DE1914400B2 - Method and device for the direct reduction of iron ores - Google Patents
Method and device for the direct reduction of iron oresInfo
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Description
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zu schaffen, das bei einwandfreier Vermeidung einer Wasserdampf benutzt, die bei der Reaktion des CCto create that with proper avoidance of a water vapor used in the reaction of the CC
Katalytvergiftung einen sehr wirtschaftlichen Betrieb und H2 mit dem Eisenoxyd im Reduktionsvorgang entCatalytic poisoning a very economical operation and H 2 ent with the iron oxide in the reduction process
einer Großanlage gewährleistet. stehen. Für die kontinuierliche katalytische Umsetzuniof a large-scale system. stand. For the continuous catalytic conversion uni
Die erfindungsgemäße Lösung besteht bei einem wird ein indirekt beheizter Gasumwandler benutzt Verfahren der gattungsgemäßen Art darin, daß das 5 Wie aus F i g. 1 ersichtlich, ist ein vertikaler, etwiThe solution according to the invention consists in an indirectly heated gas converter Method of the generic type in that the 5 As shown in FIG. 1 can be seen, is a vertical, somewhat
ausschließlich aus gasförmigen Kohlenwasserstoffen zylindrischer Reduktionsschachtofen 10 vorhandenA cylindrical reduction shaft furnace 10 made exclusively from gaseous hydrocarbons is present
und Abgas bestehende Gemisch vor Eintritt in das der an seinem oberen Ende einen Einfülltrichter Iiand exhaust gas existing mixture before entry into the at its upper end a funnel Ii
Katalj tbett des Gasumwandlers in nichtkatalytischer hat und in den Eisenoxydstückchen 14 oder sonstige:Catalj tbett of the gas converter in non-catalytic has and in the iron oxide pieces 14 or other:
Umgebung auf Umsetzungstemperatur vorgewärmt eisenoxydhaltiges Material eingegeben wird. Di(The environment is preheated to the reaction temperature and material containing iron oxide is entered. Tue (
wird und daß das erzeugte Reduktionsgas nach io Eisenoxydstückchen 14 gelangen mittels Schwerkrafis and that the reducing gas generated get to io iron oxide pieces 14 by means of gravity
Zumischung von weiterem Abgas zur Einstellung der durch ein Einlaufrohr 16 in den ReduktionsschachtAdmixture of further exhaust gas to adjust the flow through an inlet pipe 16 into the reduction shaft
gewünschten Reduktionstemperatur unmittelbar in ofen 10. Am Boden des Reduktionsschachtofens KDesired reduction temperature directly in oven 10. At the bottom of the reduction shaft oven K
den Reduktionsschachtofen eingeleitet wird. ist ein Auslaßrohr 18 für die metallisierten Eisenthe reduction shaft furnace is initiated. is an outlet pipe 18 for the metallized irons
Es wird hierdurch gewährleistet, daß auch ohne Stückchen vorgesehen. Ein Abförderer 20, beispiels
übermäßige Wasserdampfzufuhr zum umzuwandeln- 15 weise ein elektrisch angetriebener Vibrationsförderer
den Abgas keine Katalytvergiftung auftritt, wobei man ist unter dem Auslaßrohr 18 vorgesehen,
insgesamt auch sehr hohe Reaktionstemperaturen Im oberen Bereich des Reduktionsschachtofens K
erhält. Da einerseits das umgewandelte Gas schon ist ein Ringleitungs-Bla.swerk 22 vorgesehen, mit den
eine erwünscht hohe Temperatur hat und andererseits heißes Reduktionsgas d'....irt in den Ofen eingeleitei
irgendwelche Beimengungen, die ihm wieder entzogen 20 wird, daß es nach oben im Ge^enstrom zu den Materialwerten
müßten, nicht in ihm enthalten sind, kann das Stückchen 14 strömt und aus dem Ofen durch einer
umgewandelte Gas in einfacher und sehr wirtschaft- Auslaß 24 am oberen Ende austritt, wie in Fig. 1
licher Weise auf die gewünschte Reduktionstemperatur dargestellt. Das Einlaufrohr 16 erstreckt sich dabe
eingestellt in den Reduktionsschachtofen eingebracht bis unterhalb der Mündungsöffnung des Auslasses 24
werden. Da der für die katalytische Umsetzung 25 Dadurch entsteht ein Sammelraum 26 für das Abgas,
benötigte Sauerstoff ausschließlich aus dem Abgas so daß dieses gleichmäßig aus der Masse der Eisenstammt,
keine zusätzlichen Sauerstoffquellen erforder- Stückchen austreten und frei zu dem Auslaß 24
lieh sind und nach der Umsetzung nichts ausgeschieden strömen kann.This ensures that even without bits. A discharge conveyor 20, for example excessive water vapor supply to convert 15 an electrically driven vibration conveyor, the exhaust gas no catalytic poisoning occurs, whereby one is provided under the outlet pipe 18,
Overall, very high reaction temperatures in the upper area of the reduction shaft furnace K is obtained. Since, on the one hand, the converted gas is already provided, a ring line Bla.swerk 22 is provided with which has a desired high temperature and, on the other hand, hot reducing gas d '.... irt any admixtures that are withdrawn from it again so that it is introduced into the furnace upward in the flow to the material values are not contained in it, the piece 14 can flow and exit the furnace by a converted gas in a simple and very economical way shown to the desired reduction temperature. The inlet pipe 16 extends adjusted into the reduction shaft furnace until the outlet 24 is below the mouth opening. Since the for the catalytic conversion 25 This creates a collecting space 26 for the exhaust gas, required oxygen exclusively from the exhaust gas so that this stems evenly from the mass of iron, no additional oxygen sources required pieces escape and are freely borrowed to the outlet 24 and after Implementation nothing can flow excreted.
zu werden braucht, wird auch ein hervorragender Im unteren Bereich des Reduktionsschachtofens ICIn the lower area of the reduction shaft furnace IC
thermischer Wirkungsgrad erreicht. 30 befindet sich ein geschlossenes Zirkulationssystem 27,thermal efficiency achieved. 30 there is a closed circulation system 27,
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur um die Materialstückchen vor ihrem Austritt aus demThe invention also relates to a device to the pieces of material before they exit from the
Durchführung des Verfahrens. Ausgehend von einer Ofen zu kühlen. Das Zirkulationssystem 27 beinhalte!Implementation of the procedure. Starting from an oven to cool. The circulation system 27 includes!
Vorrichtung mit einem einzigen geschlossenen Rück- einen indirekten Kühler 28, ein Gasgebläse 30, einenDevice with a single closed rear an indirect cooler 28, a gas blower 30, a
führweg vom Auslaß des Abgases aus dem Reduktions- Gaseinlaß 32 und einen Gasauslaß 34. Das Gebläse 3Ülead away from the outlet of the exhaust gas from the reducing gas inlet 32 and a gas outlet 34. The fan 3Ü
schachtofen zum Einlaß des reduzierenden Gases in 35 ist in das Einlaßrohr 31, das von dem Kühler 28A shaft furnace for introducing the reducing gas in 35 is in the inlet pipe 31 which is connected to the cooler 28
den Reduktionsschachtofen sowie einer in der Rück- zu dem Gaseinlaß 32 verläuft, eingeschaltet. Deithe reduction shaft furnace and one in the back to the gas inlet 32 is switched on. Dei
führ-mg angeordneten Mischeinrichtung für die umzu- Gaseinlaß 32 ist ein in dem Reduktionsschachtofen ICLead-mg arranged mixing device for the umzu- gas inlet 32 is a in the reduction shaft furnace IC
wandelnden Gase und einem kontinuierlich arbeiten- gelegener Gasverteiler. Der Gasauslaß 34 liegt überchanging gases and a continuously working gas distributor. The gas outlet 34 is above
den, indirekt beheizten katalytischen Gasumwandler, dem Gaseinlaß 32 und ist mit dem Kühler 28 durchthe, indirectly heated catalytic gas converter, the gas inlet 32 and is with the cooler 28 through
besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung darin, daß 4° ein Rohr 33 verbunden.the device according to the invention consists in that a pipe 33 is connected at 4 °.
zwischen der Mischeinrichtung und dem Katalysator Zur Gewinnung eines heißen Reduktionsgases ist des Gasumwandlers eine Einrichtung zum Vor» ein Gasumwandler 38 vorgesehen, der brennstofferhitzen des Gasgemisches angeordnet ist, die nicht- betriebene Brenner 40 hat, ein Abzugrohr 42 aufweist katalytisches Material enthält, und daß ferner die und mit einer Mehrzahl von indirekt Wärme aus-Rückführleitung für das Abgas mit der Reduktions- 45 tauschenden Katalytröhren 44 versehen ist, die von gasleitung zum Zweck der Temperatureinstellung außen beheizt werden. In den F i g. 1 und 2 ist jeweils verbindbar ist. nur eine dieser Katalytröhren 44 dargestellt. Dasbetween the mixing device and the catalytic converter to obtain a hot reducing gas of the gas converter, a device is provided to advance a gas converter 38 which heats the fuel of the gas mixture is arranged, which has non-operated burner 40, has an exhaust pipe 42 contains catalytic material, and that further comprises and with a plurality of indirect heat-out return conduits is provided for the exhaust gas with the reduction 45 exchanging catalytic tubes 44, which by gas pipe can be heated outside for the purpose of setting the temperature. In the F i g. 1 and 2 is respectively is connectable. only one of these catalytic tubes 44 is shown. That
Eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes Reduktionsgas strömt von den Katalytröhren 44 zu wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeich- dem Ringleitungs-Blaswerk 22 durch eine Reduktionsnungen näher beschrieben. Es zeigt 50 gasleitung 46, in die ein Gasanalysengerät 47 einge-One embodiment of the subject matter of the invention, reducing gas flows from the catalyst tubes 44 is described below with reference to the drawing the ring line blower unit 22 by a reduction described in more detail. It shows 50 gas line 46 into which a gas analyzer 47 is inserted.
F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Vor- schaltet ist.F i g. 1 is a schematic representation of an upstream circuit.
richtung gemäß der Erfindung, zugleich in Form eines Das aus dem Reduktionsschachtofen 10 durch dendirection according to the invention, at the same time in the form of a Das from the reduction shaft furnace 10 through the
Schaubildes der Verfahrensschritte, Auslaß 24 abströmende Abgas gelangt zunächst zuDiagram of the process steps, exhaust gas flowing out of outlet 24 initially arrives at
F i g. 2 eine Schnittdarstellung des Gasumwandlers einem Kühlreinigungsgerät 60, in dem es gekühlt undF i g. 2 shows a sectional view of the gas converter of a cooling cleaning device 60 in which it is cooled and
als Teil der Vorrichtung nach F i g. 1, 55 vom Srrub befreit wird. Zweckmäßig wird ein Gerätas part of the device according to FIG. 1, 55 is freed from scrub. A device becomes useful
F i g. 3 ein Diagramm des Wärmebedarfs des mit direktem Wasserkontakt verwendet, beispielsweiseF i g. 3 a diagram of the heat demand of the one used with direct water contact, for example
Verfahrens bei variierenden Arbeitsbedingungen, ein Gerät mit einem dichtgepackten Gegenstromturm,Procedure with varying working conditions, a device with a tightly packed countercurrent tower,
F i g. 4 ein Diagramm über den Reduktionsgas- in dem das Gas aufwärts strömt und das KühlwasserF i g. 4 shows a diagram of the reducing gas in which the gas flows upwards and the cooling water
mengenbedarf des Verfahrens bei variierenden Arbeits- durch Schwerkraft nach unten durch das PackmaterialQuantity requirement of the process with varying work due to gravity down through the packing material
bedingungen. 60 strömt. Die Kondensationspunkttemperatur des ausconditions. 60 flows. The condensation point temperature of the off
Bei dem Verfahren zur Direktreduktion von Eisener- dem Auslaß 24 kommenden Abgases wird beträchtlich
zen in einem Schachtofen mittels eines Reduktionsgases höher liegen als die üblicherweise vorherrschende
wird, um CO und H2 für den Reduktionsvorgang zu Kühlwassertemperatur, und es ist im Hinblick auf
gewinnen, eine kontinuierliche katalytische Umsetzung die thermische Ausnutzung vorteilhaft, so viel Wassereines
gasförmigen Kohlenwasserstoffes, wie beispiels- 65 dampf wie möglich und nach den jeweiligen Betriebsweise
Erdgas oder einem anderen leicht zu ver- bedingungen erforderlich aus dem Abgas auszukondendampfenden
Kohlenwasserstoff, durchgeführt. Für die sieren.
Umsetzung werden als Oxydationsmittel CO2 und Ein großer Teil des gekühlten Abgases aus demIn the method for the direct reduction of iron earth exhaust gas coming from the outlet 24, zen in a shaft furnace by means of a reducing gas is considerably higher than that which is usually prevailing, to cool water temperature for CO and H 2 for the reduction process, and it is in terms of gain, a continuous catalytic conversion thermal utilization is advantageous, as much water of a gaseous hydrocarbon, such as steam, as possible and, depending on the respective operating mode, natural gas or another hydrocarbon that is easy to condense from the exhaust gas, is carried out. For the sier.
Implementation are used as oxidants CO 2 and a large part of the cooled exhaust gas from the
Kühlreinigungsgerät 60 wird mittels einer Rückführleitung 64 zu einem Kompressor 62 geleitet. Erdgas oder andere kohlenwasserstoffhaltige Brennstoffe in gasförmiger Form, jeweils aus einem Speicher 66 stammend, werden in einer Mischeinrichtung 68 mit dem gekühlten Abgas aus dem Kompressor 62 vermischt. Der Betrag an zugemischtem Kohlenwasserstoff wird von einem Ventil 65 gesteuert, das auf das Gasanalysengerät 47 anspricht, das seinerseits den CO2-Gehalt (oder einen anderen bestimmten Bestandteil) in dem umgesetzten Reduktionsgas nach dem Gasumwandler 38 kontrolliert. Zu Beginn und am Ende des Verfahrensablaufes wird ein inertes Reinigungsgas eingesetzt. Dies kann in der nur zwischenzeitlich benötigten und relativ kleinen Menge dadurch gewonnen werden, daß ein Teil der Verbrennungsgase, die von den Brennern 40 in dem Gasumwandler 38 geschaffen werden, abgezogen und gekühlt wird. Hierzu ist eine Leitung 69 vorgesehen, die von dem Gasumwandler 38 zu der Mischeinrichtung 68 führt und in die ein Ventil 70 sowie ein Kühler 71 eingeschaltet sind. Die Rückführleitung 64 und die Brenner 40 sind durch eine weitere Leitung 72 verbunden, durch die der Restteil an gekühltem und gereinigtem Abgas zu den Brennern strömt, um die in diesem überschüssigen Abgas vorhandenen Brennstoffe auszunutzen. In die Leitung 72 sind ein Lüfter 73, ein Ventil 74 und ein druckempfindliches Steuerelement 76 eingeschaltet. Der Heizwert des überschüssigen gekühlten Abgases reicht jedoch nicht zur Wärmebedarfsdeckung des Gasumwandlers 38 aus. Daher wird zusätzlich Brennstoff, wie beispielsweise Heizöl oder Erdgas, von einem zusätzlichen Brennstoffspeicher 78 zugeführt, der mit der Leitung 72 durch eine ein Steuerventil 81 aufweisende Leitung 79 verbunden ist.Cooling cleaning device 60 is conducted to a compressor 62 by means of a return line 64. Natural gas or other hydrocarbon-containing fuels in gaseous form, each originating from a storage device 66, are mixed in a mixing device 68 with the cooled exhaust gas from the compressor 62. The amount of admixed hydrocarbon is controlled by a valve 65 which responds to the gas analyzer 47, which in turn controls the CO 2 content (or some other specific component) in the converted reducing gas after the gas converter 38. An inert cleaning gas is used at the beginning and at the end of the process sequence. This can be obtained in the relatively small amount that is only required in the meantime, in that some of the combustion gases created by the burners 40 in the gas converter 38 are drawn off and cooled. For this purpose, a line 69 is provided which leads from the gas converter 38 to the mixing device 68 and into which a valve 70 and a cooler 71 are connected. The return f ührleitung 64 and the burner 40 are connected by a further line 72 through which flows the remaining portion of cooled and purified flue gas to the burners to the labels in this excess fuel exhaust exploit. A fan 73, a valve 74 and a pressure-sensitive control element 76 are connected to the line 72. However, the calorific value of the excess cooled exhaust gas is not sufficient to cover the heat demand of the gas converter 38. Therefore, additional fuel, such as heating oil or natural gas, is supplied from an additional fuel reservoir 78, which is connected to the line 72 by a line 79 having a control valve 81.
Die Verbrennungsluft für die Brenner 40 wird von einem Gebläse 80 zugeführt. Der Gasumwandler 38 arbeitet normalerweise bei Temperaturen von 982 bis 10375C. Bei dieser Betriebstemperatur ist es wirtschaftlich sinnvoll, einen Vorwärmer 82 vorzusehen, um die Verbrennungsluft für die Brenner 40 auf Temperaturen von 426 bis 760°C vorzuwärmen. Dies geschieht durch Wärmeaustausch mit dem heißen Abgas, das den Gasumwandler 38 über einen Abzug 42 verfaßt. Die vorgewärmte Luft gelangt von dem Vorwärmer 82 durch eine Leitung 84 zu den Brennern 40 und setzt die für den Verfahrensablauf erforderliche zusätzliche Brennstoffmenge aus dem Brennstoffspeicher 78 auf ein Minimum herab. Der Vorwärmer 82 ist mit einem Lüftungsrohr 86 versehen, durch das die Abgase entweichen können.The combustion air for the burners 40 is supplied by a fan 80. The gas converter 38 normally operates at temperatures of 982 to 1037 5 C. At this operating temperature, it makes economic sense to provide a preheater 82 in order to preheat the combustion air for the burners 40 to temperatures of 426 to 760 ° C. This is done by exchanging heat with the hot exhaust gas that enters the gas converter 38 via a vent 42 . The preheated air passes from the preheater 82 through a line 84 to the burners 40 and reduces the additional amount of fuel required for the process sequence from the fuel reservoir 78 to a minimum. The preheater 82 is provided with a ventilation pipe 86 through which the exhaust gases can escape.
Der Zufluß an zusätzlichem Brennstoff von dem Brennstoffspeicher 78 wird von dem Steuerventil 81 in der Leitung 79 gesteuert, das in Abhängigkeit von einem Temperaturelement 90 arbeitet, das in dem Gasumwandler 38 angeordnet ist. Es sind ferner die üblichen Steuereinrichtungen für das Verhältnis von Luft zu Brennstoff vorgesehen, um den Zustrom von Verbrennungsluft zu den Brennern 40 in Abhängigkeit von dem Zustrom und den Heizwerten der umzusetzenden Gase und des zusätzlichen Brennstoffes zu dosieren.The flow of additional fuel from the fuel reservoir 78 is controlled by the control valve 81 in the line 79, which operates as a function of a temperature element 90 which is arranged in the gas converter 38. The usual control devices for the ratio of air to fuel are also provided in order to meter the inflow of combustion air to the burners 40 as a function of the inflow and the calorific values of the gases to be converted and the additional fuel.
Ist das aus dem Reduktionsschachtofen 10 kommende Abgas nicht übermäßig mit Staub beladen, kann der zu den Brennern 40 des Umwandlungsofens geleitete Teil dieses Abgases das Kühlreinigungsgerät 60 umgehen, wie gestrichelt für eine Leitung 72' angedeutet. Die Brenner 40 können einen gewissen Staubanteil vertragen, während das dem Gasumwandler 38 zuzuleitende Abgas so staubfrei wie nur möglich sein sollte, um ein Zusetzen des Katalytbettes zu verhindern.If the exhaust gas coming from the reduction shaft furnace 10 is not excessively laden with dust , the portion of this exhaust gas routed to the burners 40 of the conversion furnace can bypass the cooling cleaning device 60, as indicated by dashed lines for a line 72 '. The burners 40 can withstand a certain proportion of dust, while the exhaust gas to be fed to the gas converter 38 should be as dust-free as possible in order to prevent the catalytic bed from clogging.
Wie aus F i g. 2 ersichtlich, ist ein Einlaß 92 für das zugeführte Gemisch am unteren Ende der Katalytröhre 44 befestigt. Die Katalytröhre 44 ist aus einer hitzebeständigen Legierung hergestellt, wobei vorzugsweise die Hitzebeständigkeit auf Temperaturen vonAs shown in FIG. 2, an inlet 92 for the supplied mixture is attached to the lower end of the catalytic tube 44. The catalytic tube 44 is made of a heat-resistant alloy, preferably the heat resistance to temperatures of
ίο etwa 926 bis 10930C ausgelegt wird. Um das ankommende Gemisch auf die Umwandlungstemperatur vorzuerhitzen, ist das Gaseinlaßende der Katalytröhre 44 mit einem nichtkatalytischen, feuerfesten Stückmaterial 94 vollgepackt, das auf einem entsprechend ausgebildeten Gitter 96 ruht. In Strömungsrichtung hinter diesem feuerbeständigen Stückmaterial 94 befindet sich das Katalytbett mit dem Katalysator 98, wobei zweckmäßig ein Katalysator auf der Basis Nickel verwendet wird. Am Ausgang der Katalytröhreίο is designed around 926 to 1093 0 C. In order to preheat the incoming mixture to the transition temperature, the gas inlet end of the catalytic tube 44 is packed with a non-catalytic, refractory piece of material 94 which rests on a correspondingly shaped grid 96. In the direction of flow behind this fire-resistant piece of material 94 is the catalytic bed with the catalyst 98, a catalyst based on nickel being expediently used. At the exit of the catalytic tube
»0 44 ist ein Einsatz 100 aus hitzebeständigem Material vorgesehen, der von einer Isolierung 102 umgeben ist, mit der Wärmeabstrahlverluste am Röhrenausgang verhindert werden. Die Reduktionsgasleitung 46 ist an den Einsatz 100 befestigt und führt das heiße Reduktionsgas unmittelbar zu dem Reduktionsschachtofen 10. Die Reduktionsgasleitung 46 ist vorzugsweise mit einer isolierenden Einlage 104 ausgekleidet, um Wärmeverluste so gering wie möglich zu halten. 44 an insert 100 made of heat-resistant material is provided, which is surrounded by insulation 102 , with which heat radiation losses at the tube outlet are prevented. The reducing gas line 46 is attached to the insert 100 and leads the hot reducing gas directly to the reduction shaft furnace 10. The reducing gas line 46 is preferably lined with an insulating insert 104 in order to keep heat losses as low as possible.
Die Temperatur des die Katalytröhren 44 verlassenden heißen Reduktionsgases liegt im Normalbetrieb um 93 bis 1490C höher als die Temperatur, die für den Betrieb des Reduktionsschachtofens 10 bevorzugt wird. Um das Reduktionsgas auf die gewünschte Temperatur zu kühlen, kann ein Teil des gekühlten Abgases aus der Rückführungseinleitung 64 mit dem heißen Reduktionsgas in der Reduktionsgasleitung 46 vermischt werden. Hierzu dient ein Steuersystem 48, das aus einer Leitung 50, einem Gebläse 52 und einem Gasströmungssteuerventil 54 besteht, das auf ein ihermoresponsives Element 56 anspricht. Das gekühlte Abgas hat nützliche reduzierende Eigenschaften dank seines hohen CO- und H2-Gehaltes infolge des Auskondensierens von Wasserdampf in dem Kühlreinigungsgerät 60, so daß durch seine Zufuhr der Wärmeausnutzungsgrad verbessert werden kann.The temperature of the Katalytröhren 44 leaving the hot reducing gas is in normal operation to 93-149 0 C higher than the temperature which is preferred for the operation of the reduction shaft furnace 10th In order to cool the reducing gas to the desired temperature, a portion of the cooled exhaust gas from the recirculation inlet line 64 can be mixed with the hot reducing gas in the reducing gas line 46. A control system 48, which consists of a line 50, a blower 52 and a gas flow control valve 54 which responds to a thermoresponsive element 56, is used for this purpose. The cooled exhaust gas has useful reducing properties thanks to its high CO and H 2 content as a result of the condensation of water vapor in the cooling cleaning device 60, so that the degree of heat utilization can be improved by its supply.
Im Anfahrbetrieb wird der Gasumwandler 38 durch Luft aus dem Gebläse 80 und Brennstoff aus dem Brennstoffspeicher 78 auf Betriebstemperatur gebracht, und der Reduktionsschachtofen 10 wird mit kalten Eisenoxydstückchen gefüllt. Verbrennungsprodukte des Gasumwandlers 38 werden durch die Leitung 69 abgesaugt, in dem Wärmeaustauscher 71 gekühlt und in die Mischeinrichtung 68 eingeführt.During start-up operation, the gas converter 38 is brought to operating temperature by air from the fan 80 and fuel from the fuel store 78, and the reduction shaft furnace 10 is filled with cold iron oxide pieces. Combustion products of the gas converter 38 are sucked off through the line 69, cooled in the heat exchanger 71 and introduced into the mixing device 68.
Daraufhin wird der Kompressor 62 angelassen, und das ganze System wird durch Öffnen des Lüfters 73 in der Leitung 72 entlüftet. Nach dieser Reinigung wird gasförmiger Kohlenstoff schrittweise der Mischeinrichtung 68 zugeführt, und die Umsetzung beginnt, wobei das CO2 und der verbleibende Wasserdampf von den Verbrennungsprodukten als Oxydationsmittel für die Umsetzung benutzt werden. Nachdem das Stückgut in dem Reduktionsofen erhitzt ist und zu reduzieren beginnt und somit CO2 und WasserdampfThe compressor 62 is then started and the entire system is vented by opening the fan 73 in the line 72. After this purification, gaseous carbon is gradually fed to the mixer 68 and the reaction begins, the CO 2 and the remaining water vapor from the combustion products being used as oxidizing agents for the reaction. After the piece goods are heated in the reduction furnace and begin to reduce and thus CO 2 and water vapor
in dem Reduktionsschachtofen gebildet werden, wird der Zustrom von Verbrennungsproduki.cn zu der Mischeinrichtung 68 durch die Leitung 69 abgeschaltet. Wenn das Abgas aus dem Reduktionsschachtofenare formed in the reduction shaft furnace the flow of combustion products to the mixing device 68 through the line 69 is switched off. When the exhaust gas from the reduction shaft furnace
einen entsprechenden Heizwert erreicht hat, der seine Auskondens.erung von Wasserdampf auftretende Verbrennung in dem Gasumwandler ermöglicht, wird Volumenvernngerung .st beträchtlich geringer als die der Lüftet 73Tn der Leitung 72 geschlossen und das Volumenvergrößerung während der Umsetzung in den V 11 74 eeoffiet Katalytröhren 44. Es ergibt sich somit ein Überschußhas reached a corresponding calorific value that causes its condensation of water vapor to occur Allowing combustion in the gas converter, volume reduction .st is considerably less than that the vent 73Tn of the line 72 closed and the volume increase during the implementation in the V 11 74 eeoffiet catalytic tubes 44. There is thus an excess
Pe der Mischeinrichtung 68 von dem Speicher 66 5 an gekühltem Abgas in der Rückführleitung 64 gegenzugeiührte Kohlenwasserstoff wird in den Katalyt- über der Gasmenge, die von dem Kompressor 62 röhren 44 umgewandelt, um CO und H2 zu gewinnen. verarbeitet wird. Dieses überschüssige Abgas steht Hierzu läßt man es mit dem CO2 und dem verbliebenen somit als Brennstoff fur die Brenner 40 zur Verfugung, Wasserdampf in dem gekühlten Abgas reagieren, das um Wärme fur den Gasumwand er 38 zu gewinnen, de? Mischeinrichtung 68 von dem Kompressor 62 »o Em sehr erheblicher Anteil der; erforderlichen Warme zugeführt wird. Der Betrag an zugefügtem Kohlen- für die Katalytröhren^ wird hierdurch schon gedeckt, wasserstoff liegt vorzugsweise nahe bei - nicht aber Alles überschüssige Gas wird zweckmäßig h.er einüber - dem der für die stöchiometrische Reaktion gesetzt. Dazu dient das druckempfindliche Element 76, mit CO2 und' Wasserdampf in dem gekühlten Abgas dasdasGasströmungsvent.l 74 in der das überschüssige erforder ich ist. Die Menge an gekühltem Abgas, die 15 Abgas uhrenden Leitung 72 derart betat.gt, daß "er Kompressor 62 zuführt, wird auf die gewünschte automatisch ein Ruckdruck in der Ruckfuhrungs-Größe eingesteuert Ebenso wird der Zustrom an leitung 64 entsteht. Dieser gesteuerte Ruckdruck Kohlenwasserstoff zur Aufrechterhaltung des ge- schafft zumindest drei Arbeitsbedingungen: Zunächst wünschten Verhältnisses in Abhängigkeit von dem arbeitet der Kompressor 72 mit positivem Gasdruck Zustrom an gekühltem Abgas gesteuert. ao auf seiner Einlaßseite, wodurch sein Purnpenwirkungs-Pe the mixing device 68 from the storage 66 5 of cooled exhaust gas in the recirculation line 64 is converted into the catalytic via the amount of gas that pipes 44 from the compressor 62 in order to win CO and H 2. is processed. This excess exhaust gas is available for this purpose with the CO 2 and the remaining gas as fuel for the burner 40, and water vapor reacts in the cooled exhaust gas, which is used to generate heat for the gas conversion 38, the? Mixing device 68 from the compressor 62 »o Em very significant proportion of the; required heat is supplied. This already covers the amount of carbon added for the catalyzer tubes, hydrogen is preferably close to - but not all excess gas - is expediently set above that for the stoichiometric reaction. The pressure-sensitive element 76 is used for this purpose, with CO 2 and water vapor in the cooled exhaust gas the gas flow valve 74 in which the excess is required. The amount of cooled exhaust gas, which is operated by line 72 that controls the exhaust gas, is such that it feeds the compressor 62, a return pressure is automatically set to the required return pressure to maintain the created at least three working conditions: First of all, the desired ratio, depending on the, the compressor 72 works with a positive gas pressure inflow of cooled exhaust gas controlled. ao on its inlet side, whereby its pump effect
Somit besteht das umzusetzende Gemisch aus- grad verbessert wird; zweitens arbeitet der Reduktionsschließlich aus gasförmigem Kohlenwasserstoff und schachtofen 10 mit einem positiven Druck in semem Abgas Im Anfahrbetrieb wirkt das Gebläse 80 als Sammelraum 26, wodurch verhindert wird daß Luft Oxydationsmittelquelle, aber nach der Reduktion des in dieses System durch das Einlaufrohr 16 fur die Stückgutes und nach Schließen des Ventils 70 kommt =5 Eisenoxyde einsickert; drittens strömt dank des das erforderliche Oxydationsmittel ausschließlich vom gesteuerten positiven Gasdruckes in der Leitung 72 ? ückRut und eine zusätzliche Oxydationsmittelzufuhr alles überschüssige, gekühlte Abgas durch diese von außen ist nicht erforderlich. Leitung 72 zu den Brennern 40.Thus, the mixture to be converted consists of being improved; second, the reduction works after all from gaseous hydrocarbon and shaft furnace 10 with a positive pressure in semem Exhaust gas In start-up operation, the fan 80 acts as a collecting space 26, which prevents air from being released Source of oxidizing agent, but after the reduction of the in this system through the inlet pipe 16 for the Piece goods and after closing the valve 70 comes = 5 iron oxides seep in; third, thanks to the the required oxidizing agent exclusively from the controlled positive gas pressure in the line 72 ? ückRut and an additional oxidant supply all excess, cooled exhaust gas through this from the outside is not required. Line 72 to the burners 40.
Die Temperatur des Reduktionsgases wird Vorzugs- In dem Diagramm gernaß F 1 g. 3 ist der gesamteThe temperature of the reducing gas is preferred in the diagram as F 1 g. 3 is the entire
weise zwischen etwa 704 und 788°C gehalten, um ein 30 Brennstoffbedarf des Verfahrens in Abhängigkeit von Aneinanderkleben der metallisierten Eisenstückchen dem Verhältnis von Reduktionsmitteln (CO und H2) Vu"verhindern. Hierzu dient das Steuersystem 48. zu Oxydationsmitteln (CO, und H1O) ,η dem Reduk- dZ Verhältnis von Reduktionsmitteln (CO und H2) üonsgas dargestellt. Der gesamte Brennstoffbedarf 7U Oxydationsmitteln (CO, und H2O) wird Vorzugs- ist m kcal/kg im Redukt.onsschachtofen erzeugten Seise auf einen Wert von"9: 1, gegebenenfalls noch 35 metallischen E.sens dargestellt, basierend auf der höher gehalten. Dies geschiehf durch das Gas- Umwandlung von hochwertigem Hamatit-EisenoxydaSengerät47, das den Zustrom an Kohlen- stücken in hochmetellisierte Eisenstucke Das DiawasseS zu der Mischeinrichtung 68 steuert. Da- gramm zeigt deutlich den ^technischen Vorteil durch ist ein sehr guter Gesamtwärmungsausnutzungs- der Gewinnung eines Reduktionsgases mit einem tad gegeben, und es ergibt sich auch ein hoher 40 großen Verhältnis von Reduktionsmittel zu Oxyda-Metallisierungsgrad bei wirtschaftlich erfreulich kurzer tionsmittel. Es ist hervorzuheben, daß bei einem Verfahrensdauer. Darüber hinaus haben die gebildeten Verhältnis von Reduktionsmittel zu OxydationsmiUe reduzierten Eisenstückchen einen kontrollierten Koh- in der Größenordnung von 9:1 die Kurve scharf lenstoffgehalt, so daß sie als Schmelzgut bei der Weiter- nach oben ansteigt. λ ■ . A- „ wisely kept between about 704 and 788 ° C in order to prevent a fuel requirement of the process depending on the sticking together of the metallized iron pieces and the ratio of reducing agents (CO and H 2 ) Vu ". The control system 48 serves for this purpose to oxidizing agents (CO, and H 1 O), η the reducing agent ratio of reducing agents (CO and H 2 ) toon gas. The total fuel requirement 7U oxidizing agents (CO, and H 2 O) is preferably m kcal / kg produced in the reduction shaft furnace in one Value of "9: 1, possibly 35 metallic E.sens shown, based on the higher held. This happens through the gas conversion of high quality hematite iron oxide device47, which controls the influx of coal pieces into highly metalized pieces of iron Das DiawasseS to the mixing device 68. The diagram clearly shows the technical advantage due to the fact that there is a very good overall heat utilization of the production of a reducing gas with one tad, and there is also a high ratio of reducing agent to oxide metallization with economically pleasing shortness of the reducing agent. It should be emphasized that in the case of a duration of the proceedings. In addition, the resulting ratio of reducing agent to oxidizing agent reduced iron pieces have a controlled carbon content of the order of 9: 1, the curve sharp, so that it increases as molten material with the further upward. λ ■. A - "
verarbeitung besonders wertvoll sind. 45 In dem Diagramm gemäß F 1 g. 4 ist die Menge desprocessing are particularly valuable. 45 In the diagram according to F 1 g. 4 is the amount of
Bei der Umsetzung von Kohlenwasserstoff ergibt dem Prozeß zuzutiinrenden Reduktionsgases pro jede Volumeneinheit von CO2, die mit dem KohlenstoF Kilogramm hergestellten metallischen Eisens ebenfalls in dem Kohlenwasserstoff reagiert, zwei Volumen- m Abhängigkeit von dem Verhältnis voaReduküonstinheitenCO,undjedeVolumeinheitWasserdampf,die mittel zu Oxydaüonsmittel im Reduktionsgas darmit dem Kohlenstoff in dem Kohlenwasserstoff reagiert, 50 gestellt. Die Menge des erforderlichen Reduktionsgases St eine Volumeinheit CO und eine Volumeinheit hat einen merklichen Einfluß auf die Große des H Zusätzlich zu dieser Volumenvergrößerung wird Gasumwandlers 38 die Große des Reduktionsoer Wasserstoffrest aus dem Kohlenwasserstoff in H2 Schachtofens 10 und die Hohe der Leistung die fm umgewandelt, was eine weitere Volumenvergrößerung den Kompressor 62 erforderlich ist, der letztlich der. SedluTet Somit verläßt ein beträchtlich größeres 55 Verfahrensablauf antreibt Im Hinblick auf das Gasvolumen die Katalytröhren 44 als das Volumen, grundlegende Verfahren der Direktreduküon findet weTchesTon der Mischeinrichtung 68 in die Katalyt- die Reduktion von Hamatit (Fe2O3) in metallisch« "h 44 t tt Eisen (Fe) "1^ Komeninonoxyd oder Wasserstoff irIn the conversion of hydrocarbon to the process results zuzutiinrenden reducing gas per each unit volume of CO 2, which reacts produced by the CARBON kilograms of metallic iron also in the hydrocarbon, two volume m depending on the ratio voaReduküonstinh e itenCO, undjedeVolumeinheitWasserdampf, the medium to Oxydaüonsmittel in Reducing gas reacts with the carbon in the hydrocarbon, 50 provided. The amount of the necessary reducing gas St a unit volume CO and a unit volume has a significant influence on the size of the H In addition to this increase in volume is Gasumwandlers 38 of Reduktionsoer hydrogen radical from the hydrocarbon in the H 2 shaft furnace 10 and the height of the power fm converted Large what a further increase in volume the compressor 62 is required, which is ultimately the. SedluTet thus leaves a considerably larger 55 process sequence with regard to the gas volume than the volume, the basic method of direct reduction finds the conversion of hematite (Fe 2 O 3 ) into metallic «" h 44 t tt iron ( Fe ) " 1 ^ komeninonox y d or hydrogen ir
WährTnd^derVeduktionsreaktionen in dem Reduk- Stufen entsprechend den nachfolgend angegebener tionsschachtofen 10 unterliegt das zugeführte Reduk- 60 Reaktionen statt, die jede auf einem Mol Eisen basieren tionsgas keiner Volumenänderung bevor es aus dem ,, F o WährTnd ^ derVeduktionsreaktionen in the reductive stages corresponding to the specified below tion shaft furnace 10 is subject to the supplied reductive instead of 60 reactions, each on a mole of iron tion gas based no change in volume before it from the F ,, o
Auslaß 24 austritt. Somit ergibt jede Volumeinheit 1. V2Fe2O3-T /β^Ο- /^e3O4 + Z6CO2, CO die mit den Eisenoxyden reagiert, eine Volum- 2. 1I3 Fe3O4 + Vs CO = FeO + V3 CO2, einheit Wasserdampf. Daher ist das in den Reduk- 3 Fe0 + CO = Ft r CO2 und tionsschachtofen 10 durch den Auslaß 24 austretende 65 4 ^ ^^ + 1/A = ^ j^ + ^ R^ Gasvolumen im wesentlichen gleich dem des in denOutlet 24 exits. Thus, each volume unit gives 1. V 2 Fe 2 O 3 -T / β ^ Ο- / ^ e 3 O 4 + Z 6 CO 2 , CO, which reacts with the iron oxides, a volume of 2. 1 I 3 Fe 3 O 4 + Vs CO = FeO + V 3 CO 2 , unit of water vapor. Therefore, the 65 4 ^ ^^ + 1 / A = ^ j ^ + ^ R ^ gas volume exiting through the outlet 24 into the reduction 3 Fe0 + CO = Ft r CO 2 and tion shaft furnace 10 is essentially equal to that of the gas volume in the
Reduktionsschachtofen 10 eintretenden Gasvolumens. >· I****>* + /.«. reu -r /, «2u, Die in dem Kühlreinigungsgerät 60 infolge der 6. FeO -j- H2 - te + H2U.Reduction shaft furnace 10 entering gas volume. > · I ****> * + /. «. reu -r /, « 2 u, The in the cooling cleaning device 60 due to the 6th FeO -j- H 2 - te + H 2 U.
Bei jedem direkten Reduktionsvorgang können die Reduktionsmittel CO und/oder H2 in dem Reduktionsgas nicht bis zum völligen Verbrauch reagieren, weil bei fortschreitender Reduktion die Oxydationsmittel CO2 und H2O entstehen. Die Endgrenze für den Einsatz von CO und/oder H2 bei der Reduktion ist definiert durch ein Gleichgewichtsverhältnis zwischen CO und CO2 und H2 und H2O. Dieses Verhältnis kann experimentell bestimmt oder aus thermodynamischen Tabellen berechnet werden. Beispielsweise sind diese Verhältnisse für die oben angegebenen Gleichungen 1 bis 6 bei 76O0C folgende:In every direct reduction process, the reducing agents CO and / or H 2 in the reducing gas cannot react until they are completely consumed because the oxidizing agents CO 2 and H 2 O are formed as the reduction progresses. The end limit for the use of CO and / or H 2 in the reduction is defined by an equilibrium ratio between CO and CO 2 and H 2 and H 2 O. This ratio can be determined experimentally or calculated from thermodynamic tables. For example, these ratios for the above equations 1 to 6 at 76O 0 C are as follows:
1. C0/C02 = 1 · 10-5,1. C0 / C0 2 = 1 x 10 5,
2. CO/CO2 = 62,2. CO / CO 2 = 62,
3. C0/C02 = 1,65 und3. C0 / C0 2 = 1.65 and
4. H2/H2O = 1,4 · 10-6,4. H 2 / H 2 O = 1.4 x 10- 6,
5. H2/H2O = 0,70,5. H 2 / H 2 O = 0.70,
6. H2/H2O = 2,0.6. H 2 / H 2 O = 2.0.
In einem zylinderförmigen Reduktionsschachtofen, der im Gegenstrom arbeitet, können die obengenannten Reaktionen im wesentlichen bis zu den genannten »5 Gleichgewichten durchgeführt werden. Diese Art von Öfen ist besonders für eine Behandlungszeit von 3 bis 4 Stunden für die Feststoffe in der Reduktionszone geeignet, und es ist ferner eine ausgezeichnete Berührung zwischen dem Gas und den Feststoffen abgegeben. Die Diagramme der F i g. 3 und 4 basieren auf den bis zum Gleichgewicht im Reduktionsschachtofen verlaufenden Reaktionen unter Verwendung von Erdgas mit hohem CH4-Anteil als gasförmigem Kohlenwasserstoff für die Umsetzung.In a cylindrical reduction shaft furnace which works in countercurrent, the abovementioned reactions can essentially be carried out up to the stated> 5 equilibria. This type of furnace is particularly suitable for a treatment time of 3 to 4 hours for the solids in the reduction zone and it also gives excellent contact between the gas and the solids. The diagrams of FIG. 3 and 4 are based on the reactions proceeding to equilibrium in the reduction shaft furnace using natural gas with a high CH 4 content as a gaseous hydrocarbon for the conversion.
Bislang wird bei der Umsetzung gasförmiger Kohlenwasserstoffe in großem Umfang Dampf als umwandelndes Oxydationsmittel eingesetzt. Im Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird für die Umwandlung als Oxydationsmittel CO2 benutzt. Die Umsetzung mit Dampf (H2O) ist ein stark endothermer Vorgang. Die Umsetzung mit CO2 ist dieses in noch viel stärkerem Maße. Die Umsetzung mit Hilfe von Luft ist dagegen in sehr viel geringerem Maße ein endothermer Vorgang. Nachfolgend sind die bekannten Umsetzungsreaktionen angegeben, die auf einem gasförmigen Kohlenwasserstoff (CH4) basieren, welches der Hauptkohlenwasserstoff im Erdgas ist:Up to now, steam has been used on a large scale as a converting oxidizing agent in the conversion of gaseous hydrocarbons. In the process according to the present invention, CO 2 is used as the oxidizing agent for the conversion. The reaction with steam (H 2 O) is a strongly endothermic process. The implementation with CO 2 is this to an even greater extent. The conversion with the help of air, on the other hand, is to a much lesser extent an endothermic process. The following are the known conversion reactions based on a gaseous hydrocarbon (CH 4 ), which is the main hydrocarbon in natural gas:
1. CH4 -1- H2O = CO + 3 H2.1. CH 4 -1- H 2 O = CO + 3 H 2 .
Der endotherme Wärmewert beträgt 3 106 kcal/m3 an umgewandeltem CH4.The endothermic calorific value is 3 106 kcal / m 3 of converted CH 4 .
2. CH4 -f CO2 = 2 CO + 2 H2.2. CH 4 -f CO 2 = 2 CO + 2 H 2 .
Der endotherme Wärmewert beträgt 3533 kcal/m3 an umgewandeltem CH4.The endothermic calorific value is 3533 kcal / m 3 of converted CH 4 .
3. CH4 + V2 O2 + 2 N2 = CO + 2 H2 4- 2 N2.
Der endotherme Wärmewert beträgt 917 kcal/m5 an umgewandeltem CH4.3. CH 4 + V 2 O 2 + 2 N 2 = CO + 2 H 2 4- 2 N 2 .
The endothermic calorific value is 917 kcal / m 5 of converted CH 4 .
5°5 °
55 Der angegebene endotherme Wärmebedarf basiert auf einer Gemischtemperatur von 25°C und einer Temperatur von 871° C für das umgesetzte Gas.55 The specified endothermic heat demand is based on a mixture temperature of 25 ° C and a Temperature of 871 ° C for the converted gas.
Der Vergleich zeigt die Überlegenheit der Umsetzung mit CO2, zumal das völlig überhöhte Verhältnis von Dampf zu Kohlenwasserstoff zur Vermeidung der Katalysatorvergiftung mit all seinen Nachteilen bei der Umsetzung mit H2O noch zusätzlich zu berücksichtigen ist.The comparison shows the superiority of the reaction with CO 2 , especially since the completely excessive ratio of steam to hydrocarbon to avoid catalyst poisoning with all its disadvantages in the reaction with H 2 O must also be taken into account.
Es hat sich bei der Umsetzung als wichtig herausgestellt, das umzusetzende Gemisch auf eine Temperatur von mindestens 816° C vorzuerhitzen, bevor es mit dem Katalysator in Berührung kommt, da sich hierdurch der Katalysator vor einer Kohlenstoffvergiftung schützen läßt. Das vorzuerhitzende und nachfolgend umzusetzende Gemisch enthält größere Mengen an CO, CO2 und H2, eine geringe Menge H2O und den gasförmigen Kohlenwasserstoff. Beim Vorerhitzen eines solchen Gemisches unterliegt das CO einem Zerfall und der Abgabe von Kohlenstoff im Temperaturbereich von 316 bis 6490C nach der bekannten Reaktionsformel 2 CO = CO2 + C. Darüber hinaus unterliegt der Kohlenwasserstoff einer thermischen Spaltung mit Abgabe Kohlenstoff und Freisetzung von H2 bei Temperaturen oberhalb etwa 649° C. Um das Vorerhitzen der Mischung zu erreichen, ohne daß die Kohlenstoffablagerung störend wird, wurde gefunden, daß der für das Vorerhitzen benutzte Wärmeaustauscher aus einem feuerfesten Material sein soll, das nichtkatalytisch sowohl für den CO-Zerfall als auch für die thermische Spaltung des Kohlenwasserstoffes ist. Geschmolzene Aluminiumoxydbrocken haben sich als feuerfestes Material in dieser Hinsicht als sehr günstig herausgestellt. Es wird angenommen, daß auch die meisten Metalloxyde, die nicht durch CO oder H2 zur Metallform reduziert werden können, unter den Arbeitsbedingungen, wie sie in dem Vorerhitzer herrschen, als. nichtkatalytisches Material geeignet sind. Es wird beispielsweise an Magnesiumoxyd, Siliciumoxyd und Chromoxyd gedacht. During the reaction it has been found to be important to preheat the mixture to be reacted to a temperature of at least 816 ° C. before it comes into contact with the catalyst, since this protects the catalyst from carbon poisoning. The mixture to be preheated and subsequently reacted contains larger amounts of CO, CO 2 and H 2 , a small amount of H 2 O and the gaseous hydrocarbon. When preheating of such a mixture, the CO disintegration and the discharge is subject of carbon in the temperature range 316-649 0 C by the known reaction formula 2 CO = CO 2 + C. In addition, the hydrocarbon undergoes thermal cracking with delivery carbon and release of H 2 at temperatures above about 649 ° C. In order to achieve the preheating of the mixture without the carbon deposition being disruptive, it has been found that the heat exchanger used for the preheating should be made of a refractory material that is non-catalytic for both CO decomposition and is also for the thermal cracking of the hydrocarbon. Molten alumina chunks have been found to be very useful as a refractory material in this regard. It is believed that most of the metal oxides, which cannot be reduced to the metal form by CO or H 2 , under the operating conditions prevailing in the preheater, as. non-catalytic material are suitable. For example, magnesium oxide, silicon oxide, and chromium oxide are thought of.
Es hat sich ferner als wichtig herausgestellt, auch den Katalysator auf einer Temperatur von mindestens etwa 816° C zu halten, um physikalische Zerstörungen durch Kohlenstoffablagerungen in den Katalytporen zu vermeiden.It has also been found to be important to keep the catalyst at a temperature of at least around 816 ° C to avoid physical damage caused by carbon deposits in the catalytic pores to avoid.
Ein bevorzugter Katalytbrocken ist im vorliegenden Fall im Hinblick auf eine hohe Temperatur im Kern des Katalytbettes ein solcher mit einer guten Wärmeleitfähigkeit und einer guten Porösität. Ein Katalysator aus tafelförmigem Aluminiumoxyd hohen Reinheitsgrades, mit etwa 5 bis 10% Nickel imprägniert, hat sich als besonders geeignet erwiesen.A preferred lump of catalyst is in the present case with regard to a high temperature in the core of the catalytic bed one with good thermal conductivity and good porosity. A catalyst made of tabular aluminum oxide of high purity, impregnated with about 5 to 10% nickel proved to be particularly suitable.
Die nachfolgende Tabelle zeigt repräsentative Gasanalysen. Die Analysen basieren auf der Verwendung eines Erdgases mit hohem CHrAnteil als gasförmigem Kohlenwasserstoff. In dieser Tabelle wird der Kohlenwasserstoff vor der Umsetzung als CH, bezeichnet.The following table shows representative gas analyzes. The analyzes are based on the use of a natural gas with a high CH r content as a gaseous hydrocarbon. In this table, the hydrocarbon is referred to as CH, before the reaction.
48,8
37,4
43,136.6
48.8
37.4
43.1
Reduktionsgas in der Leitung 46
Abeas im Auslaß 24 Mixture in the mixing device 68
Reducing gas in line 46
Abeas in outlet 24
46,2
27,1
31,226.6
46.2
27.1
31.2
0,2
0,4
0,515.3
0.2
0.4
0.5
1,8
19,4
22,319.0
1.8
19.4
22.3
1,2
14,0
C,90.8
1.2
14.0
C, 9
0,0
0,0
0,00.0
0.0
0.0
0.0
1,8
1,7
2,01.7
1.8
1.7
2.0
*) Nicht gemessen, sondern errechnet.*) Not measured, but calculated.
H 1 8°-'CO, und 1,2% H2O Reduktionsschachtofen stellte sich eine AufenthaltsH 18 ° -'CO, and 1.2% H 2 O reduction shaft furnace turned a stay
anat
in dem 10in the 10th
Es Γ sowfhl vom StandpSnkt des thermischen Es ist sowoni vomι ai ζ χ h ,It Γ as well from the standpoint of the thermal It is as well fromι ai ζ χ h ,
ÄSfdS1UmSe "ngerwünscht, eine merkliche Standpunkt der Umsetzung e ^ em AbgasÄSfdS 1 UmSe "ngerdesired, a noticeable point of view of the implementation e ^ e m exhaust gas
Verringerung des CO2^ und H, GehaUes.η de gReduction of CO 2 ^ and H, GehaUes.η de g
r^Sr i Udl beispielsweiser ^ Sr i Udl for example
ί Hprprozent aTz
großer der I rozentsaizί Hpr percentage aTz
great the I rozentsaiz
ΑΑΑΑ
von einer aulJerenLunque B jfrom an outside lunque B j
WiÄgradgilt.daßje ΐ- CO und ffin dL umzuinger der Betrag an The lower the amount applies for each ΐ- CO and ffin dL
Α—Απ <ann! dS Gemisch züge-Kohlenwasserstoff sein .<ann, M an Α — Απ <ann! dS mixture of trains and hydrocarbons. <ann, M an
ijffleJTSSeÄ. ReduküomS mit einem vorgeheißem u^eset^e ^ ^,t zu gewinnen. Im Hindie"umsetzu2ng Selbst gilt, daß, je größer das Vrhältnis von H zu Kohlenwasserstoff in dem umzusetzenden Gemisch ist, desto geringer die vorhandene Tendenz zur Kohlenstoffablagerung an dem Katalvsator ist Die Anwesenheit von Wasserstoff in dem umzusetzenden Gemisch wirkt dahin, die tl.ermische Aufspaltung von Kohlenwasserstoff zu Kohlenstoff und Wasserstoff zu unterdrücken, wenn das Gemisch erhitzt wirdijffleJTSSeÄ. ReduküomS with a predetermined u ^ eset ^ e ^ ^, t to win. In Hindie "conversion 2 ng itself, the greater the ratio of H to hydrocarbon in the mixture to be converted, the lower the tendency for carbon to be deposited on the catalyst. The presence of hydrogen in the mixture to be converted has the effect of reducing the to suppress the decomposition of hydrocarbons to carbon and hydrogen when the mixture is heated
hochwertigen Eisenerzkonzentraten hergestellte it Fisenoxvdstücke mit einem durchschnittn.frchmesser von 9 5 bis 15,8 mm Durchmesser S Reihe von Versuchen über die Direktzuerunde. Es stellte sich eine Reduktionsrntnrvon788°C als vorteilhaft heraus, dabei ReduSnstem«raSir von 816° C schon eine Tendenz zl Zusammenpacken und Verklumpen des Stückgutes vorhanden war, was sich auf den frei S nach unten gerichteten Durchgang des Γη dem Reduktionsschachtofen störend aiSkte Bei einer Reduktionstemperatur von 788°C und bei Einbringung kalter Eisenoxydstücke in den kann durch Steuerung des Verhältnisses von Kohlenwasserstoff zu Oxydationsmittel in dem umzusetzenden Gemisch gesteuert werden. Bei einem Verhältnis von Reduktionsmitteln zu Oxydationsmitteln von etwa 50:1 enthielten die Eisenstücke etwa 2,0% Kohlenstoff. Bei einem Verhältnis von etwa 20: 1 enthielten die Eisenstücke etwa 0,5% Kolenstoff. Bei einem Verhältnis von 9:1 beträgt der Kolenstoffgehalt etwa 0. Zusätzlich zu der Steuerung des Verhältnisses von Reduktionsmitteln zu Oxydationsmitteln in dem heißen Reduktionsgas kann auch ein gesteuerter Betrag von gasförmigem Kohlenwasserstoff dem heißen Reduktionsgas vor dessen Eintritt in den Reduktionsofen zugefügt werden, um den gewünschten Kohlenstoffgehalt in den metallisierten Stücken zu erreichen.high-quality iron ore concentrates made with fisenox pieces with an average size from 9 5 to 15.8 mm in diameter S series of experiments on the direct round. A reduction temperature of 788 ° C was found proved to be advantageous, with ReduSnstem «raSir of 816 ° C already one The tendency to pack up and clump together General cargo was present, which refers to the free S downward passage of the Γη disturbing the reduction shaft furnace aiSkte At a reduction temperature of 788 ° C and with the introduction of cold pieces of iron oxide into the can by controlling the ratio of hydrocarbon to oxidizing agents in the mixture to be reacted can be controlled. With a ratio of Reducing agents to oxidizing agents of about 50: 1, the iron pieces contained about 2.0% carbon. At a ratio of about 20: 1, the pieces of iron contained about 0.5% Kolenstoff. At a Ratio of 9: 1, the Kolenstoff content is about 0. In addition to controlling the ratio from reducing agents to oxidizing agents in the hot reducing gas can also be controlled Amount of gaseous hydrocarbon in the hot reducing gas before it enters the Reduction furnace can be added to achieve the desired carbon content in the metallized pieces reach.
Das Verfahren ermöglicht somit auf einfache Weise, in den metallisierten Stücken die Kohlenstoffmenge vorzusehen, die zumindest ausreicht, das restliche Eisenoxyd in diesen Stücken zu metallischem Eisen zu reduzieren, wenn dieses Stückgut später geschmolzen wird. Der Kohlenstoff innerhalb dieser Stücke ist außerordentlich wirkungsvoll für die Reduktion des restlichen Eisenoxydes während der Schmelzung. Es hat sich beispielsveise herausgestellt, daß beim Schmelzen in einem elektrischen Lichtbogenofen von etwa 201 zu 96 % metallisiertem Stückgut mit einem durchschnittlichen Kohlenstoffgehalt von etwa 1,5% 99% des insgesamt in dem Stückgut vorhandenen Eisens in dem produzierten Stahl vorhanden war. Der Kohlenstoff in diesem Stückgut war teilweise als freier Kohlenstoff in den Poren des Stückgutes, teilweise als Eisencarbid vorhanden.The method thus makes it possible in a simple manner to determine the amount of carbon in the metallized pieces provide at least sufficient to convert the remaining iron oxide in these pieces to metallic iron to reduce if this piece goods is later melted. The carbon is inside these pieces extremely effective for reducing the residual iron oxide during melting. It has been found, for example, that when melting in an electric arc furnace of about 201 96% metallized piece goods with an average carbon content of around 1.5% 99% of the total iron present in the piece goods was present in the steel produced. Of the Carbon in this piece goods was partly as free carbon in the pores of the piece goods, partly as Iron carbide present.
Es versteht sich, daß sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch größere EisenoxydbrocK 1 und Eisenoxyd in Form von Feinmaterial mit den gleichen Vorteilen reduzieren lassen.It goes without saying that larger EisenoxydbrocK 1 and Reduce iron oxide in the form of fine material with the same advantages.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (9)
in einem Schachtofen mittels eines Reduktionsgases, 51. Method for the direct reduction of iron ore device (68) is controllable.
in a shaft furnace by means of a reducing gas, 5
des Reduktionsprozesses erzeugt wird, dadurchHydrocarbons with some of the exhaust gases
of the reduction process is generated thereby
umwandlers (38) zuführbar ist. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe8. Apparatus according to claim 6, characterized in that practically a condensation of the gas mixture leaving in the return line between the converter requires a temperature which is very low at the outlet (24) of the exhaust gas from the reduction 60. The shaft furnace and the mixing device (68) for significantly cooled gas must then be heated up again accordingly in order to have the gases to be converted in the reduction furnace a cooling cleaning device (60) and also a cooling cleaning device. Otherwise bypassing the gas line (72) are provided, which would result in a very poor efficiency in the part of the exhaust gas bypassing the reduction furnace. Both ways prohibit cooling cleaning device burners (40) of the gas - the economic operation of a large system,
converter (38) can be supplied. The present invention is therefore the object
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US73937768A | 1968-06-24 | 1968-06-24 | |
US73937768 | 1968-06-24 |
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Publication Number | Publication Date |
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DE1914400A1 DE1914400A1 (en) | 1970-02-19 |
DE1914400B2 true DE1914400B2 (en) | 1973-12-20 |
DE1914400C3 DE1914400C3 (en) | 1976-12-30 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2622349A1 (en) * | 1975-05-19 | 1976-11-25 | Midrex Corp | METHOD AND DEVICE FOR MANUFACTURING METALLIZED PRODUCT |
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DE2622349A1 (en) * | 1975-05-19 | 1976-11-25 | Midrex Corp | METHOD AND DEVICE FOR MANUFACTURING METALLIZED PRODUCT |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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NO124696B (en) | 1972-05-23 |
GB1269841A (en) | 1972-04-06 |
ES368673A1 (en) | 1971-05-01 |
CA922519A (en) | 1973-03-13 |
FR2011537A1 (en) | 1970-03-06 |
NL165786C (en) | 1981-05-15 |
NL6909686A (en) | 1969-12-30 |
DE1914400A1 (en) | 1970-02-19 |
SE380829B (en) | 1975-11-17 |
NL165786B (en) | 1980-12-15 |
BE732416A (en) | 1969-10-16 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
SH | Request for examination between 03.10.1968 and 22.04.1971 | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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Owner name: MIDREX INTERNATIONAL, B.V. ROTTERDAM, ZUERICH BRAN |
|
8328 | Change in the person/name/address of the agent |
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