AT396255B - Plant and process for producing pig iron and iron sponge - Google Patents
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Abstract
Description
AT 396 255 BAT 396 255 B
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Erzeugung von Roheisen und Eisenschwamm, sowie ein Verfahren zur Erzeugung von Eisenschwamm.The invention relates to a plant for producing pig iron and sponge iron, and a method for producing sponge iron.
Aus der EP-B1-0 010 627 ist bekannt, das in einem Schachtofen vorreduzierte, eisenoxidhältige Material, u. zw. Eisenschwammpartikel mit einem hohen Metallisationsgrad, in einen Einschmelzvergaser, dem Kohle und 5 Sauerstoff zugeführt wird, einzubringen, wobei sich eine Wirbelschicht mit hoher Temperatur ausbildet. Die Eisenschwammpartikel werden darin niedergeschmolzen und sammeln sich im Bodenteil des Einschmelz· Vergasers. Durch Vergasung der Einsatzstoffe wird das Reduktionsgas erzeugt, welches dem Direktreduktions-Schachtofen zugeführt wird.From EP-B1-0 010 627 it is known that the pre-reduced, iron oxide-containing material in a shaft furnace, u. between. Sponge iron particles with a high degree of metallization to be introduced into a melter gasifier, to which coal and oxygen is added, whereby a fluidized bed with high temperature is formed. The iron sponge particles are melted down and collect in the bottom part of the melter · gasifier. Gasification of the feedstocks generates the reducing gas, which is fed to the direct reduction shaft furnace.
Es ist weiters bekannt, daß bei Anlagen dieser Art, wenn sie mit Kesselkohle betrieben werden, eine 10 erhebliche Menge an Überschußgas (Top-Gas aus der Direktreduktionsvorrichtung und Generator- bzw. Reduktionsgas aus dem Einschmelzvergaser) anfällt, welche in der Anlage selbst nicht verwertet werden kann und den Gesamtwirkungsgrad des Verfahrens verschlechtert Bei einer Anlage der eingangs erwähnten Art kann der Wirkungsgrad aus diesem Grund bis auf etwa 0,45 fallen. Unter "Wirkungsgrad” wird hier und nachfolgend die Energienutzung η verstanden, welche sich aus metallurgisch genutzter Energie pro eingesetzter Primärenergie 15 berechnetIt is also known that plants of this type, when operated with boiler coal, generate a considerable amount of excess gas (top gas from the direct reduction device and generator or reducing gas from the melter gasifier), which is not used in the plant itself can deteriorate and the overall efficiency of the process deteriorates In a system of the type mentioned, the efficiency can drop to about 0.45 for this reason. Here and below, “efficiency” is understood to mean the energy use η, which is calculated from the metallurgically used energy per primary energy 15 used
Es ist weiters bekannt Überschußgas in einem integrierten Hüttenwerk zu verwerten, wodurch sich der Gesamtwirkungsgrad auf etwa 0,60 erhöht Eine weitere Möglichkeit zur Verwertung von Top-Gas ist in der AT-B 387.038 beschrieben und besteht in der Erzeugung elektrischer Energie.It is also known to utilize excess gas in an integrated steelworks, which increases the overall efficiency to about 0.60. Another possibility for utilizing top gas is described in AT-B 387.038 and consists in the generation of electrical energy.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Anlage und ein Verfahren zur Erzeugung von 20 Roheisen und Eisenschwamm zur Verfügung zu stellen, welche eine effizientere Verwertung von Überschußgas gestatten, wodurch ein höherer energetischer Gesamtwirkungsgrad erreichbar istThe object of the present invention is to provide a plant and a method for producing 20 pig iron and sponge iron, which allow a more efficient utilization of excess gas, as a result of which a higher overall energy efficiency can be achieved
Die erfindungsgemäße Anlage zur Erzeugung von Roheisen und Eisenschwamm ist gekennzeichnet durch die Kombination von zwei Direktreduktionsvorrichtungen, einem Einschmelzvergaser und einem Gas-Reformer, wobei 25 - die erste Direktreduktionsvomchtung an ihrem unteren Teil mit dem Einschmelzvergaser, an ihrem oberen Teil über eine Gasleitung und über den Gas-Reformer mit der zweiten Direktreduktionsvomchtung verbunden ist und - in der Gasleitung bzw. im Gas-Reformer Zuführungen für aus dem Einschmelzvergaser stammendes 30 Generatorgas, weiters für Erdgas und gegebenenfalls für Wasserdampf vorgesehen sind.The plant according to the invention for producing pig iron and sponge iron is characterized by the combination of two direct reduction devices, a melter gasifier and a gas reformer, 25 - the first direct reduction device at its lower part with the melter gasifier, at its upper part via a gas line and via the Gas reformer is connected to the second direct reduction device and - in the gas line or in the gas reformer feeds for generator gas originating from the melter gasifier, furthermore for natural gas and possibly for water vapor are provided.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der energetische Gesamtwirkungsgrad auf etwa 0,80 erhöht werden kann, wenn das üblicherweise in einem Direktreduktionsschachtofen anfallende Top-Gas (typische Zusammensetzung des trockenen Gases: 39 % CO, 36 % CO2,17 % H2,1 % H20,8 % 1¾ und andere Gase) 35 mit einem Teil des im Einschmelzvergaser gebildeten und abgezweigten Generator- bzw. Reduktionsgases (typische Zusammensetzung des Gases: 65 % CO, 2 % CO2,25 % Η2, 8 % N2 und andere Gase) vermischt (Überschußgas), nach Zusatz von Erdgas und gegebenenfalls von Wasserdampf zu einem Reduktionsgas reformiert und zur Direktreduktion von feinteiligem Eisenerz, d. h. zur Erzeugung von Eisenschwamm in einer zweiten Direktreduktionsvomchtung, verwendet wird. 40 Das Reformieren an sich ist eine bekannte Technik, welche es gestattet, das Reduktionsvermögen eines kohlenwasserstoffhältigen Gases zu erhöhen. Um z. B. Erdgas zu reformieren, wird es unter Aufwendung von Energie mit CO2 gemäß folgender Reaktionsgleichung umgesetzt:The invention is based on the knowledge that the overall energy efficiency can be increased to approximately 0.80 if the top gas normally obtained in a direct reduction shaft furnace (typical composition of the dry gas: 39% CO, 36% CO2.17% H2.1 % H20.8% 1¾ and other gases) 35 with part of the generator or reducing gas formed and branched off in the melter gasifier (typical composition of the gas: 65% CO, 2% CO2, 25.25% Η2, 8% N2 and other gases) mixed (excess gas), after the addition of natural gas and possibly water vapor reformed to a reducing gas and for the direct reduction of finely divided iron ore, d. H. for producing sponge iron in a second direct reduction device. 40 Reforming per se is a known technique which makes it possible to increase the reducing capacity of a hydrocarbon-containing gas. To z. B. To reform natural gas, it is implemented using energy with CO2 according to the following reaction equation:
CH4 + CO2 = 2H2 + 2CO 45 50 55CH4 + CO2 = 2H2 + 2CO 45 50 55
Es ist aus der US-A · 4,046,557 bekannt, Erdgas mit Top-Gas, welches aus einem Direktreduktionsschachtofen stammt, zu reformieren und das dabei erhaltene Reduktionsgas zur Direktreduktion von Eisenerz einzusetzen. Bei diesem Verfahren werden pro Tonne erzeugtem Eisenschwamm etwa 300 Nm^ Erdgas benötigt. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird der Erdgasbedarf auf etwa 150 Nm^ pro Tonne Eisenschwamm gesenkt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch die Zumischung von Wasserdampf das H2/CO-Verhältnis im Reduktionsgas in einem weiten Bereich eingestellt werden kann.It is known from US Pat. No. 4,046,557 to reform natural gas with top gas, which comes from a direct reduction shaft furnace, and to use the resulting reduction gas for the direct reduction of iron ore. This process requires around 300 Nm ^ of natural gas per ton of sponge iron produced. In the method according to the invention, the natural gas requirement is reduced to approximately 150 Nm ^ per ton of sponge iron. Another advantage is that the H2 / CO ratio in the reducing gas can be adjusted over a wide range by adding water vapor.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage besteht darin, Vorrichtungen zur Reinigung von Top-Gas und Generatorgas vorzusehen. Derartige Vorrichtungen können z. B. Staubabscheider und Wäscher sein.A preferred embodiment of the system according to the invention is to provide devices for cleaning top gas and generator gas. Such devices can e.g. B. dust collector and washer.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die zweite Direktreduktionsvorrichtung an ihrem oberen Ende mit der Gasleitung zu verbinden und auf diese Weise zumindest einen Teil des in der zweiten Direktreduktionsvorrichtung anfallenden Top-Gases dem Überschußgas zuzumischen und somit metallurgisch zu verwerten. Zweckmäßigerweise sollte jedoch ein Teil dieses Top-Gases zur Beheizung des Gas-Reformers eingesetzt werden. Auf jeden Fall gestattet diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage, das gesamte anfallende Top-Gas zu verwerten und den Wirkungsgrad auf über 0,80 zu erhöhen. -2- 60It has proven to be advantageous to connect the second direct reduction device at its upper end to the gas line and in this way to mix at least part of the top gas obtained in the second direct reduction device with the excess gas and thus to utilize it metallurgically. However, part of this top gas should expediently be used to heat the gas reformer. In any case, this embodiment of the system according to the invention allows the entire top gas obtained to be used and the efficiency to be increased to over 0.80. -2- 60
AT 396 255 BAT 396 255 B
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Erzeugung von Eisenschwamm aus oxidischem Eisenerz, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das Eisenerz mit einem Gas reduziert wird, welches durch Reformieren eines Gasgemisches erhältlich ist, welches Gasgemisch Top-Gas, Generator-Gas, Erdgas und gegebenenfalls Wasserdampf enthält, wobei das Top-Gas zwei Direktreduktionsvorrichtungen und das Generator-Gas einem Einschmelzvergaser entstammt.The invention also relates to a process for producing sponge iron from oxidic iron ore, which is characterized in that the iron ore is reduced with a gas which can be obtained by reforming a gas mixture, which gas mixture is top gas, generator gas, natural gas and, if appropriate, water vapor contains, the top gas from two direct reduction devices and the generator gas from a melter gasifier.
Vorteilhaft wird das Top-Gas und das Generator-Gas in gereinigtem Zustand dem Gas-Reformer zugeführt.The top gas and the generator gas are advantageously fed to the gas reformer in the cleaned state.
Eine AusfÜhrungsform der erfindungsgemäßen Anlage ist aus der Zeichnung «sichtlich und nachfolgend näh« erläutert, wobei auch Mengen angegeben sind, welche sich beispielhaft auf die pro Stunde verarbeiteten Einsatzstoffe bzw. Reaktionsprodukte beziehen.An embodiment of the plant according to the invention is explained “clearly and subsequently in more detail” from the drawing, wherein quantities are also given which relate, for example, to the starting materials or reaction products processed per hour.
Mit (1) ist ein Direktreduktionsschachtofen und mit (2) ein Einschmelzvergaser bezeichnet, die zu einer baulichen Einheit verbunden sein können. Der Direktreduktionsschachtofen (X) weist eine Einführung (3) für feinteiliges oxidisches Eisenerz (651) auf. Weiters besitzt der Direktreduktionsschachtofen im unteren Teil eine Einführung (4) für Reduktionsgas (54.000 Nm3; 800 °C) und im oberen Teil eine Ableitung (5) für das nach d« Reaktion verbleibende Top- bzw. Gichtgas.With (1) is a direct reduction shaft furnace and with (2) a melter gasifier, which can be connected to form a structural unit. The direct reduction shaft furnace (X) has an inlet (3) for finely divided oxidic iron ore (651). Furthermore, the direct reduction shaft furnace has an inlet (4) for reducing gas (54,000 Nm3; 800 ° C) in the lower part and an outlet (5) for the top or top gas remaining after the reaction.
Der Einschmelzvergaser (2) wird über den Austrag (6) des Direktieduktionsschachtofens (1) und die Einführung (7) mit vorreduziertem Material, nämlich mit Eisenschwamm, beschickt In den Einschmelzvergaser (2) mündet weiters eine Kohlezuführung (8) (481), die mit dem Kohlebunk« (9) verbunden ist. Weiters besitzt der Einschmelzvergaser (2) eine Zuführung (10) für Sauerstoff (27.300 Nm3; 25 °C) und eine Einführung (11) für rückzufühlende staubförmige Kohleteilchen.The smelting gasifier (2) is fed via the discharge (6) of the direct induction shaft furnace (1) and the introduction (7) with pre-reduced material, namely with sponge iron. A coal feed (8) (481) opens into the melting gasifier (2) is connected to the coal bunker «(9). Furthermore, the melter gasifier (2) has an inlet (10) for oxygen (27,300 Nm3; 25 ° C) and an inlet (11) for dusty coal particles to be returned.
Im mittleren Teil des Einschmelzvergasers (2) entsteht durch teilweise Vergasung der Einsatzstoffe ein Wirbelbett (12) von hoher Temperatur, in welchem das vorreduzierte Eisenschwamm-Material aufgeschmolzen wird. Flüssiges Roheisen (401; 1.500 °C) sammelt sich im Sumpf (13) am Boden des Einschmelzvergasers (2) und ist von einer Schlackenschicht (14) (12,8 t) bedeckt Das aus der zugeführten Kohle und Sauerstoff entwickelte rohe Reduktionsgas (90.000 Nm3; 1.000 °C) wird durch die Leitung (15) dem Heißzyklon (16) zugeführt Dort wird ein staubförmiges Produkt abgeschieden, das zum größten Teil aus Kohleteilchen (17) bestehtIn the middle part of the melter gasifier (2), partial gasification of the starting materials creates a fluidized bed (12) of high temperature, in which the pre-reduced iron sponge material is melted. Liquid pig iron (401; 1,500 ° C) collects in the sump (13) at the bottom of the melting gasifier (2) and is covered by a layer of slag (14) (12.8 t). The raw reducing gas (90,000 Nm3; 1,000 ° C) is fed through line (15) to the hot cyclone (16), where a dust-like product is separated, which for the most part consists of carbon particles (17)
Das gereinigte Reduktionsgas (typische Zusammensetzung des Gases: 65 % CO, 2 % CO2,25 % %, 8 % N2 und andere Gase) wird mit einer Temp«atur von 800 °C über die Leitung (18) dem Heißzyklon (16) entnommen und über die Leitung (23) der Einführung (4) des Direktreduktionsschachtofens (1) zugeführt, in einer Menge, die zur Reduktion des eisenoxidhältigen Einsatzmaterials erforderlich ist. Überschüssiges Reduktionsgas wird über die Abzweigleitung (24) in einem Einspritzkühler (25) auf etwa Raumtemperatur gekühlt und von weiteren etwa noch enthaltenen Feststoffen gereinigt. Das gereinigte Reduktionsgas wird einerseits in einem Teilstrom (Leitung (27)) zur Konditionierung des rohen Reduktionsgases (Leitung (15)) aus dem Einschmelzvergas« verwendet und andererseits üb« die Leitung (26) abgeführt (36.000 Nm3; 25 °Q und mit dem Top-Gas (typische Zusammensetzung des trockenen Gases: 39 % CO, 36 % CO2,17 % H2,1 % H2O, 8 % N2 und andere Gase) aus der Gasleitung (5), welches in einem vorgeschalteten Wäsch« (28) gereinigt und gekühlt wurde (49.000 Nm3; 25 °C), vereinigt (Überschußgas).The cleaned reducing gas (typical composition of the gas: 65% CO, 2% CO2.25%, 8% N2 and other gases) is removed from the hot cyclone (16) at 800 ° C. via line (18) and fed via the line (23) to the inlet (4) of the direct reduction shaft furnace (1) in an amount which is necessary for reducing the feedstock containing iron oxide. Excess reducing gas is cooled via the branch line (24) in an injection cooler (25) to about room temperature and cleaned of any solids that may still be present. The cleaned reducing gas is used on the one hand in a partial flow (line (27)) for conditioning the crude reducing gas (line (15)) from the melting gas and on the other hand the line (26) is removed (36,000 Nm3; 25 ° Q and with the Top gas (typical composition of the dry gas: 39% CO, 36% CO2, 17% H2, 1% H2O, 8% N2 and other gases) from the gas line (5), which is cleaned in an upstream laundry (28) and cooled (49,000 Nm3; 25 ° C), combined (excess gas).
Das in der Gasleitung (21) durch Vermischen von Reduktionsgas und Top-Gas erhaltene Überschußgas wird «findungsgemäß nach Reformieren - wie nachfolgend beschrieben - zur Erzeugung von Eisenschwamm verwendetThe excess gas obtained in the gas line (21) by mixing reducing gas and top gas is used according to the invention after reforming - as described below - to produce sponge iron
Zum Reformieren im Gas-Reformer (31) wird der Mischung aus Top-Gas und Reduktionsgas (Überschußgas; insgesamt 85.000 Nm3; 25 °C) über die Zuleitungen (29) und (30) Erdgas (16.500 Nm3; 25 °C) bzw. Wasserdampf beigemischt. Das reformierte Überschußgas wird über die Leitung (22) in den unteren Teil eines zweiten Direktieduktionsschachtofens (32) geleitet (134.000 Nm3; 800 °Q und zur Reduktion von feinteiligem Eisenerz verwendet, welches über die Einführung (33) in den Schachtofen (32) eingebracht wird (160 t). Eisenschwamm wird am unteren Ende (34) entnommen (111t) und kann brikettiert werden.For reforming in the gas reformer (31), the mixture of top gas and reducing gas (excess gas; a total of 85,000 Nm3; 25 ° C) is supplied via the feed lines (29) and (30) natural gas (16,500 Nm3; 25 ° C) or Steam added. The reformed excess gas is fed via line (22) into the lower part of a second direct induction shaft furnace (32) (134,000 Nm3; 800 ° Q and used to reduce fine-particle iron ore, which is introduced into the shaft furnace (32) via the inlet (33) (160 t). Sponge iron is removed from the lower end (34) (111 t) and can be briquetted.
Im oberen Teil wird über eine Ableitung (35) ein nach der Reaktion v«bleibendes Top- bzw. Gichtgas abgezogen (114.000 Nm3; 800 °C) und ein« weiteren Verwendung zugeführt. Zweckmäßigerweise wird das Top-Gas über den Wäscher (36) geleitet Das gewaschene Top-Gas (48.000 Nm3; 25 °C) kann dem zu reformierenden Gasgemisch üb« die Zweigleitungen (37) od« (38) zugemischt w«den. -3-In the upper part, a top gas or top gas remaining after the reaction (114,000 Nm 3; 800 ° C.) is drawn off via a discharge line (35) and a further use is supplied. The top gas is expediently passed over the scrubber (36). The washed top gas (48,000 Nm3; 25 ° C.) can be mixed into the gas mixture to be reformed via the branch lines (37) or (38). -3-
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