DE102007032419B4 - Verfahren und Anlage zur Reduktion von eisenoxidhaltigen Feststoffen - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Reduktion von eisenoxidhaltigen Feststoffen, insbesondere von titanhaltigen Eisenerzen, wie Ilmenit, wobei die Feststoffe in einen Reaktor eingebracht werden, wobei in den Reaktor ein festes, kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel eingebracht wird, wobei die Reduktion der Feststoffe im Ofen bei einer Temperatur von 800 bis 1200°C erfolgt, wobei Wasserdampf in den Reaktor eingebracht wird und wobei der Reaktor eine Wirbelschicht aufweist, in welcher die Feststoffe durch Zufuhr eines Fluidisierungsgases fluidisiert werden.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft die Reduktion von eisenoxidhaltigen Feststoffen, insbesondere von titanhaltigen Eisenerzen, wie Ilmenit, wobei die Feststoffe in einen Reaktor eingebracht werden, in welchem sie in Gegenwart eines kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels bei einer Temperatur von 800 bis 1200°C reduziert werden.
• Die Reduktion von eisenoxidhaltigen Feststoffen erfolgt herkömmlicherweise in Drehrohröfen oder Wirbelschichtreaktoren mit Hilfe von kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels, wie bspw. Kohle. So ist aus dem US-Patent 5,403,379 ein Verfahren zur Behandlung von titanhaltigen Erzen bekannt, bei dem das titanhaltige Erz, insbesondere Ilmenit (FeTiO₃) mit einem kohlenstoffhaltigen Material, insbesondere Kohle, in einen Drehrohrofen eingebracht wird. Die Reduktion des Eisenoxides erfolgt überwiegend mittels Kohlenmonoxid (CO), des bei höheren Temperaturen von etwa 950°C in dem Drehrohrofen nach der Boudouard-Reaktion CO₂ + C → 2CO gebildet wird. Mit Hilfe des aus der Kohle gewonnenen CO wird der Ilmenit entsprechend der Gleichung FeTiO₃ + CO → TiO₂ + Fe + CO₂ zu Tio₂ (Rutil) und metallischem Eisen reduziert, wobei das CO zu CO₂ oxidiert wird. Die Reduktion titanhaltiger Erze fordert sehr starke Reduktionsbedingungen, d. h. ein hohes Verhältnis von CO:CO₂. Hierfür sind vorzugsweise Kohlen erforderlich, die eine hohe Reaktivität bezüglich CO₂ aufweisen, um zu gewährleisten, dass durch die Boudouard-Reaktion eine ausreichende Menge an CO und ein Gas mit einem hohen CO:CO₂-Verhältnis erzeugt wird.
• Es ist zudem bekannt, dass bei der Reduktion von Eisenoxiden mit Wasserstoff (H₂) die chemischen Reaktionen im Vergleich zur Reduktion mit CO bei gleicher Temperatur und gleichem Druck schneller ablaufen. Außerdem erfolgt bei der Verwendung von H₂ als Reduktionsgas die Bildung von metallischem Eisen bereits bei Temperaturen ab etwa 500°C. Bei der herkömmlichen Reduktion mit Kohle werden die zur Reduktion erforderlichen Reduktionsgase CO und H₂ zum einen wie oben beschrieben nach der Boudauard-Reaktion und zum anderen durch die Kohlenstoff-Dampf-Vergasungsreaktion H₂O + C → H₂ + CO erzeugt. Die Menge des erzeugten H₂ hängt hierbei von der H₂-Freisetzung der in den Reaktor eingebrachten Kohle bzw. kohlenstoffhaltigen Materials und dem Wassergehalt der eingetragenen Feststoffe ab. Hierdurch wird gleichzeitig der Anteil der über den Wasserstoff stattfindenden Reduktion bestimmt. Der Wassergehalt der Feststoffe ist für die Reduktion von untergeordneter Bedeutung, weil der größte Teil in dem Temperaturbereich, in dem reduziert wird, bereits ausgetrieben ist und nicht mehr für eine Reaktion zur Verfügung steht.
• Aus der WO 2006/076801 A1 ist ein Verfahren zur Dampfreformierung eines kohlenstoffhaltigen Materials, insbesondere Abfall, in ein Synthesegas bekannt, bei welchem das kohlenstoffhaltige Material in einem Drehrohrofen bei Temperaturen von 650 bis 1100°C in ein Synthesegas umgesetzt wird, das im Wesentlichen aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid besteht. Die Dampfreformierung ist anders als die Verbrennung ein endothermer Prozess, bei welchem das kohlenstoffhaltige Material zusammen mit Wasser erhitzt wird, wodurch die Reaktion zur Produktion des Synthesegases bewirkt wird. Das Synthesegas wird als Produkt aus dem Prozess abgezogen, während die kohlenstoffhaltigen Feststoffe aus dem festen Material abgetrennt und weiterverwendet werden.
• Die DE 38 11 654 C2 beschreibt ein Verfahren zur Direktreduktion von Metalloxiden im Festbett mit einem in der gleichen Verfahrensstufe durch katalytische Reformierung erzeugten Zufuhrgasstrom, der im wesentlichen aus Co und H₂ besteht. Die Produktqualität des durch Reduktion entstehenden Metalloxids kann durch die Prozessbedingungen der gleichzeitig durchgeführten Reformierung und somit durch die Zusammensetzung des Zufuhrgasstroms gesteuert werden.
• Aus der DE 30 33 336 A1 ist eine Anlage zur Reduzierung von oxidischen Eisenverbindungen bekannt, bei der innerhalb einer Verfahrensstufe zuerst ein Zufuhrgasstrom mit kohlenstoffhaltigen Verbindungen und Wasser entsteht und dann zur Reduktion genutzt wird.
• Um des Kohlenstoff-Wasser-Gleichgewicht zu begünstigen, beschreibt die DE 974 860 B die Erzeugung des Reformiergases bei erhöhtem Druck. Auch der Einsatz von Kohlensäure als zusätzliches Reduktionsmittel ist hierzu finden.
• Aus der DE 91 602 A ist ein Verfahren zur Reduktion von oxidhaltigen Eisenverbindungen bekannt, bei dem Kohle als festes Reduktionsmittel zur Anwendung kommt. Über ein Festbett des Erz- und Kohlegemischs wird Wasserdampf geleitet, wodurch in-situ CO und H₂ entstehen und so zusätzlich reduzierend wirken.
• Aus dem US-Patent 6,698,385 ist eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Abfällen mit überhitztem Dampf bekannt, bei welchem die Abfälle in einen ersten Drehrohrofen eingebracht werden, in dem sie mit Hilfe von überhitztem Dampf getrocknet werden. Anschließend werden die Feststoffe in einen zweiten Drehrohrofen eingebracht, in welchem die Feststoffe wiederum mittels überhitztem Dampf carbonisiert werden.
• Aus der US 5,403,379 ist ein Verfahren zur Behandlung von titanhaltigem Material bekannt, bei dem das titanhaltige Material zusammen mit wenigstens einer kohlenstoffhaltigen Substanz in einen Drehrohrofen eingebracht und dort reduziert wird. Die kohlenstoffhaltige Substanz liegt als festes Material vor, so dass neben dem reduzierten Titan auch Verkohlungsrückstände entstehen, welche gesondert von dem reduzierten Ilmenit abgezogen werden. Dadurch ist es möglich, die Verbrennungsrückstände noch einmal einer Verbrennung und somit einer weiteren energetischen Nutzung zuzuführen und die gewonnene Energie In den Reduktionsprozess zu leiten.
• Aufgabe der Erfindung ist es, die Reduktion von eisenoxidhaltigen Feststoffen effizienter zu gestalten.
• Diese Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der entstehende Wasserstoff steht zusätzlich für die Reduktion der eisenoxidhaltigen Erze zur Verfügung, wobei diese Reduktion wesentlich schneller verläuft als die Reduktion mit CO und bereits bei geringeren Temperaturen beginnt. Hierdurch wird die erforderliche Verweilzeit im Reaktionsreaktor verringert, wodurch bei gleicher Ofengröße eine höhere Durchsatzleistung ermöglicht wird. Außerdem verbessert sich durch die schnellere Reduktion die Produktqualität, da ein höherer Metallisierungsgrad erreicht wird.
• Als Zufuhrmaterial sind alle mit CO und/oder H₂ reduzierbaren Erze, Erz-Konzentrate und Abfallstoffe geeignet, z. B. Nickelerz, Zinkoxidabfälle. Bevorzugt werden eisenhaltige feinkörnige Materialen eingesetzt. Dabei kann es sich auch um vorbehandelte, z. B. voroxidierte, vorreduzierte oder verarbeitete, z. B. gesinterte, Erze handeln. Insbesondere werden titanhaltige, eisenoxidhaltige Erze oder Erzmischungen bevorzugt, z. B. Ilmenit oder oxidierter Ilmenit Fe₂O₃·2TiO₂
• Als Reduktionsmittel sind alle Stoffe geeignet, die mit Wasserdampf Wasserstoff bilden. Bevorzugt sind kohlenstoffhaltige Reduktionsmittel, z. B. Biomassen oder Produkte davon (z. B. Pyrolysekoks oder Holzkohle) oder Kohle und Produkte davon (etwa Schwelprodukte oder Koks).
• Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Wasserdampf mit einer Temperatur von 100 bis 150°C, vorzugsweise 120 bis 140°C und insbesondere etwa 130°C in den Reaktor eingebracht. Es ist nicht notwendig, überhitzten Dampf zu verwenden, so dass die zusätzlichen Energiekosten möglichst klein gehalten werden. Vorteilhaft ist es in vielen Fällen, wenn die Temperatur des zugeführten Wasserdampfes der Temperatur eines oder der weiteren zugeführten Gase entspricht.
• Der Wasserdampf wird erfindungsgemäß mit einem Druck von 0 bis 5 bar, bevorzugt 1 bis 2 bar, über den Reaktorinnendruck in den Reaktor eingebracht. Insbesondere ist ein absoluter Druck von 2 bis 3 bar bevorzugt, wenn der Reaktor bei Atmosphärendruck betrieben wird. Hierfür ist insbesondere Wasserdampf aus einem Dampfsystem besonders geeignet. Dazu kann z. B. Niederdruckdampf, z. B. nach der Turbine einer Stromerzeugung, genutzt werden. Der Dampf wird in vielen Fällen in der Abhitzeverwertung des Prozesses erzeugt. Durch die zusätzliche Einbringung des Wasserdampfes kann die Reduktionstemperatur im Ofen von meist 1000 bis 1150°C um ca. 50 bis 150°C abgesenkt werden, so dass der Ofen erfindungsgemäß bei einer Temperatur von etwa 900 bis 1000°C betrieben werden kann.
• Weist der Reaktor eine stationäre Wirbelschicht auf, so kann der Wasserdampf vorzugsweise direkt in die Wirbelschicht eingedüst werden.
• Im Falle einer zirkulierenden Wirbelschicht, bei der die in den Reaktor eingebrachten Feststoffe durch Zufuhr eines Fluidisierungsgases fluidisiert, die reduzierten Feststoffe mit dem Fluidisierungsgas aus dem Reaktor ausgetragen und in einer Abschalteinrichtung von dem Fluidisierungsgas getrennt und die abgetrennten Feststoffe wenigstens teilweise in den Reaktor zurückgeführt werden, wird der Wasserdampf vorzugsweise in den Reaktionsreaktor eingedüst.
• Bei Verwendung einer Ringwirbelschicht, bei welcher der Reaktor ein sich im unteren Bereich des Reaktors vertikal nach oben bis in eine Wirbelmischkammer erstreckendes Gaszufuhrrohr aufweist, welches von einer ringförmig um das Gaszufuhrrohr ausgebildeten stationären Ringwirbelschicht umgeben wird, wird der Wasserdampf erfindungsgemäß in das Gaszufuhrrohr eingebracht.
• Auch bei einem Wirbelschichtreaktor kann der Wasserdampf selbstverständlich an mehreren Stellen in den Reaktor eingebracht werden oder Teil eines Fluidisierungsgases sein.
• Die Erfindung erstreckt sich auch auf eine Anlage zur Reduktion von eisenoxidhaltigen Feststoffes gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9 oder 10.
• Bei einer zirkulierenden Wirbelschicht mündet die Wasserdampfzufuhrleitung erfindungsgemäß in den Reaktionsreaktor, während sie bei einer stationären Wirbelschicht in das Wirbelbett mündet.
• Bei Verwendung einer Ringwirbelschicht mündet die Wasserdampfzufuhrleitung vorzugsweise in das Gaszufuhrrohr. Es ist jedoch auch möglich, den Wasserdampf in die stationäre Ringwirbelschicht oder seitlich in die Wirbelmischkammer einzubringen.
• Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
• Es zeigen:
• 1 schematisch eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform unter Verwendung eines Drehrohrofens zur Reduktion der eisenoxidhaltigen Feststoffe,
• 2 eine Anlage gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer stationären Wirbelschicht zur Reduktion der eisenoxidhaltigen Feststoffe,
• 3 eine Anlage gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer zirkulierenden Wirbelschicht zur Reduktion der eisenoxidhaltigen Feststoffe und
• 4 eine Anlage gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer Ringwirbelschicht zur Reduktion der eisenoxidhaltigen Feststoffe.
• Bei der in 1 gezeigten Anlage gemäß der ersten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung ist als Reaktionsreaktor ein Drehrohrofen 1 vorgesehen, in welchen feinkörnige eisenoxidhaltige Feststoffe, insbesondere Ilmenit, über eine Feststoffzufuhrleitung 2 eingebracht werden. Über eine Zufuhrleitung 3 wird ein kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel, z. B. Kohle oder vorgeschwelte Kohle, in den Drehrohrofen 1 eingebracht. Die vermischten Feststoffe und das Reduktionsmittel bilden in dem Drehrohrofen 1 eine Materialschüttung 4, die den Drehrohrofen 1 langsam durchwandert, und werden an dessen Ende über eine Austragsleitung 5 abgezogen. Für mehrere, hier drei, über die Länge des Drehrohrofens 1 verteilt angeordnete Wasserdampfzufuhrleitungen 6 wird Wasserdampf einer Temperatur von etwa 130°C in den Drehrohrofen 1 eingebracht. Über Gaszufuhrleitungen 7 wird ebenfalls an mehreren über die Länge des Drehrohrofens 1 verteilten Stellen Verbrennungsluft zugegeben. Als Verbrennungsluft kann Umgebungsluft, mit Sauerstoff angereicherte Luft, ein anderes sauerstoffhaltiges Gas oder bspw. technischer Sauerstoff verwendet werden. Des Abgas kann über eine Abgasleitung 8 abgeführt werden.
• Bei der in 2 gezeigten zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist ein Reaktionsreaktor 10 eine stationäre Wirbelschicht 11 auf, der über eine Feststoffzufuhrleitung 12 feinkörnige eisenoxidhaltige Feststoffe, insbesondere Ilmenit, und über eine Zufuhrleitung 13 ein geeignetes Reduktionsmittel, insbesondere Kohle, zugeführt werden. Über eine Gaszufuhrleitung 14 wird ein Fluidisierungsgas, z. B. Luft, zugeführt, um die Feststoffe in der stationären Wirbelschicht zu fluidisieren. Eine Wasserdampfzufuhrleitung 15 mündet in die Gaszufuhrleitung 13, um der Wirbelschicht 11 zusätzlichen Wasserdampf zusammen mit der Fluidisierungsluft zuzuführen. Alternativ kann der Wasserdampf über die oder ggf. auch mehrere Wesserdampfzufuhrleitung(en) 14 auch seitlich in die Wirbelschicht 11 eingedüst werden. Die reduzierten Feststoffe werden über eine Austragsleitung 16 aus der Wirbelschicht 11 abgezogen.
• Bei der in 3 gezeigten dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine zirkulierende Wirbelschicht vorgesehen. Einem Reaktionsreaktor 20 werden über eine Feststoffzufuhrleitung 21 feinkörnige eisenoxidhaltige Feststoffe, insbesondere Ilmenit, zugeführt, sowie über eine Zufuhrleitung 22 ein geeignetes Reduktionsmittel, insbesondere Kohle, zugeführt. Die Feststoffe werden durch Zufuhr eines Fluidisierungsgases, das über eine Gaszufuhrleitung 23 zugeführt wird, fluidisiert. Die fluidisierten und reduzierten Feststoffe werden über einen Kanal 24 aus dem Reaktionsreaktor 20 ausgetragen und in einem Abscheider 25, insbesondere einem Zyklon, von dem Fluidisierungsgas getrennt. Die abgetrennten Feststoffe werden wenigstens teilweise über eine Rückführleitung 26 in den Reaktionsreaktor 20 zurückgeführt. Der Rest wird über eine Austragsleitung 27 abgezogen. Über wenigstens eine Wasserdampfzufuhrleitung 28 wird Wasserdampf in den Reaktionsreaktor 20 eingedüst. Alternativ kann der Wasserdampf auch über die Zufuhrleitung 23 ganz oder teilweise zugeführt werden.
• Bei der in 4 gezeigten vierten Ausführungsform der vorlegenden Erfindung ist in einem Reaktionsreaktor 30 eine Ringwirbelschicht ausgebildet, wie es bspw. in der DE 102 60 733 A1 näher beschrieben ist. Über eine Feststoffzufuhrleitung 31 werden feinkörnige eisenoxidhaltige Feststoffe, insbesondere Ilmenit, in den Reaktionsreaktor 30 eingebracht und mit Hilfe von Fluidisierungsgas, die über eine Gaszufuhrleitung 32 zugeführt wird, derart fluidisiert, dass sie eine stationäre Wirbelschicht 33 bilden. Außerdem wird aber eine Zufuhrleitung 34 ein geeignetes Reduktionsmittel, insbesondere Kohle, in die stationäre Wirbelschicht 33 eingebracht. Der Reaktionsreaktor 30 weist in seinem unteren Bereich ein vertikales, vorzugsweise zentrales Gaszufuhrrohr 35 auf, welches ringförmig von der stationären Wirbelschicht 33 umgeben wird. Durch das Zentralrohr 35 wird ein Gasstrom zugeführt, der beim Passieren des oberen Mündungsbereich des Zentralrohrs 35 Feststoffe vom oberen Rand der stationären Wirbelschicht 33 In eine oberhalb der stationären Wirbelschicht 33 und des Zentralrohrs 35 gebildete Wirbelmischkammer 36 mitreißt. Aufgrund der Überhöhung des Wirbelbettes in der Ringwirbelschicht gegenüber der Oberkante des Zentralrohres 35 läuft das Wirbelbett über diese Kante zum Zentralrohr 35 hin über, wodurch sich eine intensiv durchmischte Suspension ausbildet. Infolge der Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit durch die Expansion des Gasstrahls und/oder durch Auftreffen auf eine der Reaktorwände verlieren die mitgerissenen Feststoffe rasch an Geschwindigkeit und fallen wieder in die Ringwirbelschicht 33 zurück. Nur ein geringer Anteil an nicht ausfallendem Feststoff wird zusammen mit dem Gasstrom über einen Kanal 37 aus dem Reaktionsreaktor 30 ausgetragen. Somit stellt sich zwischen den Reaktorbereichen der stationären Ringwirbelschicht 33 und der Wirbelmischkammer 36 eine Feststoffkreislaufströmung ein, durch welche ein guter Wärmeaustausch gewährleistet wird. In dem Abscheider 38, insbesondere einem Zyklon, abgeschiedener Feststoff wird dem Reaktionsreaktor 30 über die Rückführleitung 39 wieder zurückgeführt, während das noch heiße Abgas abgeführt und anderweitig genutzt wird. Ein Produktstrom reduzierter Feststoffe wird über eine Austragsleitung 40 nach dem Zyklon 38 oder an einer anderen geeigneten Stelle aus dem Prozess abgezogen. Eine Wasserdampfzufuhrleitung 41 mündet in die zentrale Gaszufuhrleitung 35, so dass zusätzlicher Wasserdampf zusammen mit dem Fluidisierungsgas durch das Zentralrohr 35 in den Reaktionsreaktor 30 eingebracht wird. Alternativ ist es möglich, den zusätzlichen Wasserdampf in die Ringwirbelschicht 33 oder in die Wirbelmischkammer 36 einzublasen.
• Grundsätzlich können für die Wirbelschichten alle möglichen Fluidisierungsgase bzw. Reaktionsgase verwendet werden. Beispielsweise kann Luft, technischer Sauerstoff, Inertgase (etwa Stickstoff), Rückführgase verschiedenster Zusammensetzung (die z. B. CO-, CO₂-, H₂- oder wasserhaltig sind) und beliebige Mischungen dieser genannten Gase untereinander und mit Wasser bzw. Wasserdampf verwendet werden.
• Bei allen zuvor beschriebenen Anlagen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die feinkörnigen eisenoxidhaltigen Feststoffe, z. B. titanhaltige Eisenerze, wie Ilmenit, zusammen mit einem kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel, wie Kohle, in den jeweiligen Reaktionsreaktor eingebracht. Grundsätzlich sind auch andere Reduktionsmittel verwendbar, die mit Wasser Wasserstoff bilden. Über die Wasserdampfzufuhrleitung wird zusätzlicher Wasserdampf mit einer Temperatur von etwa 130°C und einem Überdruck von 0 bis 5 bar (bei einem Absolutdruck von üblicherweise 1 bis 6 bar) in den Reaktor eingebracht. Dieser bildet Wasserstoff (H₂), der zusammen mit den aus der Kohle gebildeten Reduktionsgasen CO und H₂ zur Reduktion der Eisenerze genutzt werden kann. Hierdurch laufen die chemischen Reaktionen bei geringerer Temperatur und mit höherer Geschwindigkeit ab, so dass die Verweilzeit bei gleich bleibender Anlagengröße verringert werden kann. Gleichzeitig kann die Temperatur im Reaktor gegenüber herkömmlichen Anlagen um 50 bis 150°C verringert werden, was zu einer deutlichen Energieeinsparung führt. Bestehende Anlagen lassen sich problemlos zur Nutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens nachrüsten, indem eine entsprechende Wasserdampfzufuhrleitung vorgesehen wird. Bei Neuanlagen kann bei gleichem Durchsatz ein kleinerer Reaktor eingesetzt werden.
• Üblicherweise beträgt die maximale Temperatur der Schüttung im Drehrohrofen ca. 1050 bis 1150°C, die Temperatur des Gasraumes über der Schüttung maximal 1200 bis 1250°C. Deshalb ist es nötig, dass Kohlen, die für die Reduktion verwendet werden, eine Ascheerweichungstemperatur von 50°C über der maximalen Temperatur besitzen, um Ansatzbildungen im Drehrohrofen zu vermeiden. Viele australische Kohlen (z. B. Collie Kohle) besitzen Ascheschmelzpunkte über 1300°C und sind bisher für das Drehrohrofenverfahren geeignet. Da die mögliche Reduktionstemperatur im Reaktor durch die Wasserdampfzugabe nur noch bei etwa 900 bis 1000°C liegt, lassen sich auch Kohlen mit niedrigeren Ascheerweichungstemperaturen verwenden, deren Einsatz aufgrund der höheren Temperatur von 1000 bis 1150°C bisher nicht möglich war, z. B. indonesische Kohlen.
• Beispiel:
• In einem Drehrohrofen wird feinkörniges, titanhaltiges und eisenhaltiges Erz mit Kohle aufgegeben. Durch die Betriebsbedingungen des Drehrohrofens kommt es am Ende des Drehrohrofens zu einer Metallisierung des Eisens von 81%.
• Durch Zugabe von 250 kg/h Wasserdampf mit 2 bar Absolutdruck an fünf Aufgabestellen über des Drehrohr verteilt (beginnend bei ca. 500°C Ofentemperatur) werden durch die veränderten Betriebsbedingungen bei gleichem Aufgabematerial Metallisierungen des Eisens von 92% erreicht.
• Bei einer Erhöhung der zugeführten Menge an Erz und Kohle um 20 bis 25% lassen sich bei Zugabe von 250 kg/h Wasserdampf mit 2 bar Absolutdruck an fünf Aufgabestellen über das Drehrohr verteilt ebenso Metallisierugen des Eisens von ca. 80% erreichen. Die Leistung des Drehrohrofens konnte somit bei minimalen Aufwand um 20 bis 25% gesteigert werden.
• Bezugszeichenliste

1

Drehrohrofen

2

Feststoffzufuhrleitung

3

Zufuhrleitung

4

Materialschüttung

5

Austragsleitung

6

Wasserdampfzufuhrleitungen

7

Gaszufuhrleitungen

8

Abgasleitung

10

Reaktionsreaktor

11

stationäre Wirbelschicht

12

Feststoffzufuhrleitung

13

Zufuhrleitung

14

Gaszufuhrleitung

15

Wasserdampfzufuhrleitung

16

Austragsleitung

20

Reaktionsreaktor

21

Feststoffzufuhrleitung

23

Gaszufuhrleitung

22

Zufuhrleitung

24

Kanal

25

Abscheider

26

Rückführleitung

27

Austragsleitung

28

Wasserdampfzufuhrleitung

30

Reaktionsreaktor

31

Feststoffzufuhrleitung

32

Gaszufuhrleitung

33

stationäre Ringwirbelschicht

34

Zufuhrleitung

35

Zentralrohr (Gaszufuhrrohr)

36

Wirbelmischkammer

37

Kanal

38

Abscheider

39

Rückführleitung

40

Austragsleitung

41

Wasserdampfzufuhrleitung

Claims (11)

1. Verfahren zur Reduktion von eisenoxidhaltigen Feststoffen, insbesondere von titanhaltigen Eisenerzen, wie Ilmenit, wobei die Feststoffe in einen Reaktor eingebracht werden, wobei in den Reaktor ein festes, kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel eingebracht wird, wobei die Reduktion der Feststoffe im Ofen bei einer Temperatur von 800 bis 1200°C erfolgt, wobei Wasserdampf in den Reaktor eingebracht wird und wobei der Reaktor eine Wirbelschicht aufweist, in welcher die Feststoffe durch Zufuhr eines Fluidisierungsgases fluidisiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserdampf mit einer Temperatur von 100 bis 150°C, vorzugsweise 120 bis 140°C in den Reaktor eingebracht wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserdampf mit einem Überdruck von 0 bis 5 bar in den Reaktor eingebracht wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor eine stationäre Wirbelschicht aufweist und dass der Wasserdampf in die Wirbelschicht eingebracht wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die reduzierten Feststoffe mit dem Fluidisierungsgas aus dem Reaktor ausgetragen und in einer Abscheideeinrichtung von dem Fluidisierungsgas getrennt werden und dass die abgetrennten Feststoffe wenigstens teilweise in den Reaktor zurückgeführt werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Gas oder Gasgemisch von unten durch wenigstens ein Gaszufuhrrohr in eine Wirbelmischkammer des Reaktors eingeführt wird, wobei das Gaszufuhrrohr wenigstens teilweise von einer durch Zufuhr von Fluidisierungsgas fluidisierten, stationären Ringwirbelschicht umgeben wird, und dass der Wasserdampf in das Gaszufuhrrohr eingebracht
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserdampf an mehreren Stellen in den Reaktor eingebracht wird.
8. Anlage zur Reduktion von eisenoxidhaltigen Feststoffen, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Reaktor (10, 20, 30), in welchem die eisenoxidhaltigen Feststoffe in Gegenwart eines festen, kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels bei einer Temperatur von 800 bis 1200°C reduziert werden, und mit wenigstens einer Wasserdampfzufuhrleitung (15, 28, 41) zur Einbringung von Wasserdampf in den Reaktor (10, 20, 30), dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (10, 20, 30) ein Wirbelschichtreaktor ist, in dem die Feststoffe durch Zufuhr von Fluidisierungsgas über eine Leitung (14, 23, 32) fluidisiert werden.
9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (10) eine stationäre Wirbelschicht (11) aufweist und dass die Wasserdampfzufuhrleitung (15) in die Wirbelschicht (11) mündet.
10. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor ein Wirbelschichtreaktor (20, 30) ist, in welchem die eisenoxidhaltigen Feststoffe durch Zufuhr von Fluidisierungsgas fluidisiert werden, dass im Anschluss an den Reaktor (20, 30) eine Abscheidevorrichtung (25, 38) zur Trennung der Feststoffe von dem Fluidisierungsgas vorgesehen ist, dass die Abscheidevorrichtung (25,38) über eine Rückführleitung (26, 39) mit dem Wirbelschichtreaktor (20, 30) verbunden ist, um die von dem Fluidisierungsgas getrennten Feststoffe wenigstens teilweise wieder in den Wirbelschichtreaktor (20, 30) zurückzuführen, und dass die Wasserdampfzufuhrleitung (28, 41) in den Wirbelschichtreaktor (20, 30) mündet.
11. Anlage nach Anspruch 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (30) wenigstens ein sich im unteren Bereich des Reaktors (30) im Wesentlichen vertikal nach oben bis in eine Wirbelmischkammer (36) des Reaktors (30) erstreckendes Gaszufuhrrohr (35) aufweist, welches von einer wenigstens teilweise ringförmig um das Gaszufuhrrohr (35) ausgebildeten stationären Ringwirbelschicht (33) umgeben ist, und dass die Wasserdampfzufuhrleitung (41) in das Gaszufuhrrohr (35) mündet.

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