<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbringen von feinteilchenförmigem Material aus einem mit einem Gasstrom aufrecht erhaltenen Wirbelbett bei der Herstellung von reduziertem Erz, insbesondere Eisenschwamm, vorzugsweise zum Ausbringen von mit einem Reduktionsgas im Wirbelbett behandeltem, entweder zumindest teilreduziertem oder vorgewärmtem Feinerz, wobei das Material durch den Gasstrom windgesichtet wird und ein Grobanteil des Materials direkt aus dem Wirbelbett über einen Ablauf abgeführt wird und ein Feinanteil des Materials aus dem das Wirbelbett verlassenden Gasstrom in einem Abscheider, insbesondere einem Zyklon, abgeschie- den wird, sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
Verfahren zum Reduzieren in einem Wirbelbett sind beispielsweise aus der US-2,909,423 A, der WO-96/10094 A1 und der EP-0 571 358 A1 bekannt. Hierbei erfolgt die Reduktion von oxidhältigem Feinerz, insbesondere eisenoxidhältigem Feinerz, in einem von einem Reduktionsgas aufrechterhaltenen Wirbelbett innerhalb eines Wirbelbettreaktors, wobei das Reduktionsgas über einen Düsenrost in das Wirbelbett eingeleitet wird, den Wirbelbettreaktor von unten nach oben durchströmt und das eisenoxidhältige Material den Wirbelbettreaktor etwa im Querstrom zum Reduktionsgasstrom durchsetzt.
Aufgrund der relativ hohen Geschwindigkeit des Reduktionsgases im Vergleich zur Schwebe- geschwindigkeit des Feinstanteiles des Materials im Reaktor kommt es zu einem Austragen von Feinstanteilen des zu behandelnden Feinerzes sowie bei fortgeschrittener Reduktion zu einem Austragen von bereits reduziertem oxidhältigem Material aus dem Wirbelbett, wobei diese Feinst- anteile dann im Reduktionsgas enthalten sind.
Um diese Feinstanteile aus dem Reduktionsgas zu entfernen, einerseits um das teiloxidierte Reduktionsgas weiter verwenden zu können, beispiels- weise für vorgeordnete Reduktionsreaktoren, bzw. zur Rückgewinnung des sonst in Verlust geratenden oxidhältigen Materials bzw. bereits reduzierten Materials, wird das die Feinstanteile enthaltende Reduktionsgas durch einen Staubabscheider, wie einen Zyklon, geführt, und es wird der abgeschiedene Staub wieder in das Wirbelbett rückgeführt. Die Staubabscheider bzw.
Zyklone sind vorzugsweise innerhalb der Wirbelbettreaktoren angeordnet (vgl. die WO-96/10094 A1 und die US-2,909,423 A), sie können jedoch auch ausserhalb der Wirbelbettreaktoren installiert sein
In der Praxis hat es sich nun gezeigt, dass teilreduzierte, insbesondere ausreduzierte fein- körnige Teilchen des oxidhältigen Materials dazu neigen, aneinander und/oder an den Wänden der Zyklone und Verbindungsleitungen bzw. Förderleitungen festzukleben bzw. anzubacken. Dieses Phänomen wird als "sticking" bzw. "fouling" bezeichnet. Das "sticking" respektive "fouling" ist abhängig von der Temperatur und dem Reduktionsgrad des oxidhältigen Materials. Durch das Festkleben bzw. Anlegen in den Zyklonen und anderen Anlagenteilen kann es zu Störungen kommen, so dass es nicht mehr möglich ist, die Anlage kontinuierlich über einen längeren Zeitraum zu betreiben.
Das Entfernen der Anlegungen bzw. Anbackungen ist sehr arbeitsintensiv und verursacht hohe Kosten, u. zw. Arbeitskosten sowie Kosten, die durch den Produktionsausfall der Anlage - die zu diesem Zweck stillgelegt und abgekühlt werden muss - bedingt sind. Oftmals kommt es zu einem selbsttätigen Ablösen der Anlegungen, wodurch es ebenfalls zu Störungen des Prozesses im Wirbelbettreaktor kommen kann.
Insbesondere ist eine Staubabscheidung aus dem Reduktionsgas dann ganz unmöglich, und es kommt zu einer stark verminderten Durchsatzleistung des Reduk- tionsgases, was schliesslich zu einem Zusammenbrechen des Wirbelbettes führen kann
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, welche die Lebensdauer der Abscheideorgane, insbesondere der Zyklone, entscheidend erhöhen. Es ist eine besondere Aufgabe der Erfindung, ein Behandeln von feinteilchenförmigem Material über einen längeren Zeitraum ohne die Gefahr von durch "sticking" bzw. "fouling" verursachte Betriebsunterbrechungen zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der im Abscheider abgeschiedene
Feinanteil geteilt wird und ein erster Teil des Feinanteiles in das Wirbelbett rezirkuliert und ein zweiter Teil des Feinanteiles ausgeschleust wird.
Dadurch, dass erfindungsgemäss ein Teil des im Abscheider abgeschiedenen feinteilchen- förmigen Materials aus dem Wirbelbettkreislauf ausgeschieden wird, wird nicht nur die Menge des rezirkulierten feinteilchenförmigen Materials verringert, sondern es kommt auch zu einer Vermin- derung der Zyklen, die das feinteilchenförmige Material rezirkuliert wird. Hieraus ergeben sich zwei
<Desc/Clms Page number 2>
Vorteile, nämlich erstens, dass die Abscheider weit weniger hoch mit feinteilchenförmigem Material belastet werden, und zweitens, dass das feinteilchenförmige Material, wenn es sich um teilreduzier- tes Feinerz handelt, weniger stark reduziert wird, woraus sich eine weit geringere Gefahr für "sticking" bzw. "fouling" ergibt.
Aus der DE-34 39 070 A1 ist es bekannt, feinteilchenförmiges Material in einem Wirbelbett- reaktor zu behandeln, wobei das feinteilchenförmige Material, das in den Wirbelbettreaktor einge- bracht wird, zur Gänze mit Hilfe des Gases, das das Wirbelbett aufrecht erhält, aus dem Wirbel- bettreaktor ausgeschieden und einem Zyklon zugeführt wird, und wobei das feinteilchenförmige Material zur Gänze, also sowohl der Grob- als auch der Feinanteil, im Zyklon abgeschieden wird.
Das abgeschiedene Material wird einerseits über eine Leitung der nächsten Behandlungsstufe zugeführt, ein Teil desselben wird jedoch wiederum in den Wirbelbettreaktor rückgeführt, d.h rezirkuliert. Hierbei wird jedoch der Gesamtfeststoffanteil ohne Unterscheidung eines Grobkorn- anteiles und eines Feinkornanteiles zum Teil rezirkuliert bzw. zum Teil weitergeleitet.
Eine Möglichkeit, nur eine bestimmte Menge des Feinanteiles zu rezirkulieren, besteht hier nicht. Dies ist jedoch erfindungswesentlich, da nur durch die gezielte Ausschleusung eines Fein- anteiles unabhängig vom Grobanteil eine Anreicherung des Feinanteiles bzw. eine Erhöhung der Verweilzeit des Feinanteiles (durch die ständige Rezirkulation) in dem Wirbelbett vermieden werden kann. Erfindungsgemäss gelingt es somit, im Fall des Reduzierens von Feinerz, eine Metallisierung des Feinanteiles exakt zu definieren, so dass Probleme mit dem Abscheider, d.h.
Verlegen desselben etc., vermieden werden können. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens ist darin zu sehen, dass die Möglichkeit besteht, den Feinanteil und den Grobanteil, die aus dem Wirbelbett ausgeschieden werden, getrennt weiterzubehandeln. Durch die Teilung des feinteilchenförmigen Materials in einen Grobanteil und einen Feinanteil kann erfindungsgemäss Material mit relativ weitem Korngrössenbereich, das für nachfolgende Bearbeitungsschritte in Grob- und Feinanteil getrennt werden muss, problemlos behandelt werden, so dass sich eine voran- gehende Klassierung in vielen Fällen erübrigt.
Bei einem mehrstufigen Verfahren wird zweckmässig der über den Ablauf abgeführte Grobanteil des Materials mit dem ausgeschleusten zweiten Teil des Feinanteiles in ein weiteres Wirbelbett eingebracht, sofern keine getrennte Behandlung von Grob- und Feinanteil erforderlich ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass Feinerz in mindestens zwei in Serie geschalteten Wirbelbetten jeweils mit Reduktionsgas reduziert wird und das Feinerz von einem Wirbelbett in ein diesem nachgeordnetes Wirbelbett geführt und von diesem ausgetragen wird, u. zw. unter Windsichtung in den Wirbelbetten und Weiterleiten des Grobanteiles des Feinerzes über jeweils einen Ablauf in das weitere Wirbelbett bzw. zu einer Austragseinrichtung und Rückführen eines Teiles des in dem Abscheider abgeschiedenen Fein- anteiles des Materials in das Wirbelbett und Ausschleusen eines Teiles des Feinanteiles des in dem Abscheider abgeschiedenen Materials in das nachgeordnete Wirbelbett oder zu der Austrags- einrichtung.
Im Fall des Ausschleusens eines Teils des Feinanteils des im Abscheider abgeschiedenen Materials zu der Austragseinrichtung kann das Ausschleusen kontinuierlich oder in Zyklen erfolgen.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass Feinerz in mindes- tens zwei in Serie geschalteten Wirbelbetten jeweils mit Reduktionsgas reduziert wird und das Feinerz von einem Wirbelbett in ein diesem nachgeordnetes Wirbelbett geführt und von diesem ausgetragen wird, u. zw. unter Windsichtung in den Wirbelbetten und Weiterleiten des Grobanteiles des Feinerzes über jeweils einen Ablauf in das weitere Wirbelbett bzw. zu einer Austrags- einrichtung und Rückführen eines Teiles des in dem Abscheider abgeschiedenen Feinanteiles des Materials in das Wirbelbett und Ausschleusen eines Teiles des Feinanteiles des in dem Abscheider abgeschiedenen Materials in das vorgeordnete Wirbelbett.
Zur Einstellung des rezirkulierten Teiles des Feinanteiles wird zweckmässig die Teilung des
Feinanteiles in einen ersten Teil und einen zweiten Teil variiert, u. zw. in Bereiche 20 bis 100 %, vorzugsweise 20 bis 80 %, Anteil des ersten Teiles am Feinanteil, Rest zweiter Teil, wobei der erste Teil den Teil bezeichnet, der aus dem Wirbelbett ausgeschleust wird.
Eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, mit mindestens einem Wirbelbettreaktor, einer in den Wirbelbettreaktor mündenden Zuführleitung für feinteilchenförmiges, in dem Wirbelbettreaktor zu behandelndes Material, einer Austragsleitung für in dem Wirbelbett-
<Desc/Clms Page number 3>
reaktor behandeltes Material, die von einem Ablauf eines im Wirbelbettreaktor vorhandenen Wirbelbettes ausgeht, einer Gaszuführleitung zur Einleitung eines das Wirbelbett im Wirbelbett- reaktor aufrechterhaltenden Gasstromes und einer Gasableitung aus dem Wirbelbettreaktor, die über einen Abscheider, insbesondere einen Zyklon, geführt ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass eine den im Abscheider abgeschiedenen Feinanteil des Materials abführende Leitung zu einem Aufteilorgan führt,
von dem eine in den Wirbelbettreaktor führende Rücklaufleitung sowie eine Ablaufleitung, die zu einer dem Wirbelbettreaktor nachgeordneten Behandlungsstation für den Feinanteil führt, ausgehen
Vorzugsweise ist das Aufteilorgan von einer nach der Art kommunizierender Gefässe ausgebil- deten Wirbelbettschleuse gebildet, wobei von einem der Gefässe die Rücklaufleitung und vom anderen Gefäss die Ablaufleitung ausgeht.
Hierbei ist die Wirbelbettschleuse mit einer ein Fluidisierungsgas zuführenden Leitung zwecks Bildung eines Wirbelbettes versehen, wobei vorteilhaft von der Wirbelbettschleuse eine Gasrück- führleitung in den Wirbelbettreaktor führen kann.
Gemäss einer Variante kann das Aufteilorgan auch von einem mechanischen Verteiler gebildet sem.
Vorteilhaft kann in der Rücklaufleitung sowie in der Ablaufleitung jeweils ein Stellorgan zur Unterbrechung oder Einstellung eines Materialflusses in einer bestimmten Grössenordnung bzw. zum Fahren eines Pulsbetriebes vorgesehen werden.
Für die Anordnung des als Zyklon ausgebildeten Abscheiders sind verschiedene Varianten möglich; er kann entweder im Inneren des Wirbelbettreaktors oder auch ausserhalb des Wirbelbett- reaktors angeordnet sein. Das Aufteilorgan kann gleichermassen entweder im Inneren oder auch ausserhalb des Wirbelbettreaktors angeordnet sein.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Anlage sind mindestens zwei Wirbelbettreaktoren in Serie hintereinander geschaltet vorgesehen.
Vorzugsweise ist die nachgeordnete Behandlungsstation für den Feinanteil der in Fliessrichtung des Erzes dem Wirbelbettreaktor nachgeordnete Wirbelbettreaktor bzw. die Austragseinrichtung.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die nachgeordnete Behandlungs- station für den Feinanteil der in Fliessrichtung des Erzes dem Wirbelbettreaktor vorgeordnete Wirbelbettreaktor.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausfüh- rungsbeispielen näher erläutert, wobei Fig. 1 ein Verfahrensschema nach einer ersten Ausfüh- rungsform der Erfindung zeigt. In Fig. 2 ist eine stufenförmige Anordnung von vier Wirbelschicht- reaktoren der Fig. 1 in vergrössertem Massstab schematisch dargestellt. Die Fig. 3 und 4 zeigen jeweils einen Querschnitt durch einen Wirbelbettreaktor nach unterschiedlichen Ausführungs- formen der Erfindung. In den Fig. 5 und 6 ist jeweils ein Verfahrensschema weiterer bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Fig. 7 zeigt ein Detail der in Fig. 5 dargestellten Verfahrensvariante.
Die erfindungsgemässe Anlage gemäss Ausführungsbeispiel weist vier in Serie hintereinander geschaltete Wirbelschicht-Reduktionsreaktoren 1 bis 4 auf, wobei eisenoxidhältiges Material, wie Feinerz, wahlweise auch Zuschlagstoffe, über eine Erzzuleitung 5 dem ersten Wirbelschicht- Reduktionsreaktor 1 zugeführt und von Wirbelschicht-Reduktionsreaktor zu Wirbelschicht-Reduk- tionsreaktor über Förderleitungen 6 geleitet wird und das fertig reduzierte Material (Eisen- schwamm) in einer Brikettieranlage 7 heissbrikettiert wird. Der Brikettieranlage 7 ist ein sogenannter Riser 8, worunter ein im wesentlichen senkrechtes, ausgemauertes Rohrstück verstanden wird, durch welches der Eisenschwamm mittels des Reduktionsgases pneumatisch nach oben gefördert wird, und ein Vorratsbunker 9 vorgeschaltet.
Erforderlichenfalls wird das reduzierte Eisen vor Reoxidation während der Brikettierung durch ein nicht dargestelltes Inertgas-System geschützt.
Vor Einleitung des Feinerzes in den ersten Reduktionsreaktor 1 wird es einer Erzvorbereitung, wie einer Trocknung und einem Sieben, unterzogen, die nicht näher dargestellt sind.
Reduktionsgas wird im Gegenstrom zum Erzdurchfluss von Reduktionsreaktor 4 zu Reduktions- reaktor 3 bis 1 geführt und als Topgas über eine Topgas-Ableitung 10 aus dem in Gasströmungs- richtung letzten Reduktionsreaktor 1 abgeleitet und in einem Nasswäscher 11 gekühlt und gewa- schen. Das Topgas wird vorzugsweise zumindest zum Teil rezirkuliert, wobei es mit über eine Zuleitung 12 frisch zugeführtem Reduktionsgas gemischt wird. Die Zuleitung 12 mündet hierbei in
<Desc/Clms Page number 4>
die Topgas-Ableitung 10, nachdem das Topgas mittels eines Kompressors 13 verdichtet wurde.
Das sich so bildende Mischgas wird durch einen C02-Wäscher 14 hindurchgeschickt und von CO2 befreit, und es steht nunmehr als Reduktionsgas zur Verfügung. Dieses Reduktionsgas wird über die Reduktionsgas-Zuleitung 15 in einem dem CO2-Wäscher 14 nachgeordneten Gaserhitzer 16 auf eine Reduktionsgas-Temperatur von etwa 800 C erhitzt und dem in Gas-Durchflussrichtung ersten Wirbelschichtreaktor 4 zugeführt, wo es mit den Feinerzen zur Erzeugung von direktredu- ziertem Eisen reagiert Die Reduktionsreaktoren 4 bis 1 sind in Serie geschaltet; das Reduktions- gas gelangt über die Verbindungsleitungen 17 von Reduktionsreaktor zu Reduktionsreaktor.
Ein Teil des Topgases wird aus dem Gas-Kreislauf 10,15, 17 ausgeschleust, um eine Anreicherung von Inertgasen, wie N2, zu vermeiden. Das ausgeschleuste Topgas wird über eine Zweigleitung 18 dem Gaserhitzer 16 zur Erwärmung des Reduktionsgases zugeführt und dort verbrannt. Eventuell fehlende Energie wird durch ein Heizgas, wie z. B. Erdgas, welches über eine Zuleitung 19 zugeführt wird, ergänzt.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist in den die Reduktionsreaktoren 2 und 3 sowie 3 und 4 verbindenden Reduktionsgasverbindungsleitungen 17 ein Abscheider 20, insbesondere ein Staubabscheider, wie ein Zyklon, vorgesehen, in dem sich der vom Reduktionsgasstrom mitgeris- sene Feinanteil des behandelten feinteilchenförmigen Materials, d. h. des Feinerzes, absetzt.
Dieser Feinanteil wird über eine Verbindungsleitung 21 einem Aufteilorgan 22 zugeführt, von dem aus ein erster Teil des Feinanteiles in den Wirbelbettreaktor 3 bzw. 4 rezirkuliert wird, aus dem er mit dem Reduktionsgasstrom ausgetragen wurde, u.zw. erfolgt die Rückführung über die Rücklauf- leitung 23, die in den jeweiligen Wirbelbettreaktor 3 bzw. 4 mündet.
Der zweite Teil des Feinanteiles wird über eine Ablaufleitung 24 der nächsten, dem Wirbelbett- reaktor 3 bzw. 4, aus dem der Feinanteil stammt, nachfolgenden Behandlungsstation, also dem nachgeordneten Wirbelbettreaktor 4, bzw. der zur Brikettieranlage 7 führenden Förderleitung 6 bzw. zum Riser 8 geführt.
Sowohl in der Rücklaufleitung 23 als auch in der Ablaufleitung 24 sind Stellorgane 25 zur Einstellung der Menge des jeweiligen Feinanteiles vorgesehen, die zusätzlich neben der Einstel- lung der Menge des jeweiligen Feinanteiles über die Betriebsweise der Wirbelschichtschleuse bzw. des Aufteiiorganes 22 zur Einstellung des jeweiligen Feinanteiles verwendet werden können.
Die Ablaufleitung 24 kann auch in den Wirbelbettreaktor 4 über die Leitung 24' direkt einmün- den.
Gemäss Fig. 1 und 2 sind die Zyklone 25 zur Reinigung des aus den Wirbelbettreaktoren 3,4 austretenden Reduktionsgasstromes ausserhalb der Wirbelbettreaktoren 3,4 angeordnet Eine Variante ist die Anordnung derselben innerhalb der Wirbelbettreaktoren 3,4, wie dies z. B. in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist (Wirbelbettreaktoren dieser Art sind z. B. aus der WO-A-96/10094 bekannt). Jeder Wirbelbettreaktor 3,4 ist in diesem Fall im Inneren mit mindestens einem Zyklon 20 versehen, von dem eine Ableitung 21 zum ausserhalb (Fig. 3) oder auch innerhalb (Fig. 4) dieses Wirbelbettreaktors angeordneten Aufteilorgan 22 führt.
Das im Zyklon 20 gereinigte Reduk- tionsgas wird über eine Reduktionsgas-Austrittsleitung 26 in den Dombereich des Wirbelbett- reaktors 3,4, der gegenüber dem unteren Teil des Wirbelbettreaktors durch eine Trennwand 27 getrennt ist, geführt und tritt über eine Verbindungsleitung 17 aus dem Wirbelbettreaktor 3,4 aus.
Gemäss den Fig. 3 und 4 ist das als Wirbelbettschleuse gestaltete Aufteilorgan 22 von zwei Gefässen 28, 29 gebildet, die nach der Art kommunizierender Gefässe im unteren Bereich miteinan- der verbunden sind. In jedes der Gefässe 28,29 wird über die Leitungen 30, die am Boden einmünden, ein Fluidisierungsgas eingeleitet, so dass sich im Inneren der Gefässe jeweils ein von dem Feinanteil gebildetes Wirbelbett 31 ausbildet. Das Fluidisierungsgas wird, nachdem es das Aufteilorgan 22 durchsetzt hat, wahlweise über eine Gasaustrittsleitung 32, die wahlweise mit einem Stellorgan 33 versehen ist, oder über Rücklaufleitungen 23 oder die Ablaufleitung 24 in den Wirbelbettreaktor 3 bzw. 4, aus dem der Feinanteil stammt, eingeleitet. Dieses Fluidisierungsgas kann beispielsweise auch von Reduktionsgas gebildet sein.
Anstelle der von den Gefässen 28,29 gebildeten Wirbelbettschleuse kann das Aufteilorgan 22 auch von einem mechanischen Verteiler gebildet sein. Wichtig ist, dass die beiden Teile, in die der Feinanteil des Materials zerlegt wird, mengenmässig aufeinander abgestimmt werden können, so dass einerseits die rezirkulierte Menge des Feinanteiles als auch andererseits die ausgeschleuste Menge des Feinanteiles optimiert werden können.
<Desc/Clms Page number 5>
Die Höhe der Gefässe 28,29 bzw. der darin befindlichen Wirbel betten 31 nchtet sich nach den Drücken, die die Teile der Feinanteile nach Austritt aus dem Aufteilorgan 22 aufweisen sollen, um rezirkuliert bzw. in die nächste Behandlungsstufe eingeschleust werden zu können. Anstelle der Wirbelbettschleuse können Druckunterschiede auch mittels pneumatischer Gasabdichtungen oder durch eine geeignete teilweise oder vollständige Umlenkung des Feinkornstromes verwirklicht werden.
In den Fig 5 und 6 ist jeweils schematisch ein Verfahrensfliessbild bevorzugter Ausführungs- formen der Erfindung dargestellt, wobei beim Verfahrensschema gemäss Fig. 5 ein Teil des Fein- anteiles des im Abscheider 20 jedes Wirbelbettreaktors 1 bis 4 abgeschiedenen Materials in das jeweils nachgeordnete Wirbelbett 1 bis 4 bzw. zu der Austragseinrichtung 8 ausgeschleust wird.
Fig. 6 zeigt ein analoges Verfahrensschema, wobei jedoch ein Teil des Feinanteiles des im Abscheider 20 jedes Wirbelbettreaktors 1 bis 4 abgeschiedenen Materials in das jeweils vorgeord- nete Wirbelbett 1 bis 4 ausgeschleust wird.
Fig. 7 zeigt im Detail das Ausschleusen eines Teils des Feinanteils des im Abscheider 20 des in Fliessrichtung des Erzes letzten Wirbelbettreaktors 4 zum Riser 8 über die Ablaufleitung 24. Das in der Ablaufleitung 24 vorgesehene Stellorgan 30 kann hierbei ständig geöffnet sein oder in Zyklen geöffnet werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich mit Vorteil auch für einstufige metallurgische Prozesse oder auch nur in einigen Stufen eines mehrstufigen Prozesses oder auch in der letzten Stufe eines mehrstufigen Prozesses durchführen, wobei der ausgeschleuste Teil des Feinanteiles direkt einen Teil des Produktes bildet. So kann es auch von Vorteil sein, wenn nur bei einer oder nur einigen der Stufen eines mehrstufigen Verfahrens der abgeschiedene Feinanteil wieder in die Stufe rückgeführt wird, aus der er abgeschieden wurde.
Falls das erfindungsgemässe Verfahren nur beim Erhitzen des Erzes eingesetzt wird, kann anstelle des durch das Wirbelbett hindurchgeleiteten Reduktionsgases auch ein anderes heisses Gas Verwendung finden, beispielsweise erhitzte Luft.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Ausbringen von feinteilchenförmigem Material aus einem mit einem Gas- strom aufrecht erhaltenen Wirbelbett bei der Herstellung von reduziertem Erz, insbeson- dere Eisenschwamm, vorzugsweise zum Ausbringen von mit einem Reduktionsgas im
Wirbelbett behandeltem, entweder zumindest teilreduziertem oder vorgewärmtem Feinerz, wobei das Material durch den Gasstrom windgesichtet wird und ein Grobanteil des
Materials direkt aus dem Wirbelbett über einen Ablauf (6) abgeführt wird und ein Feinanteil des Materials aus dem das Wirbelbett verlassenden Gasstrom in einem Abscheider (20), insbesondere einem Zyklon, abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, dass der im
Abscheider (20) abgeschiedene Feinanteil geteilt wird und ein erster Teil des Feinanteiles in das Wirbelbett rezirkuliert und ein zweiter Teil des Feinanteiles ausgeschleust wird.
<Desc / Clms Page number 1>
The invention relates to a method for discharging fine-particulate material from a fluidized bed maintained with a gas stream in the production of reduced ore, in particular sponge iron, preferably for discharging either at least partially reduced or preheated fine ore treated with a reducing gas in the fluidized bed, the material passing through the gas stream is wind-sighted and a large proportion of the material is discharged directly from the fluidized bed via an outlet and a fine portion of the material from which the gas stream leaving the fluidized bed is separated in a separator, in particular a cyclone, and a plant for carrying out the process.
Methods for reducing in a fluidized bed are known, for example, from US Pat. No. 2,909,423 A, WO 96/10094 A1 and EP-0 571 358 A1. Here, the reduction of oxide-containing fine ore, in particular iron oxide-containing fine ore, takes place in a fluidized bed maintained by a reducing gas within a fluidized bed reactor, the reducing gas being introduced into the fluidized bed via a nozzle grate, flowing through the fluidized bed reactor from bottom to top and the iron oxide-containing material approximately in the fluidized bed reactor Cross flow to the reducing gas flow.
Due to the relatively high speed of the reducing gas compared to the floating speed of the fine fraction of the material in the reactor, fine particles of the fine ore to be treated are discharged and, in the case of advanced reduction, the already reduced oxide-containing material is discharged from the fluidized bed. shares are then contained in the reducing gas.
In order to remove these very fine fractions from the reducing gas, on the one hand in order to be able to continue using the partially oxidized reducing gas, for example for upstream reduction reactors, or to recover the oxide-containing material which is otherwise lost or already reduced material, the reducing gas containing the very fine fractions is removed by a dust collector, such as a cyclone, and the separated dust is returned to the fluidized bed. The dust separator or
Cyclones are preferably arranged inside the fluidized bed reactors (cf. WO-96/10094 A1 and US Pat. No. 2,909,423 A), but they can also be installed outside the fluidized bed reactors
In practice, it has now been shown that partially reduced, in particular reduced fine-grained particles of the oxide-containing material tend to stick or bake to one another and / or to the walls of the cyclones and connecting lines or delivery lines. This phenomenon is referred to as "sticking" or "fouling". The "sticking" or "fouling" is dependent on the temperature and the degree of reduction of the oxide-containing material. Sticking or sticking in the cyclones and other parts of the system can lead to malfunctions, so that it is no longer possible to operate the system continuously over a longer period of time.
The removal of the attachments or caking is very labor intensive and causes high costs, u. between labor costs and costs that are caused by the loss of production of the system - which must be shut down and cooled down for this purpose. Often there is an automatic detachment of the attachments, which can also disrupt the process in the fluidized bed reactor.
In particular, dust separation from the reducing gas is then quite impossible, and the throughput of the reducing gas is greatly reduced, which can ultimately lead to a breakdown of the fluidized bed
The invention aims to avoid these disadvantages and difficulties and has as its object to create a method of the type described above and a system for carrying out the method, which decisively increase the service life of the separating elements, in particular the cyclones. It is a particular object of the invention to enable treatment of fine particulate material over a longer period of time without the risk of operational interruptions caused by "sticking" or "fouling".
According to the invention, this object is achieved in that the deposited in the separator
Fine fraction is divided and a first part of the fine fraction is recirculated into the fluidized bed and a second part of the fine fraction is discharged.
Due to the fact that, according to the invention, part of the fine-particulate material separated in the separator is removed from the fluidized-bed cycle, not only is the amount of the recirculated fine-particulate material reduced, but there is also a reduction in the cycles for the fine-particulate material to be recirculated. This results in two
<Desc / Clms Page number 2>
Advantages, firstly, that the separators are loaded much less with fine-particulate material, and secondly, that the fine-particulate material, if it is partially reduced fine ore, is less reduced, which results in a far lower risk of sticking or "fouling" results.
From DE-34 39 070 A1 it is known to treat fine-particulate material in a fluidized bed reactor, the fine-particulate material which is introduced into the fluidized bed reactor being wholly using the gas which maintains the fluidized bed is separated out from the fluidized bed reactor and fed to a cyclone, and the fine particulate material in its entirety, that is to say both the coarse and the fine fraction, is separated in the cyclone.
The separated material is fed on the one hand to the next treatment stage via a line, but a part of it is in turn returned to the fluidized bed reactor, i.e. recirculated. Here, however, the total solids content is partly recirculated or partly passed on without distinguishing between a coarse-grain fraction and a fine-grain fraction.
There is no way to recirculate only a certain amount of the fine fraction. However, this is essential to the invention, since only by specifically discharging a fine fraction regardless of the coarse fraction can an enrichment of the fine fraction or an increase in the residence time of the fine fraction (due to the constant recirculation) in the fluidized bed be avoided. According to the invention it is thus possible, in the case of reducing fine ore, to precisely define a metallization of the fine fraction, so that problems with the separator, i.e.
Laying the same etc. can be avoided. Another advantage of the method according to the invention is that it is possible to treat the fine fraction and the coarse fraction separated out from the fluidized bed separately. By dividing the fine-particulate material into a coarse fraction and a fine fraction, according to the invention, material with a relatively wide grain size range, which must be separated into coarse and fine fraction for subsequent processing steps, can be treated without problems, so that a previous classification is unnecessary in many cases.
In a multi-stage process, the coarse fraction of the material discharged via the outlet is expediently introduced into another fluidized bed with the second part of the fine fraction discharged, provided that no separate treatment of coarse and fine fraction is required.
A preferred embodiment of the method is characterized in that fine ore is reduced in each case with reducing gas in at least two fluidized beds connected in series, and the fine ore is guided from a fluidized bed into a fluidized bed arranged downstream of it and is discharged from it, and the like. between windsifting in the fluidized beds and forwarding the coarse fraction of the fine ore via an outlet in each case to the further fluidized bed or to a discharge device and returning a part of the fine fraction of the material deposited in the separator to the fluidized bed and discharging part of the fine fraction of the material separated in the separator into the downstream fluidized bed or to the discharge device.
If some of the fine fraction of the material separated in the separator is discharged to the discharge device, the discharge can take place continuously or in cycles.
A further preferred embodiment is characterized in that fine ore is reduced in at least two fluidized beds connected in series, each with reducing gas, and the fine ore is guided from a fluidized bed into a fluidized bed arranged downstream of it and discharged by the latter, and the like. between windsifting in the fluidized beds and forwarding the coarse fraction of the fine ore via a drain in each case to the further fluidized bed or to a discharge device and returning a part of the fine fraction of the material deposited in the separator to the fluidized bed and discharging a part of the fine fraction of the material separated in the separator into the upstream fluidized bed.
To adjust the recirculated part of the fine fraction, the division of the
Fine portion in a first part and a second part varies, u. between 20 to 100%, preferably 20 to 80%, proportion of the first part of the fine fraction, remainder of the second part, the first part denoting the part which is discharged from the fluidized bed.
A system for carrying out the process according to the invention, with at least one fluidized bed reactor, a feed line opening into the fluidized bed reactor for fine-particulate material to be treated in the fluidized bed reactor, a discharge line for in the fluidized bed reactor
<Desc / Clms Page number 3>
This characterizes reactor-treated material, which starts from an outlet of a fluidized bed in the fluidized bed reactor, a gas supply line for introducing a gas stream that maintains the fluidized bed in the fluidized bed reactor, and a gas discharge from the fluidized bed reactor, which is conducted via a separator, in particular a cyclone that a line leading the fine fraction of the material separated in the separator leads to a dividing device,
from which a return line leading into the fluidized bed reactor and an outlet line leading to a treatment station for the fine fraction downstream of the fluidized bed reactor originate
The dividing member is preferably formed by a fluidized bed lock designed in the manner of communicating vessels, the return line starting from one of the vessels and the outlet line from the other vessel.
Here, the fluidized bed lock is provided with a line supplying a fluidizing gas for the purpose of forming a fluidized bed, wherein a gas return line can advantageously lead from the fluidized bed lock into the fluidized bed reactor.
According to a variant, the dividing member can also be formed by a mechanical distributor.
An actuator can advantageously be provided in the return line as well as in the drain line in order to interrupt or set a material flow of a certain size or to operate a pulse mode.
Various variants are possible for the arrangement of the separator designed as a cyclone; it can either be arranged inside the fluidized bed reactor or outside the fluidized bed reactor. The dividing member can equally be arranged either inside or outside the fluidized bed reactor.
According to a preferred embodiment of the plant according to the invention, at least two fluidized bed reactors are provided in series.
The downstream treatment station for the fine fraction is preferably the fluidized bed reactor downstream of the fluidized bed ore or the discharge device.
According to a further preferred embodiment, the downstream treatment station for the fine fraction is the fluidized bed reactor upstream of the fluidized bed ore.
The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments shown schematically in the drawing, FIG. 1 showing a process diagram according to a first embodiment of the invention. FIG. 2 schematically shows a step-like arrangement of four fluidized bed reactors of FIG. 1 on an enlarged scale. 3 and 4 each show a cross section through a fluidized bed reactor according to different embodiments of the invention. 5 and 6 each show a process diagram of further preferred embodiments of the invention. FIG. 7 shows a detail of the method variant shown in FIG. 5.
The plant according to the invention according to the exemplary embodiment has four fluidized bed reduction reactors 1 to 4 connected in series, with iron oxide-containing material, such as fine ore, optionally also additives, being fed via an ore feed line 5 to the first fluidized bed reduction reactor 1 and from fluidized bed reduction reactor to fluidized bed reduct - Reaction reactor is passed over conveyor lines 6 and the finished reduced material (sponge iron) is hot briquetted in a briquetting plant 7. The briquetting system 7 is a so-called riser 8, which is understood to mean an essentially vertical, brick-lined pipe section through which the sponge iron is pneumatically conveyed upwards by means of the reducing gas, and a storage bunker 9 is connected upstream.
If necessary, the reduced iron is protected from reoxidation during the briquetting by an inert gas system, not shown.
Before the fine ore is introduced into the first reduction reactor 1, it is subjected to ore preparation, such as drying and sieving, which are not shown in detail.
Reduction gas is conducted in countercurrent to the ore flow from reduction reactor 4 to reduction reactor 3 to 1 and is discharged as top gas via a top gas discharge line 10 from the last reduction reactor 1 in the gas flow direction and cooled and washed in a wet scrubber 11. The top gas is preferably recirculated at least in part, whereby it is mixed with reducing gas freshly supplied via a feed line 12. The feed line 12 opens into
<Desc / Clms Page number 4>
the top gas discharge line 10 after the top gas has been compressed by means of a compressor 13.
The mixed gas thus formed is sent through a C02 scrubber 14 and freed of CO2, and is now available as a reducing gas. This reducing gas is heated via the reducing gas feed line 15 in a gas heater 16 arranged downstream of the CO2 scrubber 14 to a reducing gas temperature of approximately 800 ° C. and fed to the first fluidized bed reactor 4 in the gas flow direction, where it is used with the fine ores to produce direct reduction decorated iron reacts The reduction reactors 4 to 1 are connected in series; the reducing gas passes through the connecting lines 17 from the reduction reactor to the reduction reactor.
Part of the top gas is removed from the gas circuit 10, 15, 17 in order to avoid an enrichment of inert gases, such as N2. The discharged top gas is fed via a branch line 18 to the gas heater 16 for heating the reducing gas and burned there. Any missing energy is replaced by a heating gas, e.g. B. natural gas, which is supplied via a feed line 19, supplemented.
In the exemplary embodiment shown, a separator 20, in particular a dust separator, such as a cyclone, is provided in the reducing gas connecting lines 17 connecting the reducing reactors 2 and 3 and 3 and 4, in which the fine fraction of the treated fine-particulate material entrained by the reducing gas stream, ie. H. of fine ore, settles.
This fine fraction is fed via a connecting line 21 to a dividing member 22, from which a first part of the fine fraction is recirculated into the fluidized bed reactor 3 or 4, from which it was discharged with the reducing gas stream, etc. the return takes place via the return line 23, which opens into the respective fluidized bed reactor 3 or 4.
The second part of the fine fraction is sent via an outlet line 24 to the next treatment station following the fluidized bed reactor 3 or 4 from which the fine fraction originates, that is to say the downstream fluidized bed reactor 4, or the conveyor line 6 leading to the briquetting system 7 or to the riser 8 led.
Both in the return line 23 and in the outlet line 24 there are control elements 25 for adjusting the amount of the respective fine fraction, which in addition to the adjustment of the amount of the respective fine fraction via the mode of operation of the fluidized bed lock or the distribution element 22 for adjusting the respective fine fraction can be used.
The discharge line 24 can also open directly into the fluidized bed reactor 4 via the line 24 '.
1 and 2, the cyclones 25 for cleaning the emerging from the fluidized bed reactors 3.4 reducing gas stream outside the fluidized bed reactors 3.4 are arranged. A variant is the arrangement of the same within the fluidized bed reactors 3.4, as z. 3 and 4 (fluidized bed reactors of this type are known, for example, from WO-A-96/10094). In this case, each fluidized bed reactor 3, 4 is provided on the inside with at least one cyclone 20, from which a discharge line 21 leads to the dividing member 22 arranged outside (FIG. 3) or also inside (FIG. 4) of this fluidized bed reactor.
The reducing gas cleaned in the cyclone 20 is conducted via a reducing gas outlet line 26 into the dome region of the fluidized bed reactor 3, 4, which is separated from the lower part of the fluidized bed reactor by a partition wall 27, and emerges from the fluidized bed reactor via a connecting line 17 3.4 out.
3 and 4, the dividing member 22, which is designed as a fluidized bed lock, is formed by two vessels 28, 29 which are connected to one another in the lower region in the manner of communicating vessels. A fluidizing gas is introduced into each of the vessels 28, 29 via the lines 30 which open at the bottom, so that a fluidized bed 31 formed in each case by the fine fraction is formed in the interior of the vessels. After it has passed through the dividing member 22, the fluidizing gas is optionally introduced via a gas outlet line 32, which is optionally provided with an actuator 33, or via return lines 23 or the outlet line 24 into the fluidized bed reactor 3 or 4, from which the fine fraction originates . This fluidizing gas can also be formed by reducing gas, for example.
Instead of the fluidized bed lock formed by the vessels 28, 29, the dividing member 22 can also be formed by a mechanical distributor. It is important that the two parts into which the fine fraction of the material is broken down can be coordinated in terms of quantity, so that on the one hand the recirculated quantity of the fine fraction and on the other hand the discharged quantity of the fine fraction can be optimized.
<Desc / Clms Page number 5>
The height of the vessels 28, 29 or the vertebrae located therein 31 does not depend on the pressures which the parts of the fines should have after exiting from the distributing member 22 in order to be able to be recirculated or introduced into the next treatment stage. Instead of the fluidized bed lock, pressure differences can also be achieved by means of pneumatic gas seals or by a suitable partial or complete deflection of the fine grain flow.
5 and 6 each schematically show a process flow diagram of preferred embodiments of the invention, with in the process scheme according to FIG. 5 a part of the fine fraction of the material deposited in the separator 20 of each fluidized bed reactor 1 to 4 into the respective downstream fluidized bed 1 to 4 or is discharged to the discharge device 8.
6 shows an analogous process diagram, but part of the fine fraction of the material separated in the separator 20 of each fluidized bed reactor 1 to 4 is discharged into the respective upstream fluidized bed 1 to 4.
FIG. 7 shows in detail the removal of part of the fine fraction of the fluidized bed reactor 4 in the separator 20 of the last fluidized bed reactor 4 in the flow direction of the ore to the riser 8 via the discharge line 24. The actuator 30 provided in the discharge line 24 can be constantly opened or opened in cycles .
The method according to the invention can advantageously also be carried out for single-stage metallurgical processes or only in a few stages of a multi-stage process or also in the last stage of a multi-stage process, the part of the fines removed directly forming part of the product. It can also be advantageous if the separated fine fraction is only returned to the stage from which it was separated in only one or only some of the stages of a multi-stage process.
If the method according to the invention is only used for heating the ore, another hot gas, for example heated air, can also be used instead of the reducing gas passed through the fluidized bed.
PATENT CLAIMS:
1. Process for the discharge of fine-particulate material from a fluidized bed maintained with a gas stream in the production of reduced ore, in particular sponge iron, preferably for the discharge with a reducing gas in the
Fluidized bed treated, either at least partially reduced or preheated fine ore, the material being wind-sifted by the gas flow and a large proportion of the
Material is removed directly from the fluidized bed via an outlet (6) and a fine fraction of the material from the gas stream leaving the fluidized bed is separated in a separator (20), in particular a cyclone, characterized in that the
Separator (20) separated fine fraction is divided and a first part of the fine fraction is recirculated into the fluidized bed and a second part of the fine fraction is discharged.