and is countercurrent to the iron oxide, which contains recycle gases and is formed from the reaction gas leaving the shaft furnace and an intermediate gas generated using a plasma torch, a solid reducing agent and water and / or oxygen.
Conventional processes for the production of sponge iron, in which coal is used as a reducing agent, are mainly the following: a) The rotary kiln process, in which hard coal together with that to be reduced
Ore is used in an inclined rotary kiln. The difficulty with this
The method consists in that mainly due to the kinetics, relatively high temperatures, preferably 1000 ° C., have to be used, which causes considerable problems
Clogging and material build up in the reaction chamber. b) The use of a shaft furnace in combination with a device for coal gasification, which is based on partial combustion.
The disadvantages of this known
Processes are mainly the extremely high investment costs for the gasification device and also the extremely high energy consumption. c) The method which is disclosed in SE-PS No. 7304332 and in which coal in solid form is gasified directly using a plasma generator. The disadvantages of this method are that the coal supply has to be adjusted extremely precisely and problems arise in handling the ash with some types of coal.
In addition, the gas produced has a hydrogen content which is lower than would be ideal for reduction purposes.
These disadvantages can essentially be eliminated by the method according to the invention, which is characterized in that CO2 is washed out of the reaction gas and at the same time water vapor is removed by condensation, a partial flow of the washed reaction gas in a shaft gas generator filled with solid reducing agent, such as coke, in the lower part located plasma torch, into which hot gas water and / or oxygen leaving the plasma torch is injected and a temperature in the range from 1300 to 1500 ° C. is maintained in the gas generator.
so that the ash formed in the reducing agent bed slags, and the hot intermediate gas thus formed is combined with a partial stream of the cold, washed reaction gas to form the reducing gas so that a major portion is intermediate gas, and the reducing gas is blown into the lower part of the shaft furnace.
In the method according to the invention, a reducing gas is thus countercurrent to the iron
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tion gas and an intermediate gas, which is produced from solid reducing agent with the help of a plasma generator. The reaction gas is first freed essentially of CO and H20 and then divided into two partial streams, one of which is fed to a plasma generator. The plasma generator consists of a shaft gas generator which is essentially filled with a solid reducing agent such as coke or the like.
A plasma torch is arranged in the lower region of the shaft and water and / or oxygen gas is blown into the hot gas stream leaving the plasma torch, so that the water and / or the oxygen gas are reacted with the reducing agent and a mixture of mainly CO and H2 form. The temperature of the gas generated is kept at a level such that the ash formed from the solid reducing agent forms a slag. The hot CO-H 2 mixture leaving the gas generator is mixed with a partial stream of the purified reaction gas in such a ratio that the temperature of the reduction gas thus obtained is suitable for the reduction process.
According to the invention, the temperature of the gas generated in the shaft gas generator is set to a temperature range from 1300 to 15000C. The temperature of the reducing gas is preferably also brought to 700 to 10000C by mixing the two substreams in a suitable ratio.
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According to the invention, the reaction gas is cleaned in a gas scrubber until its CO content is preferably below 2%.
The device according to the invention for carrying out this method has a system for generating reducing gas, which has a cleaning device for the reaction gas leaving the shaft furnace and a shaft gas generator connected to it, in order to receive part of the reaction gas cleaned in this way. The shaft gas generator has a plasma torch and can be filled with a solid reducing agent such as coke. Feeding devices for the controlled introduction of water and / or oxygen gas and optionally of additional reducing agent in powder form into the plasma gas generated by the burner are also provided.
Following the shaft gas generator, an adjustable mixer can be provided in order to mix the intermediate gas generated in the shaft gas generator with a second untreated part of the cleaned reaction gas. In addition, a blower is provided in the lower section of the shaft furnace for introducing the reducing gas obtained in this way.
The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, in which an embodiment of the device according to the invention is shown schematically.
The reduction of iron oxide lumps is carried out in a shaft furnace-1-. The iron oxide lumps --2-- are introduced into the shaft --1-- through a wedge slide valve --3-- and through a counterflow of a hot reducing gas, which mainly consists of carbon monoxide and hydrogen gas, which in the lower section --4-- of the shaft is blown in, reduced. The sponge iron product is removed through an outlet --5-- in the bottom --4-- of the shaft --1--. The reducing gas, of which 30 to 50% have reacted, is from the top
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tem CO and Ha also the reaction products CO2 and H 2 O. Since this gas still contains relatively high proportions of CO and H2, it can be used again in the process.
However, in order to be used again as a reducing gas, the CO2 and H 20 content must be reduced to less than 5%. This is achieved by passing the gas through a gas scrubber (CO, / H: 0 scrubber) -7-. When the gas flows through this scrubber, it not only frees the reaction products CO2 and H20, but the scrubbing process also allows the amount of gas to be equalized, so that the gas cannot be kicked back.
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the.
Following the scrubber --7--, the gas flows to a compressor --8--, in which the pressure increase required for the process is generated, and is then divided into at least two partial streams 9 and 10.
The partial flow 9, which has room temperature, is passed into a gas generator 11, in which additional gas is generated by reaction between a solid reducing agent, preferably coke, and water and / or oxygen gas. The gas stream 9 is converted into plasma gas in the gas generator --11--, the required energy being supplied by a plasma torch --12--. The gas generator --11-- is filled with a solid reducing agent, preferably coke. An oxidizing agent, namely water and / or oxygen gas, is blown into the gas generator via nozzles --13--, so that it penetrates the hot gas stream leaving the plasma torch --12--. A special reducing agent can optionally z.
B. in powder form can be added to the hot gas stream leaving the plasma torch --12-- via blowing nozzles --13a--. This additional reducing agent is preferably coal dust with a particle size of less than 20 mesh (0.85 mm) and preferably less than 100 mesh (0.15 mm). The hot gas flow from the plasma torch acts on the reducing agent to form CO and H 2. The energy supply in the gas generator --11-- is regulated in such a way that the ashes formed are melted to form a slag --14-- which flows from the lower part of the gas generator --11-- in liquid or solid form via a tapping line - 16-- can be removed.
Due to the composition of the ash, the temperature in the gas generator is selected to be between 1300 and 1500 ° C.
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In addition to CO and H:, the intermediate gas generated in the gas generator can also contain sulfur, which was contained in the reducing agent. The intermediate gas is therefore passed through a sulfur filter --15-- (e.g. a dolomite filter), in which the sulfur content is reduced to an acceptable level for the sponge iron process, preferably below 75 ppm.
In another embodiment of the invention, the sulfur filter can be provided in the gas generator itself, in that the coke bed is mixed with a material suitable for this purpose.
The temperature of the gas leaving the sulfur filter --15-- is significantly higher than the temperature required for the sponge iron process, so that its temperature is reduced in a suitable ratio by mixing with the cold, washed reaction gas in partial stream 10. to achieve a temperature suitable for the process, for example 750 to 1000, preferably 825OC. While a special mixing device can be provided according to the invention for mixing the intermediate gas with the partial flow 10, the partial flow 10 can also be introduced partially or entirely into the gas generator from above and thereby use the gas generator as a mixing chamber.
Significant technical advantages are achieved by using the method according to the invention and using the device according to the invention. In this regard, the intermediate gas generation can take place at a temperature at which the ash forms slag which is easy to handle and which can be drawn off without causing clogging problems in the process. The hydrogen content of the reducing gas can be adjusted to an amount. which is suitable for the reduction process, u. between the washing process and the subsequent injection of water and / or oxygen gas into the gas generator. In addition, the combination of gas scrubbing and gas generation at elevated temperatures offers excellent options for balancing the amount of gas in the system and for regulating the reduction temperature.
At the same time, a high energy yield is achieved, since the energy supplied by the plasma torch is essentially completely converted in the process, i. H. the temperature setting is achieved by decomposing cooler recycled reaction gas instead of removing heat from the intermediate gas itself.
If difficulties arise in the formation of the ash from the solid reducing agent in a slag phase, additives can be used which influence the properties of the slag, such as the melting point, the sulfur absorption etc., such as alkali compounds and lime. These additives are preferably mixed with the solid reducing agent.
PATENT CLAIMS: 1. Process for the production of sponge iron by continuous reduction of iron oxides in a shaft furnace with the aid of a reducing gas which contains CO and H2 and is countercurrent to the iron oxide, which contains recycle gases and is formed from the reaction gas leaving the shaft furnace and an intermediate gas, which is generated with the aid of a plasma torch, a solid reducing agent and water and / or oxygen, characterized in that CO:
washed out and at the same time water vapor is removed by condensation, a partial stream of the washed reaction gas is fed to a plasma burner located in the lower part of a shaft gas generator filled with solid reducing agent, such as coke, water and / or oxygen being injected into the hot gas leaving the plasma burner, and a temperature in the gas generator is kept in the range of 1300 to 1500 C. so that the ash formed in the reducing agent bed slags and the hot intermediate gas thus formed is combined with a partial stream of the cold, washed reaction gas to form the reducing gas. that a major part is intermediate gas. and the reducing gas is blown into the lower part of the shaft furnace.