DE1433305A1 - Verfahren zur Herstellung von Reduktionsgas aus wasserstoffhaltigen Brennstoffen - Google Patents

Description

Verfahren sur Herstellung van Eüdi

aus wßsaerstü'dffhaltigen Brennstoffen

Pur diese AzmelduRg wirö die Priorität vom 27. März 1961 aus der ÜSÄ-Patontaruasldung Serial Ho» 98 346 in Anspruch genommen.

Die Erfindung betrifft aasersöttgungsverfahren und m entlieh, die Reduktion von Metaller sen isit Beduktionegasen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Verbesserungen bei der Reduktion von Eisenerz in Sohaohtöf en durch wirksamere Ausnutzung des durch Einspritzung struaungsfähiger waaserstoffhaltiger Brennstoffe erzeugten Eeduktionsgases« Bin besonderer Gegenstand der Erfindung ist die Verbesserung des

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wirtsehaftlieii©B-Betriebe® tob. HoehSfen, die mit Kohlenwasserstoffbrensisteffen arbeiten, durch Steuerung des Molverhältnisses von. Wasserstoff se Sauerstoff in dor Qf enbesefcikkirng.

Bei GaserBfiUgungsve'ifaiireü werden Gase, wie Leuchtgas, Reduktionsgas, Wassergas und dergl., die Wasserstoff und Koh» lenmonoxyd enthalten, Sm allgemeinen durch. Umsetzung eines festen kohlenstoff haltig@Ä Brennstoffes, wie Koka, Kohle oder Kohlenstoff, mit Luft hergestellt. Die so erhaltenen Gase können dann für die metallurgische Erzreduktion oder für aa~ dere bekannte Verfahren Anwendung finden.

Bei metallurgischen Verfahren_e wie der Eisenherateilung im Hochofen und dem Ersciiselssn von Kupfer und Blei, werden die Metallerz© durch Bedmktionsgase reduziert, die entweder im Ofen ©der sue serhalb desselben aus einem festen, kohlenstoffhaltigen Stofff wie Kohle.j Koks oder Kohlenstoff, und einem Sebläsegass wie Xiuft, an Sauerstoff angereicherter Luft ©der eoga? 3?©inenL Sauerstoff, erzeugt werden, wobei der kohlenstoffhaltige Stoff teilweise oxydiert wird· Wenn äie Gaserzeugung im Ofen erfolgt, eo liefert die dabei entstehende Wärme die gewünschte EeduktionstemperatuTo Zusätzlich wird dabei aus dem kohlenstoffhaltigen Material ein Reduktionsgas erzeugt, welches Kohlenmonoxid und Wasserstoff, d*he etwa 0,5 bis 3,0 VoI·-# Wasserstoff und etwa 33 bis 38 VoI.-# Kohleaaaonoxyd enthält, und zwar bei Temperaturen von etwa 1650 bis 2200° G. Die indirekten Hectuktionstemperaturen ist Schacht-

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ofen reichen für die Reduktion von Eisen von etwa 315 bis etwa 650 oder sogar bis 870° C.

.Beim Betrieb von üblichen Hochöfen wird der Ofen alt Eisenerz (Eisenoxyden und Yorläofexn von Eieenoxyden, wie Eisencarbonaten und -hydraten), flussmitteln (Kalkstein und bsw. oder Dolomit) und kohlenstoffhaltigem Material (Koks) beschickt. Bas Gemisch wird dann auf seinem Weg abwärts durch den Schacht erhitzt, wobei Kohlendioxyd und Wasser abgetrieben werden« Wenn das Erz durch den Schacht weiter nach unten vorrückt, wird es durch indirekte Reduktion (feat-gasförmig), d.h. durch im Ge gen strom geführtes Reduktionsgas, und durch direkte Reduktion (fest-fest) Mit festem Kohlenstoff su Bisen reduziert. Bas reduzierte Eisen schmilzt dann im unteren Raetteil des Ofens» und des flüssige Metall wird durch das Stiehauge em Herd abgesogen· Ber Hochofen erfordert also die 2Sufuhr von Reduktionsgas «■ oberen feil des Schachtet vm das Erz indirekt zu reduzieren und vorzuerhltzen und Im unteren Seil des Schachte (Hastabschnitt} eine ausreichend hohe Temperatur zu entwickeln» vm das reduzierte Erz zu schmelzen» Bei» den Erfordernissen wird ±m allgemeinen genügt, indem erhitzter Gebläsewind, wie Luft oder an Sauerstoff angereicherte Luft, d.h. Luft mit mehr als 21 Gew.°# Sauerstoff» z.B. zwischen 21 und 30 Gew.-?6, oder sogar reiner Sauerstoff» durch eine Reihe von rings um den Rastabschnitt des Ofens herum angeordneten Windformen oder in anderen Höhen des Ofens» s«B· durch Über den Hauptwiadfoxmen gelegene Hilfswindformen» ein-

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stofföle, ronee Erdöl, Dieseltreibstoffe» GasSXe, Bensin und Sohwerbenzine. Aus wirtschaftliehen Gründen Herden die flüssigen Heiaölo gemäss <1er ASüM-lorATursohrift D-39ö-46'I im allgemeinen bevorzugt, während die Rüoks cndpheisöle Ir· 5 und 6, die als "BunkerBl Cⁿ bezeichnet verdea* besonders be« vorzugt werden· In el*sigen Gegenden rechtfertigen die dort herrschenden Verhältnisse die Yevwenßvsng twl Hst?irg&üj, welches 8« etwa 90 l· aus Metrum und zim lest aus leichteren Kohlenweaeerstoffen bis einschließsliah G^-Sohlenwassei-stöffeiL besteht·

Die Einführung von Kohlenwasserstoffbrennstoffe» in den unteren Teil des Ofens orf^r^ert izi allg@%eizi®£L eine einstellung der Arbeitsraränderliohen des Hoehofcaa. derart» dass die Xohlenwasserstoffeinspri-tzungsgesohwiiiäig^tit m% den Sauerstoff- und feuchtigkeitsgehalt des uebläsewiude*, die Gebläsewindtemperatur usw· aegepaset wird, um eine geeignete !temperatur und geeignete Arb&S tsbedingungen in den Bastzonen des Ofens su erhalten, ffeaa KohlenwssserfitoffbrenKstoffe verwendet werden, wird deit Gebläsewind, d«h« ü±& tl^bläseluft» normalerweise unter eines Pi¹T¹: von 0₉;K bis» 2»? atfö und mit Windgeschwindigkeiten von 23 bla k?5 Mv?/W.i.mü® je Windform Bttgoführt.

Be wurde nun gefunden» dass die Bräeu^j&g ws& Aünnutsfuiig ▼on Beduktionsgasea sowohl beim fteeevseueEGag>r?®rfaSir©n als auch beeondertei Im Soh&ohtofen v@rb$S3ert ^m^:m fcsoui, «en& das Molyarhäl tnie von Wasserstoff au Sau^retoff in der Of«n-

„ 5 . ,BPD ORlGlHAt

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gesteuert wird« Arbeitet man mit einem ύοώ. !©XverMLtaissen, von Wasserstoff ea Sauerstoff _f! stes naa die entsprechend® ©tifchiometrisöhe Stoffbüssm

dem Ofen ^ug@füfertQri Stoffen iaa©Mlt₉ «at 3W@r eo_s
&i© riehtlg© Wirmebiianss ixm©g®fealt^ß, wird, @o wird- ti©

m Hedsktionsgaees ie Ofen öä@r die Ee^tö^apa» ait-ät de® Cra@©ra©ugttsgsT©rfsfer©as weit tR»e7 die Bossaal^a Br» hinaas eörMbt· Steuert man Jg₀B₀ die BinspritsiaHg#-

Brennstoff & * SeB» ©i»es besonderen' strSsmxsgsfSbigen

dffös» wi© BieiiEerpi ö oä©r ^r%aa_t im Sinn.® » @o kam dadurch eine üb@rrg-3@h©2ide BriiöiiTjm^; des

usgegsaAee Ses Eedisktionsgsse© Jm Hochofea er» werden» Bei dasersettgmgs^esfatam wird der durch dl©

der <ir@Bssen **on 1_g26

s 1_C?9 e^sielt» B©Im Betrieb vo». H©@Mf©ss._f" wobei ®ia

imd im Ofen ai£sg@B.utst Wirt? oat LLoh tellt» tsse feei MolT&2?Mltnias®a Eg s Og, &i© 3© nsofe

imd der besonderen Ofenbesekiekung zwischen, 'und

lnlb Sieger Bereiete fll&fft au ^i@l@ß Vort©l-

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Beduktionsgases, niedrigeren Glchtgastemperaturen, eluaa erblühten thermischen Wirkungsgrad» erhöhter Qfesi- oder ReaJrtorkapaeltät und anderen Torteilen· BIe einfachsten Betrieberer~ ander liehen, die normalerweise gesteuert «erden können· tm da» richtige und wirtschaftlichste Holvernältnis "von H₂ zu O₂ innezuhalten, sind die Art des vollendeten Koätlenwasserstoff·- brennstoffes, die Art der Einspritzung, ölt? Saueratoffkonzentration in Gebläsewind und andere, der St^eruag dar ah den. Fachmann zugängliche Faktoren*

Bei den meisten Met&Uozyd-Bednktionererfaitren wird das Metalloxyd reduziert, während das Beduktlonsgas im Schacht aufwärtsströmt. Der Wirkungsgrad dee Beduktiönsrrerfa&reae 2s Schacht kann bestimmt weid**!, indem man die SSusaaiaeneetiniag des aus der Gicht eut»* hörnenden Gasgemisches oder die Zcsammeneetsung des die Eeduktion«3äione verlas^.ci^n C-aageiaischec untersucht· Sas normale Maas für den Wirkm&gsgrad 1st das Hol verhältnis von Kohlenmonoxid su Sohlendioagrd urä das Molrerhältnis von Wasserstoff zu Wasser in den abst^^aenden fcaeen. Sine Verminderung des Terhältnlsees 00 t CO^ und Ijhw. oder H₂ t H₂O aeigt einen erhöhten Wirkungsgrad in der Ausnutaung des Eeduktionsgases an und lässt eine erhöhte sität des Hochofens und einen verminderten Brennstoffbederf ie Einheit an erzeugtem heissen Metall erwarten» Bas lolwrnältnls CO t CO₂ ist als das wahre Molrerhältni^ definiert, wobei aus den Carbonaten des Hollers stammendes Kohlendiöiyd

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nickt iait elBgereoJbm&t wird· Xb&neo wird bei d^m nie Ig ι HgO das au® dem MSilts» stsasmsaä© Waeeer »löfrfc alt

Die erhöht© aa«auB&utsune äs Sism® d@r Iriii&diisg wird -- ' erreio&t». tMlm man mit eliMBi ai^drigezi Bereich

See was^sreto

- arbeitet ₉ üüov indem man d@& Saueretof fgsiialt od©r die debläsewiMgeeüiswiMigkeit des Gebläfiögaaaß steuert od&T durch i^itmbinationen Äioser Hse^tsSsi^i· Bi@se sind die einfache ten Methoden sür Steteermsg 'and des richtigen Molv@rMXtnis@e@ H₂ s Og* Me tionegeaehiRindigkeiten nekaen allgemein bei ErhöfcuBg dee E₂ t O^ au, währe&d die

keiten aUg@aaein bei Irhöhtmg des Vorhältnieaee H₂ t O₂ «2>-

β -

· DIo Hs diiktior sr β Stationen kunnen dnroh die

• (1) Ee(O) 4- 00 «-Φ Iq + COg

(2) Se(O) + H₂ —4 ^e + HgO (exothem)

ausgedsüelct wenden» währe&i die üraear^^igiffi^areaktionen dtrcob. die Gleichungen .

(3) 0 + CO₂ —» 2Ö0
(4)' ö + H₂O —4- 00 + H₂

definiert werden. Aa d®m^e&ige& iPütikt_s wo diese He&lctionege-

sich übereolmeiden» deb« an dea Fujafct» wo sie

sind, und der a&t Sleiehgewiahtälag^ btsolennet wird, duroh lrhdhisng dee TerMitni@de@ H^ j O₂, e.B. üxxroh

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, here Binspritsgesohwindigkeiten dee wasserstoffhaltigen Brennstoff es oder durch Verwendung eines Kohlenwasserstoffbrenn-

' stoffes Bit einem höheren Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenstoff» die Beduktionsgesehwindigkeit im Schacht nicht veiter erhöht» da der zusätzliche Wasserstoff das Eisenerz nicht reduziert. Das niedrigste Verhältnis von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid, welches noch die Heäuktion des Eisens ermöglicht, be-

, trägt s.B, bei 538° 0 etwa 0,91, bei 1093° C etwa 2,94 und bei 1649° 0 etwa 5,00. Ss wäre su erwarten gewesen, dass die Verwendung von Koks allein oder der grSsstmSglichen Öl-Koke-Kohlenwaseoretoff-Eiiispritzgeach^lnaigkeiten bei oder nahe diesem Gleichgswiohtssustazid theoretisch die vorteilhafteste Arbeits-Methode wäre, besonders wenn der Brennstoff wirtschaftlicher ist als der Koks, den er ersetzt. Ia Gegensatz zu diesen Erwartungen wurde jedoch gefunden, dass es einen Bereich τοη H₂ s Og-MolTerhältnissen gibt, innerhalb dessen die wirksamste Arbeitsweise möglich ist·

Bei der Bestimmung des Molrerhältnisset? H₂ t O₂ ist der Wasserstoffgehalt als der gesamte Wasserstoffgehalt aller Beständteile des Gebläsewindes, wie des wasserstoffhaltigen Brennstoffes, des in dem Gebläsewind enthaltenen Wasserdampf es, dee gegebenenfalls aueserdem smigeiübrtea Wasserdampfes usw., zuzüglich des in dem Koks oder dem festen kohlenstoffhaltigen Material enthaltenen Wasserstoffes definiert· Der molare Sauer et off gehalt wird unter Bsrüoksiohtigung des gesaaten Sauerstoffgehalt aller PestarrUMle dee Gebläse-

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wie der Gebläse luft» des an Sauerstoff ang@rei@h€o?t@& des in dem δ et 1Mb© wind enthaltenen Wasserdampf*s zvz'dglich des in den Metallerzen» wie Eisenerz uawc; haltenen Sauerstoffes bereohnet· Jedoeli wird bei der nung des silieren Verhältnisses von Wasserstoff su Sauerstoff. der in. der Feuchtigkeit des Erses und des Möllers enthaltene Sauerstoff imd Wasserstoff und der in den Carbonaten des Möller a, wie den Carbonaten von Bisen, Mangan» Alkali·" und SrdaUcalimc!tall@i3L und anderen leicht screetisbaren Carbonaten des Möller?:?? enthaltene Sauerstoff nicht mit eingerechnet ο Hieraiis ergibt eioh, dass die einfachsten Eauptreränderlichen» dl© smr Erssieiung der maximalen Ausnutzung des Eoöuktionsga« S6S ¥0rw@iiä®t w@rä@n können» der Sauerstoffgehalt des (iebläse- und die Einspritzungsgeschwindigkeit des jeweiligen 3d@r Kombinationen die si;? beiden Faktoren ein&« Man Ssssn zwar bei der Anwendung dieses Steuerungsrer^altirene ;lsl*läsrsiäid auch. Wasserdampf susetsen; die wirksamsten,

werden jedoch unter Ausschluss von Wasser-

"J3®2? durch €ie Erfindung erzielte to irische ergibt sich, aus d<§n Werten der Tabelle I₅. al® mit einem Hociiof m. im ?ei^;suchssass8tab -gewonnen wurden· Ber äwedb. die WiM-1oit;ö^ in den Hastabschnitt des Ofens eingesp?itste Brennstoff

war ©±a üoliw@rse Htickstandec!! (Bunkeröl ö) _s weloSifes etwa ßöw;«# SoS&enstoff, 11 Sew_e«# Waesersteff und 2,5 6

Schir©fel enthielt·

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	■ ■■Mg VV#KhWdi	TmTEiH *feffci	Tabelle	I	. S32	A33	titonnifcinail	*	Jt. JMj M» TT^Mt Aft J	■	giens D53 '
		B32					B53	151,43	«es noom 053
	28,65		032	33,75	28,9					29,78
Arbeiteperiode		31,33				29,56	191,4	28,8
Erzeugungageeohwlndig-	907		33,84	1134	974				977
keit, t/Tag		1018				1030		1077
Temperatur des heiaaen	39,39		1097	38,68 ä	39,64				38,91
Gebläsewindes, 0C		38,82				39,53	3119,5	40,32	•
	1980		38,85	1650	1975	. ■.	1513,9		1882
		1784		■		1926	625,0	2015 ·';■·
Luft, KnVt belesen			1653				5258,4,
Metalles	635			509,5	489,5				488,5
Kokaaufuhrge schwindig-		571,5				458,5 ,.·,.	25,7	428
keit, kg/t belesen	0		525 '	44,46	130,83	11,8	■ ■ · - · ·.	126,7
Metalles		20,2				5,6	183,605
Ölzufuhrgeschwindigkeit,			39,325	65	162	2,18		"163,9
kg/t belesen Metalles		27,25				375	228 j7
Ölzufuhrgeschwindigkeit,			56,7
3/Std·						0,90
Wärmeerzeugung,	4314,0			3466,7	3333,4			3330,6
1000 kcal/t belesen	0	3889,0		444,5	1308,4		2916,7	1266,7
Metalles	555,6	200,0	3572,3	594,5	605,6			577,8
aus Koks	4869,6	572,2	394,5	4505,7	5247,4	688 *9	5175,1
sas Ul		4661 92	572,2			5491,7
aas- Luft	27,3		4539,0	26,5	25,5	■	26,1
Insgesamt	13,0	26,6		14,6	11,8	25,8	12,3
Gichtgaaanalyse	1,4	13,7	26,7	2,9	5,0	12,0
CO, VoIi-$	2,10	1,9	14,0	1,82	2,16	6,5	2,12^J
COp, Vol·-^	292	1,94	2,6	242	346,7	2,15	346 ω
H2, Vol.^		243	1,91			354,5	O
Verhältnis CO 1 CO2	- ■		243	0,40	0,33		0t90 cri
Giohtgaetenperatur, 0O	0*057	0,57		0^14	0*30	0,94	0„28
Ereatzverhältnle,	- A=TOIF	0^rÖ9	0,41	nsttr Tabelle I siebe	Stillte	Ot40
- kg ölAg Koke			. Φ,ΐ3
MolVörhältBi* Η« t Oo

Anmerkungen zu Tabelle Is

(1) Die Feuchtigkeit im Hochofen betrug bei allen Arbeiteperioden 16 g/Nur mit Ausnahme der Arbeitsperiode 033» wo sie 25 g/Nur betrug,

(2) Kokss Verbrennungswärme 6810 kcal/kg ölt Verbrennungswärme 10008 kcal/kg.

Sie obigen Werte zeigen» dass» entgegen den bisherigen Erwartungen» keine dem wasser stoff halt igen Brennstoff proportionale Erhöhung des Wirkungsgrades auftritt, sondern dass es einen engen Bereich von Einspritzungsgeschwindigkeiten für jeden besonderen Brennstoff gibt» innerhalb dessen ein äusserst wirksamer und wirtschaftlicher Betrieb möglich ist. Arbeitet man nur mit Koks ohne Zusatz eines wasser β toffhaltigen Brennstoffes» so beträgt das Verhältnis von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxyd im Gichtgas etwa 2,10* Bei niedrigen Einspritzgeschwindigkeiten des Rüokstandsöles» ζ .B₀ bei Anwendung von Verhältniesen von 20 bis 80, insbesondere 20 bis 45 kg Rückstandeöl je t heissen Metalles, erhält man viel niedrigere CO : CO₂-Verhältnis se, was eine maximale Ausnutzung des Reduktionsgases i» Schacht anzeigt. Bei Erhöhung der Brennstoffeinspritzgeschwindigkeiten über 159 l/Std. oder bei Ersatzverhältniseen (flüssiger Brennstoff für Koks) oberhalb 0,9 ergibt sich jedoch ein Wirkungsgrad des Reduktionsgase8 in der Reduktionenon©» der sogar noch kleiner ist ale bei Verwendung von Koke allein· Die Beziehung zwischen dem Verhältnis CO s COg. und dem Wir-

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kungsgrad ergibt sich auch aus der erhöhten Erzeugungsgescnwindigkeit des Ofens und den niedrigeren Gichtgastemperarturen bei niedrigen Einspritzgeschwindigkeiten.

Ss ist zu beachten» dass beim Betrieb des Ofens mit Koks allein (A32) ein feil des Sauerstoffs und Wasserstoffs aus der Feuchtigkeit und dem Wasserstoff des Kokses sowie aus der Feuchtigkeit des Gebläsewindes stammt. Dies erklärt das H₂ 8 Qp-Molverhältnis von 0,057 beim Betrieb des Hochofens mit Koks allein. Aus den obigen Werten ergibt sich» dass die niedrigsten und höchsten Kohlenwasserstoffeinspritzgesehwindigkeiten, die die gewünschten molaren Verhältnisse von Wasserstoff zu Sauerstoff von 0,1 bis 0,3 im Falle eines Kohlenwasserstoffes liefern, der etwa 12 bis 25 Gew·-^ Wasserstoff enthält, für Bunkeröl C im Bereich von etwa 10 bis 14-5» z°B. Ton 24 bis 143»5 kg Kohlenwasserstoffbrennstoff je t heissen Metalles und für Erdgas, wie Methan» im Bereich von 11,5 bis 68»5 kg/t heissen Metalles liegen. Die oberen und unteren Grenzen entsprechen unter der Annahme einer Sauerstoffzufuhr von etwa 65 bis 76 Mol/t heissen Metalles MoXverhältniesen von Wasserstoff zu Sauerstoff von 0,1 bzw· 0,3· Beim Betrieb des Ofens mit normalem Koks allein würde bei einem Feuchtigkeitsgehalt des Gebläsewindes von etwa 16 g/Bnr das Molverhältnis von Wasserstoff zu Sauerstoff bei etwa 0,05 liegen, um den durch die Erfindung bedingten Fortschritt zu erzielen, ist es erforderlich, einen wasseretoff haltigen Brennstoff m%t den oben angegebenen Einspritzgeschwindigkeiten zuzuführen·

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ΊΗ

Sie Werte des Beispiels 1 sind in der Zeichnung in 1 und 2 graphisch aufgetragen.

YIg* 1 ist ein Diagramm, welches die Abhängigkeit des Molverhältnisses von Wasserstoff zu Sauerstoff von dem Verhältnis der 3« Tag erzeugten Meng© an heissem Metall in Ton-, nen zu der Strömungsgesehwindigkeit des Gebläsewindes in Hnr/Min_o zeigt» Aus diesem Diagramm ist ersichtlich, wie wichtig es ist) das Molverhältnis von Wasserstoff zu Sauerstoff innerhalb der oben angegebenen Grenzen zu halten» um den höchsten thermischen Wirkungsgrad zu erzielen«

fig«. 2 ist eine graphische Darstellung des Molveräältnisses 00 s COg im Gichtgas in Abhängigkeit von dem Molverhältnis H₂ s O₂ in der Hochofenbeschickung. Auch dieses Diagramm zeigt die Begrenzungen des Molverhältnisses und die durch Befolgung der erfindungsgemässen Lehre erzielbare Erhöhung des Wirkungsgrades des Reduktionsgases im Ofen. Die Erfindung ermöglicht also ein CO : COg-Verhältnis von 0,5 bis 2,0 oder sogar von 2,0 bis 1,8.

Bei der Auswertung der Ge samt stoffbilanzen für Wasserstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff in den Betriebewerten des Beispiels t bemerkt man, dass die Erfindung allgemein auf alle wasserstoff haltigen Brennstoffe anwendbar ist. Durch Steuerung der Arbeiteveränderlichen, d.h. der Stoffbilanzen, derart, dass das Molverhältnis von Wasserstoff zu Sauerstoff im Bereich von 0,10 bis 0,50 und vorzugsweise von 0,10 bis 0,20 liegt, erreicht man einen überraschend wirtschaftlichen Wir-

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kungsgrad des Ofenbetriebes, der sich in einer höheren Produktionsleistung» einer höheren Ofenkapazität, einer niedrigeren Gichtgastemperatur, z.B. 232 bis 274° C, erhöhter Wärmekapazität und erhöhter Ausnutzung von Wasserstoff und Kohlenmonoxid bemerkbar macht und die Anwendung einer maximalen Gebläsewind« temperatur gestattet sowie andere Vorteile bietet· In Tabelle IX sind die aus den Betriebswerten des Beispiels i berechneten
Stoffbilanzen zusammengestellt·

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Tabelle II Stoffbilangen für Wasserstoff« Kohlenstoff und Sauerstoff

Wasserstoffbilanzen

Arbeiteperiode

B32

032

A33

B33

033

co	-	Zufuhr· k«-I£ol/t heis-	1,77 0,955	1,595 0,855 1·09	1 0 .2	,48 ,79	1,475 0,765 2,275	1,77 0,735 7,145	1,25 0,69 8,27	37,17 9,27 0,76	34,815 10,73	2,83 0,64 10,025	1,68 0,735 6,98
CX) _Λ _£>	aen Metalles Feuchtigkeit im Gebläsewind Koke öl	2,725	3,54	4	,395	4,515	9,65	10,21	47,20 42,795	45,545	13,495	9,395
O σ>	• Insgesamt Ausstoeg« k«-Mol/t heis~	1,60 41,3	1,975 44,2	2 42	,545			2,865 5,74 6,48 36,5 40,5 39,5 Kohlen atoffb11 aneen	46,60		7,915 41,3	5,365 42,9
i ON I	senlKet alles Wasserstoff im Gichtgas Wasserstoffausnutzung, £									.
	Zufuhr« k^-Mol/t heia-	48,645 0T285	43,78 1,435 0,315	40 2 0	,215 ,81 »22	39,03 3,00 0,2.1	32,50 13,01 0,005	37,095 8,94 0,005 -^
	senlsetälles Koke Öl COg aus dem Möller	48,93 46,01	45,53 41,88	43	,245 i"93	42,24 40 »605	45,515	46,04 ^ CO CO ρ
	Insgesamt Ausetoes, kfi-Mol/t heis- sen Metalles Gichtgas Heissea Metall	49f905-	45^76	43	,82	44^6	■mm®

Tabelle II (Fortsetzung) Stoffbilangen für Waaaerstoff« Kohlenstoff und Sauerstoff

Sauerβtoffbllanzen

CD CD	I	Arbeitaperiode	Insgesamt	A32	B32	C32	•	D32	A33	B33	033	JD33
CD OO		Zufuhr, lcK-at/t heia-	Ausatoae, kg-at/t heia-
_*	I	aenTllIetalles	aenTTetalles
K)		Trockener Gebläse	Gichtgas	■
		wind	Verhältnis CO ι CO«	35,13	31,65	29,325	29,28	35,05	34,72	35,755	33,385
		Feuchtigkeit im
O	Gebläsewind	1,77	1,595	1,48	1,475	1,77	1,75	2,83	1,68.
CD	Fe-Reduktion	23,305	23,29	23,31	23,33	24β395	23,71	24,06	23,72
	Hn, P, Si	0,875	0,915	0,82	0,88	0,945	0,92	0,885	0,905
	CO2 aus dem Möller	0,575	0,635	0,435	0,42	1,52		0,01	0,01
Koks	0,24	0,215	0,195	0,19	0,185	0»17	0,12	0,185
61,895	58,30	55,565	55,575	63,865	61,27	63,66	59,885
62,43	58,31	55,46	56,685	60,955	62,02	"67,225	61,38

aus CO₂ des Möller a

Verhältnis

2,15 1,95 1,90 1,85 2,15 2,15 2,16 2,18
0,057 0,09 0,13 0,14 0,30 0,33 0,40 0,28

GO CjO

Die obigen Werte seigen, dass der wirtschaftliche Arbeitsbereich mit eingejspritaten Brennstoffen durch jede Steuerungamethode erreicht werden ksssn, dureh die das öeaamtverhäXtnis τοπ Hp su O2 innerhalb der gewünschten Grenzen eingestellt wird« So kann 3e&© äer Wasserstoff, Sauerstoff oder Kohlenstoff enthaltenden Veränderlichen zur Erzielung des erfindungsgemässen Ergebnisses variiert werden·

Weiterhin sieht man, dass durch die Herabsetsung der Konsentration an Yerdünnungsgasen, wie Stickstoff, in der Gebläseluft, s«B» durch Erhöhung der Sauerstoffkonzentration auf etwa 25 bis 28 $, die Erhöhung der Einspritzgeschwindigkeit oder des Waeaerstoffgehaltss des wasserstoffhaltig^ Brennstoffes ermöglicht wird, ohne dass das gewünschte Molverhältnis Hg : O₂ übersehritten wird» Dies ist von grossem Vorteil, wenn der angewandte Brennstoff billiger ist ale der Koks» den er ersetzt. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren kann der Möller aus natürlichem Era, Sinter, Pellets oder Kombinationen davon bestehen«

Beispiel 2

Die Erfindung kann auch bei Verfahren zur Erzeugung. von Eeduktionsgasen ausserhalb des Ofens, z_eB° bei der Erzeugung von Leuchtgas, Reduktionsgas oder Wassergas in Wanderbetten, Buheschüttungen und Wirbelschichtbett:en, angewandt werden« Hewn Reduktionsgas β hergestellt werden, Sie hauptsächlich mim Köhlenmonoxyd und Wasserstoff bestehen, ©rmb'glieht die Steuerung des !©!Verhältnisses H₂ s Og im Bereich vos. 1_?2 Ms

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1,8 z.B. bei normalen Gaaerzeugungstemperaturen von 982 bis 1315° C durch Einregelung der stöehiometrischen Stoffbilanzen in den dem Verfahren zugeführten Auegangsstoffen die Anwendung eines minimalen Eeaktorvolumens für eine gegebene Gaserzeugung. Wenn man ζ·Β· bei der Herstellung von Wassergas aus Bunkeröl C in einem bei dem Vergasungsverf ehren oder aus Erdölkoks erzeugten Wirbelsehichtkoksbett die Zufuhrgeschwindigkeit der Luft und des als Brennstoff dienenden RückstandsÖles, wie Bunkeröl C, oder eines Brennstoffes mit einem Wasserstoff »Kohlenstoff-Atomverkältnisses von 1,2 bis 1,8 derart steuert, dass bei einer Temperatur von 1093° C das Molverhältnis von Wasserstoff zu Sauerstoff innerhalb der erfindungsgemässen Grenzen eingestellt wird, so sind für die Vergasung der gleichen Menge an Kohlenstoff je Zeiteinheit die folgenden Eeaktorbedingungen in Abhängigkeit von dem Molverhältnis H₂ s O₂ erforderlich:

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SLO

Tabelle III

. Einfluss der Steuerung des Molverhältnisses H₂ : O₂ ^ auf ein Gaserzeugungsverfahren

^Kohlenstoff

Molverhältnis (Carbon Inventory)/Mol Sauer-Hp s O₂ · stoff/Std.

0 539

0,558 463

0,7165 440

1,256 430

1,433 426

1,612 430

1,792 433

2,77 459

3,96 501

Wie sich aus den obigen Werten ergibt, erzielt man durch Einstellung des Molverhältnisses von Wasserstoff zu Sauerstoff im Bereich von 1,26 bis 1,79 und vorzugsweise Bereich von 1,2 bis 1,5 bei der Gaserzeugung unerwartete Vorteile hinsichtlich des Reaktorvolumens und des Wirkungsgrades. Das so erzeugte Reduktionsgas kann dann natürlich in einem Ofen eingesetzt werden, wobei die weitere Steuerung des Molverhgltnisses H₂ : O₂ im Sinne der Erfindung den maxi malen Wirkungsgrad liefert.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Patentansprüche

   1. Verfahren zur Verbesserung der Erzeugung und Ausnutzung von durch Wechselwirkung eines festen kohlenstoffhaltigen Stoffes» eines wasserstoffhaltigen Brennstoffes und eines sauerstoff haltigen Grases erzeugten Reduktionsgasen, dadurch gekennzeichnet, dass das Molverhältnis von Wasserstoff zu Sauerstoff in den reagierenden Stoffen innerhalb bestimmter Grenzen eingestellt wird.

   2. Verfahren zur Erzeugung eines Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltenden Gasstromes aus einem festen kohlenstoffhaltigen Stofff einem stritoungsfähigen wasserstoffhaltigen Brennstoff und einem sauerstoffhaltigen Gas, dadurch gekennzeichnet, dass die stöehiometrische Bilanz der Ausgangsstoffe so eingestellt wird, dass das Molverhältnis von Wasserstoff zu Sauerstoff im Bereich von 1,2 bis 1,8 bleibt.

   5· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man bei einer Gaserzeugungstemperatur zwischen 982 und 1315° arbeitet.

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   4-O Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet» dass als wasserstoffhaltiger Brennstoff ein flüssiger Brennstoff und als sauerstoffhaltiges Gas Luft verwendet wird·

   5β "Verfahren zum Reduzieren von Metallerzen im Schachtofen, wobei das Metallerz im G-egenstrom zu einem Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Gasstrom abwärts geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass man in den Ofen Wasserstoff oder einen strömungsfähigen, wasser stoff haltigen Brennstoff einführt und die stöehiometrische Stoffbilanz in dem Ofen so einstellt, dass das Mol verhältnis von Wasserstoff zu Sauerstoff im Bereich von O₉IO bis 0,30 bleibt, so dass die Ausnutzung des Reduktionsgases im Ofen und die Reduktion des Erzes wesentlich verbessert wird»

   6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als wasserstoffhaltiger Brennstoff ein aus Erdöl gewonnenes Rückstandsöl verwendet wird.

   7· Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass als wasserstoffhaltiger Brennstoff Erdgas verwendet wird.

   8· Verfahren nach Anspruch P, dadurch gekennzeichnet ₉ dass der wasserstoffhaltige Brennstoff zusammen mit einem erhitzten Gebläsewind eingespritzt wird, der einen Sauerstoffgehalt von mehr als 21 Gew.=4 aufweist. '

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   9» Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet» dass das Verhältnis von Kohlenmonoxyd zu Kohlendioxyd in dem aus dem Schacht bei einer !Temperatur τοη 232 bis 260° C ausströmenden Gasstrom im Bereich von 0,5 bis 2,0 liegt»

   tO· Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass das Molverhältnis von Wasserstoff zu Sauerstoff auf einen Bereich τοη 0,10 bis 0,20 eingestellt wird.

   11. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet» dass die Einspritzungsgeschwindigkeit des wasserstoffhaltigen Brennstoffes auf einen Bereich von 24 bis 143*5 kg Brennstoff ;}e t erzeugten hei ssen Metalles eingestellt wird»

   12. Verfahren zum Betrieb eines Hochofens, in welchem Eisenerz im Gegenstrom zu einem Kohleumonoxyd und Wasserstoff enthaltendenRaduktionsgasstrom abwärts geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass man zusammen mit dem erhitzten Gebläsewind ein aus Erdöl gewonnenes, flüssiges Rückstandsheizöl einspritzt, die Einspritzgeschwindigkeit dieses Brennstoffs auf 24 bis 143,5 kg Ol je t erzeugten heissen Metalles einstellt und dabei das Molverhältnis von Wasserstoff zu Sauerstoff auf einen Wert im Bereich von 0*10 bis 0,20 einregelt, so dass eine wesentliche Erhöhung der Ausnutzung des Reduktionsgases im Vergleich mit dem Betrieb des Ofens mit Koks allein als Brennstoff und mit dem Betrieb des Ofens bei höheren Brennstoffeinspritzgeschwindigkeiten erzielt wird.

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   13ο Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Gebläsewind eine an Sauerstoff angereicherte luft verwendet wird» die 21. bis 30 $> Sauerstoff enthält.

   14. Verfahren nach Anspruch 12» dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Kohlenmonoxyd zu Kohlendioxid in den Gichtgasen bei Temperaturen von 232 bis 260° C im Bereich von 0,5 bis 2,0 liegt.

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