DD157566A5 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von eisenschwamm - Google Patents

Abstract

Durch das Verfahren und die Vorrichtung zur Herstellung von Eisenschwamm sollen die Investitionskosten und der Energieverbrauch gegenueber herkoemmlichen Verfahren gesenkt werden. Aufgabengemaess wird Eisenschwamm durch kontinuierliche Reduktion von Eisenoxiden hergestellt, wobei erfindungsgemaess aus einem Reduktionsschacht das Reaktionsgas entfernt, dem Reaktionsgas das CO tief 2 und H tief 2 O entzogen, das Reaktionsgas in wenigstens zwei Teilstroeme aufgeteilt und ein Teilstrom einem Gasgenerator zugeleitet wird. Das Reaktionsgas wird erhitzt und nach weiteren Verfahrensschritten ist reduziertes Eisen aus dem Schachtofen entnehmbar. Die Vorrichtung weist in einem Schachtofen einen Reaktionsschacht auf. Im oberen Bereich des Schachtofens ist eine Anordnung zur Entfernung des Reaktionsgases vorgesehen. Weiterhin sind Gaswaescher, Trennungseinrichtungen, ein Gasgenerator, ein Plasmabrenner und Duesen sowie eine Mischvorrichtung vorhanden.

Description

-A-

Berlin, den 18«5„1981 C 21 B/228 531/8 58 974/26

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Eisenschwamm

Anwen&ungs_ge b i;et..,.der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Eisenschwamm,,

Oharakjberistik der bekannt_en_technJLschen_i Lösungen

Obwohl Steinkohle einer der Rohstoffe ist, welcher in größter Menge zur Verfugung steht und den-billigsten Energieerzeuger bildet, wurde sie bisher nur in äußerst begrenztem Maße als Reduktionsmittel bei der Herstellung von Eisenschwamm verwendete Diese Situation herrscht trotz der günstigen ReIa- tion zwischen Preis-und Energiegehalt der Steinkohle derzeitig noch vor«

Bekannte Verfahren zur Herstellung von Eisenschwamm, bei denen Kohle als Reduktionsmittel verwendet wird, sind hauptsächlich die folgendenj

a) Das Drehherdofen-Verfahrenj bei welchem Steinkohle zusammen mit dem zu reduzierenden Erz in einem schräg liegenden Drehherdofen verwendet wird. Die Schwierigkeit bei diesem Verfahren besteht darin_? daß hauptsächlich infolge der kinetischen Energie mit relativ hohen Temperaturen, vorzugsweise 1000 C, gearbeitet werden muß, was beträchtliche Probleme durch Material-Verstopfung und -anhäufung in der Reaktionskammer verursacht«

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b) Die Verwendung eines Schachtofens in Kombination mit einer Einrichtung zur Kohlevergasung_s welche auf einer teilweisen Verbrennung beruht«, Die Nachteile dieses bekannten Verfahrens sind hauptsächlich die extrem hohen Investitionskosten für die Vergasungseinrichtung und auch der überaus hohe Energieverbrauche

c) Das Verfahren nach der SB-PS 73 04 332-»5 offenbart eine Lösungj bei dem Kohle in fester Porna unter Verwendung eines Plasmaerzeugers direkt vergast wird« Die Nachteile dieses Verfahrens bestehen dar in _s daß die Kohlezufuhr äußerst genau eingestellt werden muß und bei einigen Kohlearten sich Probleme bei der Handhabung der Asche ergeben«, Außerdem besitzt das erzeugte Gas einen Wasserstoffgehaltj welcher niedriger ist_g als er. für Reduktionszwecke ideal v/äre_o

Ziel der Erfindung ist es_} die Investitionskosten und den Energieverbrauch zu senken,, -

Darlegung des Wesens der Erfindung .

Der Berfindung liegt die Aufgabe zugrunde_s ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Eisenschwamm durch kontinuierliche Reduktion von Eisenoxiden in einem Schachtofen zu schaffeiv

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst_s daß ein Reduktionsgas im Gegenstrom zu den Eisenoxiden durch den,Schachtofen geleitet wird« Das Reduktionsgas besteht hauptsächlich aus GO und H^₅ wobei es aus Rezirkulationsgas erzeugt wird_s d„ h₀ aus dem den Schachtofen verlassenden

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Reaktionsgas sowie aus einem Extragas, welches aus festem Reduktionsmittel wie beispielsweise KoJaIe₉ vorzugsweise Steinkohle, mit Hilfe eines Plasmabrenners hergestellt wird* Dieses Rezirkulationsgas wird zunächst im wesentlichen von. COp und HpO befreit und dann in zwei Teilströme aufgeteilt_s von denen einer dem Plasmabrenner zugeleitet wird* Das Reduktionsmittel wird zusammen mit Wasser in den heißen Gasstrom eingeblasen,. v/elcher δ.οη Plasmabrenner verläßt, so daß das Wasser mit dem Reduktionsmittel zur Reaktion gebracht. wird und eine Mischung aus hauptsächlich GO. und H₂ bildet» Die Temperatur des erzeugten Gases wird- in' einem derartigen Bereich gehalten_s daß im festen Reduktionsmittel enthaltene Asche eine Schlacke bildet₀ Die den Gasgenerator verlassende heiße CO-Hg-Mischung wird mit wenigstens einem der anderen Teilströme des gereinigten Rezirkulationsgases in einem derartigen Verhältnis gemischt, daß die Temperatur der end-* gültigen Gasmischung für das Reduktionsverfahren geeignet ist«, Als Oxidationsmittel kann Wasser oder Sauerstoff verwendet werden©

Gemäß einer Besonderheit der Erfindung wird'·die Temperatur des im Gaserzeuger hergestellten Gases auf einen Temperatur« beräich von 1300 - .1500 ⁰G eingestellt«, Vorzugsweise wird auch, bevor die fertige Gasmischung dem unteren Teil des Schachtofens zugeführt wird,' ihre Temperatur auf'700 1000 ⁰C gebracht^ indem sie mit dem zweiten Teilstrom gemischt wir d_s wobei vorteilhaft die Temperatur des Reductions« .gases vor dem Einblasen·in den Reduktionsschacht 825 ⁰G beträgtο

Fach einer weiteren Besonderheit der Erfindung wird das Rezirkulationsgas in einem" Gaswäscher gereinigt„ bis sein vorzugsweise unter 2 % beträgt»·

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In allen fällen ist es möglich«* die Zwischengasmischung durch einen Schwefelfilter zu leiten«

Als Reduktionsmittel ist Kohle_? Kohlenstaub oder Steinkohlenstaub verwendbar, wobei die Teilchengröße des Kohlenstaubes unter 20 Maschen oder unter 100 Maschen liegen kann₆

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Eisenschwamm .besitzt ein System zur Erzeugung von Reduktionsgas,, welches eine Reinigungseinrichtung^ die aus einem CO₂-Wäscher besteht_s der.als aktiven Wirkstoff Monoäthanolamide enthält _s für das die Reaktionskammer verlassende Reaktionsgas und einen damit verbundenen Gaserzeuger-Schacht aufweist, um einen Teil des auf diese Weise gereinigten Reduktionsgases aufzunehmen» Der.Gaserzeuger-Schacht besitzt einen Plasmabrenner und Zufuhreinrichtungen für das gesteuerte Einbringen von Reduktionsmittel und Wasser in das in ihm erzeugte PlasmagaSe Hinter dem Gaserzeuger-Schacht ist ein einstellbarer'Mischer vorgesehen_s um.den Teil des Reduktionsgases aus dem Schacht mit einem zweiten unbehandelten Teil des gereinigten Reaktionsgases zu mischen_e Außerdem ist im unteren Abschnitt der Reaktionskammer zum Einbringen der auf diese Weise erhaltenen endgültigen Gasmischung eine Gebläseeinrichtung vorgesehen^

Zwischen der Reinigungseinrichtung und der Einrichtung zur· Trennung des gereinigten Reaktionsgases ist ein Kompressor angeordnete Der Gasgenerator ist mit Anordnungen zur Entfernung der Schlacke versehen*. Zwischen dem. Gasgenerator . und der Duscheinrichtung ist ein Schwefelfilter vorgesehen«, Die Einrichtung zum' Einblasen des festen Reduktionsmittels und des Oxidationmlttels besitzt vorteilhafterweise vor dem Plasmabrenner eine Injektionsflache»

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Aus f iuhrung s b eis ρ IeI

Die Erfindung soll nachstehend anhand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert werden_c

Die Reduktion von Bisenoxidbrocken wird in einem Reduktionsschacht 1 durchgeführt«, Die Ei&enoxidbrocken 2 werden durch einen Keilschieber 3 in den Reduktionsschacht 1 eingebracht und durch einen Gegenstrom eines heißen Reduktionsgases_s das hauptsächlich aus Kohlenmonoxid und Wasserstoffgas besteht_s welches im Boden 4 des unteren Abschnitts 4 des Reduktions-Schachtes 1 eingeblasen wird, behandelte Das.Eisenschwamm™ Produkt v/ird durch einen Auslaß 5 im Boden 4 des Reduktionsschachtes 1 entfernte Das Reduktionsgas, von welchem 30-50 % reagiert hat_$ wird vom oberen Teil des Reduktionsschachtes 1 durch einen Auslaß 6 entfernte

Das auf diese Weise aus dem Reduktionsschacht 1 entfernte Gas enthält neben 5O~7O % unreagiertern CO und Hp auch die Reaktionsprodukte COp und HpOe Da dieses Gas noch relativ hohe Anteile an CO und Hp enthält₉ kann es erneut im Verfahren verwendet werden«, Um jedoch als Reduktionsgas erneut verwendet werden zu konnen_s muß der Gehalt.an COg und HpO auf weniger als 5 % herabgesetzt -werden«» Dies wird dadurch erreicht, daß das Gas durch einen Gaswäscher (COp/HoO-Wäscher) 7 geleitet wird_e Wenn das Gas durch diesen Gaswäscher 7 hindurchströmt j wird er nicht nur von den Reaktionsprodukten COp und HpO befreit, sondern der tatsächliche Waschprozeß ermöglicht einen Ausgleich der Gasmenge, so daß ein Zurückschlagen des Gases vermieden werden kann«, Der Gaswäscher 7 kann als aktive Substanz beispielsweise Monoäthanolarnin enthalten, und der Gehalt an CO₂ im Gas kann beim Durchgang durch den" Gaswäscher 7 auf unter 2 '% herabgesetzt werden,»

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Im Anschluß an den Gaswäscher 7 strömt das Gas zu einem Kompressor 8, in welchem der für das Verfahren erforderliche Druckanstieg erzeugt wird, und wird dann in wenigstens zwei Teilströtne 9 und 10 aufgeteilt»

Der Teilstrom 9_S welcher Raumtemperatur besitzt, wird in einen Gasgenerator 11 geleitet, in welchem das erforderliche Extragas aus einem festen Reduktionsmittels vorzugsweise Kohle und V/asser erzeugt wird_o Der Teilstrom 9 wird als Plasmagas in dem Gasgenerator 11' verwendet , und die Menge an für-den Gaserzeugungs-Prozeß erforderlicher Energie wird in einem Plasmabrenner 12 geliefert© Die Hauptenergiequelle_s bei der es sich um Kohlenstaub handelt, wird mit einem Oxidationsßiittelj vorzugsweise Wasser, behandelt und dem Gasgenerator

11 über Düsen 13 zugeleitet_s so daß es den den Plasmabrenner

12 verlassenden heißen Gasstrom derart durchdringt, daß Kohlenstaub und Oxidationsmittel zur Reaktion gebracht werden und CO und Hp bilden_e Um eine ausreichende Reaktion sowie einwandfreie Überleitungsmerkmale sicherzustellen, wird vorzugsweise Kohlenstaub mit einer Teilchengröße von unter 20 Maschen und vorzugsweise unter 100 Maschen verwendet«

Die Energiezufuhr im Gasgenerator 11 wird derart geregelt,, daß die im Kohlenstaub vorhandene Asche zu einer Schlacke geschmolzen wird, welche vom unteren Teil des Gasgenerators 11 in flüssiger oder fester Form entfernt werden kann_e Infolge der Zusammensetzung der Asche wird die Temperatur, vorzugsweise derart gewählt_s daß. äie zwischen 1300 und 1500 ^QG liegt ο ' '

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Das in. der Vorrichtung erzeugte Reduktionsgas kann neben GO und Hp auch Schwefel enthalten_s welcher in der Kohle enthalten war«, Diese Zwischengasmischung wird daher durch einen Schwefelfilter 15 (beispielsweise einen Dolomit-Filter) geleitet, in welchem der Schwefelgehalt auf eine annehmbare Höhe für das Eisenschwamm-Verfahren, vorzugsweise unter 75 ppnij gesenkt wird» ·

Das den Schwefelfilter 15 verlassende Gas ist wesentlich heißer als dies für das Eisenschwamm-Verfahren erforderlich ist, so daß seine Temperatur durch Mischung in einem geeigneten Verhältnis mit dem kalten gewaschenen Gas im Teilstrom 10 gesenkt wird, um eine für das Verfahren geeignete Temperatur, beisj erreichen.

tür, beispielsweise 750 ~ 1000 ⁰C, vorzugsweise 825 ⁰C, zu

Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden bedeutende technische Vorteile erreichte In dieser Beziehung kann die Gaserzeugung bei einer Temperatur stattfinden, 'daß die Asche Schlacke 14 bildet, welche leicht zu handhaben ist und abgelassen werden kann, ohne.daß Verstopfungsprobleme im Verfahren verursacht werden_e Der Wasserstoffgehalt des Reduktionsgases kann auf eine Menge eingestellt v/erden, welche für das Reduktionsverfahren geeignet ist, und zwar durch den Waschprozeß und das anschließende Einspritzen des Wassers in den Gasgenerator 11* Außerdem bietet die. Kombination der Gaswaschung und Gaserzeugung bei erhöhten Temperaturen vorteilhafte Möglichkeiten eines Ausgleichs der Gasmenge im System, und der Regelung der Reduktionsteinperatur₉ Gleichzeitig wird eine, hohe· Energieausbeute erreicht, da die vom Plasmabrenner 12 zugeführte Energie, im wesentlichen voll- . ständig im Verfahren verbraucht wird, d„ Iu die Temperatur-

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einstellung wird durch.Zusetzen von kühlerem zurückfließendem. Reduktionsgas erreicht_? anstatt dem System Wärme au entziehen«

Bei Versuchen im Testmaßstab ergaben sich für 1 t Eisenschwamm nachstehende Verbrauchswertes

Elektrische Energie: 820 kWhs Steinkohlenpulvert 172 kg«

Außerdem ist das erfindungsgemäße Verfahren v/esentlieh einfacher zu regeln«, Eine einfachere und wirkungsvollere Regelung des gesamten Verfahrens wird bei.der Erzeugung des Plasmagases durch vorheriges Mischen von Kohlenstaub mit zugesetztem Wasser im korrekten Verhältnis erreicht, vorzugsweise in stöchiometrisciien Proportionen« Infolge der vorhergehenden. Mischung von Kohlenstaub und Wasser läßt sich die Mischung auch leichter in .Form einer Kohle/Wasser-Emulsion einspritzen«

Sollten bei der Bindung der Asche vom festen Reduktionsmittel in einer Schlackenphase Schwierigkeiten auftreten_g können Additive verwendet werden, welche die Eigenschaften der Schlacke wie beispielsweise den Schmelzpunkt, die Schwefelabsorption usw* beeinflussen, wie beispielsweise Alkaliverbindungen und Kalkο

Diese Additive werden vorzugsweise mit dem festen Reduktionsmittel vermischt«, Geeignete Gel-»Bildner können zugesetzt werden, um die Kohle/Wasser-Mischung zu stabilisieren© Sauerstoff kann in Form von Säuerstoffgas anstelle von Wasser dem Gasgeneratpr 11 zugeführt werden®

Claims (1)

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   Erfindungsanspruch.

   1» Verfahren zur Herstellung von Eisenschwamm durch kontinuierliche Reduktion von Eisenoxiden in einem Schachtofen, gekennzeichnet dadurch, daß aus einem Reduktionsschacht (1) das Reaktionsgas entfernt, diesem Reaktionsgas im wesentlichen das gesamte COp und HpO entzogen^ das Reaktionsgas in wenigstens zwei Teilströme (9> 10) aufgeteilt und ein Teilstrom. (9) einem Gasgenerator (11) zugeleitet wird, welcher einen Plasmabrenner (12) und Einrichtungen wie Düsen (13) zum Einspritzen eines festen Reduktionsmittels und eines Oxidationsmittels besitzt, wobei das Reaktionsgas durch den Plasmabrenner (12) erhitzt wird und in das erhitzte Gas das feste Reduktionsmittel und das Oxidationsmittel eingeblasen werden, um eine Zwischengasmischung auszubilden=, welehe hauptsächlich aus CO und Hp besteht, daß weiterhin diese Zwischengasmischung auf einer derartigen Temperatur gehalten wird, daß in dem festen Reduktionsmittel enthaltene Asche eine Schlacke (14) bildet $ anschließend das Zwischengas mit wenigstens einem Teilstrom (10) in einem derartigen Verhältnis gemischt wird, daß die Temperatur des sich ergebenden Reduktionsgases zur Reduktion von Eisenoxiden in dem Reduktionsschacht (1) geeignet ist und danach dieses Reduktionsgas in den' unteren Teil wie Boden (4) des Schachtofens eingeblasen und durch den Schachtofen nach oben geleitet wird, wodurch Eisenoxide, in dem Schachtofen reduzierbar sind, wonach das reduzierte Eisen aus dem Schachtofen entnommen wird*

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   2_e Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Oxidationsmittel Wasser oder Sauerstoff ist«

   3t, Verfahren nach Punkt 2_% gekennzeichnet dadurch«, daß die . Zwischengasmischung auf einer Temperatur von. etwa 1300
   bis 1500 ⁰C gehalten wird«

   4© Verfahren nach Punkt 3s gekennzeichnet dadurch_s daß das Zwischengas mit wenigstens einem.Teilstrom (10) in einem derartigen Verhältnis gemischt wird, daß die Temperatur des entstehenden Reduktionsgases vor-dem Einblasen in den Schachtofen (1) zwischen 700 und 1000 ⁰C liegt.

   5ο Verfahren nach Punkt 4_S gekennzeichnet dadurch^ daß die Temperatur "des Reduktionsgases vor dem Einblasen in den Re dukt ions schacht (1) annähernd 825 ⁰C beträgt

   t«,

   Verfahren nach Punkt 1,. gekennzeichnet dadurch, daß CO₂ und HpO dem Reaktionsgas durch eine Gaswaschung entzogen werden^ bis der Gehalt an COo weniger als etwa 2 % beträgt_e

   7«, Verfahren nach einem der Punkte 1 bis G₉ gekennzeichnet dadurchg daß als Reduktionsmittel Kohle verwendet· wird,*

   Qe, Verfahren nach .Punkt 7» gekennzeichnet dadurch^ daß das Reduktionsmittel Kohlenstaub ist»

   9ο Verfahren nach Punkt"8, gekennzeichnet dadurch} daß das Reduktionsmittel Steinkohlenstaub ist₀

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   1Q₀ Verfahren nach Punkt 8_S gekennzeichnet dadurch, daß das Reduktionsmittel Kohlenstaub mit einer Teilchengröße von unter 20 Maschen ist«

   ο Verfahren nach Punkt 1O₉ gekennzeichnet dadurch, daß das Reduktionsmittel Kohlenstaub mit einer Teilchengröße von unter 100 Maschen ist«,¹

   12«, Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 6_S gekennzeichnet dadurchj.daß die Zwischengasmischung durch einen Schwefel» filter (15) geleitet ?/ird_e - "

   13« Vorrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens_s gekennzeichnet dadurch, daß sie in einem Schachtofen einen Reduktionsschacht (1) zur Reaktion von Eisenoxiden durch ein Reaktionsgas besitzt_s welches* im wesentlichen aus CO und ¥±2 besteht, daß mit dem oberen Bereich des Schachtofens eine Anordnung wie der Auslaß (6) zur Entfernung des Reaktionsgases aus dem Ofen verbünden ist, daß Reinigungseinrichtungen wie Gaswäscher (7) zur Entfernung von COp aus dem Reaktionsgas vorgesehen'sind, daß Einrichtungen· zur Trennung des gereinigten Reaktionsgases in wenigstens zwei Teilströme (9> 10) vorgesehen sind, daß ein Gasgenerator (11) zur Aufnahme wenigstens eines der Teilströme (9| 10) vorgesehen ist, welcher einen Plasmabrenner (12) sowie Düsen (13) zum Einblasen eines festen Reduktionsmittels und eines Oxidationsmittels in das vom Plasmabrenner (12) erhitzte Gas besitzt, um eine Zwischengasmischung zu'erzeugen, welche hauptsächlich aus CO und EU besteht, daß eine Mischeinrichtung zur ge-

   . " steuerten Mischung dieser Zwischengasmischung mit wenigstenseinem Teilstrorn (10) der Teilströrne (9| 10) des Reaktionsgases vorgesehen-ist, um ein Reaktionsgas herzu-

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   stellen^ und daß Einrichtungen zum Einblasen dieses Reaktionsgases in.den unteren Boden (4) des Schachtofens vorgesehen sind«.

   14» Vorrichtung nach Punkt 13* gekennzeichnet dadurch, daß der Gaswäscher (7) ein COp-Wäscher ist©

   15· Vorrichtung nach Punkt 14§ gekennzeichnet dadurch^ daß der CO₂-enthält,

   der COp-Wäöcher als aktiven Wirkstoff Monoäthanoiamin

   I6e Vorrichtung nach Punkt .13$ gekennzeichnet dadurch^ daß zwischen dem Gaswäscher (7) ufl-cl der Einrichtung zur Trennung des gereinigten'Reaktiönsgases ein Kompressor (8) angeordnet ist«

   17o Vorrichtung nach.einem der Punkte' 13 bis 16_S gekennzeichnet dadurch^ daß der Gasgenerator (11) mit An.»» Ordnungen zur Entfernung der Schlacke (14) versehen ist«

   18© Vorrichtung nach einem der Punkte 13 bis 1β_? gekennzeichnet dadurch, daß zwischen dem Gasgenerator· (11) und der Mischeinrichtung ein Schwefelfilter (15) vorgesehen ist₀

   19«, Vorrichtung nach einem der Punkte 13 bis 16? gekennzeichnet dadurch, daß die Düse.(13) zum Einblasen des festen Reduktionsmittels und .des "Oxidationsmittels eine Injektionsfläche unmittelbar vor dem Plasmabrenner (12) besitzt» . .

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