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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Einstellung des Oxidationsgrades eines, insbesondere kohlenstoffstaub-hältigen Reduktionsgases, wobei das Reduktionsgas im wesentllchon Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthält und zur Reduktion von metallischen Erzen, vorzugsweise zur Reduktion von Eisenoxid zu Eisenschwamm, in einem Reaktor der physikalischen oder chemischen Verfahrenstechnik, insbesondere in einem Reduktions-Schachtofen, eingesetzt wird, und wobei dem Reduktionsgas vor Einleitung in den Reaktor, vorzugsweise in Abhängigkeit von seinem Oxidationsgrad und seiner Temperatur, H20 und/oder CO2 zugeführt wird.
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Eisenoxid, reduzierendes Gas zu erzeugen.
DE-C-3535572 hat ein Verfahren zur Herstellung von Roheisen aus Feinerz zum Inhalt.
Dabei wird dem Reduktionsgas, das in einem Einschmelzvergaser erzeugt wird, ein Kühlgas beigemischt, und dieses Gemisch in den Reduktionsschachtofen eingeleitet. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass keine gleichbleibende Qualität des Reduktionsgases gewährleistet werden kann.
AT-B-403925 lehrt ein Verfahren zum Erzeugen eines für eine Reduktion von stückigem Metallerz in einem Einschmelzvergaser erzeugtes Reduktionsgas, dem zur Erreichung eines thermodynamisch stabileren Zustandes CO2 und/oder H20 beigemischt wird. Einerseits ist die Verfügbarkeit von CO2 in einem Hüttenwerk jedoch beschränkt, und andererseits erfolgt durch die Zugabe von CO2 und/oder H20 eine unerwünschte Absenkung der Temperatur des Reduktionsgases.
Unter dem Gesichtspunkt des Standes der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Anlage gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 7 zu entwickeln, die eine einfache und effektive Einstellung des Oxidationsgrades eines Reduktionsgases ermöglichen und die Nachteile aus dem Stand der Technik überwinden.
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Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss entsprechend dem erfindungsgemässen Verfahren nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1, und entsprechend der erfindungsgemässen Vorrichtung nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 7 gelöst.
Bei einem Verfahren zur Erzeugung von Roheisen oder Roheisenvorprodukten aus eisenoxidhältigen Einsatzstoffen, insbesondere mit kohlenstoffhältigen Energieträgern und sauerstoffhältigen Vergasungsmitteln, wird, beispielsweise durch die Vergasung von Kohle, Kohlenmonoxid- und Wasserstoff-hältiges Reduktionsgas hergestellt. Das Reduktionsgas wird einem Reaktor zur Reduktion von Eisenoxid zugeführt. Da dieses Gas einen sehr niedrigen bzw. stark schwankenden Oxidationsgrad besitzt und bei der Reduktion metallisches Eisen entsteht, welches als Katalysator für Gasreaktionen bekannt ist, kommt es in der Umgebung der Gaszufuhr im Reduktionsschachtofen zu Reaktionen mit Bildung von Wärme und Kohlenstoff (Boudouard-Reaktion und heterogene Wassergasreaktion). Störungen des Schachtbetriebes durch zusätzlichen Staub und Überhitzungsgefahr sind die Folge.
Es sind verschiedene Massnahmen zur Einstellung des Oxidationsgrades, wie beispielsweise eine Oxidationsgraderhöhung durch eine HO- (Wasser und/oder Dampf) oder C02-Beimischung zum Reduktionsgas, wie in AT-B-403929 geoffenbart, bekannt.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird H20 und/oder Cor dem Reduktionsgas beigemischt. Besonders vorteilhaft handelt es sich dabei um eine Zugabe von flüssigem H20, da es sich hierbei um ein universell verfügbares Verfahrensmittel handelt. Die solcherart verfahrensmässige HO-Eindüsung führt dabei zu einer wärmeverbrauchenden Verdampfung, und/oder zu einer CO-verbrauchenden homogenen Wassergasreaktion, und/oder zu einer C-verbrauchenden heterogenen Wassergasreaktion.
Vorzugsweise wird das gesamte, im flüssigen Aggregatzustand eingebrachte, Wasser verdampft, wodurch die Temperatur des Reduktionsgases abgesenkt, und auf diese Weise die maximal zuführbare Menge des flüssigen H20 beschränkt wird. Dabei kann die Temperaturabnahme zumindest in einem Teilbereich durch eine geringere Kühlgaszufuhr ausgeglichen werden.
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Nach einem erfindungsgemässen Merkmal wird durch Teilverbrennung des Reduktionsgases unter Zufuhr von Sàuerstoff der Oxidationsgrad je nach Sauerstoffmenge variabel eingestellt. Bei Zufuhr von Wasser und/oder Wasserdampf kann somit auch auf die verhältnismässig unkontrolliert ablaufende heterogene Wassergasreaktion Rücksicht genommen werden, und der Oxidationgrad nachjustiert werden. Die Teilverbrennung erfolgt dabei vor oder nach der Einleitung des H20, vor oder bei Einleitung des Reduktionsgases in den Reaktor. Nach einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Teilverbrennung unmittelbar vor Einleitung des Reduktionsgases in den Reaktor.
Durch Variation der Sauerstoff- bzw. Wassermenge kann somit das Verhältnis wärmeverbrauchender und wärmeerzeugender Reaktionen in Abhängigkeit der SollTemperatur und des gewünschten Oxidationsgrades des Reduktionsgases eingestellt werden.
Die bei der Teilverbrennung entstehende zusätzliche Wärme wird genutzt um den Temperaturabfall bei der Einleitung des H20 auszugleichen, bzw. um das Reduktionsgas auf eine für die weitere Verwendung im Schachtofen verträgliche Temperatur bei gewünschtem Oxidationsgrad zu erhitzen.
Durch die Teilverbrennung wird nicht nur der Oxidationsgrad des Reduktionsgases erhöht, es erfolgt auch eine Senkung des Staubgehaltes des Gases, da eine Umsetzung der feinen C-Partikel mit O2 bzw. H20 erfolgt.
Eventuell vorhandene Reste von unverbrannten oder teilverbrannten Kohlenwasserstoffen werden durch die Zufuhr des Sauerstoffes ebenfalls einer Oxidation unterworfen, und abgebaut.
Im Stand der Technik sind an mehreren Stellen Einrichtungen zum Kühlen, insbesondere Kühlgasleitungen zur Zuführung eines Kühlgases, beschrieben, die eine Einstellung der Temperatur des Reduktionsgases auf die Erfordernisse im Schachtofen gewährleisten. Abhängig von der Temperaturentwicklung des Prozesses bei der Zugabe von H20 sowie der Teilverbrennung mit sauerstoffhältigen Medien, kann diese Kühlgaszufuhr geregelt
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werden. Auf diesem Weg ist eine weitere Verbesserung des Energiehaushaltes des erfindungsgemässen Verfahrens wie der erfindungsgemässen Anlage erreichbar.
Bei dem sauerstoffhältigen Medium handelt es sich vorzugsweise um technisch reinen Sauerstoff.
Vorzugsweise lautet die Zusammensetzung des, für die weitere Verwendung,
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<tb>
<tb> C,CO <SEP> H2 <SEP> CH4 <SEP> N2 <SEP> C02
<tb> % <SEP> 65 <SEP> 24 <SEP> 2 <SEP> 4 <SEP> 5
<tb>
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Einschmelzvergaser erzeugt, in dem reduzierte Eisenpartikel unter Zuführung von Kohle und sauerstoffhältigem Gas eingeschmolzen werden. Die Teilverbrennung des Reduktionsgases unter Zuführung eines sauerstoffhältigen Mediums, insbesondere reinen Sauerstoffes, erfolgt dabei nach Ableitung des Reduktionsgases aus dem Einschmelzvergaser und vor dem Einleiten des Reduktionsgases in den ReduktionsSchachtofen. Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dem Reduktionsgas vor Eintritt in den Reduktions-Schachtofen ein Kühlgas beigemischt.
Die Temperaturabsenkung des Reduktionsgases durch das Einbringen von H20 wird dabei nach einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung durch eine geringere Menge an eingebrachtem Kühlgas kompensiert.
Die vorliegende Erfindung erweist sich darüber hinaus als besonders günstig, da das Reduktionsgas aus dem Einschmelzvergaser einen Staubanteil, sowie einen geringen Kohlenwasserstoff-Gehalt aufweist, die jeweils durch die Oxidation gesenkt werden.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes wird die Menge des zugeführten Sauerstoffes und/oder des H20 und/oder des C02 und/oder eines Kühlgases, in Abhängigkeit von dem Oxidationsgrad und/oder der Temperatur des Reduktionsgases geregelt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes erfolgt die Teilverbrennung des Reduktionsgases in Kombination mit der H2O- und/oder CO2Zugabe gezielt zur Erreichung eines vorbestimmten Oxidationsgrades, der durch die gewünschte Temperatur im Reduktionsschacht mitbestimmt wird.
Auch die Ausscheidung des elementaren Kohlenstoffes im Reduktions-Schachtofen hängt primär vom Oxidationsgrad bzw. der Temperatur des eingeleiteten Reduktionsgases ab. Es bietet sich deshalb die Regelung der Teilverbrennung des Reduktionsgases an, um auf diese Weise effizient und einfach auf allfällige Veränderungen, beispielsweise der Temperatur, im Schachtofen zu reagieren.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird das sauerstoffhältige Medium, insbesondere reiner Sauerstoff, direkt in die Generatorgasleitung eingeleitet. Die Generatorgasleitung stellt jene Leitung dar, die das Reduktionsgas vom Einschmelzvergaser ableitet. Diese Ausführungsform erweist sich insbesondere dann als günstig, wenn keine spezielle Vorrichtung zur Wasser/Dampf/C02-Zufuhr vorgesehen wird. Es handelt es sich hierbei um eine besonders kostengünstige Verfahrensausführung.
Einem weiteren Merkmal der Erfindung zufolge wird das sauerstoffhältige Medium, insbesondere reiner Sauerstoff, in die Kühlgasleitung, vorzugsweise in eine Brennkammer an der Kühlgasleitung, eingeleitet. Diese Ausgestaltung des Verfahrens erweist sich als vorteilhaft, da eine übermässige thermische und abrasive Belastung der 02-Düse verhindert wird. Damit sind lange Standzeiten erzielbar.
Das Kühlgas weist vorzugsweise eine Temperatur von 50-100 C auf.
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Anspruch 7 gekennzeichnet.
Mit der Zufuhr des Sauerstoffes werden dabei der Oxidationsgrad und die Temperatur
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Nach einem weiteren Merkmal der erfindungsgemässen Vorrichtung, wobei die Vorrichtung eine Generatorgasleitung aufweist, die das Reduktionsgas vom dem Reduktionsgas-Erzeuger, insbesondere dem Einschmelzvergaser, in den Reaktor,
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Mediums vorgesehen.
Im folgenden wird ein nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt :
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Fig. 1 stellt einen Vergaser 1 dar, wobei aus diesem Vergaser durch eine Generatorgasleitung 2 Reduktionsgas abgezogen wird.
Dabei sind verschiedene Möglichkeiten zur partiellen Oxidation dieses Reduktionsgases gegeben : Nach Detail A wird der Sauerstoff, beispielsweise durch eine oder mehrere Düsen, in die Generatorgasleitung nahe am Einschmelzvergaser eingeleitet 3. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Sauerstoff dabei direkt in den oberen Bereich des Vergasers eingeleitet 4.
Nach Detail B wird der Sauerstoff in eine Brennkammer an einer Kühlgasleitung 5 eingebracht. Das Kühlgas wird teilverbrannt, und das resultierende Gasgemisch in die Generatorgasleitung 2 eingeleitet.
Nach Detail C wird Sauerstoff gemeinsam mit CO2 und/oder H20 in die Generatorgasleitung 2 eingeleitet. Je nach Verfügbarkeit bzw. ökonomischen Gesichtspunkten kann hierbei CO2 oder H20 verwendet werden.
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The invention relates to a device and a method for adjusting the degree of oxidation of a, in particular carbon dust-containing, reducing gas, the reducing gas essentially containing carbon monoxide and hydrogen and for reducing metallic ores, preferably for reducing iron oxide to sponge iron, in a reactor of physical or chemical process engineering, in particular in a reduction shaft furnace, and wherein the reducing gas is fed into the reactor before being introduced into the reactor, preferably as a function of its degree of oxidation and its temperature, H20 and / or CO2.
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Iron oxide to produce reducing gas.
DE-C-3535572 deals with a process for the production of pig iron from fine ore.
A cooling gas is added to the reducing gas, which is generated in a melter gasifier, and this mixture is introduced into the reduction shaft furnace. The disadvantage of this method is that the quality of the reducing gas cannot be guaranteed to be constant.
AT-B-403925 teaches a method for generating a reduction gas which is produced for the reduction of lumpy metal ore in a melter gasifier and which is admixed with CO2 and / or H20 in order to achieve a more thermodynamically stable state. On the one hand, the availability of CO2 in a metallurgical plant is limited, and on the other hand, the addition of CO2 and / or H20 results in an undesirable reduction in the temperature of the reducing gas.
From the point of view of the prior art, it is an object of the invention to develop a method according to the preamble of claim 1 and a system according to the preamble of claim 7, which enable simple and effective adjustment of the degree of oxidation of a reducing gas and the disadvantages from Overcome the state of the art.
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The object is achieved according to the method according to the invention according to the characterizing part of claim 1, and according to the device according to the invention according to the characterizing part of claim 7.
In a process for producing pig iron or pig iron precursors from feedstocks containing iron oxide, in particular with carbon-containing energy sources and oxygen-containing gasifying agents, the gasification of coal produces, for example, carbon monoxide and hydrogen-containing reducing gas. The reducing gas is fed to a reactor for reducing iron oxide. Since this gas has a very low or strongly fluctuating degree of oxidation and the reduction produces metallic iron, which is known as a catalyst for gas reactions, reactions with the formation of heat and carbon occur in the vicinity of the gas supply in the reduction shaft furnace (Boudouard reaction and heterogeneous water gas reaction). This results in disruptions to shaft operations caused by additional dust and the risk of overheating.
Various measures for adjusting the degree of oxidation are known, such as, for example, an increase in the degree of oxidation by adding HO (water and / or steam) or CO 2 to the reducing gas, as disclosed in AT-B-403929.
According to the method according to the invention, H20 and / or Cor is added to the reducing gas. It is particularly advantageous to add liquid H20, since this is a universally available processing agent. The HO injection in this way leads to heat-consuming evaporation and / or to a CO-consuming homogeneous water gas reaction and / or to a C-consuming heterogeneous water gas reaction.
Preferably, all of the water introduced in the liquid state is evaporated, as a result of which the temperature of the reducing gas is reduced, and the maximum amount of liquid H20 that can be supplied is thus restricted. The decrease in temperature can be compensated for at least in a sub-area by a lower cooling gas supply.
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According to a feature of the invention, the degree of oxidation is variably adjusted depending on the amount of oxygen by partial combustion of the reducing gas with the supply of oxygen. When water and / or water vapor are supplied, consideration can therefore also be given to the relatively uncontrolled heterogeneous water gas reaction and the degree of oxidation readjusted. The partial combustion takes place before or after the introduction of the H20, before or when the reducing gas is introduced into the reactor. According to a preferred embodiment, the partial combustion takes place immediately before the reducing gas is introduced into the reactor.
By varying the amount of oxygen or water, the ratio of heat-consuming and heat-generating reactions can be adjusted depending on the target temperature and the desired degree of oxidation of the reducing gas.
The additional heat generated during partial combustion is used to compensate for the drop in temperature when the H20 is introduced, or to heat the reducing gas to a temperature that is compatible with further use in the shaft furnace and with the desired degree of oxidation.
Partial combustion not only increases the degree of oxidation of the reducing gas, it also lowers the dust content of the gas because the fine C particles are reacted with O2 or H20.
Any residues of unburned or partially burned hydrocarbons that are present are also subjected to oxidation by the addition of oxygen, and are broken down.
In the prior art, devices for cooling, in particular cooling gas lines for supplying a cooling gas, are described at several points, which ensure an adjustment of the temperature of the reducing gas to the requirements in the shaft furnace. Depending on the temperature development of the process when adding H20 and the partial combustion with oxygen-containing media, this cooling gas supply can be regulated
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become. In this way, a further improvement in the energy balance of the method according to the invention and the system according to the invention can be achieved.
The oxygen-containing medium is preferably technically pure oxygen.
The composition of the, for further use, is preferably
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<Tb>
<tb> C, CO <SEP> H2 <SEP> CH4 <SEP> N2 <SEP> C02
<tb>% <SEP> 65 <SEP> 24 <SEP> 2 <SEP> 4 <SEP> 5
<Tb>
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Smelting gasifier is produced in which reduced iron particles are melted with the addition of coal and oxygen-containing gas. The partial combustion of the reducing gas with the supply of an oxygen-containing medium, in particular pure oxygen, takes place after the reduction gas has been removed from the melter gasifier and before the reduction gas has been introduced into the reduction shaft furnace. According to a particularly preferred embodiment of the invention, a cooling gas is added to the reducing gas before it enters the reduction shaft furnace.
According to an additional feature of the invention, the lowering of the temperature of the reducing gas by introducing H20 is compensated for by a smaller amount of introduced cooling gas.
The present invention also proves to be particularly favorable since the reducing gas from the melter gasifier has a dust content and a low hydrocarbon content, which are each reduced by the oxidation.
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According to a preferred embodiment of the subject matter of the invention, the amount of oxygen supplied and / or the H20 and / or the CO 2 and / or a cooling gas is regulated as a function of the degree of oxidation and / or the temperature of the reducing gas.
According to a preferred embodiment of the subject matter of the invention, the partial combustion of the reducing gas in combination with the addition of H2O and / or CO2 takes place in a targeted manner in order to achieve a predetermined degree of oxidation, which is also determined by the desired temperature in the reduction shaft.
The elimination of elemental carbon in the reduction shaft furnace also depends primarily on the degree of oxidation or the temperature of the reducing gas introduced. It is therefore advisable to regulate the partial combustion of the reducing gas in order to react efficiently and easily to any changes, for example the temperature, in the shaft furnace.
According to a further feature of the invention, the oxygen-containing medium, in particular pure oxygen, is introduced directly into the generator gas line. The generator gas line represents the line that derives the reducing gas from the melter gasifier. This embodiment proves to be particularly advantageous if no special device for the supply of water / steam / CO 2 is provided. It is a particularly cost-effective process implementation.
According to a further feature of the invention, the oxygen-containing medium, in particular pure oxygen, is introduced into the cooling gas line, preferably into a combustion chamber on the cooling gas line. This embodiment of the method proves to be advantageous since an excessive thermal and abrasive load on the 02 nozzle is prevented. Long service lives can thus be achieved.
The cooling gas preferably has a temperature of 50-100 ° C.
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Claim 7 marked.
With the supply of oxygen, the degree of oxidation and the temperature become
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According to a further feature of the device according to the invention, the device having a generator gas line which carries the reducing gas from the reducing gas generator, in particular the melter gasifier, into the reactor,
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Medium provided.
A non-restrictive exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to a drawing. It shows :
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1 shows a carburetor 1, wherein reducing gas is withdrawn from this carburetor through a generator gas line 2.
There are various possibilities for the partial oxidation of this reducing gas: According to detail A, the oxygen, for example through one or more nozzles, is introduced into the generator gas line near the melter gasifier 3. According to a further preferred embodiment, the oxygen is directly in the upper region of the gasifier initiated 4.
According to detail B, the oxygen is introduced into a combustion chamber on a cooling gas line 5. The cooling gas is partially burned and the resulting gas mixture is introduced into the generator gas line 2.
According to detail C, oxygen is introduced into the generator gas line 2 together with CO2 and / or H20. Depending on availability or economic considerations, CO2 or H20 can be used.