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Die Erfindung betnfft eine Anlage sowie ein Verfahren zur Herstellung von Metallschwamm, insbesondere von Eisenschwamm, aus von Metallerz bzw Eisenerz, vorzugsweise in Stück- und/oder Pelletform, und gegebenenfalls Zuschlägen gebildeten Einsatzstoffen, mit mindestens einer ein CO- und H2-hältiges Einsatzgas spendenden ersten Gasquelle, einer CO2
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stammende Einsatzgas und einem eine weitere Gasquelle für ein CO- und H2-hältiges Einsatzgas bildenden Reduktionsreaktor zur Aufnahme des Metallerzes, einer Reduktionsgas-Zuleitung zu diesem Reduktionsreaktor, einer Exportgas-Ableitung aus diesem Reduktionsreaktor und einer Austragsvomchtung für das in diesem Reduktionsreaktor gebildete Reduktionsprodukt, wobei das CO2-eliminierte Einsatzgas aus der ersten Gasquelle über eine Ableitung in die Reduktionsgas- Zuleitung und weiter in den Reduktionsreaktor geführt ist,
und wobei eine Forderleitung für zumindest einen Teil des in dem Reduktionsreaktor gebildeten, als Einsatzgas dienenden Exportgases leitungsmässig über eine CO2-Eliminierungsanlage und gegebenenfalls eine Heizeinrichtung mit der Reduktionsgaszuleitung des Reduktionsreaktors verbunden ist
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Metalloxid durch Direktreduktion gebildet wird, u. zw ausschliesslich über die feste Phase, d h ohne dass es notwendig ist, den Weg über ein flüssiges Zwischenprodukt zu beschreiten.
Eine Vornchtung der oben beschriebenen Art ist aus der AT- 396. 255 B bekannt Die AT- 396 255 B betrifft eine Anlage zur Herstellung von flüssigem Roheisen und Eisenschwamm, aus von Eisenerz und Zuschlägen gebildeten Einsatzstoffen, mit einem ersten Reduktionsreaktor für Eisenerz, einem Einschmelzvergaser, einer den Einschmelzvergaser mit dem ersten Reduktionsreaktor verbindenden Zuleitung für ein im Einschmelzvergaser gebildetes Reduktionsgas, einer den ersten Reduktionsreaktor mit dem Einschmelzvergaser verbindenden Förderleitung für das im ersten Reduktionsreaktor gebildete Reduktionsprodukt, mit einer vom ersten Reduktionsreaktor ausgehenden Exportgas-Ableitung, mit in den Einschmelzvergaser mundenden Zuleitungen für sauerstoffhältige Gase und Kohlenstoffträger, und mit mindestens einem zusätzlichen Reduktionsreaktor zur Aufnahme von Metallerz,
insbesondere von weiterem Eisenerz, einer Reduktionsgas-Zuleitung zu diesem Reduktionsreaktor, einer Exportgas-Ableitung aus diesem weiteren Reduktionsreaktor und einer Austragsvorrichtung für das in diesem weiteren Reduktionsreaktor gebildete Reduktionsprodukt, wobei die Exportgas-Ableitung des ersten
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für den zusätzlichen Reduktionsreaktor ausgeht und in den zusätzlichen Reduktionsreaktor mündet und wobei eine Förderleitung für zumindest einen Teil des in dem weiteren Reduktionsreaktor
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Reduktionsgas-Zuleitung für den weiteren Reduktionsreaktor verbunden ist
Hierbei wird somit der Teil des in der Einschmelzvergasungszone gebildeten Reduktionsgases, der als Überschussgas anfällt und der weiteren Reduktionszone zugeführt wird,
nach Waschen in einem Wäscher mit dem Exportgas aus der ersten Reduktionszone vermischt und gemeinsam mit diesem einer COz-Entfernung unterzogen Die Zumischung erfolgt somit vor der CO2-Eliminierung, so dass für die beiden ein Mischgas bildenden Gasströme dieselben Bedingungen für das Eliminieren des CO2 herrschen.
Durch das Rezirkulieren von Exportgas stammend aus der weiteren Reduktionszone kommt es zu einer Stickstoffanreicherung im dieser weiteren Reduktionszone zugefühlten Redukbonsgas.
Stickstoff gelangt u a. in den Gas-Kreislauf, da es als Fördergas fur in den Einschmelzvergaser bzw die weitere Reduktionszone rückgeführte Stäube der Reduktionsgase bzw. Exportgase eingesetzt wird Dieser Stickstoff, der am Reduktionsprozess nicht beteiligt ist und der somit ausschliesslich als Ballast mitgefördert werden muss, vergrössert das Gasvolumen, das zu fördern ist, und bedingt damit einen erhöhten Druckabfall im weiteren Reduktionsreaktor und Energieaufwand.
Eine Entfemung des Stickstoffes in ausreichendem Mass aus dem der weiteren Reduktionszone zugeführten Reduktionsgas erfordert hohe Kosten ; wäre notwendig, die CO2 Eliminierungs-Einheit auf eine Arbeitsweise mit besserer Stickstoffausschleusung einzustellen, womit jedoch ein Verlust an Reduktanten verbunden wäre, denn es ist nur schwer moglich, eine CO2-Eliminierungsanlage einerseits auf maximale Reduktantenausbeute und andererseits auf maximale Ausschleusung von Stickstoff zu trimmen
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Mischgases ergibt, ist dann zu sehen, dass die CO2-Eliminierungsanlage auch hinsichtlich des Verhältnisses Reduktanten/Oxidanten und des CO/CO2-Verhältnisses nur auf die chemische Zusammensetzung des Mischgases abgestellt werden kann.
Hierdurch kann z B nicht
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berücksichtigt werden, dass eines der gewünschten Gase nur in geringerem Ausmass von CO2 befreit werden müsste, was eine Erhöhung des Gehaltes an Reduktanten ergäbe
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, eine Anlage der eingangs beschriebenen Art sowie ein Verfahren zur Herstellung von Metallschwamm, insbesondere Eisenschwamm, zu schaffen, welche eine erhöhte Wirtschaftlichkeit und eine höhere Produktion ermöglichen, u. zw. insbesondere dadurch, dass der Stickstoffgehalt im rezirkulierten Gasstrom ohne Einbusse an Reduktanten und ohne einen besonderen Energieaufwand zu erfordern, wesentlich abgesenkt werden kann.
Insbesondere stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein besonders scharfes, d. h. für die Direktreduktion besonders reaktionsfreudiges Reduktionsgas für die weitere Reduktionszone zur Verfugung zu stellen Es sollen, wenn möglich, das Verhältnis Reduktanten/Oxidanten, das Verhältnis von CO/C02 und auch der Heizwert verbessert werden.
Diese Aufgabe wird bei einer Anlage der eingangs beschriebenen Art dadurch gelost, dass mindestens zwei parallelschaltbare COrEliminierungsanlagen vorgesehen sind, von denen mindestens eine mit der Förderleitung für das im die weitere Gasquelle bildenden Reduktionsreaktor gebildete und als Recyclegas geführte Exportgas verbindbar ist, und mindestens eine C02-Eliminierungsanlage für das aus der ersten Gasquelle stammende
Einsatzgas vorgesehen ist und jede der CO2-Eliminierungsanlagen leitungsmässig mit dem die weitere Gasquelle bildenden Reduktionsreaktor verbindbar ist.
Als erste Gasquelle kann eine ' Koks- bzw. Kohlevergasungsanlage, wie z B. ein Lurgi- Vergaser, dienen, wobei z. B. ein Einsatzgas folgender chemischer Zusammensetzung gebildet wird
Tabelle
CO 15,8 - 24,6
H2 20 - 39,8
CO2 10 - 32
CH4 3,5-16,5
CnHm 0,4- 1,1
N2 0,4 - 44,2
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gasquelle von einer Anlage zur Herstellung von flüssigem Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten aus Eisenerz gebildet ist, mit mindestens einem ersten Reduktionsreaktor für Eisenerz, einem Einschmelzvergaser, einer den Einschmelzvergaser mit dem ersten Reduktionsreaktor verbindenden Zuleitung für ein im Einschmelzvergaser gebildetes Reduktionsgas,
einer den ersten Reduktionsreaktor mit dem Einschmelzvergaser verbindenden Förderleitung für das im ersten Reduktionsreaktor gebildete Reduktionsprodukt, mit einer vom ersten Reduktionsreaktor ausgehenden Exportgas-Ableitung, mit in den Einschmelzvergaser mündenden Zuleitungen für sauerstoffhältige Gase und Kohlenstoffträger und mit einem am Einschmelzvergaser vorgesehen Abstich für Roheisen und Schlacke, wobei die Exportgas-Ableitung für das im ersten Reduktionsreaktor gebildete Exportgas mit mindestens einer der C02-Eliminierungsanlagen verbindbar ist.
Hierbei wird die CO2-Eliminierungsanlage für das als Recyclegas geführte Exportgas des weiteren Reduktionsreaktors im Hinblick auf eine Minimierung des im Recyclegas enthaltenen Stickstoffes unter Inkaufnahme einer Reduzierung der in diesem Recyclegas enthaltenen Reduktanten betrieben, wogegen die CO2-Eliminierungsanlage für das im ersten Reduktionsreaktor gebildete Exportgas im Hinblick auf eine Optimierung der Reduktanten, also eine optimale CO2 Eliminierung (Ausschleusung oder Umwandlung) bei Erhalt eines möglichst hohen Reduktantenanteiles betneben wird. Das erfindungsgemäss für den weiteren Reduktionsreaktor eingesetzte Reduktionsgas weist ein wesentlich besseres Verhältnis von Reduktanten/Oxidanten, einen höheren Wasserstoffgehalt, einen genngeren Stückstoffgehalt und auch ein verbessertes CO/CO2- Verhältnis auf.
Es kann daher die Menge des dem weiteren Reduktionsreaktor zugeführten Reduktionsgases bei gleicher Reduktionsarbeit verringert werden, wodurch sich verringerte Druck Verluste ergeben. Damit einher gehen geringere umzuwalzende Gasmengen, d.h. Energieeinsparungen.
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Reduktionsgas-Zuleitung für den zusätzlichen Reduktionsreaktor.
Es ist von Vorteil, wenn die beiden CO2-Eliminierungsanlagen eingangsseitig wahlweise zwecks Gasaustausches über eine Ausgleichs-Verbindungsleitung miteinander verbindbar sind
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Hierdurch kann sich beim Reduktionsprozess an dem den Gaszusammensetzungen optimal Rechnung getragen werden
Es ist insbesondere von Vorteil, wenn jeder der CO2-Eliminierungsanlagen ein eigener Gasverdichter vorgeschaltet ist Es ist dann möglich, die unterschiedlichen Gasqualitäten den CO2 Eliminierungsanlagen mit unterschiedlichen Druckniveaus anzuliefem.
Hierbei ist wiederum zweckmässig die das Recyclegas fördernde Förderleitung mit einem Gasverdichter ausgestattet und ist die Förderleitung nach dem Gasverdichter leitungsmässig mit je
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verbindbar
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Exportgas-Ableitung des ersten Reduktionsreaktors uber je eine Zweigleitung mit jeweils einem einer C02- Eliminierungsanlage vorgeordneten Gasverdichter verbindbar ist.
Diese Ausführungsform ermöglicht nicht nur eine optimale Aufteilung der unterschiedlichen Gasstrome und das Erzielen von optimalen Druckniveaus für diese Gasströme zwecks weiterer Behandlung derselben, sondem ergibt noch die Möglichkeit, die Gas Verdichter untereinander auszutauschen bzw eine Instandhaltung für einen der Gasverdichter bei weiterlaufendem Reduktionsbetneb aufrecht zu erhalten
Ein Verfahren zur Herstellung von Metallschwamm, insbesondere Eisenschwamm, aus von Metallerz bzw.
Eisenerz, vorzugsweise in Stück- und/oder Pelletform, und gegebenenfalls Zuschlägen gebildeten Einsatzstoffen, mit einer Anlage der oben beschriebenen Art, wobei ein aus
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gegebenenfalls einer Aufheizung unterzogen wird und als zumindest weitgehend CO2-freies Reduktionsgas mindestens einer eine weitere Gasquelle bildenden Reduktionszone zur Direktreduktion von Metallerz, insbesondere von Eisenerz zugeführt und nach Umsetzung mit dem Erz als Exportgas abgezogen und dieses Exportgas zumindest teilweise als Recyclegas fur die
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unterworfen wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das aus der ersten Gasquelle stammende Einsatzgas als auch das aus der eine weitere Gasquelle bildenden Reduktionszone rückgeführte Recyclegas jeweils separat für sich einer eigenen CO2-Eliminierung unterworfen werden.
Eine bevorzugte Verfahrensvanante ist dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzgas dadurch gebildet Wird, dass zur Herstellung von flüssigem Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten aus Eisenerz das Eisenerz in einer ersten Reduktionszone zu Eisenschwamm direkt reduziert wird, der Eisenschwamm in einer Einschmelz-Vergasungszone unter Zufuhr von Kohlenstoffträgem und sauerstoffhältigem Gas erschmolzen und ein CO- und H2-hältiges Reduktionsgas erzeugt wird, welches in die erste Reduktionszone eingeleitet, dort umgesetzt und als das Einsatzgas bildende Exportgas abgezogen wird.
Eine Minimierung des im Recyclegas enthaltenen Stickstoffes lässt sich mit besonderem Vorteil
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erfolgt.
Unter besonderen Umständen bei Einsatz besonders minderwertiger Kohle im Einschmelzvergaser wird für den Fall, dass ein Teil des Reduktionsgases aus der Einschmelzvergasungszone dem Exportgas der ersten Reduktionszone beigemischt wird, dieser Teil vor der CO2-Eliminierung einer Teerabscheidung unterworfen, wogegen das aus der zweiten Reduktionszone stammende Recyclegas hinsichtlich seines Teergehaltes unverändert der C02- Eliminierung unterzogen wird.
Zweckmässig wird das aus der weiteren Reduktionszone stammende Recyclegas in zwei
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Eliminierung unterworfen.
Eine weitere vorteilhafte Vanante ist dadurch gekennzeichnet, dass das aus der ersten Gasquelle bzw ersten Reduktionszone stammende Einsatz- bzw Exportgas in zwei Teilstrome aufgeteilt wird und ein Teilstrom dem aus der zweiten Reduktionszone stammenden Recyclegas, vorzugsweise zumindest einem Teilstrom desselben, zugemischt wird und dass jeder der Teilströme einer CO2-Eliminierung unabhängig vom abgezweigten Teilstrom unterworfen wird
Zur Einstellung unterschiedlich hoher Druckniveaus in den CO2-Eliminierungsanlagen wird vorteilhaft jeder der Teilstrome des Exportgases bzw des Recyclegases gegebenenfalls nach
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Mischung mit einem Teilstrom des Recyclegases bzw. des Exportgases für sich vor Durchfuhrung
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Mit unterschiedlichen Druckniveaus können andere Wirkungsgrade für die Ausschleusung einzelner Komponenten eingestellt werden.
Die Erfindung betrifft weiters ein handelsfähiges Produkt, wie Walzgut erzeugt aus Roheisen oder Stahlvorprodukten, hergestellt nach dem erfindungsgemässen Verfahren.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand dreier in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei die in der Zeichnung dargestellten Fig 1 bis 3 jeweils Verfahrensschemata nach jeweils einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen
In einen ersten, einen Reduktionsreaktor 1 bildenden Schachtofen wird von oben über eine Fördereinrichtung 2 stückiges Eisenerz und/oder Eisenerz in Pelletform über ein nicht dargestelltes Schleusensystem, gegebenenfalls zusammen mit Zuschlagstoffen unter Bildung eines bewegten Bettes, chargiert Der Schachtofen 1 steht mit einem Einschmelzvergaser 3 in Verbindung, in dem aus Kohle und sauerstoffhaltigem Gas ein Reduktionsgas erzeugt wird, welches über eine Zuleitung 4 dem Schachtofen 1 zugeführt wird,
wobei in der Zuleitung 4 gegebenenfalls eine Gasreinigungseinrichtung 4' für eine Trocken-Entstaubung vorgesehen ist
Unter bewegtem Bett wird allgemein ein sich kontinuierlich bewegender Materialstrom verstanden, dessen sich bewegende Teilchen mit einem strömenden Reduktionsgas in Kontakt gelangen. Vorzugsweise kommt ein sich kontinuierlich infolge Schwerkraftwirkung nach unten bewegender Materialstrom zur Anwendung.
Als Reduktionsreaktor kann anstelle eines Schachtofens 1 beispielsweise auch ein Reaktor mit einer Venturi-Wirbelschicht, einer zirkulierenden Wirbelschicht, einem Fliessbett oder ein Reaktor mit Wanderrost bzw. ein Drehrohrofen vorgesehen sein.
Der Einschmelzvergaser 3 weist eine Zuführung 5 für feste Kohlenstoffträger, eine Zuführung 6 für sauerstoffhältige Gase sowie gegebenenfalls Zuführungen 7 für bei Raumtemperatur flussige oder gasförmige Kohlenstoffträger, wie Kohlenwasserstoffe, sowie für gebrannte Zuschläge auf. In dem Einschmelzvergaser 3 sammelt sich unterhalb der Einschmelzvergasungszone 8 schmelzflüssiges Roheisen 9 und schmelzflüssige Schlacke 10, die über einen Abstich 11 abgestochen werden.
Das im Schachtofen 1 in einer Direktreduktionszone 12 zu Eisenschwamm reduzierte Eisenerz wird zusammen mit den in der Direktreduktionszone 12 gebrannten Zuschlägen über eine den Schachtofen 1 mit dem Einschmelzvergaser 3 verbindende Forderleitung 13 zugeführt, beispielsweise mittels Austragsschnecken etc.. An dem oberen Teil des Schachtofens 1 schliesst eine Exportgas-Ableitung 14 für das in der Direktreduktionszone 12 aus Reduktionsgas entstehende Exportgas an
Das über die Exportgas-Ableitung' 14 abgezogene Exportgas wird zunächst einer Reinigung in einem Wäscher 15 unterzogen, um es möglichst vollständig von Staubpartikeln zu befreien und den Wasserdampfgehalt zu erniedrigen, so dass es dann einer weiteren Verwendung zur Verfügung steht Anschliessend gelangt das Exportgas mit Hilfe eines Gasverdichters 16 in eine CO2 Eliminierungsanlage 17 (z.
B. ein CO2=Wäscher oder eine Druckwechsel-Adsorptionsanlage), in der es möglichst weitgehend von CO2 befreit wird. Das aus der CO2-Entfernungsanlage 17 austretende Abgas wird gegebenenfalls einer Entschwefelungseinrichtung 18 zugeführt. Das so von CO2 gereinigte Exportgas wird über eine Reduktionsgas-Zuleitung 19 einem zweiten, als Schachtofen 20 ausgebildeten Reduktionsreaktor, der wie der erste Schachtofen 1 ebenfalls ein bewegtes Bett aufweist und im Gegenstromprinzip arbeitet, zugeführt In diesem zweiten Schachtofen 20 wird Metallerz, vorzugsweise Eisenerz in Stück- und/oder Pelletform in einer Reduktionszone 21 direktreduziert Die Erzzuleitung ist mit 20' und die Eisenschwamm-Ausbringeinnchtung mit 20" bezeichnet.
Im zweiten Schachtofen 20 konnten auch Metallerze, wie Kupfer-, Blei-, Nickel- und Kobalterze, einer Teil- oder Fertigreduktion unterzogen werden.
Da das Exportgas durch die Reinigung eine starke Abkühlung erfahren hat, wird es vor Einleitung in den zweiten Reduktions-Schachtofen 20 einer Aufheizung unterzogen Die Aufheizung erfolgt vorzugsweise in zwei Stufen: Zunächst wird das gereinigte Exportgas in einer ersten Stufe einer indirekten Aufheizung unterzogen, wobei eine hierzu dienende Heizeinrichtung 22 als Wärmetauscher ausgebildet ist Der Wärmetauscher 22 (Rekuperator) wird mit gereinigtem Exportgas, das aus dem zweiten Reduktions-Schachtofen 20 über eine Leitung 23 abgezogen wird, betrieben Zusätzlich wird noch über eine Leitung 24 sauerstoffhältiges Gas (Sauerstoff liegt in Molekülform vor), wie Luft, dem Brenner des Wärmetauschers 22 zugeführt.
Anschliessend wird
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das aufgeheizte Exportgas einer Nachverbrennung unterzogen, u zw. in der Nachverbrennungseinrichtung 25, in der ein Teil des gereinigten Exportgases unter Sauerstoffzuführung 26 verbrannt wird. Hierdurch erreicht das gereinigte Exportgas die fur die Reduktion im zweiten Reduktions-Schachtofen 20 erforderliche Temperatur, die in einem Temperaturbereich zwischen 600 und 900 C liegt Fur H2-reiche Reduktionsgase ist auch ein Temperaturbereich über 900 C in Betracht zu ziehen.
Das aus dem zweiten Reduktions-Schachtofen 20 abgezogene Exportgas wird ebenfalls einer Reinigung und Kühlung im Exportgaswäscher 27 unterzogen, um es von Staubpartikeln zu saubern und den Wasserdampfgehalt zu erniedrigen, worauf es einer weiteren Verwendung zugeführt werden kann Ein Teil des Exportgases wird über die Leitung 23 dem Wärmetauscher 22 zugeführt. Ein weiterer Teil des im zweiten Reduktions-Schachtofen 20 anfallenden Exportgases wird über einen Gasverdichter 28 einer eigenen CO2 Eliminierungsanlage 29, die gemäss Fig 1 als Reformer ausgebildet ist, zugeführt, u.zw. über die Forderleitung 30, und steht dann nach der CO2 Eliminierung als Recycle- Reduktionsgas dem zweiten Reduktions- Schuchtofen 20 zur Verfugung Ein Teil des Exportgases des zweiten Reduktions-Schachtofens 20 wird über die Exportgasleitung 31 anderen Verwendungszwecken zugeführt.
Zur Feuerung für den Reformer 29 kann ein Teil des im weiteren Reduktions-Schachtofen 20 gebildeten Exportgases herangezogen werden.
Ein Teil des im Einschmelzvergaser 3 gebildeten Reduktionsgases wird über einen Wascher 32 und über eine Leitung 33 mit Gasverdichter 34 im Kreislauf wieder in die Zuleitung 4 eingespeist, um das in sehr heissem Zustand aus dem Einschmelzvergaser 3 austretende Reduktionsgas vor Eintritt in die Gasreinigungseinrichtung 4' zu konditionieren, insbesondere auf einen für den Direktreduktionsprozess im Schachtofen 1 günstigen Temperaturbereich zu kühlen.
Über eine Ausgleichsleitung 35 kann gegebenenfalls Überschuss- Reduktionsgas dem aus dem Schachtofen 1 austretenden Exportgas zwecks Konstanthaltung des Systemdruckes zugemischt werden Dieses Überschuss- Reduktionsgas wird gegebenenfalls einer Teerabscheidung, z. B in einer Teerfalle, in der sich Teer des durch ein Schüttbett hindurchgeleiteten Überschuss- Reduktionsgases am Schüttmaterial ablagert, unterworfen, um eine Teerablagerung in der CO2 Eliminierungsanlage auszuschliessen.
Das im Reformer 29 einer C02-Eliminierung unterzogene, aus dem weiteren Reduktionsreaktor 20 stammende Exportgas bedarf infolge der im Reformer stattfindenden Erwärmung keiner Aufheizung vor Rückführung in den weiteren Reduktionsreaktor 20, aus welchem Grund die Förderleitung 30 in den zwischen der Heizeinrichtung 22,25 und dem weiteren Reduktionsreaktor 20 angeordneten Teil der Reduktionsgaszuleitung 19 einmündet. Hier bildet der Reformer selbst die Heizanlage.
Gemäss der in Fig. 2 dargestellten Verfahrensvanante ist die CO2-Eliminierungsanlage für das aus dem ersten Reduktionsreaktor stammende Exportgas als Reformer 17' ausgebildet, so dass das aus dem Reformer 17' austretende und nunmehr als Reduktionsgas für den weiteren Reduktionsschacht 20 zur Verfügung stehende Gas keiner weiteren Aufheizung unterzogen
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Heizeinrichtung.
Für das aus dem weiteren Reduktionsreaktor 20 als Recyclegas rückgefühlte Exportgas ist die
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ausgebildet. In diesem Fall muss das aus dieser Anlage 29' stammende und dem weiteren Reduktionsreaktor 20 als Reduktionsgas dienende Gas einer Aufheizung in einer Aufheizanlage 22' unterworfen werden.
Gemäss der in Fig. 3 dargestellten Verfahrensvanante sind die beiden jeweils einem Gasstrom aus dem ersten Reduktionsreaktor 1 und dem zweiten Reduktionsreaktor 20 zugeordneten CO2 Eliminierungsanlagen 17 und 29' jeweils als COz-Wäscher oder als Druckwechsel-
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austretenden Gase münden in eine gemeinsame Reduktionsgaszuleitung 19 und werden weiters gemeinsam einer Aufheizung in einer Heizeinrichtung 22 und einer Nachverbrennungseinrichtung 25 unterzogen.
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über zwei parallelgeschaltete Gas Verdichter 16 und 28' sowie einen zusätzlichen, in der Förderleitung 30 vorgesehenen und wahlweise einem der beiden parallelgeschalteten Gasverdichter 16 und 28' in Serie zuschaltbaren Gas Verdichter 28 Gemäss diesem Konzept kann eine getrennte Fahrweise der Gasverdichter 28 und 28' für das uber die Forderleitung 30
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recyclierte Exportgas, die dann in Serie geschaltet sind (28 in Sene zu 28'), bei gleichzeitig vollem Betrieb des Gasverdichters 16 eingestellt werden.
Das uber die Förderleitung 30 recyclierte Exportgas des weiteren Reduktionsreaktors kann mittels Zweigleitungen 36 in zwei Teilströme aufgeteilt werden, und jeder Teilstrom unmittelbar uber die beiden parallelgeschalteten Gasverdichtem 16 und 28' in die Exportgas-Ableitung 14 des ersten Reduktionsreaktors 1 eingespeist werden. Weiters ist auch das aus dem ersten Reduktionsreaktor 1 stammende Exportgas mittels Zweigleitungen 37 in zwei Teilströme, die den Gasverdichtem 16 und 28' zuleitbar sind, aufteilbar Hierdurch ist es moglich, die den CO2
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Wirkungsweisen dieser CO2-Eliminierungsanlagen 17 und 29' anzupassen, indem der Prozentsatz des aus der weiteren Reduktionszone 21 stammenden recyclierten Exportgases im aus der ersten Reduktionszone 12 stammenden Exportgas variiert wird.
Die beiden jeweils von einem Gasverdichter 16 bzw. 28' zu einer CO2-Eliminierungsanlage 17 bzw 29' führenden Leitungen sind mittels einer Ausgleichs-Verbindungsleitung 38 verbindbar, wodurch die getrennte Lieferung von unterschiedlichen Gasqualitäten bei unterschiedlichen
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Aus Fig. 3 ist erkennbar, dass alle Gasleitungen mit einstellbaren Ventilen ausgestattet sind, die gegebenenfalls in Abhängigkeit von Gaszusammensetzungen und Gasmengen sowie Temperaturen etc regelbar sind Dies gilt auch für die in den Fig 1 und 2 dargestellten Gasleitungen.
Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Beispieles näher erläutert (die Tabellenwerte sämtlicher Tabellen sind - soferne nicht anders angegeben - Volumsprozente und sind gerundet)
Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Beispieles näher erläutert (die Tabellenwerte samtlicher Tabellen sind - soferne nicht anders angegeben - Volumsprozente und sind gerundet)
Bei der Erzeugung von Roheisen in einer Menge von 80 t/h im Direktreduktionsverfahren im Reduktionsreaktor 1 und dem nachgeordneten Einschmelzvergaser 3 kommt es zur Bildung von aus dem Reduktionsreaktor 1 ausströmendem Exportgas gemäss der in Tabelle I angegebenen Zusammensetzung
Tabelle I
CO [%] 47
CO2 [%] 25
H2 [%] 22
H20 [%] 2 H2S ppm 100
N2, Ar [%] 3
CH4 [%] 1
Dieses Exportgas fallt in einer Menge von 167.411 Nm3/h an.
Es wird in einer CO2 Eliminierungsanlage 17, die als Druckwechsel-Adsorptionsanlage ausgebildet ist, einer CO2
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gemäss nachstehender Tabelle 11 in einer Menge von 51.176 Nm3/h an.
Tabelle 11
CO [%] 14
CO2 [%] 75
H2 [%] 3
H2O [%] 6
H2S ppm 300
N2, Ar [%] 1
CH4 [%] 1
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Nm /h an und weist die in Tabelle 111 angegebene chemische Zusammensetzung auf
Tabelle 111
CO [%] 62
CO2 [%] 3
H2 [%] 30
H20 [%] 0
H2S ppm < 100
N2, Ar [%] 4
CH4 [%] 1
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Es steht dann nach einer Aufheizung als Reduktionsgas für den weiteren Reduktionsreaktor 20 zur Verfügung Vor der Aufheizung wird es noch mit einem aus dem weiteren Reduktionsreaktor 20
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aus dem weiteren Reduktionsreaktor 20 entweichende Exportgas weist eine Zusammensetzung gemass nachstehender Tabelle IV auf Es fällt in einer Menge von 178.696 Nm3/h an
Tabelle IV
CO [%] 39
CO2 [%] 25
H2 [%] 21
H2O [%] 6
H2S ppm < 100
N2, Ar [%] 7
CH4 [%] 2
Eine Teilmenge dieses Exportgases,
nämlich 122 529 Nm-Vh, werden der CO2
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Menge von 46.467 Nm3/h mit der in Tabelle V angegebenen chemischen Zusammensetzung
Tabelle V
CO [%] 20
CO2 [%] 67
H2 [%] 3
H20 [%] 5
H2S ppm < 100
N2, Ar [%] 4
CH4 [%] 1
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Reduktionsgas für den weiteren Reduktionsreaktor 20 zur Verfügung steht, u.
zw nach Mischung mit dem aus dem ersten Reduktionsreaktor 1 stammenden Exportgas, fällt in einer Menge von 74 626 Nm3/h an und weist die in Tabelle VI angegebene chemische Zusammensetzung auf
Tabelle VI
CO [%] 53
CO2 [%] 1
H2 [%] 34
H20 [%] 0
H2S ppm < 100
NA AR% 10
CH4 [%] 2
Nach einer Aufheizung dieses aus den beiden C02-gereinigten Exportgasen gebildeten Gasgemisches, das eine chemische Zusammensetzung gemäss Tabelle VII aufweist und in einer Menge von 191.625 Nm3/h anfällt, wird dieses Gasgemisch dem weiteren Reduktionsreaktor 20 zur Bildung von 100 t/h Eisenschwamm zugeführt.
Tabelle VII
CO [%] 55,5
CO2 [%] 4,7
H2 [%] 30,3
H20 [%] 1,5
H2S ppm < 100
N2, Ar [%] 6,5
CH4 [%] 1,5
Im Vergleich zu obigem erfindungsgemässem Verfahren ist nachstehend ein Beispiel gemäss dem Stand der Technik wiedergegeben, gemäss dem ebenfalls 80 t/h Roheisen und 100 t/h Eisenschwamm erzeugt werden.
In einem ersten Reduktionsreaktor wird Exportgas in einer Menge von 167.411 Nm3/h mit der in Tabelle VIII angegebenen chemischen Zusammensetzung gebildet - sie ist identisch mit der in Tabelle I angegebenen chemischen Zusammensetzung
Tabelle VIII
CO [%] 47
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CO2 [%] 25
H2 [%] 22
H20 [%] 2
H2S ppm 100
N2, Ar [%] 3
CH4 [%] 1
Dieses Exportgas wird nach einer Verdichtung einer CO2-Eliminierung gemeinsam mit einem in einem weiteren Reduktionsreaktor gebildeten Exportgas unterzogen Das aus dem weiteren Reduktionsreaktor rezirkulierte Exportgas weist eine Zusammensetzung gemäss Tabelle IX auf Es fällt in einer Menge von 1 88.872 Nm3.h an und wird in einer Menge von 128 000 Nm3/h rezirkuliert
Tabelle IX
CO [%] 39
CO2 [%] 25
H2 [%] 20
H20 [%] 6 H2S ppm < 100
N2,
Ar [%] 8
CH4 [%] 2
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Menge von 90.174 Nm3/h mit der in Tabelle X wiedergegebenen chemischen Zusammensetzung anfällt.
Tabelle X
CO [%] 13
CO2 [%] 76
H2 [%] 3
H20 [%] 6
H2S ppm 200
N2, Ar [%] 1
CH4 [%] 1
Das von CO2 befreite Exportgas steht nach einer Erhitzung in einer Menge von 200.552 Nm3/h mit der in Tabelle XI wiedergegebenen chemischen Zusammensetzung dem weiteren Reduktionsreaktor als Reduktionsgas zur Verfügung.
Tabelle XI
CO [%] 55,7
CO2 [%] 5,6
H2 [%] 28,4
H20 [%] 1,4
H2S ppm < 100
N2, Ar [%] 7,4
CH4 [%] 1,5
Das umgesetzte Reduktionsgas entweicht in einer Menge von 188 872 Nm3/h mit der in Tabelle IX wiedergegebenen chemischen Zusammensetzung.
Vergleicht man das erfindungsgemässe Verfahren mit dem Stand der Technik, so ist zu erkennen, dass für das dem weiteren Reduktionsreaktor 20 zugeführte Reduktionsgas das Verhältnis von Reduktanten/Oxidanten um etwa 15 % verbessert wurde Es beträgt beim Stand der Technik etwa 12,0 und gemäss der Erfindung etwa 13,8 Das erfindungsgemäss gebildete Reduktionsgas ist daher wesentlich schärfer, d. h. reduktionsfreudiger. Es hat einen höheren Wasserstoffgehalt (etwa 2 %) und es ist auch das CO/CO2-Verhältnis wesentlich verbessert (etwa 19 %). CO2 findet sich im erfindungsgemäss gebildeten Reduktionsgas nur noch in einer Menge von 84 % von dem gemäss dem Stand der Technik gebildeten Reduktionsgas.
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