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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von flüssigem Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten und Eisenschwamm aus von Eisenerz, insbesondere in Stück-und/oder Pelletform, und gegebenenfalls Zuschlägen gebildeten Einsatzstoffen, wobei die Einsatzstoffe In einer Reduktionszone zu Eisenschwamm direkt reduziert werden, der Eisenschwamm in einer Einschmeizvergasungszone unter Zufuhr von Kohlenstoffträgem und sauerstoffhältigem Gas erschmolzen und ein CO-und H -hättiges Reduktionsgas erzeugt wird, welches in die Reduktionszone eingeleitet, dort umgesetzt und als Exportgas abgezogen wird,
und wobei das abgezogene Exportgas einer CO2-Eliminierung unterzogen und als zumindest weitgehend CO2freies Reduktionsgas gemeinsam mit einem Teil des in der Einschmelzvergasungszone gebildeten Reduktionsgases zur Erzeugung von Eisenschwamm mindestens einer weiteren Reduktionszone zur Direktreduktion von in Stück- undloder Pelletform vorliegendem Eisenerz zugeführt wird, sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
Ein Verfahren dieser An ist aus der AT-396. 255 B bekannt Hierbei wird der Teil des in der Einschmeizvergasungszone gebildeten Reduktionsgases, der als Oberschussgas anfällt und der weiteren Reduktionszone zugeführt wird, in einem Wäscher gewaschen, anschliessend mit dem Exportgas vermischt und schliesslich gemeinsam mit dem Exportgas einer CO2-Entfemung unterzogen.
Die Zumischung dieses Teiles des Reduktionsgases zum Exportgas erfolgt somit vor der CO2-Entfernung, so dass die beiden Reduktionsprozesse - die jeder für sich ein Schwingungen unterworfenes System verkörpern-an einer Stelle miteinander verknüpft sind, die-vom Gasstrom her gesehen-knapp nach dem ersten Reduktionsprozess und weit vom zweiten Prozess liegt Hierdurch ist es möglich, Auswirkungen von Schwingungsübertragungen zwischen den Systemen, Resonanzen und Rückkopplungen betreffend Gasmengendurchsätze, Gaszusammensetzungen und Gastemperaturen gering zu halten bzw. zu vermeiden, u. zw. durch ein Vergleichmässigen bzw Dämpfen der Abweichungen von den vorgesehenen gewünschten Werten. Z.
B. ergeben sich Gasvolumens- und Gasströmungsschwankungen aus der Forderung, den Systemdruck des Einschmelzvergasers zwecks Erzeugung eines Reduktionsgases von gleichbleibender Qualität konstant zu halten. Sobald der Druck im Einschmelzvergaser zu hoch wird, erfolgt eine Entspannung durch vermehrtes Einleiten von Reduktionsgas in die Exportgasleitung.
Die Dimensionierung einer CO2-Entfemungsanlage richtet sich neben anderen Kriterien wesentlich nach dem dieser Anlage zugeführten Volumenstrom, wobei gemäss der AT-396. 255 B der Reduktionsgasstrom, mit dem maximal gerechnet werden muss, Berücksichtigung finden muss. Du die CO2-Entfernungsanlage einen wesentlichen Anteil an den Gesamtinvestitionen einer Anluge zur Durchführung eines einleitend beschriebenen Verfahrens ausmacht, sind die Investitionskosten für eine Anlage gemäss der AT-396. 255 B sehr hoch.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, das aus der AT-396. 255 B bekannte Verfahren und die aus diesem Dokument bekannte Anlage dahingehend weiterzuentwickeln, dass eine wesentliche Einsparung an Investitionskosten möglich ist Insbesondere soll auch eine Herabsetzung der zur Herstellung des Produktes eingesetzten Energie möglich sein.
Dieses Ziel der Erfindung wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art dadurch erreicht, dass ein Teil des in der Einschmelzvergasungszone erzeugten Reduktionsgases abgezweigt und der weiteren im Festbettverfahren arbeitenden Reduktionszone unter Umgehung der CO2-Elminierung zugeleitet wird
Erfindungsgemäss kann somit eine Anlage zur CO2-Eliminierung für eine erheblich geringere Kapazität bemessen werden, wodurch sich die Investitionskosten erheblich erniedrigen. Überraschenderweise zeigt sich, dass eine Verlegung der Verknüpfungsstelle der beiden Reduktionsprozesse naher zur weiteren Reduktionszone keine den Gesamtprozess störenden Folgen zeigt.
Für den Fall, dass mit erheblichen Gasvolumens- bzw. Gasströmungsschwankungen zu rechnen ist, ist eine Schwingungsdämpfung durch Sicherungsmassnahmen, wie eine Pufferung, möglich, so dass auch in diesem Fall die erfindungsgemäss erzielten Vorteile voll zum Tragen kommen
In einer prioritätsälteren österreichischen Patentanmeldung ist ein Verfahren beschrieben, bei dem Stückerz in einer Festbett-Direktreduktionszone zu Eisenschwamm reduziert wird, der Eisenschwamm in einer Einschmelzvergasungszone unter Zufuhr von Kohlenstoffträgem und sauerstoffhältigem Gas erschmolzen und ein CO und H2-hältiges Reduktionsgas erzeugt wird, das in die Festbett-Direktreduktionszone eingeleitet, dort umgesetzt und als Topgas abgezogen wird,
und Feinerz in einer Wirbelbett-Direktreduktionszone im Wirbelbett-Verfahren zu Eisenschwamm reduziert wird, wobei der Wirbelbett-Direktreduktionszone Topgas aus der FestbettDirektreduktionszone und/oder in der Einschmeizvergasungszone erzeugtes Reduktionsgas, die
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einer COz-Entfemung und einer Aufheizung unterzogen werden, sowie in der WirbelbettDirektreduktionszone entstehendes Abgas zugeführt und als Abgas abgezogen wird. Hierbei kann das in der Einschmeizvergasungszone gebildete Reduktionsgas unter Umgehung der CO2- Entfernung der Wirbelbett-Direktreduktionszone zugeführt werden.
Vorteilhaft wird erfindungsgemäss der abgezweigte Teil des Reduktionsgases vor Einleitung in die weitere Festbett-Direktreduktionszone mit dem der CO2-Eliminierung unterzogenen Exportgas unter Bildung eines Misch-Reduktionsgases vermischt.
Wenn auf eine besondere Staubfreiheit des Reduktionsgases, das der FestbettDirektreduktionszone zugeführt wird Wert gelegt wird, ist es vorteilhaft, dass der abgezweigte Teil des Reduktionsgases einer Entstaubung und einer Wüsche unterzogen wird und das MischReduktionsgas einer Aufheizung unterworfen wird
Eine weitere wesentliche Einsparung an Investitionskosten und an Energieaufwand für die Herstellung des Roheisens bzw. Stahlvorproduktes lässt sich dadurch erzielen, dass nur das der der COz-Etiminierung unterzogene Exportgas einer Aufheizung unterzogen wird und nach dem Aufheizen mit dem abgezweigten Teil des Reduktionsgases vermischt wird, wobei vorteilhaft der abgezweigte Teil des Reduktionsgases lediglich einer Entstaubung, jedoch keiner Wäsche, unterzogen wird.
Hierbei wird also der abgezweigte Teil des Reduktionsgases lediglich einer Grobreinigung unterzogen und in sehr heissem Zustand mit dem der Aufheizung unterzogenen Exportgas gemischt Somit kann die Einrichtung zur Aufheizung wesentlich kleiner dimensioniert werden, du ein wesentlich geringerer Volumenstrom an Gas aufzuheizen ist Zudem bewirkt das noch heisse abgezweigte Reduktionsgas, dass das Exportgas nur auf eine geringere Temperatur aufgeheizt werden muss.
Der im abgezweigten Reduktionsgas noch enthaltene Reststaubgehalt wird durch die Zumischung zu dem aufgeheizten Exportgas derart verdünnt, dass keine Beeinträchtigung der Reduktion in der Festbett-Direktreduktionszone stattfindet.
Eine bevorzugte Variante ist dadurch gekennzeichnet, dass der abgezweigte Teil des Reduktionsgases einer Entstaubung und einer Wäsche unterzogen wird und das der CO2Eliminierung unterzogene Exportgas auf eine Temperatur aufgeheizt wird, die über vorzugsweise gering über der gewünschten Reduktionsgastemperatur für die weitere Reduktionszone liegt Hierdurch gelingt es, den abgezweigten Teil des Reduktionsgases in sehr reinem, jedoch kühlerem Zustand dem von C02 gereinigten Exportgas zuzumischen, wobei jedoch die Investitionskosten für die Heizeinrichtung gegenüber dem Stand der Technik niedriger sind. Das Verfahren ist zudem einfach durchführbar, da das abgezweigte Reduktionsgas in kühlerem Zustand leichter handhabbar ist und daher auch nur geringe Anlageninvestitionen erfordert.
Vorteilhaft wird zwecks Konstanthaltung der Systemdrücke und Volumsströme der abgezweigte Teil des Reduktionsgases hinsichtlich eines Überschusses vor Einleitung in die weitere Reduktionszone gespeichert.
Zur Minimierung von Schwingungsübertragungen von einem Reduktionsprozess zum anderen werden vorteilhaft Druckschwankungen in der Einschmeizvergasungszone durch Zumischen eines Teiles des in der Einschmeizvergasungszone gebildeten Reduktionsgases zum aus der Reduktionszone abgezogenen Exportgas vor Durchführung der COs-Eiminierung des Exportgases ausgeglichen.
Eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens mit einem Reduktionsofen für Eisenerz, vorzugsweise in Stück- undloder Pellefform, einem Einschmelzvergaser, einer den Einschmelzvergaser mit dem Reduktionsofen verbindenden Zuleitung für ein Reduktionsgas, einer den Reduktionsofen mit dem Einschmelzvergaser verbindenden Förderleitung für das im Reduktionsofen gebildete Reduktionsprodukt (Eisenschwamm), mit einer vom Reduktionsofen ausgehenden Exportgas-Ableitung, mit in den Einschmelzvergaser mündenden Zuleitungen für sauerstoffhältige Gase und Kohlenstoffträger, einem am Einschmelzvergaser vorgesehenen Abstich für Roheisen und Schlacke und mit einem zusätzlichen Festbettreaktor zur Aufnahme von Eisenerz in Stück- undloder Pellefform,
einer Reduktionsgas-Zuleitung zu diesem Festbettreaktor, einer Abgas-Ableitung aus diesem Festbettreaktor und einer Austragsvorrichtung für das in diesem Festbettreaktor gebildete Reduktionsprodukt ist dadurch gekennzeichnet, dass die ExportgasAbleitung des Reduktionsofens in eine CO2-Eliminierungsanlage mündet, von der die Reduktionsgas-Zuleitung des zusätzlichen Festbettreaktors ausgeht, die über eine Heizeinrichtung für das von COz gereinigte Exportgas in den zusätzlichen Festbettreaktor mündet, und dass von der den Einschmelzvergaser mit dem Reduktionsofen verbindenden Zuleitung für das Reduktionsgas
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eine Zweigleitung ausgeht, die unter Umgehung der CO2-Eliminierungsanlage in die Reduktionsgas-Zuleitung des zusätzlichen Festbettreaktors mündet.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform mündet die Zweigleitung sowohl unter Umgehung der CO2-Eliminierungsanlage als auch unter Umgehung der Heizeinrichtung, die gegebenenfalls eine Nachverbrennungseinrichtung inkludiert, in die Reduktionsgas-Zuleitung des zusätzlichen Festbettreaktors.
Vorteilhaft ist in der Abzweigleitung ein Pufferspeicher vorgesehen, wobei zweckmässig der Pufferspeicher mit einer Bypass-Leitung überbrückbar ist.
Zur Minimierung von Schwingungsübertragungen zwischen den beiden Reduktionsprozessen ist zweckmässig die Zweigleitung über eine Ausgleichsleitung mit der Exportgasableitung vor Einmünden derselben in die CO2-Eliminierungsanlage verbindbar
Die Erfindung betrifft weiters die Verwendung von nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Roheisen- oder Stahivorprodukten zur Erzeugung eines handelsfähigen Produkts, wie Walzgut.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand zweier in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei die in der Zeichnung dargestellten Fig. 1 und 2 jeweils das Verfahrensschema nach je einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen.
In einen ersten, einen Festbettreaktor bildenden Reduktions-Schachtofen 1 wird von oben über eine Fördereinrichtung 2 stückiges Eisenerz und/oder Eisenerz in Pelletform über ein nicht dargestelltes Schleusensystem, gegebenenfalls zusammen mit Zuschlagstoffen, chargiert. Der Schachtofen 1 steht mit einem Einschmelzvergaser 3 in Verbindung, in dem aus Kohle und sauerstoffhältigem 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.
Der Einschmelzvergaser 3 weist eine Zuführung 5 für feste Kohlenstoffträger, eine Zuführung 6
EMI3.1
dem Einschmelzvergaser 3 sammelt sich unterhalb der Einschmetzvergasungszone 8 schmeizflüssiges Roheisen 9 und schmelzflüssige Schlacke 10, die über einen Abstich 11 abgestochen werden.
Das im Schachtofen 1 in einer Festbett-Direktreduktionszone 12, also im Festbettverfahren, zu Eisenschwamm reduzierte Eisenerz wird zusammen mit den in der Direktreduktionszone 12 gebrannten Zuschlägen über eine den Schachtofen 1 mit dem Einschmelzvergaser 3 verbindende Förderleitung 13 zugeführt, beispielsweise mittels Austragsschnecken etc.. An dem oberen Teil des Schachtofens schliesst eine Exportgas-Ableitung 14 für das in der Direktreduktionszone 12 aus Reduktionsgas entstehende Topgas an.
Das über die Exportgas-Ableitung 14 abgezogene Topgas 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 als Exportgas einer weiteren Verwendung zur Verfügung steht. Anschliessend gelangt das Exportgas mit Hilfe eines Verdichters 16 in eine CO2-Entfernungsanlage 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 Reduktions-Schachtofen 20 ausgebildeten Festbettreaktor, der wie der erste Schachtofen 1 ebenfalls im Gegenstromprinzip arbeitet, zugeführt. In diesem zweiten Schachtofen 20 wird Eisenerz in Stück-und/oder Pelletform ebenfalls in einer Festbett-Reduktionszone 21 direktreduziert. Die Erzzuleitung ist mit 20'und die Eisenschwammausbringeinrichtung mit 20" bezeichnet.
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 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 das aufgeheizte Exportgas einer Nachverbrennung unterzogen, u. zw. in der
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Nachverbrennungseinrichtung 25, in der ein Teil des gereinigten Exportgases unter Sauerstoffzuführung 26 verbrannt wird.
Hierdurch erreicht das gereinigte Exportgas die für die Reduktion im zweiten Reduktions-Schachtofen 20 erforderliche Temperatur, die in einem Temperaturbereich zwischen 600 und 9000C liegt
Das aus dem zweiten Reduktions-Schachtofen 20 abgezogene Topgas wird ebenfalls einer Reinigung und Kühlung im Exportgaswäscher 27 unterzogen, um es von Staubpartikeln zu säubern und den Wasserdampfgehalt zu erniedrigen, worauf es als Exportgas 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 Verdichter 28 ebenfalls der CO2-Entfernungsanlage 17 zugeführt, u. zw. entweder direkt oder gemäss dem dargestellten Ausführungsbeispiel über die Forderleitung 29, die in die Exportgas-Ableitung 14 mündet, und steht dann nach der CO2Entfernung als Recycle- Reduktionsgas dem zweiten Reduktions-Schachtofen 20 zur Verfügung Ein Teil des Exportgases des zweiten Reduktions-Schachtofens 20 wird über die Exportgasleitung 30 anderen Verwendungszwecken zugeführt
Ein Teil des im Einschmeizvergaser 3 gebildeten Reduktionsgases wird über eine Abzweigleitung 31, die von der Zuleitung 4 abzweigt, gemäss Fig.
1 einem Nasswäscher 32 zugeführt und nach Durchführung der Reinigung mit dem aus der COz-Entfemungsantage 17 austretenden von CO2 gereinigten Exportgas durch Münden der Abzweigleitung 31 in die Reduktionsgaszuleitung 19 gemischt. Die Mischung erfolgt vor Einmünden der Reduktionsgasleitung 19 in den Wärmetauscher 22, so dass der im Wäscher 32 abgekühlte Teil des im Einschmelzvergaser 3 gebildeten Reduktionsgases ebenfalls dem Wärmetauscher 22 und der nachgeordneten Nachverbrennungseinrichtung 25 zur Erhitzung auf die zur Direktreduktion erforderliche Temperatur zugefuhrt wird In der Abzweigleitung 31 ist ein Pufferspeicher 31' vorgesehen, durch den der durch die Abzweigleitung 31 dem von CO2 befreiten Exportgas (mit Recycle- Reduktionsgas)
zugemischte Reduktionsgas- Volumensstrom weitgehend konstant gehallen werden kann. Der Pufferspeicher 31'kann als Hochdruck- oder auch als Niederdruckspeicher ausgebildet sein Der Pufferspeicher 31'ist mittels einer Bypass- Leitung 31" überbrückbar.
Ein Teil des den Wäscher 32 verlassenden Reduktionsgases wird über eine Leitung 33 mit Verdichter 34 im Kreislauf wieder in die Zuleitung 4 eingespeist, um das in sehr heissem Zustand aus dem Einschmeizvergaser austretende Reduktionsgas vor Eintritt in die Gasreinigungseinrichtung 4'zu konditionieren, insbesondere auf einen für den Direktreduktionsprozess im Schachtofen 1 günstigen Temperaturbereich zu kühlen. Ober eine strichliert angedeutete Ausgleichsleitung 35 kann gegebenenfalls Reduktionsgas dem aus dem Schachtofen I austretenden Exportgas zwecks Konstanthaltung des Systemdruckes - unter Aufteilung des Druckstosses in die Leitungen 35 und 31 - zugemischt werden.
Da erfindungsgemäss ein nicht unerheblicher Volumenstrom des dem zweiten ReduktionsSchachtofen 20 zugeführten Reduktionsgases nicht der CO2-Entfernungsanlage 17 zugeführt wird, sondern in Strömungsrichtung des Reduktionsgases erst danach mit dem aus der CO2Entfernungsanlage 17 kommenden Teil des Reduktionsgases gemischt wird, ist eine erhebliche Reduzierung der Grösse der COz-Entfemungsantage 17 möglich.
Erfindungsgemäss ergibt sich eine Einsparung bis etwa 30 % (unter besonderen Umständen auch mehr) der Investitionskosten fur die CO2-Entfemungsanlage 17. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass sich auch ein geringerer Volumenstrom des aus der COz-Entfemungsantage 17 austretenden Abgases und damit auch eine Investitionseinsparung für die Entschwefelungseinrichtung 18 ergeben.
Zudem ergibt sich eine Erhöhung der Reduktantenausbeute des dem zweiten Schachtofen 20 zugeleiteten Reduktionsgases, da von dem Reduktionsgas, das dem Schachtofen 20 unter Umgehung der CO2-Entfernungsanlage 17 zugeleitet wird, keine Reduktanten mit dem Abgas der COz-Entfemungsantage 17 ausgeschleust werden können. Damit ist auch ein höherer CO2- Restgasgehalt im der COz-Entfemung unterzogenen Exportgas möglich, was weitere Einsparungen bei der Auslegung und auch beim Betrieb der CO2-Entfernungsanlage 17 mit sich bringt und eine grössere Toleranzbreite für Schwankungen im Gehalt an CO2 des von CO2 gereinigten Exportgases ermöglicht. Hierdurch vereinfachen sich die Fahrweise und der regeltechnische Aufwand.
Insgesamt ergibt sich eine bessere Qualität des dem zweiten Schachtofen 20 zugeführten Reduktionsgases und damit eine höhere Produktivität.
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Gemäss der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform wird ein Teil des im Einschmelzvergaser gebildeten Reduktionsgases nach Durchtritt durch einen Staubentfernungszyklon 4'ungewaschen, d. h. ohne einen Wäscher zu durchströmen, im heissen Zustand dem aus Recycle- Reduktionsgas und von CO2 gereinigtem Exportgas gebildeten Reduktionsgasgemisch über die Abzweigleitung 31 zugemischt, u. zw. nachdem dieses Reduktionsgasgemisch den Wärmetauscher 22 und die Nachverbrennungseinrichtung 25 passiert hat.
Hierdurch kann zusätzlich zu den Vorteilen der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform die fühlbare Wärme des im Einschmeizvergaser 3 gebildeten Reduktionsgases dem Direktreduktionsprozess im weiteren Reduktions-Schachtofen 20 zugeführt und damit wirkungsvoll genutzt werden Hierdurch lassen sich Einsparungen nicht nur bei der CO2Entfernungsanlage 17 und bei der Dimensionierung des Wärmetauschers 22 und der Nachverbrennungseinrichtung 25 erzielen, sondern es ergeben sich auch Energieeinsparungen beim Betrieb derselben.
Zwar weist das heisse abgezweigte Reduktionsgas nach Durchtritt durch den Staubentfernungszyklon 4'noch einen Reststaubgehalt auf, der jedoch in dem System, ohne Störungen zu bewirken, verkraftbar ist, da durch die Mischung dieses heissen abgezweigten Reduktionsgases mit dem Recycle- Reduktionsgas und dem der Reinigung von CO2 unterworfenen Exportgas der Staubgehalt sehr verdünnt wird. Eine Beeinträchtigung des Direktreduktionsprozesses im zweiten Reduktions-Schachtofen 20 ist daher nicht zu befürchten.
Die Erfindung beschrankt sich nicht auf die in der Figurenbeschreibung dargelegten Ausführungsbeispiele, sondern kann in verschiedener Hinsicht modifiziert werden. Beispielsweise ist es möglich, anstelle des im Festbettverfahren arbeitenden Schachtofens 1 auch eine Reduktion von Feinerz im Wirbelschichtverfahren vorzusehen, also den Schachtofen 1 durch einen oder mehrere Wirbelbettreaktoren zu ersetzen.
Weiters ist es auch möglich, den abgezweigten Teil des im Einschmeizvergaser gebildeten Reduktionsgases nicht nur einer Trockenentstaubung, sondern auch einer Wäsche zu unterziehen und im kalten Zustand nach der Heizeinrichtung 22,25 dem der CO2-Eliminierung und der Aufheizung unterzogenen Exportgas des Schachtofens 1 zuzumischen. In diesem Fall wird dieses Exportgas auf eine etwas höhere Temperatur aufgeheizt, so dass die Zumischung des abgezweigten kalten Teiles des Reduktionsgases ausgeglichen wird. Die Heizeinrichtung ist bei diesem Verfahren jedoch ebenfalls im wesentlichen nach dem Volumsstrom des Exportgases zu bemessen, so dass hierdurch ebenfalls Investitionskosten gegenüber dem Stand der Technik einsparbar sind.
Im Falle des Zurverfügungstehens von Erdgas könnte anstelle der COz-Entfemungsaniage 17 ein Reformer vorgesehen sein.
Nachstehend ist anhand zweier Beispiele das erfindungsgemässe Verfahren gegenüber dem Verfahren gemäss dem Stand der Technik näher erläutert.
Beispiel gemäss Stand der Technik (Tabellenwerte gerundet) :
Aus einem Schachtofen 1 einer beispielsweise gemäss der AT -B - 396. 255 ausgestalteten Anlage wird Exportgas abgezogen, gewaschen und steht in einer Menge von 167. 411 Nm3/h mit der in Tabelle I angegebenen chemischen Zusammensetzung zur Verfügung.
Tabelle I
EMI5.1
<tb>
<tb> CO <SEP> 47%
<tb> CO2 <SEP> 25%
<tb> H2 <SEP> 22%
<tb> H20 <SEP> 2%
<tb> H2S <SEP> 100 <SEP> ppm <SEP>
<tb> CH4 <SEP> 1%
<tb> N2, <SEP> air <SEP> 3%
<tb>
Dieses Gas wird nach dem Verdichten mit einem Verdichter einer COz-Wäsche in einer CO2Entfernungsanlage unterzogen.
EMI5.2
EMI5.3
<tb>
<tb> 811CO <SEP> 14%
<tb> CO2 <SEP> 77%
<tb> H2 <SEP> 3%
<tb> H20 <SEP> 5%
<tb> H2S <SEP> 317 <SEP> ppm
<tb>
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EMI6.1
<tb>
<tb> CH4 <SEP> 1 <SEP> % <SEP>
<tb> N2, <SEP> Ar <SEP> 1 <SEP> % <SEP>
<tb>
Das von CO2 weitestgehend gereinigte Exportgas, das nunmehr als Reduktionsgas fur einen weiteren Direktreduktionsproze# in einer Menge von 115.
643 Nm3/h zur Verfügung steht, weist
EMI6.2
111Tabelle 111
EMI6.3
<tb>
<tb> CO <SEP> 62%
<tb> CO2 <SEP> 3%
<tb> H23 <SEP> 0%
<tb> H20 <SEP> 0%
<tb> H2S <SEP> 6ppm
<tb> CH4 <SEP> 1%
<tb> N2, <SEP> Ar <SEP> 4%
<tb>
EMI6.4
EMI6.5
<tb>
<tb> Nm3/hCO <SEP> 59%
<tb> CO2 <SEP> 5%
<tb> H2 <SEP> 28%
<tb> H20 <SEP> 2%
<tb> H2S <SEP> 6ppm <SEP> ppm
<tb> CH4 <SEP> 1%
<tb> N,. <SEP> Ar <SEP> 4%
<tb>
Bei diesem Beispiel wird kein aus dem weiteren Reduktionsprozess entstehendes Exportgas recycliert, d.
h der CO2-Entfernungsanlage zugeführt, um abermals als Reduktionsgas für den weiteren Direktreduktionsprozess zur Verfügung zu stehen
Beispiel gemäss der Erfindung (Tabellenwerte gerundet) Aus einem Schachtofen 1 tritt Exportgas aus, das gewaschen in einer Menge von 127 458 Nm3/h mit der in Tabelle V angegebenen chemischen Zusammensetzung zur weiteren Verwendung zur Verfügung steht
Tabelle V
EMI6.6
<tb>
<tb> CO <SEP> 42%
<tb> CO2 <SEP> 32%
<tb> H2 <SEP> 20% <SEP>
<tb> H20 <SEP> 2%
<tb> H2S <SEP> 100 <SEP> ppm
<tb> CH4 <SEP> 1%
<tb> N2, <SEP> Ar <SEP> 3%
<tb>
Dieses bereits einer Waschung unterzogene Exportgas wird mittels des Verdichters 16 verdichtet und einer CO2-Entfernung, wie einer CO2-Druckwechsel-Adsorption in der CO2-
EMI6.7
EMI6.8
<tb>
<tb> 011 <SEP> Nm31h,
CO <SEP> 10%
<tb> CO2 <SEP> 82%
<tb> H2 <SEP> 2%
<tb> H20 <SEP> 4%
<tb> H2S <SEP> 261 <SEP> ppm
<tb> CH4 <SEP> 1%
<tb> N2, <SEP> Ar <SEP> 1%
<tb>
EMI6.9
EMI6.10
<tb>
<tb> 7CO <SEP> 61%
<tb> CO <SEP> : <SEP> 3% <SEP>
<tb>
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EMI7.1
<tb>
<tb> H2 <SEP> 30%
<tb> H20 <SEP> 0%
<tb> H2S <SEP> 6 <SEP> ppm <SEP>
<tb> CH4 <SEP> 1%
<tb> N,. <SEP> Ar <SEP> 4%
<tb>
Erfindungsgemäss wird über die Leitung 31 aus dem Einschmelzvergaser 3 austretendes Reduktionsgas abgezweigt, u. zw. in einer Menge von 39 952 Nm3/h und mit der in Tabelle VIII angegebenen chemischen Zusammensetzung.
Tabelle Vlil
EMI7.2
<tb>
<tb> CO <SEP> 63%
<tb> CO2 <SEP> 3%
<tb> H2 <SEP> 29%
<tb> H20 <SEP> 2%
<tb> H2S <SEP> 200 <SEP> ppm
<tb> CH4 <SEP> 1%
<tb> N2, <SEP> Ar <SEP> 2%
<tb>
Dieses abgezweigte Reduktionsgas wird mit dem aus der CO2-Entfemungsanlage 17 austretenden, von CO2 weitestgehend gereinigten Exportgas vermischt und bildet so das Reduktionsgas für die weitere Direktreduktionszone 21.
Es steht in einer Menge von 119670 Nm3/h zur Verfügung und weist die in Tabelle IX angegebene chemische Zusammensetzung auf
Tabelle IX
EMI7.3
<tb>
<tb> CO <SEP> 62%
<tb> CO2 <SEP> 3%
<tb> H2 <SEP> 30%
<tb> H20 <SEP> 1%
<tb> H2S <SEP> 71 <SEP> ppm <SEP>
<tb> CH4 <SEP> 1%
<tb> No. <SEP> Ar <SEP> 4%
<tb>
Dieses Mischreduktionsgas muss nunmehr einer Aufheizung in der Heizeinrichtung 22 bzw Nachverbrennungseinrichtung 25 unterzogen werden. Nach der Erhitzung wird es in einer Menge von 120. 622 Nm3/h mit der in Tabelle X angegebenen chemischen Zusammensetzung in den zweiten Schachtofen 20 eingeleitet und dient dort zur Direktreduktion in der Reduktionszone 21.
Tabelle X
EMI7.4
<tb>
<tb> CO <SEP> 59%
<tb> CO2 <SEP> 5%
<tb> H2 <SEP> 28%
<tb> H20 <SEP> 2%
<tb> H2S <SEP> 70 <SEP> ppm <SEP>
<tb> CH4 <SEP> 1%
<tb> N2 <SEP> Ar <SEP> 4%
<tb>
Auch bei diesem erfindungsgemässen Ausführungsbeispiel ist das der weiteren Reduktionszone 21 zugeführte Reduktionsgas frei von Recycle- Reduktionsgas, d. h. dass aus der weiteren Reduktionszone 21 austretendes Exportgas nicht, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, über die Leitung 29 der CO2-Entfernungsanlage 17 zugeführt wird, sondern es wird ausschliesslich für externe Verbraucher zur Verfügung gestellt.
Wie aus dem Vergleich der beiden Beispiele zu erkennen ist, ergeben sich durch das erfindungsgemässe Verfahren gegenüber dem Stand der Technik die nachstehend aufgelistete Vorteile : 'Der Exportgas-Verdichter 16 kann auf % der Kapazität ausgelegt werden.
'Die getrennte Führung des aus dem Schachtofen 1 abgezogenen Exportgases und des aus dem Einschmeizvergaser 3 abgezweigten Reduktionsgases bewirkt eine Verkleinerung regeltechnischer Schwankungen, damit kann 'der Verdichter 16 gleichmässiger betrieben werden, 'der Verdichter 16 mit weniger Reserve ausgelegt werden, . die Regelung des Verdichters 16 vereinfacht werden,
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der Druckabfall über die CO2-Entfemungsanlage 17 wegen geringerer Volumensschwankungen, die verarbeitet werden müssen, besser konstant gehalten werden und . der Betrieb der CO2-Entfernungsanlage 17 ruhiger gehalten werden, wodurch die Anlage leichter betrieben werden kann.
'Der elektrische Stromverbrauch/t Produkt sinkt um ungefähr 15 %, da 'der Motor für den Verdichter 16 um mehr als 25 % kleiner dimensioniert werden kann und gleichmässiger belastet wird 'Für die Reduktanten im über die Leitung 31 zugeleiteten Reduktionsgas ist die Ausbeute 100 %, wodurch sich eine höhere Produktion von ungefähr 3 bis 4 % ergibt.
- Speicherbehälter für der zweiten Reduktionszone 21 zugeführtes Reduktionsgas werden für eine bessere Beaufschlagung der Heizeinrichtung 22. 25 besser genützt * Die CO-Entfernungsaniage 17 kann wesentlich kleiner dimensioniert werden.
# Die CO2-Entfernungsanlage 17 hat im zugeleiteten Exportgas einen höheren CO2Partialdruck.
. Ein Rest-CO2-Gehalt im CO2-gereinigten Exportgas muss nicht so genau eingehalten werden Schwankungen werden durch über die Leitung 31 zugeführtes Reduktionsgas nverdünnt", d. h ausgeglichen.
') Im Abgas der COz-Entfernungsantage 17 ist der H2S-Gehalt geringer und . es fällt weniger Abgas an.
Patentansprüche :
1. Verfahren zur Herstellung von flüssigem Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten und
Eisenschwamm aus von Eisenerz, vorzugsweise in Stück- undloder Pelletform, und gegebenenfalls Zuschlägen gebildeten Einsatzstoffen, wobei die Einsatzstoffe in einer
Reduktionszone (12) zu Eisenschwamm direkt reduziert werden, der Eisenschwamm in einer Einschmelzvergasungszone (8) unter Zufuhr von Kohlenstoffträgern und sauerstoffhältigem Gas erschmolzen und ein CO- und H2-hältiges Reduktionsgas erzeugt wird, welches in die Reduktionszone (12) eingeleitet, dort umgesetzt und als Exportgas abgezogen wird,
und wobei das abgezogene Exportgas einer CO2-Eliminierung unterzogen und als zumindest weitgehend CO2-freies Reduktionsgas gemeinsam mit einem Teil des in der Einschmelzvergasungszone (8) gebildeten Reduktionsgases zur
Erzeugung von Eisenschwamm einer weiteren Reduktionszone (21) zur Direktreduktion von in Stück-und/oder Pelletform vorliegendem Eisenerz zugeführt wird. dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des in der Einschmeizvergasungszone (8) erzeugten
Reduktionsgases abgezweigt und der weiteren im Festbett-Verfahren arbeitenden
Reduktionszone (21) unter Umgehung der CO-Eliminierung zugeleitet wird.