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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Eisenschwamm durch kontinuierliche Reduktion von Eisenoxyden in einem Schachtofen mittels eines im Gegenstrom zum Eisenoxyd geführten, im wesentlichen aus CO und H ; ; bestehenden Reduktionsgases, das aus rückgeführten Ofengasen und einem zusätzlichen Gas gebildet wird, welches mit Hilfe eines Plasmabrenners aus einem festen Reduktionsmittel, wie Kohle, insbesondere Steinkohle, hergestellt wird, sowie eine Vorrichtung zu seiner Durchführung.
Ungeachtet der Tatsache, dass Steinkohle einen der Rohstoffe bildet, welche in grösster Menge zur Verfügung stehen, und die billigste Energiequelle bildet, wurde sie bisher nur in äusserst begrenztem Mass als Reduktionsmittel bei der Herstellung von Eisenschwamm verwendet. Diese Situation herrscht trotz der günstigen Relation zwischen Preis und Energiegehalt der Steinkohle auch heute noch vor.
Herkömmliche Verfahren zur Herstellung von Eisenschwamm, bei denen Kohle als Reduktionsmittel verwendet wird, sind hauptsächlich die folgenden : 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-
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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 Plasmabrenners direkt vergast wird. Die Nachteile dieses Verfahrens bestehen darin, dass die Kohlezufuhr äusserst genau eingestellt werden muss und bei einigen Kohlearten sich Probleme bei der Handhabung der Asche ergeben.
Ausserdem besitzt das erzeugte Gas einen Wasserstoffgehalt, welcher niedriger ist, als er für Reduktionszwecke ideal wäre.
Es wurde nun festgestellt, dass die vorgenannten Schwierigkeiten und Nachteile der bisher bekannten Verfahren im wesentlichen durch die Erfindung ausgeschaltet werden können.
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brenner zugeführt, in den den Plasmabrenner verlassenden heissen Gasstrom ein Oxydationsmittel und ein festes Reduktionsmittel, vorzugsweise eine Mischung aus Wasser und einem festen Reduktionsmittel, in Form einer Aufschlämmung, eingedüst, die Temperatur des dadurch gebildeten heissen Zwischengasstroms in einem solchen Bereich, vorzugsweise zwischen 1300 und 1500 C, gehalten, dass die aus dem festen Reduktionsmittel gebildete Asche verschlackt, und dass das gebildete Zwischengas mit mindestens einem Teilstrom des rückgeführten, gewaschenen Reaktionsgases in einem derartigen Verhältnis vermischt wird,
dass die Temperatur des so erhaltenen Reduktionsgases im für die Reduktion geeigneten Bereich von 700 bis 1000 C, vorzugsweise bei 825 C, liegt, und dass das Reduktionsgas in den unteren Bereich des Schachtofens eingeblasen wird.
Beim erfindungsgemässen Verfahren wird somit ein Reduktionsgas im Gegenstrom zu den Eisenoxyden durch den Schachtofen geleitet und besteht hauptsächlich aus CO und H, wobei dieses Reduktionsgas aus Rezirkulationsgas erzeugt wird, d. h. aus dem den Schachtofen verlassenden Reaktionsgas sowie aus einem Zwischengas, welches aus festem Reduktionsmittel wie beispielsweise Kohle, vorzugsweise Steinkohle, mit Hilfe eines Plasmabrenners hergestellt wird. Das Reaktionsgas wird zunächst einmal im wesentlichen von CO und H O befreit und dann in zwei Teilströme aufgeteilt, von denen einer einem Plasmabrenner zugeleitet wird.
Das feste Reduktionsmittel wird zusammen mit einem Oxydationsmittel, vorzugsweise Wasser, in den heissen Gasstrom eingeblasen, welcher den Plasmabrenner verlässt, so dass das Oxydationsmittel, vorzugsweise Wasser, mit dem Reduktionsmittel zur Reaktion gebracht wird und eine Mischung aus hauptsächlich CO und H, bildet.
Die Temperatur des erzeugten Zwischengases wird in einem derartigen Bereich gehalten, dass die aus dem festen Reduktionsmittel gebildete Asche eine Schlacke bildet. Die den Gasgenerator ver-
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lassende heisse CO-H-Mischung wird mit einem Teilstrom des gereinigten Reaktionsgases in einem derartigen Verhältnis gemischt, dass die Temperatur des dabei erhaltenen Reduktionsgases für das Reduktionsverfahren geeignet ist.
Vorzugsweise wird die Temperatur des im Gasgenerator hergestellten Zwischengases auf einen Temperaturbereich von 1300 bis 1500 C eingestellt. Bevor das Reduktionsgas dem unteren Teil des Schachtofens zugeführt wird, wird dessen Temperatur auf 700 bis 1000 C gebracht, indem es mit dem gewaschenen Reaktionsgas im geeigneten Verhältnis gemischt wird.
Nach der Erfindung wird das Reaktionsgas in einem Gaswäscher gereinigt, bis sein COz-Gehalt vorzugsweise unter 2% beträgt.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Herstellung von Eisenschwamm 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 und Zufuhreinrichtungen für das gesteuerte Einbringen von Reduktionsmittel und von Oxydationsmittel, vorzugsweise Wasser, in das in ihm erzeugte Plasmagas auf. Hinter dem Schachtgasgenerator ist ein einstellbarer Mischer vorgesehen, um das Zwischengas aus dem Schachtgasgenerator mit einem 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 an Hand der Zeichnung, welche in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zeigt, im einzelnen erläutert.
Die Reduktion von Eisenoxydbrocken wird in einem Schachtofen-l-durchgeführt. Die Eisenoxydbrocken --2-- werden durch einen Keilschieber --3-- in den Schachtofen --1-- eingebracht und durch einen Gegenstrom eines heissen Reduktionsgases, welches hauptsächlich aus Kohlenmonoxyd und Wasserstoffgas besteht, welches im unteren Abschnitt --4-- des Schachtofens eingeblasen wird, reduziert. Das Eisenschwammprodukt wird durch einen Auslass --5-- im Boden --4-- des Schacht-
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Das auf diese Weise aus dem Schachtofen-l-entfernte Reaktionsgas enthält neben 50 bis 70% unreagiertem CO und Ha auch die Reaktionsprodukte CO und HO. Da dieses Gas noch relativ hohe Anteile an CO und Hz enthält, kann es erneut im Verfahren verwendet werden.
Um jedoch als Reduktionsgas erneut verwendet werden zu können, muss der Gehalt an CO und H20 auf weniger als 5% herabgesetzt werden. Dies wird dadurch erreicht, dass das Gas durch einen Gaswäscher (CO/HO-Wäscher)-7-geleitet wird. Wenn das Gas durch diesen Wäscher hindurchströmt, wird es nicht nur von den Reaktionsprodukten CO und H O befreit, sondern der Waschprozess ermöglicht auch einen Ausgleich der Gasmenge, so dass ein Zurückschlagen des Gases vermieden werden kann.
Der Wäscher --7-- kann als aktive Substanz beispielsweise Monoäthanolamin enthalten, und der Gehalt an CO im Gas kann beim Durchgang durch den Wäscher auf unter 2% herabgesetzt werden.
Im Anschluss an den Wäscher --7-- strömt das Reaktionsgas zu einem Kompressor --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 Schachtgasgenerator--11-geleitet, in welchem das erforderliche Zwischengas aus einem festen Reduktionsmittel, vorzugsweise Kohle, und Wasser erzeugt wird. Der Gasstrom --9-- wird im Gasgenerator --11-- in Plasmagas umgewandelt und die Menge an für den Gaserzeugungsprozess erforderlicher Energie wird durch einen Plasmabrenner --12-- geliefert. Die Hauptenergiequelle, bei der es sich um Kohlenstaub handelt, wird mit einem Oxydationsmittel, vorzugsweise Wasser, behandelt und dem Gasgenerator --11-- über Düsen --13-- zugeleitet, so dass es den den Plasmabrenner --12-- verlassenden heissen Gasstrom derart durchdringt, dass Kohlenstaub und Oxydationsmittel zur Reaktion gebracht werden und
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weise 0, 15 mm (100 mesh) verwendet.
Die Energiezufuhr im Gasgenerator --11-- wird derart geregelt, dass die aus dem Kohlenstaub
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gebildete Asche zu einer Schlacke --14-- geschmolzen wird, welche aus dem unteren Teil des Gasgenerators --11-- in flüssiger oder fester Form entfernt werden kann. Infolge der Zusammensetzung der Asche wird die Temperatur vorzugsweise derart gewählt, dass sie zwischen 1300 und 1500 C liegt.
Das im Gasgenerator erzeugte Zwischengas kann neben CO und Hz auch Schwefel enthalten, welcher in der Kohle 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.
Das den Schwefelfilter --15-- verlassende Zwischengas ist wesentlich heisser als dies 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 die Reduktion geeignete Temperatur, nämlich 750 bis 1000 C, vorzugsweise 825 C, zu erreichen.
Durch Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens und Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung werden bedeutende technische Vorteile erreicht. In dieser Beziehung kann die Gaserzeugung bei einer Temperatur stattfinden, bei der die Asche Schlacke bildet, welche leicht zu handhaben ist und abgelassen 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 des Oxydationsmittels, vorzugsweise Wassers, in den Gasgenerator. Ausserdem bietet die Kombination der Gaswäsche und Gaserzeugung bei erhöhten Temperaturen hervorragende Möglichkeiten zum Ausgleich der Gasmenge im System und zur Regelung der Reduktionstemperatur.
Gleichzeitig wird eine hohe Energieausbeute erreicht, da die vom Plasmabrenner zugeführte Energie im wesentlichen vollständig im Verfahren verbraucht wird, d. h. die Temperatureinstellung wird durch Zusetzen von kühlerem rückgeführtem Reaktionsgas erreicht, statt dadurch, dass dem Zwischengas an sich Wärme entzogen wird.
Bei Versuchen im Testmassstab ergaben sich für 1 t Eisenschwamm nachstehende Verbrauchswerte : Elektrische Energie : 820 kWh ; Steinkohlepulver : 172 kg.
Ausserdem ist das erfindungsgemässe Verfahren wesentlich einfacher zu regeln. Eine einfache und wirkungsvolle Regelung des gesamten Verfahrens wird bei der Erzeugung des Plasmagases durch vorheriges Mischen von Kohlenstaub mit zugesetztem Wasser im geeigneten Verhältnis erreicht, vorzugsweise so, dass der gesamte Kohlenstoff mit dem Sauerstoff des Wassers zu CO umgesetzt wird.
Infolge der vorhergehenden Mischung von Kohlenstaub und Wasser lässt sich die Mischung auch leichter in Form einer Kohle/Wasser-Emulsion einspritzen.
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.
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