AT510565A4 - Vorrichtung zur regelung von prozessgasen in einer anlage zur herstellung von direkt reduzierten metallerzen - Google Patents

Vorrichtung zur regelung von prozessgasen in einer anlage zur herstellung von direkt reduzierten metallerzen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft Vorrichtung zur Regelung von Prozessgasen (11) in einer Anlage zur Herstellung von direktreduzierten Metallerzen (8). Diese Anlage (8) weist zumindest ein Reduktionsaggregat (10) (z.B. Wirbelschichtreaktorsystem, Festbettreduktionsschacht, etc.), eine dem Reduktionsaggregat (10) vorgeschaltete Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen (18) mit einer zugeordneten Verdichtereinrichtung (17)und eine dem Reduktionsaggregat(10)nachgeschaltete Gasreinigungseinrichtung(13) auf. Dabei werden die für die Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen notwendige Prozessgase (11) teilweise durch Recycling aus dem Herstellungsprozess selbst gewonnen und teilweise über eine Zuführleitung (16), welche in eine Rückführleitung (14) für die Prozessgase (11) einmündet, aus einer Anlage zur Roh-eisenerzeugüng (1) wie z.B. einer Schmelzreduktionsanlage (1) zugeführt. Dabei ist die Gasreinigungseinrichtung (13) der Vorrichtung für eine Mengenregelung der Prozessgase (11)ausgestattet. Weiters weist die Vorrichtung eine Drucksteuereinrichtung (15) auf, welche vor einer Einmündung der Zuführleitung (16) in die Rückführleitung (14) für die Prozessgase (11) derart angebracht ist, dass ein Druckniveau für die Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen (18) mit zugeordneter Verdichtereinrichtung (17) konstant gehalten wird. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung können die Prozessgase (9, 11) in einer Anlage zur Herstellung vondirekt reduzierten Metallerzen (8) derart optimal geregelt werden, dass oft teure Kompressoren in der Rückführleitung (14) entfallen und Investitions- sowie Betriebskosten, insbesondere Strom, geringer ausfallen können.

Description

5 201103315 « ♦ • + 1 • t ·· · • · · ♦ ♦ «» · · *· *♦··· t * t * • ·· ·
Beschreibung
Vorrichtung zur Regelung von Prozessgasen in einer Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen
Technisches Gebiet 10 15 20
Die Erfindung betrifft Vorrichtung zur Regelung von Prozessgasen in einer Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen. Dabei weist eine Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen bzw. Metallen, insbesondere Eisen, zumindest ein Reduktionsaggregat (z.B. Wirbelschichtreaktorsystem, Festbettreduktionsschacht oder z.B. MIDREX®-Reduktionsschacht, etc.), eine dem Reduktionsaggregat vorgeschaltete Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen mit einer zugeordneten Verdichtereinrichtung und eine dem Reduktionsaggregat nachgeschaltete Gasreinigungseinrichtung auf. Dabei werden die für die Herstellung von direkt reduziertem Metallerzen notwendige Prozessgase teilweise durch Recycling aus dem Herstellungsprozess selbst gewonnen und teilweise über eine Zuführleitung, welche in eine Rückführleitung für die Prozessgase einmündet, aus einer Anlage zur Roheisenerzeugung wie z.B. einer Schmelzreduktionsanlage zugeführt. 25
Stand der Technik
Eine so genannte Direktreduktion von Metallerzen bzw. Metallen, insbesondere Eisenerz bzw. Eisenoxid, kann bei-30 spielsweise in einer eigenen Anlage, einer so genannten
Direktreduktionsanlage, erfolgen. Eine derartige Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallen bzw. Eisenschwamm, welcher auch als direkt reduziertes Eisen (DRI « Direct Reduced Iron) bezeichnet wird, umfasst üblicherweise 35 zumindest ein Reduktionsaggregat wie z.B. einen Festbettreduktionsschacht, ein Wirbelschichtreaktorsystem, etc., je nachdem ob das zu reduzierende Metall beispielsweise in stückiger oder feinteilchenförmiger Form vorliegt bzw. für 201103315 ♦ · 2 • · · · ·♦ · · • * ι ··♦· • · φ ♦ die Weiterverarbeitung zu Roheisen, roheisenähnlicher Produkte oder für die Stahlproduktion, etc. benötigt wird.
Bei der Direktreduktion von Metallerzen bzw. Eisenerz wird 5 das zu reduzierende Material (z.B. Metallerz, Eisenerz, Eisenoxid, etc.) in stückiger Form - beispielsweise als Stückerze oder Pellets - oder in feinteilchenkörniger Form in das zumindest ein Reduktionsaggregat der Anlage eingebracht. Dann wird das Material im Reduktionsaggregat unter dem Gegen-10 Stromprinzip von einem Prozessgas - dem so genannten Reduktionsgas - durchströmt. Auf diese Weise wird das Material wie z.B. Eisenoxid vom Reduktionsgas zu z.B. ganz oder teilweise so genannten Eisenschwamm reduziert und das Reduktionsgas dabei oxidiert. Das reduzierte Material wie 15 beispielsweise Eisenschwamm weist dann z.B. einen Metallisierungsgrad von ca. 45 bis über 95% auf.
Die für die Reduktion notwendigen Prozessgase wie z.B. das Reduktionsgas werden beispielsweise in einem Einschmelz-20 Vergaser z.B. bei einem Schmelzreduktionsverfahren (z.B. COREX®, FINEX®, etc.) oder Kohlevergaser gewonnen und vorzugsweise im mittleren bis unteren Viertel des Reduktionsaggregats bzw. bei Wirbelschichtreaktoren vorzugsweise in den ersten Wirbelschichtreaktor eingeleitet. Das z.B. in einem 25 EinschmelzVergaser erzeugte Reduktionsgas ist vorzugsweise 750 bis 1000°C heiß, staubhaltig sowie kohlenmonoxid- und Wasserstoffreich (z.B. mit 70 bis 90% CO und H2). Das Reduktionsgas steigt im Reduktionsaggregat nach oben bzw. bei einem Wirbelschichtreaktor von Reaktor zu Reaktor und 30 reduziert dabei das Material (z.B. Metallerz, Eisenerz,
Eisenoxid, etc.) bevorzugter Weise im Gegenstrom. Dann wird das Reduktionsgas als so genanntes Off-Gas aus dem Reduktionsaggregat abgeleitet. 35 Mittels einer dem Reduktionsaggregat nachgeschalteten Gasreinigungseinrichtung (z.B. Gaswäscher) gereinigt und als so genanntes Recycle Gas zumindest teilweise zur Behandlung in einer dem Reduktionsaggregat vorgeschalteten Einrichtung zur 201103315 3 • ♦ · · · « * • « · * ·Φ· · ·· · · * ♦ · · · · · ♦ ····· • ·· ♦ · * t · t · · • ·
Trennung von Gasgemischen, insbesondere C02-Entfernungs-einrichtung (z.B. Druckwechsel-Adsorption oder Vakuum-Druckwechsel-Adsorption, etc.)/ mit zugeordneter Verdichtereinrichtung weitergeleitet. Nach der Behandlung in der 5 Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen kann das Gas wieder als Reduktionsgas im Reduktionsaggregat eingeleitet werden, wobei ein für die Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen notwendiger Druck, welcher mit Hilfe der zugeordneten Verdichtereinrichtung (z.B. Kompressor) aufgebaut wird, 10 wieder abgebaut bzw. reduziert werden muss.
Neben der z.B. teilweisen Wiederverwertung der in der Anlage genutzten Prozessgase wird so genanntes Exportgas, welches z.B. aus Verfahren der Roheisenherstellung bzw. aus einem 15 Schmelzreduktionsprozess wie z.B. dem COREX®- oder FINEX®-Verfahren abgezogen wird, weil es dort nicht mehr verwendet werden kann, für den Reduktionsprozess im Reduktionsaggregat genutzt. Die Bezeichnung „Exportgas" dient insbesondere als Bezeichnung für jenen Teil des so genannten Topgases, welcher 20 aus dem Schmelzreduktionsprozess bzw. dem Verfahren der Roheisenherstellung abgezogen, in der Regel gekühlt und auch entstaubt, insbesondere trocken entstaubt, wird und gegebenenfalls weiterer Prozessgase wie beispielsweise Uberschussgas aus dem Einschmelzvergaser. Als Topgas wird dabei 25 üblicherweise das ausgenutzte Reduktionsgas aus einem
Hochofen, einem Einschmelzvergaser oder einem Reduktionsschacht /Wirbelschichtreaktor bezeichnet.
Wird das Exportgas aus einer oder mehreren Schmelzreduktions-30 anlagen z.B. auf Basis von COREX®- und/oder FINEX®-Verfahren für eine Erzeugung von direkt reduziertem Metall abgezogen, so wird eine derartige Anlage als so genannte Verbundanlage bezeichnet. Das Exportgas wird dabei über eine Zuführleitung in die Anlage zur Herstellung von direkt reduziertem Metall bzw. Eisen eingebracht und in dem jeweiligen Reduktionsaggregat (z.B. Wirbelschichtreaktorsystem, Reduktionsschachtofen, MIDREX®-Reduktionsschacht, etc.) genutzt, wobei sich das zugeführte Exportgas mit dem Recycle Gas der Anlage 35 201103315 4
zur Herstellung von direkt reduziertem Metallerzen bzw. Eisen mischen kann.
Allerdings treten üblicherweise zwischen den zugeführten 5 Exportgas und den Prozessgasen der Anlage zur Herstellung von direkt reduziertem Metall Druckunterschiede auf bzw. es kann zu Druckwerten bei der Zuleitung des Exportgases kommen, welche einen Druck von ca. 0,8 bis zu ca. 2 bar Überdruck aufweisen können. Zusätzlich kann die Menge des aus einer 10 oder mehreren Schmelzreduktionsanlagen zugeführten Exportgases beispielsweise um bis zu 10% schwanken, wodurch Schwankungen bei Flussmenge der Prozessgase im Reduktionsprozess entstehen können. 15 Für eine optimale Funktionsweise des Reduktionsprozesses in der Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metall bzw. Eisen sind allerdings ein annähernd konstanter Eingangsdruck bei der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen bzw. bei der zugeordneten Verdichtereinrichtung notwendig. Üblicher-20 weise sollte der Eingangsdruck bei der Verdichtereinrichtung z.B. konstant bei ca. 2 bar Überdruck bzw. das Eingangsdruckniveau für die Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen z.B. konstant bei ca. 3 bis 8 bar Überdruck liegen, damit für eine effiziente und wirtschaftliche C02-Entfernung aus den 25 Prozessgasen erzielt wird.
Zusätzlich wird im Reduktionsaggregat eine annähernd konstante Menge an Reduktionsgas vorausgesetzt. Diese annähernd konstante Gasmenge bzw. ein Verhältnis von Menge an 30 Reduktionsgas und direkt reduziertem Material (Metall, Eisen (DRI), etc.) bestimmt dabei z.B. die Produktqualität des direkt reduzierten Metalls bzw. Eisen. Daher ist je nach gewünschter Produktqualität eine spezifisch gewählte, annähernd konstant Menge an Reduktionsgas im Reduktions-35 aggregat notwendig. Üblicherweise werden daher beispielsweise in Verbundanlage für eine Regelung des Exportgasdrucks bzw. für einen 201103315 5
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konstanten Eingangsdruck bei der der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen zugeordneten Verdichterseinrichtung einer oder mehrere Kompressoren eingesetzt. Dieser Kompressor bzw. diese Kompressoren sind z.B. in einer Rückführleitung für das Recycle Gas bzw. vor einer Einmündung der Zuleitung des Exportgases angebracht. Zusätzlich erfolgt die Flussregelung zur Einstellungen der spezifischen, gewünschten Reduktionsgasmenge für den Reduktionsprozess über eine komplexe und aufwendige Ventilstation, welche zwischen der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen und einer dem Reduktionsaggregat vorgeschalteten Heizeinrichtung für das Reduktionsgas angebracht ist.
Dadurch wird üblicherweise ein hoher Druckabfall bedingt -durch einen erforderlichen, relativ hohen Betriebsdruck der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen, insbesondere bei Einsatz einer Vakuum-Druckwechsel-Adsorption (VPSA), und ein relativ niedrigen Betriebsdruck des Reduktionsaggregats. So werden beispielsweise bei Einsatz einer Druckwechselanlage und einem so genannten MIDREX®-Reduktionsschacht als Reduktionsaggregat aufgrund des jeweils notwendigen Betriebsdruck ca. 1 bis 5 bar vernichtet. Neben einem erheblichen Druckverlust aufgrund der Flussregelung durch die Ventilstation weist der Einsatz von einem oder mehreren Kompressoren in der Recycle Gas-Leitung den Nachteil auf, dass sowohl die Investions- als auch die Wartungskosten für die Anlage relativ hoch sind.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine einfache Vorrichtung zur Regelung von Prozessgasen in einer Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen bzw. Eisen zu finden, durch welche auf einfache Weise Druckverluste innerhalb der Anlage reduziert bzw. vermieden sowie Kosten verringert werden. 6 201103315 ♦ · • ♦ » ·
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art, wobei die Gasreinigungseinrichtung, welche dem zumindest einen Reduktionsaggregat nachgeschaltet ist, für eine Mengenregelung der Prozessgase ausgestattet 5 ist. Zusätzlich umfasst die Vorrichtung eine Drucksteuereinrichtung, welche vor einer Einmündung der Zuführleitung in eine Rückführleitung für die Prozessgase, insbesondere des so genannten Off-Gas, derart angebracht ist, dass ein Druckniveau für die Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen mit 10 zugeordneter Verdichtereinrichtung konstant gehalten wird.
Der Hauptaspekt der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung besteht darin, dass eine Druckregelung der Prozessgase, insbesondere für ein Gemisch aus Recycle Gas (= Off-Gas in der 15 Rückführ- bzw. Recycle Gas-Leitung der Anlage) und zugeführtem Exportgas aus einer Anlage zur Roheisenherstellung, insbesondere einer Schmelzreduktionsanlage z.B. auf Basis des COREX® und/oder FINEX®-Verfahrens, über eine Drucksteuerungseinrichtung wie z.B. Druckhalteventile, Entspannungsturbine, 20 etc. erfolgt. Damit wird trotz Druckschwankungen - vor allem in der Zuführleitung des Exportgases - für ein konstantes Druckniveau von ca. 2 bar Überdruck am Eingang der der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen zugeordneten Verdichtungseinrichtung (z.B. Kompressor) bzw. für ein 25 konstantes Druckniveau für die Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen {z.B. (V)PSA, etc.) gesorgt. Dadurch entfallen die Kompressoren in der Rückführ- bzw. Recycle Gas-Leitung und es werden sowohl Investitions- sowie auch Wartungskosten für die Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metall-30 erzen bzw. Eisen gesenkt. Auch sinken durch einen geringen Strombedarf der Anlage die laufenden Betriebskosten. Für eine Regelung bzw. Einstellung der Menge an Prozessgasen, insbesondere Reduktionsgas, welche letztendlich dem 35 Reduktionsaggregat zugeführt wird, wird die dem Reduktionsaggregat nachgeschaltete Gasreinigungseinrichtung (z.B. Gaswäscher, etc.) eingesetzt. Dazu weist die Gasreinigungseinrichtung eine Vorrichtung zur Durchflusssteuerung wie z.B. 201103315 » * « · · · ♦ » ι β · «*· « • I · · · » · « · 7
ein Durchgangsventil, verstellbare Venturikehle, etc. auf. Durch diese Vorrichtung zur Durchflusssteuerung wird dann jene Menge an Prozessgasen definiert, welche in der Gasreinigungseinrichtung gereinigt wird und diese durchströmt. 5 Damit kann eine komplexe und aufwendige Ventilstation, welche zwischen der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen und einer dem Reduktionsaggregat vorgeschalteten Heizeinrichtung für das Reduktionsgas angebracht ist, für die Flussregelung eingespart werden. Neben der Kostenersparnis werden durch 10 eine Mengen- bzw. Flussregelung mittels der Gasreinigungseinrichtung Druckverluste innerhalb der Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen bzw. Eisen verringert bzw. vermieden. Idealer Weise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch bei unterschiedlichen Reduktions-15 aggregaten - wie z.B. Wirbelschichtreaktorsystemen, einem Festbettreduktions- oder MIDREX®-Reduktionsschacht -angewendet werden.
Weiters ist es auch vorteilhaft, wenn die Mengenregelung der 20 Prozessgase der Gasreinigungseinrichtung derart ausgestaltet ist, dass eine dem Reduktionsaggregat zugeführte Menge an Prozessgasen eingestellt und konstant gehalten wird. Durch die in der Gasreinigungseinrichtung vorgesehene Vorrichtung zur Durchflusssteuerung kann auf sehr einfache Weise eine 25 Menge an Reduktionsgas für das jeweils verwendete Reduktionsaggregat eingestellt werden. Zusätzlich hat die Mengen- bzw. Durchflussregelung in der dem Reduktionsaggregat nachgeschalteten Gasreinigungseinrichtung den Vorteil, dass ein Differenzdruck (z.B. typischerweise zwischen 0,3 bis 0,5 bar) 30 für die Gasreinigungseinrichtung hinsichtlich Waschwirkung optimiert werden kann.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist zusätzlich für die Druckregelung vor der 35 Drucksteuereinrichtung eine Ableitung auf, über welche überschüssige Prozessgasmengen, insbesondere als Exportgas der Anlage für die Herstellung von direkt reduzierten Metallen bzw. Eisen ableitbar sind. Dabei ist vorteilhafter 8 8 201103315 » · » I « · · * # • « » * ·*· ♦ ·* · » • ft· · I » ' ♦ ·*»«·
Weise in der Ableitung für überschüssige Prozessgasmengen ein Steuerventil vorgesehen. Über die Ableitung kann einerseits das Druckniveau für die Einrichtung zum Trennen von Gasgemischen optimaler eingestellt werden. Zusätzlich können 5 überschüssige Gasmengen, insbesondere überschüssiges Recycle Gas, als so genanntes Exportgas der Anlage zur Herstellung für direkt reduzierte Metallerze abgeleitet werden. Damit kann zusätzlich die Gasmenge für das Reduktionsaggregat noch genauer eingestellt werden und es werden auf einfache Weise 10 Schwankungen der zugeleiteten Exportgasmenge aus der Anlage zur Roheisenherstellung ausgeglichen.
Es ist günstig, wenn die Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen als Einrichtung für Druckwechsel-Adsorption (PSA) 15 oder als Einrichtung für Vakuum-Druckwechsel-Adsorption (VPSA) eingerichtet ist. Unter Druckwechsel-Adsorption wird üblicherweise ein physikalisches Verfahren zur Trennung von Gasgemischen unter Druck mittels so genannter Adsorption (= Haftenbleiben von z.B. bestimmten Gaskomponenten des 20 Gasgemischs wie z.B. H20, C02, etc. an einem Stoff bzw. so genannten Adsorbens) verstanden. Bei der Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen bzw. Eisen wird mittels der Einrichtung für Druckwechsel-Adsorption C02 aus den Prozessgasen entfernt, damit diese wieder für den Reduktionsprozess 25 im Reduktionsaggregat einsetzbar sind und oxidiert werden können.
Bei einer Einrichtung für Druckwechsel-Adsorption oder Pressure Swing Adsorption (PSA) wird das zu trennende 30 Gasgemisch unter erhöhtem Druck (z.B. ca. 6 bis 10 bar) in die Einrichtung, welche mit einem Adsorbens gefüllt ist, eingeleitet, so dass dieses durchströmt wird und eine oder mehrere zu entfernende Komponenten (z.B. H20, C02) zu adsorbieren. Das restliche Gasgemisch verlässt die 35 Einrichtung über den Ausgang. Ist das Adsorbens beladen, so wird der Prozess z.B. über Ventile und unter Druckabsenkung so umgeschaltet, dass die adsorbierte Komponente bzw. Komponenten wieder desorbiert werden und diese Komponente 201103315 9 • * «·** ·* · I ft * * · # • φ · · *«« * *· · · » *· 4 fc · · · **»» • «· * · *# # · · ft * · bzw. Komponenten aus dem Adsorbens desorbiert werden. Eine genaue Einregelung eines Umschaltzeitpunktes hängt üblicherweise von einer gewünschten Reinheit der Gase bzw. Komponente ab. Wird bei zumindest einem Druck unterhalb von Atmosphären-5 druck gearbeitet, so wird die Methode auch als Vakuum
Pressure Swing Adsorption (VPSA) bezeichnet, wobei bei dieser Methode Üblicherweise zusätzlich eine oder mehrere Vakuumpumpen erforderlich sind. Der Eingangsdruck des Prozessgases für die PSA bzw. VPSA wird dabei über zumindest eine der PSA 10 bzw. VPSA vorgeschaltete Verdichtungseinrichtung, insbesondere einem Kompressor, erzeugt.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht allerdings der Vorteil, dass mittels der Mengenregelung Über die Gas-15 reinigungseinrichtung und/oder der Drucksteuereinrichtung ein höherer so genannter Feedgasdruck für die Verdichtung zur Trennung von Gasgemischen erzielt werden kann. Damit besteht die Möglichkeit der Nutzung einer PSA-Einrichtung, wodurch Kosten für eine VPSA-Einrichtung bzw. für Vakuumpumpen 20 gespart werden können.
Eine zweckmäßige Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Drucksteuereinrichtung aus zumindest einem Druckhalteventil 25 besteht, welches vor einer Einmündung der Zuführleitung für das so genannte Exportgas aus einer Anlage zur Roheisenerzeugung wie z.B. einer Schmelzreduktionsanlage oder zwischen erster und zweiter Kompressorstufe angebracht ist. Über ein Druckhalteventil kann auf einfache und kosten-30 günstige Weise der Druck der Prozessgase, insbesondere des zugeführten Exportgases aus der Anlage zur Herstellung von Roheisen, auf ein konstantes und für die Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen bzw. C02-Entfernung gewünschtes Druckniveau eingestellt werden. Dabei wird dem Exportgas aus 35 der Zuleitung gezielt Off-Gas bzw. Recycle Gas aus der
Recycle Gas-Leitung, welches einen etwas höheren Druck aufweist, zugefügt, um ein gewünschtes Druckniveau am Eingang 201103315 »»«*· · · · · • * * f «»· · ·* · * * · · · · * Φ +·»«· 10 der der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen vorgeschalteten Verdichtungseinrichtung zu erreichen.
Je nach dem gewählten Druckniveau für die Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen und das jeweils eingesetzte Reduktionsaggregat (z.B. Festbestreduktionsschacht, Wirbelschichtreaktorsystem, etc.) kann die Drucksteuereinrichtung auch vorteilhafter Weise als Entspannungsturbine ausgestaltet sein, welche vor der Einmündung der Zuführleitung für Exportgas angebracht ist. Durch eine Entspannungsturbine wird dabei nicht nur der Druck geregelt, sondern es kann auch gleichzeitig elektrische Energie erzeugt werden bzw. zumindest ein Teil der mechanischen Energie der der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen zugeordneten Verdichtungseinrichtung (z.B. Kompressor) beispielsweise über eine mechanische Kopplung substituiert werden. Auf diese Weise kann zusätzlich der Strombedarf der Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen bzw. Eisen verringert werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand der beigefügten Figur erläutert. Figur 1 zeigt beispielhaft und schematisch einen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Regelung von Prozessgasen in einer Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallen, insbesondere Eisen.
Ausführung der Erfindung
In Figur 1 ist schematisch und beispielhaft ein Aufbau einer so genannten Verbundanlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen, insbesondere Eisen, dargestellt, welche die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst. Bei einer Verbundanlage wird üblicherweise ein Exportgas 7 einer Anlage zur Roheisenerzeugung 1, insbesondere einer Schmelzreduktionsanlage, als Reduktionsgas 9 für eine Reduktion von 201103315 • « • · fe 4 • · • ·Μ « «
« B 11
Metallerzen, Eisenerz, etc. in einer Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen, Eisen, etc. genutzt.
Eine Anlage zur Roheisenerzeugung 1 wie die in Figur 1 5 beispielhaft dargestellte Schmelzreduktionsanlage 1 auf Basis des so genannten COREX®-Verfahrens umfasst zumindest einen Reduktionsschacht 3, in dem der Träger des Metallerzes, insbesondere Eisenerz (Stückerz, Pellets, Sinter) mit einem Reduktionsgas 5 der Schmelzreduktionsanlage 1 reduziert wird. 10 Das Reduktionsgas 5 der Schmelzreduktionsanlage 1 wird dabei in einem Einschmelzvergaser 4 durch Vergasung von Kohle aus einem Kohle-/Feinerzbehälter 2 (und gegebenenfalls einem kleinen Anteil Koks) mit Sauerstoff (90% oder mehr) erzeugt. 15 Das Reduktionsgas 5 wird vom Einschmelzvergaser 4 teilweise in den Reduktionsschacht 3 im unteren Teil eingeleitet und oben als so genanntes Topgas 6 wieder abgeleitet. Das Topgas 6 wird dann in einem Staubabscheider oder Zyklon vom groben Staub befreit, in einer Abkühleinrichtung abgekühlt und in 20 einer Gasreinigungseinrichtung oder einem Gaswäscher gereinigt. In die Leitung des Topgases 6 der Schmelzreduktionsanlage mündet auch eine Leitung, die einen Teil des Reduktionsgases 5 (so genanntes Überschussgas) ableitet. Auch das Reduktionsgas 5 wird abgekühlt und in einem Gaswäscher 25 gereinigt. Das Topgas 6 und das zugeführte Reduktionsgas 5 werden dann als so genanntes Exportgas 7 der Schmelzreduktionsanlage 1 bzw. der COREX®-Anlage abgeleitet und Über eine Zuführleitung 16 der Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen 8 zugeführt. 30
Neben dem COREX®-Verfahren, bei welchem als zweistufiges Schmelzreduktionsverfahren ( = Kombination eines Prozesses zur Direktreduktion (Vorreduktion von z.B. Eisenerz zu Eisenschwamm) mit einem Schmelzprozess (Hauptreduktion)) ein 35 Metallerz (z.B. Eisenerz) in stückiger Form wie z.B. Stückerz, Pellet, etc. eingebracht wird, kann das Exportgas 7 auch aus einer Schmelzreduktionsanlage 1 auf Basis des FINEX®-Verfahren oder aus einer Kohlevergasungsanlage abgezogen 12 201103315 « * * k w * • ··· 9 9 werden. Beim FINEX®-Verfahren wird das Metallerz bzw.
Eisenerz als Feinerz eingebracht und die Vorreduktion erfolgt beispielsweise in einem Wirbelschichtreaktorsystem.
Das Exportgas 7 gelangt als Prozessgas über die Zuftihrleitung 16 in die Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen 8 bzw. in die DR-Anlage 8. Dabei mündet die Zuführleitung 16 in eine Rückführleitung 14, in welcher das so genanntes Off-Gas oder Recycle Gas 11 der DR-Anlage 8 wieder für den Reduktionsprozess aufbereitet und zurückgeführt wird.
Das Exportgas 7 und das Recycle Gas 11 werden einer Verdichtungseinrichtung 17 - z.B. einem Kompressor -zugeführt. Dabei ist zu beachten, dass zwischen dem Exportgas 7 und dem Recycle Gas 11 ein Druckunterschied vorliegt. Das Exportgas weist dabei beispielsweise einen Druck von 1 bis 2 bar Überdruck auf. Das Recycle Gas 11 hat z.B. einen Druck von ca. 2,5 bar Überdruck. Zusätzlich schwankt das zugeführte Exportgas 7 auch in der Menge (z.B. um 10%). Um den Druck am Eingang des Kompressors 17 und damit auch für eine nachgeschaltete Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen 18, welche ein konstantes Druckniveau von z.B. 6 bar Überdruck benötigt, konstant zu halten, ist vor der Einmündung der Zuführleitung 16 eine Drucksteuereinrichtung 15 in der Rückführleitung 14 vorgesehen. Als Drucksteuereinrichtung 15 kann beispielsweise ein Druckhalteventil 15 vorgesehen sein. Das für eine Druckregelung und eine Mengenausgleich nicht notwendige Recycle Gas 11 kann beispielsweise über eine Ableitung 19 als so genanntes Exportgas der DR-Anlage 8 abgeführt werden. Diese Ableitung 19 weist zur Druckkontrolle ebenfalls ein Ventil auf.
Nach dem Kompressor 17 wird das Prozessgas 7 der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen 18 zur C02-Entfernung zugeführt. Diese Einrichtung 18 kann beispielsweise bei ausreichend hohem Druckniveau als Einrichtung für Druckwechsel-Adsorption 18 (Pressure Swing Adsorption (PSA)) 13 201103315 • · Φ · » # · · ··# · ·· · * * «· ·« · · ··*»» ausgeführt sein. Ist z.B. aufgrund eines eingesetzten Reduktionsaggregats 10 ein niedrigeres Druckniveau für die Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen 18 zu wählen, so kann auch eine so genannte Vakuura-Druckwechsel-Adsorptions-5 einrichtung 18 (VPSA) eingesetzt werden. Dann wird das von C02 befreite Prozessgas in einer Heizeinrichtung 20 für den Reduktionsprozess erwärmt und als Reduktionsgas 9 zum Reduktionsaggregat 10 weitergeleitet. Ein Teil des Prozessgas wird im Reduktionsgasofen thermisch zur Aufheizung des 10 weitgehend vom C02 gereinigten Prozessgas genutzt und als Abgas über eine Abgasentsorgung 21 abgeblasen.
Dem Reduktionsgas 9 kann auch noch Sauerstoff O2 zwecks partieller Verbrennung und damit verbundener Temperatur-15 erhöhung zugeführt werden. Dann wird das Reduktionsgas 9 in das Reduktionsaggregat 10, in welchem sich das über eine Materialzuführung zugeführte, zu reduzierende Material - z.B. Metallerz, Eisenerz, etc. befindet, eingeleitet, um dieses Material im Gegenstrom zu reduzieren. Als Reduktionsaggregat 20 10 können je nach vorliegendem, zu reduzierenden Material (Erz in stückiger Form, Pellet, Feinerz, etc.) ein Festbettreduktionsschacht, MIDREX®-Reduktionsschacht oder ein Wirbelschichtreaktorsystem verwendet werden. 25 Das Reduktionsgas 9 wird dann aus dem oberen Teil des
Reduktionsaggregats 10 als Off-Gas, Top-Gas oder Recycle Gas 11 abgeleitet und in einer Abkühleinrichtung 12 abgekühlt. Für die Reinigung des Recycle Gases 11 ist eine dem Reduktionsaggregat 10 nachgeschaltete Gasreinigungs-30 einrichtung 13 vorgesehen. Die Gasreinigungseinrichtung 13 weist eine Einrichtung zur DurchflussSteuerung wie z.B. ein Durchgangsventil bzw. einen Ringspaltwäscher, etc. auf. Durch dieses Ventil in der Gasreinigungseinrichtung 13 wird dann jene Menge an Prozessgasen 7, 11 eingestellt, welche für die 35 Fluss- bzw. Mengeregelung für das Reduktionsaggregat 10 notwendig bzw. gewünscht ist. Das gereinigte Recycle Gas 11 wird dann über die Rückführleitung 14 und durch die Drucksteuereinrichtung 15 wieder dem Reduktionsprozess zugeführt. * 14 201103315
Je nach gewähltem Druckniveau für die Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen 18 bzw. zur C02-Entfernung und für das Reduktionsaggregat 10 ist es auch möglich, anstelle eines 5 Druckhalteventils 15 eine Entspannungsturbine als Drucksteuereinrichtung 15 in der Rückführleitung 14 zu verwenden. Über die Entspannungsturbine wird dabei gleichzeitig der Druck geregelt und z.B, elektrische Energie erzeugt, welche in der DR-Anlage 8 z.B. für den Kompressor 17 genutzt werden 10 kann. Zusätzlich kann bei einem höher gewählten Druck (z.B. 3 bis 6 bar) für das Reduktionsaggregat 10, dieses beispielsweise eine kleine Baugröße aufweisen und auch z.B. die Baugröße der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen 18 kleiner gewählt werden, da eine hydraulische Begrenzung -15 maßgeblich dafür ist üblicherweise ein Betriebsvolumenstrom -für eine Kapazitätsgrenze ausschlaggebend ist. 201103315 • * • ··* 15 *
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Bezugazeichenliet« 1 Anlage zur Roheisenerzeugung, insbesondere Schmelzreduktionsanlage 5 2 Kohle-/Feinerzbehälter 3 Reduktionsschacht 4 Einschmelzvergaser 5 Reduktionsgas der Schmelzreduktionsanlage 6 Topgas der Schmelzreduktionsanlage 10 7 Exportgas der Schmelzreduktionsanlage 8 Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen bzw. Eisen (DR-Anlage) 9 Reduktionsgas 10 Reduktionsaggregat mit Materialzuführung 15 11 Off-Gas, Top-Gas oder Recycle Gas 12 Abkühleinrichtung 13 Gasreinigungseinrichtung mit Mengensteuerung (z.B. Ringspaltwäscher) 14 Rückführleitung 20 15 Drucksteuereinrichtung 16 Zuführleitung für Exportgas der Schmelzreduktionsanlage 17 Verdichtungseinrichtung (z.B. Kompressor) 18 Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen - C02-Entfernung 19 Ableitung für Exportgas der DR-Anlage 20 Heizeinrichtung für Reduktionsgas (z.B.
Reduktionsgasofen)
Abgasentsorgung 21 25

Claims (7)

  1. 201103315 ·· ·· ·· »»»· «# · 9···· · · · · • · * · ·«· · ·* t * »»«-.·· I »4* 16 Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Regelung von Prozessgasen in einer Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen (8) mit zumindest einem Reduktionsaggregat (10), einer dem Reduktionsaggregat (10) vorgeschalteten Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen (18) mit zugeordneter Verdichtereinrichtung (17) und einer dem Reduktionsaggregat (10) nachgeschalteten Gasreinigungseinrichtung (13), wobei zumindest ein Teil der Prozessgase (7) über eine Zuführleitung (16) aus einer Anlage zur Roheisenerzeugung (1), insbesondere einer Schmelzreduktionsanlage, zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasreinigungseinrichtung (13) für eine Mengenregelung der Prozessgase (11) ausgestattet ist, und dass die Vorrichtung eine Drucksteuereinrichtung (15) aufweist, welche vor einer Einmündung der Zuführleitung (16) in eine Rückführleitung (14) für die Prozessgase (11), insbesondere des so genannten Off-Gas (11), derart angebracht ist, dass ein Druckniveau für die Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen (18) mit zugeordneter Verdichtereinrichtung (17) konstant gehalten wird.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mengenregelung der Prozessgase (11) der Gasreinigungseinrichtung (13) derart ausgestaltet ist, dass eine dem Reduktionsaggregat (10) zugeführte Menge an Prozessgasen (7, 9, 11) eingestellt und konstant gehalten wird.
  3. 3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich für die Druckregelung vor der Drucksteuereinrichtung (15) eine Ableitung (19) vorgesehen ist, über welche überschüssige Prozessgasmengen (11) ableitbar sind. 201103315 «*··· · ♦ · ♦ » * · ·*· · ·* · · * «t a * i · i·.'· 17
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitung (19) für überschüssige Prozessgasmengen (11) ein Steuerventil aufweist.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen (18) als Einrichtung für Druckwechsel-Adsorption oder als Einrichtung für Vakuum-Druckwechsel-Adsorption eingerichtet ist.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksteuereinrichtung (15) aus zumindest einem Druckhalteventil besteht, welches vor einer Einmündung der Zuführleitung (16) angebracht ist.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksteuereinrichtung (15) als Entspannungsturbine ausgestaltet ist, welche vor einer Einmündung der Zuführleitung (16) angebracht ist.
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