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Die Erfindung betrifft ein Reduktionsgefäss zur Reduktion von metalloxid haltigem Material, insbesondere von Eisenerz, mittels eines im Gegenstrom zum metalloxidhältigen Material geführten Reduktionsgases, welches Reduktionsgefäss einen Einlass für das metalloxidhältige Material, einen Einlass für das Reduktionsgas, einen Auslas für Abgas und einen Auslas für reduziertes Material aufweist, an welchen Auslas sich ein unteres Dichtbein anschliesst, wobei zur Abdichtung des Reduktionsgefässes gegen die äussere Umgebung am unteren Dichtbein eine Zuleitung für ein erstes Sperrgas vorgesehen ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Abdichten eines Reduktionsgefässes zur Reduktion von metalloxidhältigem Material, insbesondere von Eisenerz
Vorrichtungen zum Abdichten eines Reduktionsgefässes gegen die äussere Umgebung sind bekannt (Direct from Midrex, Band 14, Nr. 4, 3. Quartal 1989).
Gemäss DE 34 32 090 A1 wird schwefelhaltiges Erz in einem Schachtofen im Gegenstrom mit Reduktionsgas reduziert. Das den Ofen verlassende Abgas wird in zwei Ströme aufgeteilt, und der erste Strom wird zur Vorwärmung und Entschwefelung des Erzes, welches sich oberhalb des Schachtofens in einem Erzbunker befindet, verwendet. Der zweite Strom wird zum Zwecke der Herstellung von Reduktionsgas zusammen mit Kohlenwasserstoffen einem katalytischen Gasumwandler zugeleitet Über dem Erzbunker der in der DE 34 32 090 A1 beschriebenen Vorrichtung befindet sich ein Behälter, aus dem Erz in den Erzbunker chargiert wird. In die Verbindung zwischen diesem Behälter und dem Erzbunker wird Inertgas eingeblasen, um das Austreten von schwefelhaltigem Abgas aus dem Erzbunker über diese Verbindung zu verhindern. Mit dieser Massnahme wird somit eine Gassperre errichtet.
Aus der AT 328 481 B ist eine Vorrichtung zum Kühlen eines gasdurchlässigen Bettes von absinkenden festen Partikeln, beispielsweise von reduzierten Erzpellets am Auslas eines Reduktionsschachtofens, bekannt.
Vorrichtungen dieser Art sind auch aus der DE26 51 309 C3 und der US 4 046 557 A bekannt Bei diesen bekannten Vorrichtungen wird zum Kühlen zu einem Teil Abgas (verbrauchtes Reduktionsgas) aus dem Reduktionsschachtofen eingesetzt. Über das Abdichten des Reduktionsschachtofens gegen die äussere Umgebung, um den Austritt von im Reduktionsschachtofen befindlichen Gas zu verhindern, ist in diesen Dokumenten nichts ausgesagt
In der US 4 212 452 A ist eine Anlage beschrieben, mittels derer Eisenoxid in einem Schachtofen unter Zugabe von festem kohlenstoffhältigen Material, welches in einem oberen Bereich des Schachtofens vergast wird, und weiters unter Zuführen von CO- und H2-hältigem Reduktionsgas in einen mittleren Bereich des Schachtofens zu Eisenschwamm reduziert wird.
Das Eisenoxid wird zusammen mit dem festen kohlenstoffhältigen Material von oben in den Schachtofen eingebracht und durchwandert den Schachtofen von oben nach unten, zum Teil im Gleichstrom mit, zum Teil im Gegenstrom zu den Reduktionsgasen In einem unteren Teil des Schachtofens wird der durch Reduktion gebildete Eisenschwamm mittels kühlen, trockenen Reduktionsgases gekühlt. Der Schachtofen ist nach oben und nach unten hin jeweils mit einer mit CO2 betriebenen Gassperre abgedichtet, um das unerwünschte Entweichen von Reduktionsgas aus dem Schachtofen zu verhindern. Das CO2 wird hierbei aus dem verbrauchten Reduktionsgas durch Gaswäsche gewonnen.
Nachteilig ist bei dieser bekannten Vorrichtung, dass das Sperrgas CO2 in den Schachtofen gelangen kann, was für die Reduktion nicht erwünscht ist
Aus der US 3 850 616 A ist eine Vorrichtung bekannt, welche beispielsweise zur Direktreduktion eisenoxidhältigen Materials mittels Reduktionsgases in einem Schachtofen eingesetzt wird Das eisenoxidhältige Material durchwandert den Schachtofen von oben nach unten im Gegenstrom zum Reduktionsgas und wird im unteren Bereich des Schachtofens mit kühlem Reduktionsgas gekühlt. Um das Entweichen von Reduktionsgas aus dem Schachtofen zu vermeiden, ist am unteren Ende des Schachtofens eine mit Inertgas betriebene Gassperre vorgesehen. Nachteilig ist bei dieser bekannten Vorrichtung der hohe Verbrauch an teurem Inertgas.
Aus der US 4 248 626 A und der US 4 270 740 A sind jeweils Verfahren bekannt, bei denen eisenoxidhältiges Material in einem Schachtofen mittels Reduktionsgases reduziert wird und in einem baulich mit dem Schachtofen verbundenen Schmelzaggregat eingeschmolzen wird Im Schmelzaggregat wird durch Kohlevergasung das Reduktionsgas erzeugt. Das Reduktionsgas wird aus dem Schmelzaggregat abgezogen und vor dem Einleiten in den Schachtofen gekühlt, um ein Agglomerieren des im Schachtofen reduzierten Materials zu vermeiden.
Um zu verhindern, dass
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das sehr heisse Reduktionsgas aus dem Schmelzaggregat direkt in den Schachtofen gelangt, ist in der direkten Verbindung zwischen dem Schmelzaggregat und dem Schachtofen eine Gassperre vorgesehen
Der Anmelderin ist bekannt, dass mit Stickstoff betriebene Gassperren, welche Schachtöfen gegen die Umgebung abdichten, üblich sind. Der Nachteil derartiger Gassperren besteht in der technisch aufwendigen Herstellung von Stickstoff, die sich in hohen Kosten niederschlägt, da Stickstoff in grossen Mengen verbraucht wird.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, diesen Nachteil zu beseitigen und ein Reduktionsgefäss der eingangs beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, das mit einem kostengünstigeren Sperrgas abgedichtet werden kann.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe bei einem Reduktionsgefäss zur Reduktion von metalloxidhältigem Material, insbesondere von Eisenerz, mittels eines im Gegenstrom zum metalloxidhältigen Material geführten Reduktionsgases, welches Reduktionsgefäss einen Einlass für das metalloxidhältige Material, einen Einlass für das Reduktionsgas, einen Auslas für Abgas und einen Auslas für reduziertes Material aufweist, an welchen Auslas sich ein unteres Dichtbein anschliesst, wobei zur Abdichtung des Reduktionsgefässes gegen die äussere Umgebung am unteren Dichtbein eine Zuleitung für ein erstes Sperrgas vorgesehen ist, dadurch gelöst, dass mindestens eine weitere Zuleitung für ein weiteres Sperrgas am unteren Dichtbein vorgesehen ist,
wobei die weitere Zuleitung in Strömungsrichtung des reduzierten Materials gesehen stromabwärts zur Zuleitung für das erste Sperrgas angeordnet ist.
Beim erfindungsgemässen Reduktionsgefäss ist somit mindestens eine weitere Gassperre vorgesehen, die gegenüber den im Reduktionsgefäss ablaufenden Reaktionen nicht inert zu sein braucht und daher ein kostengünstigeres Gas sein kann. Dieses Gas übernimmt die Funktion als Hauptsperrgas. Die andere Gassperre, die mit einem gegenüber den im Reduktionsgefäss ablaufenden Reaktionen inerten Gas, z. B. Stickstoff oder Kohlendioxid, betrieben wird, übernimmt die Funktion einer Hilfsgassperre und sorgt ferner dafür, dass kein Hauptsperrgas in das Reduktionsgefäss eindringen kann. Auf diese Weise wird weit weniger Inertgas gebraucht, als dies im Stand der Technik erforderlich ist.
Zum Betreiben der Hauptgassperre kann Abgas aus dem Reduktionsgefäss eingesetzt werden In diesem Fall ist beim erfindungsmässigen Reduktionsgefäss der Auslas für Abgas leitungsmässig mit dem unteren Dichtbein verbunden, wobei ein Brenner zum Verbrennen von Abgas und eine Kühleinrichtung zum Abkühlen von im Brenner verbranntem Abgas vorgesehen sind. Auch ein Verdichter ist zweckmässigerweise vorgesehen, welcher der Kühleinrichtung nachgeschaltet ist
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Reduktionsgefässes ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Gefäss für das metalloxidhältige Material leitungsmässig mit dem Reduktionsgefäss verbunden ist, und dass an der leitungsmässigen Verbindung eine Zuleitung für ein Sperrgas zum Abdichten des Reduktionsgefässes gegen das Gefäss für das metalloxidhältige Material vorgesehen ist.
Weiters bevorzugt ist mindestens eine weitere Zuleitung für ein weiteres Sperrgas an der leitungsmässigen Verbindung des Gefässes für das metalloxidhältige Material mit dem Reduktionsgefäss, welche weitere Zuleitung mit der Zuleitung für weiteres Sperrgas zum unteren Dichtbein verbunden ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Abdichten eines Reduktionsgefässes, in dem metalloxidhältiges Material, insbesondere Eisenerz, mittels eines im Gegenstrom zum metalloxidhältigen Material gerührten Reduktionsgases reduziert wird und aus welchem reduziertes Material durch einen Auslas und ein an den Auslas anschliessendes unteres Dichtbein ausgetragen wird, wobei zum Abdichten des Reduktionsgefässes gegen die äussere Umgebung ein gegenüber den im Reaktionsgefäss ablaufenden chemischen Reaktionen inertes Gas eingesetzt wird, mit welchem eine erste Gassperre betrieben wird, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass zum Abdichten des Reduktionsgefässes gegen die äussere Umgebung ein weiteres Gas eingesetzt wird, mit welchem mindestens eine weitere Gassperre,
die sich in Strömungsrichtung des reduzierten Materials gesehen stromabwärts zur ersten Gassperre befindet, betrieben wird
Diese mindestens eine weitere Gassperre kann gemäss einer bevorzugten Ausführungsform mit einem Gas betrieben werden, das aus dem Abgas aus dem Reduktionsgefässes hergestellt wird, wobei dieses vor der Verwendung als Sperrgas einer nahezu stöchiometrischen Verbrennung und anschliessend einer Kühlung unterzogen wird. Vorteilhaft wird das weitere Gas nach dem Kühlen verdichtet.
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Gegebenenfalls wird das Abgas aus dem Reduktionsgefäss nach der nahezu stöchiometrischen Verbrennung und vor der Kühlung einer Nachverbrennung unterzogen Vorzugsweise wird dadurch das weitere Gas auf einen Sauerstoffgehalt von maximal 3 Vol.-% eingestellt
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das metalloxidhältige Material aus einem Gefäss in das Reduktionsgefäss eingebracht wird, wobei das Reduktionsgefäss gegen das Gefäss für das metalloxidhältige Material mittels eines gegenüber den im Reaktionsgefäss ablaufenden chemischen Reaktionen inerten Gases, mit welchem eine Gassperre betrieben wird, abgedichtet wird.
Vorteilhaft wird zum Abdichten des Reduktionsgefässes gegen das Gefäss für das metalloxidhältige Material ein weiteres Gas eingesetzt, mit welchem mindestens eine weitere Gassperre betrieben wird.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden an Hand der Zeichnung noch näher beschrieben In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Anlagenteile
Mit der Bezugsziffer 1 ist in der Fig. 1 ein herkömmlicher Schachtofen als Reduktionsgefäss zur Reduktion von Eisenerz bezeichnet, welches aus dem Gefäss 2, das einen Erzbunker darstellt, über das Dichtbein 3 und die Fallrohre 4 durch den Einlass 5 in den Schachtofen 1 gelangt
Reduktionsgas wird beim Einlass 6 in den Schachtofen 1 geleitet und gelangt innerhalb des Schachtofens 1 im Gegenstrom zum Eisenerz nach oben, wo es als Abgas (Topgas) den Schachtofen 1 beim Auslas 7 mit einer Temperatur von etwa 200-300 C, abhängig von der Gaszusammensetzung, verlässt. Das Eisenerz wird im Gegenstrom zum Reduktionsgas geführt und dabei durch das Reduktionsgas reduziert.
Das reduzierte Eisenerz wird durch den Auslas 8 und durch das sich daran anschliessende untere Dichtbein 9 hindurch aus dem Schachtofen 1 ausgetragen
Am unteren Dichtbein 9 ist eine Zuleitung 10 für ein erstes Sperrgas vorgesehen, mit Hilfe dessen eine erste Gassperre 11 betrieben wird. Als erstes Sperrgas wird in bekannter Weise beispielsweise Stickstoff eingesetzt. In Strömungsrichtung des reduzierten Eisenerzes gesehen stromabwärts ist die erfindungsgemässe weitere Zuleitung 12 für ein weiteres Sperrgas angeordnet, mit Hilfe dessen eine weitere Gassperre 13 betrieben wird. Das weitere Sperrgas ist erfindungsgemäss ein kostengünstigeres Gas als Stickstoff.
Mittels der beiden Gassperren 11 und 13 wird der Schachtofen 1 gegen die äussere Umgebung, d. h. gegen die umgebende Atmosphäre abgedichtet, so dass kein im Schachtofen 1 befindliches Gas durch den Auslas 8 und das untere Dichtbein 9 entweichen kann.
Die Funktion der Gassperren 11,13 wird an Hand der Figur 2 näher erläutert. Die Figur 2 zeigt einen Teil der Figur 1 in vergrössertem Massstab, wobei die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Anlagenteile stehen.
Über die Zuleitung 12 wird das erfindungsgemäss verwendete weitere Sperrgas in das untere Dichtbein 9 gedrückt. Das Sperrgas strömt im Dichtbein 9 nach unten und dichtet auf diese Weise den Schachtofen 1 gegen die äussere Umgebung ab. Um ein Eindringen des weiteren Sperrgases in den Schachtofen 1 zu verhindern, wird schachtofenseitig Stickstoff über die Zuleitung 10 in das Dichtbein 9 gedrückt. Mit den Pfeilen ist in der Fig. 2 die Strömungsrichtung des Stickstoffs bzw des erfindungsgemässen weiteren Sperrgases bezeichnet.
Um den Schachtofen 1 gegen die äussere Umgebung abzudichten, wird der Druck in der Zuleitung 12 vor dem Einmünden in das untere Dichtbein 9 auf eine dem Fachmann bekannte Weise mittels einer Vorrichtung 14 zur Differenzdruckmessung auf den im Schachtofen 1 herrschenden Druck abgestimmt. Es liegt auf der Hand, dass der Gasdruck in der Leitung 12 nach Passieren des Ventils 15 höher als der Druck des im Schachtofen 1 befindlichen Gases sein muss Die Vorrichtung 14 zur Differenzdruckmessung regelt das Ventil 15.
Zusätzlich wird der Druck in der Zuleitung 10 so eingestellt, dass im unteren Dichtbein 9 ein örtlich begrenzter Stickstoff-Gaspolster aufgebaut wird, der ein Eindringen des weiteren Sperrgases in den Schachtofen 1 wirksam verhindert, so dass die im Schachtofen 1 ablaufenden Reduktionsprozesse nicht durch das weitere Sperrgas gestört werden.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das weitere Sperrgas aus dem Abgas des Schachtofens 1 hergestellt, wie anhand von Fig. 3 näher erläutert
Das Abgas, das den Schachtofen 1 beim Auslas 7 verlässt, wird über eine Leitung 16 zumindest teilweise in einen Brenner 17 geleitet, in welchem brennbare Bestandteile des Abgases, wie z.B CO, H2 und CH4, verbrannt werden. Gegebenenfalls wird ein Teil des verbrauchten Reduktionsgases über die Leitung 16a abgeleitet. Die Bezugsziffer 18 bezeichnet die Zuführung eines sauerstoffhältigen Verbrennungsgases, z.B. Luft, in den Brenner 17 Anschliessend wird das
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verbrannte Gas, welches eine Temperatur von etwa 1800 C aufweist, in einer Kühleinrichtung 19 abgekühlt, beispielsweise auf eine Temperatur von etwa 30 C.
Die Kühleinrichtung 19 kann ein Wärmetauscher, ein Wäscher etc. sein.
Nach Passieren der Kühleinrichtung 19 wird ein Teil des abgekühlten Gases uber die Leitung 20 abgeleitet, und der verbleibende Teil wird mittels eines Verdichters 21 verdichtet und über die Zuleitung 12 als Sperrgas in das untere Dichtbein 9 geleitet. Durch das Verdichten erhöht sich die Temperatur des Gases geringfügig, z. B. auf etwa 35 C, abhängig von der Kühleinrichtung 19
Der Sauerstoffgehalt des Sperrgases sollte möglichst gering sein, um eine Rückoxidation des reduzierten Eisenerzes, welches durch das untere Dichtbein 9 aus dem Schachtofen 1 ausgetragen wird und dabei die mit dem weiteren Sperrgas betriebene Gassperre 13 durchläuft, zu vermeiden Daher ist es erforderlich, dass das Abgas aus dem Schachtofen 1 im Brenner 17 nahezu stöchiometrisch verbrannt wird.
Da eine stöchiometrische Verbrennung prozesstechnisch nicht immer leicht einzuhalten ist, kann gegebenenfalls eine Nachverbrennung 22 des Abgases vorgesehen sein.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Schachtofen 1 auch an seinem oberen Ende, und zwar gegen das Gefäss 2, mittels verbrannten Abgases abgedichtet, wie in Fig. 3 mit strichlierten Linien dargestellt.
Von der Sperrgas-Zuleitung 12 zum unteren Dichtbein 9 zweigt eine Zuleitung 23 zum oberen Dichtbein 3 ab Am oberen Dichtbein 3 ist weiters eine Zuleitung 24 für Stickstoff vorgesehen, wobei die Zuleitung 24 für Stickstoff in das obere Dichtbein 3 zwischen der Zuleitung 23 und dem Schachtofen 1 einmündet. Um den Schachtofen 1 an seinem oberen Ende gegen das Gefäss 2 abzudichten, wird mit Hilfe des Stickstoffs eine Gassperre 25 und mit Hilfe des weiteren Sperrgases eine weitere Gassperre 26 betrieben.
Der Druck in der Zuleitung 23 des weiteren Sperrgases wird vor dem Einmünden in das obere Dichtbein 3, wie vorhin an Hand des unteren Dichtbeines 9 beschrieben, auf den im oberen Teil des Schachtofens 1 herrschenden Druck abgestimmt, wobei der Gasdruck in der Zuleitung 23 nach Passieren des Ventils 27 höher als der Druck des Abgases im oberen Teil des Schachtofens 1 sein muss Die mit Stickstoff betriebene Gassperre 25 dient analog zur Gassperre 11ebenfalls als Hilfs-Gassperre und soll wirksam verhindern, dass verbranntes Abgas, welches als Hauptsperrgas dient, in den Schachtofen 1 gelangt.