DE1925662B2

DE1925662B2 - Verfahren und vorrichtung zum direktreduzieren von stueckigen eisenerzen, pellets, agglomeraten u.dgl.

Info

Publication number: DE1925662B2
Application number: DE19691925662
Authority: DE
Inventors: Horst Dr.-Ing 4100 Duisburg; Osthaus Kaspar H Dr.-Ing 4300 Essen; Marincek Borut Prof. Dr.-Ing Küsnacht-Zürich König (Schweiz)
Original assignee: Demag AG, 4100 Duisburg; Krupp-Koppers GmbH, 4300 Essen
Priority date: 1969-05-20
Filing date: 1969-05-20
Publication date: 1977-12-22
Also published as: DE1925662A1

Description

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Kr.h«n dactfrnnpratur iinH einem unerwünscht hohen aus. CO-Anteil im erzeugten Reduktionsgas. Su wild beispielsweise in der deutschen Patentschrift 872952 ein Direktreduktionsverfahren beschrieben, das ein Veriäiiren Zur {Herstellung VUll HütrüiChWäilii!! ι·"· C !'1C Π; Reduktionsschacht betrifft, w :l^ei das Reduktionsgas dwreh Gieichsfrornvergasung eines festen Kohlenstoffträgers mit technisch reinem Sauersiott in ein&i.i nebengeordneten Generator erzeugt, dem Reduktionsschachi: unterhalb der Reduktionszone zugeführt, '^ü zumindest teilweise im Kreislauf regeneriert und als Umlaufgas dem unteren Ende des Schachtofens wieder zugeleitet wird. Zur Steuerung der Gastemperatur im Generator erfolgt die Vergasung des Brennstoffes mit Sauerstoff in Gegenwart von endotherm reagie- ι > renden Medien wie Kohlensäure oder Wasserstoff. Bei diesem bekannten Verfahren erfolgt daher die Reduktion der Eisenerze zu Eisenschwamm in erster Linie mittels Köhlenmonoxyd und nur sekundär mit Wasserstoff. Dabei ist nachteilig, daß das erzeugte -<> Reduktionsgas einen CO-Anteil von 82,5 % und einen H₂-Anteil von nur 13% neben 2% CO₂ aufweist. Der hohe CO-Anteil von 82,5% hat eine unerwünscht hohe Temperatur zur Folge, die für die Erzeugung von Eisenschwamm von Nachteil ist. -">

Es ist ferner ein Hochdruckvergaser bekannt (Zeitschrift »Stahl und Eisen«, 1960, Seite 399), wobei durch entsprechende Betriebsweise dieser Anlage ein wasserstoffreiches Reingas hergestellt wird. Diese bekannte Hochdruckvergasung von stückigen Kohlen jo steht zwar im Zusammenhang mit der Herstellung von Gasen für die Reduktion von Eisenerzen, jedoch lehrt diese Literaturstelle, die Menge des CO-Anteils stets geringer als die Wasserstoffanteile zu halten. So wird zum Beispiel ein H₂ zu CO-Verhältnis im Wassergas von 0,45 : 1 bis 0,5 : 1 vorgeschlagen. Die äußersten Bedingungen ergeben sich dabei zu 33% H₂-Anteil. Die bekannte Lehre kann daher ebenfalls nur dazu führen, einen unerwünscht hohen CO₂-Anteil des Gichtgases zu erhalten. -to

Bekannt ist außerdem das sogenannte Midland-Ross-Verfahren zur Erzeugung und Verarbeitung von kohlenstoffhaltigem Eisenschwamm. Dieses Verfahren basiert praktisch auf der Umwandlung der in Erdgas enthaltenen Kohlenwasserstoffe. wobei das bei der 4 Reduktion anfallende Abgas für die Umwandlung in Reduktionsgas verwendet wird. Dieses Verfahren verzichtet zwar auf den Zusatz von Luft, Sauerstoff oder Wasserdampf für die Gasspaltung zur Erzeugung eines reduktionsfähigen Gemisches mit hohen Antei- ~>o len an Wasserstoff und Kohlenmonoxyd. Erdgas und ein Teil des gereinigten und gekühlten Abgases werden in eine Mischkammer geleitet und von dort zur Erzeugung des Reduktionsgases in den rekuperativ betriebenen Gasumsetzer geführt. Die Verbren- « nungsluft für die !Brenner wird in einem Vorwärmer bis 750° C erhitzt. Das Verfahren erfordert jedoch eine Kühlung des sehr heißen Reduktionsgases vor Einführung in den Schachtofen, um auf eine konstante Temperatur zwischen 700 und 800° C zu gelangen to - bei diesen Reduktionstemperaturen soll ein Aneinanderkleben der metallisierten Eisenteilchen vermieden werden - wobei ein Teil des gekühlten und gereinigten Abgases zugemiischt wird. Dieses ebenfalls mit Nachteilen behaftete Verfahren zur Erzeugung des gewünschten Reduktionsgases in der gewünschten Zusammensetzung bzw. mit der gewünschten Temperatur setzt die Verwendung von Erdgas vorbckannten Verfahren zur Erzeugung von Reduktionsgas die Aufgabe zugrunde, mit minimalem Energieaufwand und unter Zuhilfenahme einfachster Mitici Z.U Oireicher., daü bei Anwendung des Gleich Firnrn-Vereasungsverfahrens die für die Erzreduktion

brauchbares CO/H₂-Verhältnis im Reduktionsgas sichergestellt werden. Es ist nämlich von Vorteil, mit einem Reduktionsgas zu arbeiten, das einen möglichst niedrigen CO-Anteil und einen möglichst hohen H₂-Anteil aufweist. Beim Reduktionsvorgang werden bekanntlich das CO in CO₂ und das H₂ ind H₂O übergeführt. Die Entfernung dieser beiden Bestandteile aus dem Gichtgas, die im Hinblick auf die beabsichtigte Kreislaufführung des Gases unerläßlich ist, ist jedoch mit einem unterschiedlichen Aufwand verbunden. Während das H₂O durch einfache Kondensation entfernt werden kann, muß die CO₂-Entfernung in besonderen Waschanlagen, die mit speziellen Waschmitteln, wie z. B. Monoäthanolamin, beschickt werden, durchgeführt werden. Es ist daher sinnvoll, durch entsprechende Einstellung des CO/.H₂-Verhäitnisses im Reduktionsgas die Gichtgaszusammensetzung in Richtung auf ein möglichst CO₂-armes Gichtgas zu beeinflussen. Kern der Erfindung ist daher das Ziel, auf der Grundlage des Gleichstrom-Verfahrens, d. h. in gleicher Strömungsrichtung sich bewegende feste Kohlenstoffträger und Sauerstoff in einer bestimmten Art und Weise zu steuern, um eine genauere Einstellung der Gasternperatur zu erhalten, die für das trockene Reduzieren von Eisenerzen er forderlich ist. Das Ziel der Erfindung wird nur dadurch erreicht, indem ein möglichst niedriger CO-Anteil und ein möglichst hoher H₂-Anteil bei entsprechend niedrigen Gastemperaturen des Gleichstrom-Verfahrens erzeugt werden.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Anwendung des Vergasens von festen Kohlenstoffträgern im Gleichstrom mit technisch reinem Sauerstoff unter Zusatz von Wasserstoff abgebenden, gasförmigen Kohlenwasserstoffen und von Wasserdampf, bei dem das CO/H₂-Verhältnis in Richtung auf ein CO₂-armes Gichtgas eingestellt wird, auf das Direktreduzieren von stückigen Eisenerzen, Pellets, Agglomeraten und dergleichen im Schachtofen zu Eisenschwamm, wobei das Reduktionsgas dem Schachtofen unterhalb der Reduktionszone zugeführt, im Kreislauf regeneriert und als Umlaufgas am unteren Ende des Schachtofens diesem wieder zugeführt wird, und wobei das Gemisch aus Umlaufgas und frischem Reduktionsgas vor Beginn des Reduktionsprozesses mit zusätzlichem Sauerstoff versetzt und einer partiellen Verbrennung unterworfen und dadurch die Gastemperatur auf den für einen zügigen Ablauf des Reduktionsprozesses erforderlichen Wert von 800° bis 1200° Cbei einem Sauerstoffdruck von 1 bis 3 atü erhöht wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur die Möglichkeit gegeben, unabhängig vom Öl örtlich vorhandene Kohlenstoffträger zu benutzen, sondern darüber hinaus auch die Temperatur im Schachtofen mit großer Genauigkeit zu beeinflussen und im gewünschten Bereich einzustellen. Die Schwierigkeiten, die bisher aus überhöhten Temperaturen beim Vergasen von festen Kohlenstoffträgern entstanden, überwindet die vorliegende Erfindung durch eine ent-

sprechende Mischungsmöglichkeit der Vergasungsmedien, wobei gleichzeitig das Kohlenoxyd-Wasserstoff-Verhältnis berücksichtigt werden kann.

So ergibt z. B. bei reiner Kohlenstoff vergasung (theoretische Annahme 100% CO)

1 kg C eine Wärmemenge von 2450 kcal nach der Formel

C + V₂ O₂ = CO abgegebene Wärmemenge = — 2450 kcal/kg C.

Die zu hohe Temperatur des Reduktionsgases und die an sich nicht gewünschte hohe CO-Konzentration werden dadurch vermieden, daß Methan bzw. Erdgas zugesetzt wird, wobei

1 Nm³ CH₄ eine Wärmemenge von nur 380 kcal ergibt nach der Formel

CH₄ + V₂ O₂ = CO + 2 H₂ abgegebene Wärmemenge = — 380 kcal/Nm³ CH₄

Durch den Erdgaszusatz wird also die fühlbare Wärme/Nm³ des Reduktionsgases auf eine gewünschte Reduktionstemperatur etwa im Bereich von 900 bis 1000° C herabgesetzt. Zugleich wird ein wünschenswerter Anteil von H₂ im Reduktionsgas erreicht. Von wesentlicher Bedeutung ist dabei, daß die Reduktionstemperatur steuerbar ist je nach der Gangart der verwendeten Erzsorten.

Eine noch stärkere Herabsetzung der Reduktionstemperatur läßt sich durch den Zusatz des Wasserdampfes erreichen, wobei zum Beispiel ein zusätzlicher Wärmeaufwand von 2198 kcal/Nm³ CH₄ erforderlich ist nach der Formel

CH₄ + H₂O = CO + 3 H₂ H = + 2198 kcal/Nm³ Reduktionsgas

Außerdem besteht die Möglichkeit, die Reduktionstemperatur zu senken und gleichzeitig den Wasserstoffgehalt zu steigern durch Zugabe von Wasser bzw. Wasserdampf nach der Formel

CO + H₂O = CO₂ + H₂

Man sieht also, daß sich durch Regelung der Anteile der Vergasungsmedien die notwendigen Temperaturen und Wasserstoffkonzentrationen ohne Schwierigkeiten erreichen lassen.

Eine Anpassung an die Besonderheiten verschiedener Erzsorten und ihre Gangart-Erweichungspunkte ist damit in einem Bereich von ca. 900° bis 1400° C gegeben.

Die Erfindung erfaßt demgemäß beim Einstellen der Temperaturen nicht nur die hohen Temperaturbereiche, sondern auch die tieferen Bereiche. Je nach den Betriebsverhältnissen kommt es vor, daß die Gastemperaturen des Gemisches aus kaltem Umlaufgas und frischem, heißen Reduktionsgas nicht mehr die genügend hohe Temperatur hat, um den Prozeß mit wirtschaftlich sinnvoller Geschwindigkeit zu betreiben. Durch den im Sinn der Erfindung bewußt herbeigeführten Heißeinsatz des frischen Reduktionsgases wird die Verwendung höher kohlenoxydhaltigen Reduktionsgases ermöglicht. Nach den bekannten Verfahren kann nämlich die zur Verhinderung der C-Abscheidung beim Anwärmen notwendige aufwendige Teilkonvertierung von C zu H₂ vermieden werden. Der erfindungsgemäße hohe Gehalt an CO im Reduktionsgas (z. B. CO/H₂ größer als 80) ergibt durch die exotherme CO-Reduktion günstigere thermische Verhältnisse im Schacht. Außerdem ermöglicht die hohe Konzentration an CO im Reduktionsgas die Verkraftung höherer Primär-CO₂-Gehalte im Neugas.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nach einem

weiteren Merkmal derart ausgeführt, daß als fester Kohlenstoffträger Kohlenstaub und als Wasserstoff abgebender gasförmiger Kohlenwasserstoff Methan (CH₄) verwendet werden.

Die vorstehend beschriebene Reduktionsgaserzeugung läßt sich auch noch in anderer Weise zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit der Eisenschwammerzeugung ausnutzen. Ein zusätzlicher Verfahrensschritt besteht darin, daß der beim Gaserzeugen eingebrachte Sauerstoff unter Druck zugeführt und gleichzeitig der Reduktionsraum druckdicht gehalten wird. Baut man die Eisenschwammanlage so, daß sie mit erhöhtem Druck arbeiten kann, so läßt sich die Herstellung des Reduktionsgases durch Erhöhung des Sauerstoff-

^|r> druckes in der Gaserzeugungsanlage so führen, daß sowohl die Eisenschwammanlage als auch der Gasregenerationskreislauf unter Druck gehalten werden. Damit wird die Erzreduktion begünstigt und beschleunigt und die Leistungsfähigkeit der Anlage er- höht bzw. die spezifischen Anlagekosten vermindert, was auf die längere Verweilzeit und die höhere Konzentration der reduzierenden Gasbestandteile zurückzuführen ist.

Die Abtrennung der Reaktionskohlensäure aus

dem Gichtgas läuft bei Ausnutzung des Druckabfalls erleichtert ab. Von der Kohlensäure gereinigtes Gichtgas gestattet eine bessere Ausnutzung der Gleichgewichtsbedingung zwischen prozentualer Reduktionsfähigkeit des Erzeinsatzes und der Reduk- tionskraf t des Gases. Es ergibt sich damit die Möglichkeit, das Gichtgas mit guter Wirksamkeit wieder zur Reduktion weiterzuverwenden. Durch das Arbeiten unter erhöhtem Druck können in der Zeiteinheit größere Gasmengen bei geringerer Gasgeschwindigkeit durchgesetzt werden, so daß neben der Leistungsstei gerung eine Verbesserung der Ausnutzung von CO und H₂ stattfindet. Beim Arbeiten mit höheren Drük ken wird außerdem der Staubanteil gesenkt.

Von besonderem Vorteil ist, wenn zur Dnickerzeu-

gung der Druck des von der Luftzerlegungsanlage kommenden Sauerstoffes verwendet wird. Dieser Druck ermöglicht es ohne Zuhilfenahme zusätzlicher Kompressoren, den für das Verfahren gewünschten Druck sowohl in der Gaserzeugungsanlage als auch im Reduktionsofen einzustellen.

Ein weiterer bisher unbedacht gebliebener Vorteil des erfindungsgemäßen Vorschlages besteht darin, daß es möglich ist, Anlagen beliebiger Größenordnung unter den günstigsten Bedingungen zu betreiben.

so Die Erfindung beschäftigt sich weiterhin mit dem Vergasen der festen Kohlenstoff träger. Ein besonders günstiges Verfahrensmerkmal ist darin zu sehen, daß staubförmige Kohlenstoffträger injektorartig in den VergasungsmittclstroTn eingeführt werden. Die Steuerung der Höhe der Temperatur sowie die Ausnutzung des Brennstoffes zu einem" hohen Grade lassen sich in einer Weise verwirklichen, daß die bekannten Schwierigkeiten beim Vergasen von festen Kohlenstoffträgern ausbleiben.

ω Eine weitere Verbesserung besteht nun darin, daß der zusätzliche Sauerstoff über den gesamten Querschnitt des Schachtofens in feinverteilter Form zugeführt wird. Vorteilhafterweise wird man die Zufuhr des zusätzlichen Sauerstoffes so kontrollieren (steuern

bs bzw. regeln), daß sich die Gastemperatur nach der partiellen Verbrennung auf einen Wert von 900° bis 1150° C erhöht. Die Vorrichtung zur Durchführung des vorstehen-

den Verfahrensschrittes gestattet, daß erfindungsgemäß die unter erhöhtem Druck in einem Zwischenbehälter gehaltene Staubkohle durch eine oder mehrere öffnungen in die den Vergasungsmittelstrom führende Leitung einspeisbar ist.

Der Reduktionsofen zur Durchführung des Gesamtverfahrens weist erfindungsgemäß am Eingang und am Ausgang jeweils eine Druckschleuse auf, die zwecks Zuführung von Eisenerzen und Kalk entsprechend am Ein- und/oder Ausgang in eine größere Anzahl von Kammern aufgeteilt sein kann.

In der Zeichnung ist schematisch ein Ausführungsbeispiel der Anlage dargestellt, wobei innerhalb deren Erläuterung das Verfahren mitbeschrieben ist.

Das Gemisch Erz/Kalksandstein gelangt kontinuierlich oder in kleineren Portionen diskontinuierlich in den Reduktionsofen 1. Getrennt vom Reduktionsofen 1, der lediglich im Ausführungsbeispiel als senkrechter Schachtofen gezeichnet ist, befindet sich die Einrichtung 2 zur Reduktionsgaserzeugung. Ferner liegt eine Einrichtung 3 zwecks Abtrennung von Wasserdampf und Kohlensäure zusammen mit der Prozeßstrecke 4 in einem geschlossenen Kreislauf.

Der Erzeinsatz passiert eine Druckschleuse 5, die mit Eingangsklappen 6 und Ausgangsklappen 7 Erz und Kalkstein in einen Bereich 8 gelangen lassen, in dem die Stoffe von Normaltemperatur 20° C einer Trocknung und Vorwärmung durch das in tieferen Bereichen be^: der Reduktion entstehende Gichtgas unterzogen werden. Im tiefer gelegenen Bereich 9 findet bereits eine Vorreduktion unter einer Temperatursteigerung bis auf ca. 900° C statt, und im Hauptreduktionsbereich 10 läuft bereits bei ca. 1000° C das erfindungsgemäße Verfahren an, d. h. es entsteht dort unter der direkten Einwirkung des Reduktionsgases, das aus der Einrichtung 2 mit weniger als 1400° C ankommt, Eisenschwamm, wobei der freiwerdende Schwefel durch den mitgeführten Kalk weitgehend gebunden wird. Das in den Bereich 11 wandernde Gut kühlt sich nach und nach auf Grund der Wirkung des bei 12 am oberen Ofenende des Reduktionsofens 1 abgezogenen Gichtgases, das mit etwa 20° C in gereinigtem Zustand dem Bereich 14 zugeführt wird, auf etwa 300° C ab. Eisenschwamm und Schwefelkalk (CaS) gelangen durch eine der Druckschleuse 5 ähnliche Druckschleuse 13 mit einer Temperatur von ca. 300° C in einen nachgeschalteten Entkalker, aus dem der Eisenschwamm 15 in ein weiteres Fertigverfahren, beispielsweise zu einem Stahlofcn, transportiert wird.

Ein weiterer Vorteil ist, daß das Umlaufgas zur Kühlung des reduzierten Eisenschwamms benutzt wird und dadurch das Umlaufgas dem Reduktionsvorgang mit einer entsprechend erhöhten Temperatur zur Verfügung gestellt wird. Vor der Reduktionszone mischt sich das Umlaufgas mit dem frischen Reduktionsgas. Sollte durch die herrschenden Betriebsbedingungen das sich bildende Gasgemisch nicht die für einen zügigen Ablauf des Reduktionsprozesses günstige Temperatur haben, so wird über eine oder mehrere Saucrstoff-Zuführungsleitungen 33« kontrolliert zusätzlicher Sauerstoff zugeführt, um eine partielle Verbrennung und damit die gewünschte Temperaturerhöhung des Gasgemisches zu erzielen.

Die Einrichtung 3 zum Kühlen sowie zum Abtrennen von Wasserdampf und Kohlensäure aus dem Abgas des Prozesses erhält ein Gichtgas 16 aus dem Staubabscheider 17 zugeführt, das entsprechend vor-

gereinigt ist. Der mitgeführte Staub 18 wird entweder entfernt oder dem Prozeß an geeigneter Stelle wieder zugeführt. Das vom Staub gereinigte Gichtgas 16 gelangt aus dem Staubabscheider 17 mit einer Temperatur von ca. 200" C in den Wärmeaustauscher 19 zur Abtrennung des Wasserdampfes, wo es in die Strecke der eigentlichen Abtrennung der Kohlensäure einströmt. Die Kohlensäureaustreibung geschieht im wesentlichen in dem Absorber 21, in dem die Kohlensäure in an sich bekannter Weise mit einer Flüssigkeit ausgewaschen wird. Das hierbei entstehende CO₂ tritt aus der Apparatur 20 bei 22 aus, und Ablagerung :n werden bei 23 ausgetragen.

Die für das Austreiben der Kohlensäure erforderlichen Wirkstoffe bestehen aus Monoäthanolamin oder auch aus einer Pottasche-Lösung. Diese Waschflüssigkeit nimmt im Wärmeaustauscher 19 Gichtgaswärme des Gichtgases 16 auf und gibt diese im Kühler

25 wieder ab. Der so gebildete Kreislauf 28 schließt sich über den Absorber 26, die Pumpe 27 wiederum im Wärmetauscher 19. Dabei wird das im Absorber

26 abgetrennte CO₂ in der Apparatur 20 abgetrieben, wobei die Waschflüssigkeit im Kreislauf 28 im steten Umlauf gehalten ist.

Das aus dem Wärmeaustauscher 19 stammende Kondensat 29 wird abgeführt. Bei Bedarf besteht die Möglichkeit, das wasserfreie Gichtgas anderen Verbrauchern zuzuführen. Beispielsweise kann dieses als Kraftgas 30 in anderen Anlagen zum Einsatz kommen. Das Gichtgas 16, nunmehr als Umlaufgas 31 bezeichnet, verläßt den Absorber 26 und gelangt untei der Wirkung des Umlaufgebläses 32 wieder in die Prozeßstrecke 4.

Die Einrichtung 2 zur Erzeugung von Reduktionsgas befindet sich nicht innerhalb des Kreislaufes (4 31), sondern stellt eine getrennte Anlage dar. Diese Anlage erhält Sauerstoff und Wasserdampf (A), beispielsweise unter dem Druck von 0,9 atü und der Kohlenstoffträger (B) sowie den gasförmigen Kohlenwasserstoff (C) zugeführt. In der für den Prozet als am günstigsten beschriebenen Mischung trifft da; Reduktionsgas 33 unterhalb des Bereiches 10 mit derr im Bereich 14 bzw. dem Bereich 11 vorgewärmter Umlaufgas 31 unter einer Temperatur von ca 1400° C oder weniger in geeignetem Mischungsver hältnis zusammen. Das Umlaufgas 31 gelangt unter halb des Bereiches 14 zur Abkühlung des Ofeneinsat zes in den Reduktionsofen 1 und erwärmt siel demnach, währenddem der Ofenaustrag abkühlt.

Daraus ergibt sich die gewünschte Reaktionstem peratur von etwa 900° C bis 1000° C, jeweils knap] unterhalb der Erweichungstemperatur der Gangar des Erzeinsatzes liegend. Das so mit dem Umlaufga 31 auf geeignetem wärmetechnischen Energieniveai befindliche Reduktionsgas strömt in einer Heißgas ringleitung (nicht gezeichnet) durch mehrere Düsci in den Ofen 1 unterhalb des Bereiches 10. Unter Um ständen erscheint auch ein System von Querbalkei zweckdienlich, das Reduktionsgas in mittlere Bc reiche des Ofenquerschnittes einzuführen.

Das Reduktionsgasgemisch steigt langsam nacl oben. In den verschiedenen Reduktionsstufen werdei Kohlenoxyd und Wasserstoff durch den Erzsauerstol teilweise zu Kohlensäure und Wasserdampf oxydierl

Das Reduktionsgas 33 wärmt ferner in den Berei chen 8 und 9 die Erz- und Kalksteinbeschickung aul wie dies an und für sich bekannt ist. Die gesamte An lage ist mit entsprechenden Meßeinrichtungen versc

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hen, die einen vollkommen automatisch gesteuerten Ablauf der Eisenschwammerzeugung gestatten.

Ein solcher kontinuierlicher Ablauf stellt eine besonders geeignete Verfahrensstufe bezüglich der Eingliederung in ein vollautomatisches, integriertes Hüttenwerk dar.

Die Erfindung gestattet auf Grund der neuen Verfahrensweise mit ausgewählten energiereichen Gasen, deren Volumina entsprechend geringer bleiben gegenüber bekannten Verfahren, die ein stickstoffbehaftetes Spaltgas benutzen, die Erzeugung von Eisenschwamm mit geringerem Energieverbrauch. Die

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Energiebilanz stellt sich gegenüber mindestens 3,f Mio kcal pro t Fe für größere Einheiten auf nur etw£ 2,5 Mio kcal/t Fe, wodurch eine besonders hohe Wirt schaftlichkeit bei hohem Reduktionsgrad sicherge stellt ist. Insbesondere gestattet der Reduktionsabi au: unter Gasdrücken von 1 bis 3 oder mehr atü eine günstige Ausnutzung des Reduktionsgases und de; Schachtofenvolumens. Ferner besteht der Vorzug, di< gewünschte Gasspaltung in der Erzeugungseinrich tung 2 unter Druck ablaufen zu lassen, was insbe sondere die Bildung des Reduktionsgases 33 begün stigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

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lenstoffträgern im Gleichstrom mit technisch rei-

gebenden, gasförmigen Kohlenwasserstoffen und von Wasserdampf, bei dem das CO/H₂-Verhältnis in Richtung auf ein CO₂-armes Gichtgas eingestelltwird, auf das Direktreduzieren von stückigen Eisenerzen, Pellets, Agglomeraten und dergleichen im Schachtofen zu Eisenschwamm, wobei das Reduktionsgas dem Schachtofen unterhalb der Reduktionszone zugeführt, im Kreislauf regeneriert und als Umlaufgas am unteren Ende des Schachtofens diesem wieder zugeführt wird, und wobei das Gemisch aus Umlaufgas und frischem Redüktiongas vor Beginn des Reduktionsprozesses mit zusätzlichem Sauerstoff versetzt und einer partiellen Verbrennung unterworfen und dadurch die Gastemperatur auf den für einen zügigen Ablauf des Reduktionsprozesses erforderlichen Wert von 800° bis 1250° C bei einem Sauerstoff druck von 1 bis 3 atü erhöht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als fester Kohlenstoffträger Kohlenstaub und als Wasserstoff abgebender gasförmiger Kohlenwasserstoff Methan (CH₄) verwendet werden.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der beim Gaserzeugen eingebrachte Sauerstoff unter Druck zugeführt und gleichzeitig der Reduktionsraum druckdicht gehalten wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Druckerzeugung der Druck des von der Luf tzer!egungsanlage kommenden Sauerstoffes verwe'ndet wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß staubförmige Kohlenstoffträger injektorartig in den Vergasungsmittelstrom eingeführt werden.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Sauerstoff über den gesamten Querschnitt des Schachtofens in feinverteilter Form zugeführt wird.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gastemperatur durch kontrollierte Zufuhr des zusätzlichen Sauerstoffes nach der partiellen Verbrennung auf einen Wert von 900° bis 1150° C erhöht wird.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die unter erhöhtem Druck in einem Zwischenbehälter gehaltene Staubkohle durch eine oder mehrere öffnungen in die den Vergasungsmittelstrom führende Leitung eimspeisbar ist.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Reduktionsofen am Eingang und am Ausgang jeweils mit einer Druckschleuse (5, 13) versehen ist.

Die Erfindung betntti ein Veiiaiuen und eine zu dessen Ausübung besonders zweckmäßige Vorrichtung sowie einen Reduktions-Ofen zum Direktreduzieren von stückiger. £:Es:sr:ier·. FVücts. Agglomera-^Γ) ten und dergleichen im Schachtofen mii Hilfe chics '·ύ:'.::Π.ϊιί:τ;αη:~·?.^^ο·?5. das mit technisch reinem Sauerstoff erzeugt, dem Schacntoren umeihaib btn.ti iLuuktionszone zugeführt, im Kreislauf regeneriert und als Umlauf gas am unteren Ende des Schachtofens diesem wieder zugeführt wird.

Es ist bekannt, das zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Reduktionsgas, das als Hauptbestandteile CO und H₂ enthalten muß, durch Vergasen sowohl von Heizöl als auch von festen Kohlenstoffträ-

>■> gern, insbesondere von Kohlenstaub, mit technisch reinem Sauerstoff herzustellen. Das auf diese Weise in einem Reaktor gewonnene Reduktionsgas wird im heißen Zustand in den Reduktionsofen übergeleitet. Die maßgebenden Faktoren für eine wirtschaftliche

·?« Erzeugung von Eisenschwamm mit Konkurrenzfähigkeit gegenüber dem Hochofenverfahren liegen dabei in einem günstigen Wärmeverbrauch, einem guten Wärmewirkungsgrad und in einer möglichst hohen Wärniekonzentration. Ausgangspunkt für eine technisch und wirtschaftlich günstige Gewinnung des Eisenschwamms bildet das anzustrebende Eintreffen sämtlicher drei Voraussetzungen.

Das bekannte Schweröl-Sauerstoff-Verfahren liefert zwar innerhalb seiner Gaserzeugungsreaktion die für das Verfahren notwendige Wärmemenge, ist aber an die Verwendung von Heizöl gebunden, welches jedoch aus Standortgründen nicht in allen Fällen in ausreichender Menge zur Verfügung steht. Dagegen ist in vielen Fällen ein fester Kohlenstoffträger, insbe-

J5 sondere in Form einer heizwertarmen, baliastreichen Kohle oder in Form von Kohlenstaub, in ausreichender Menge vorhanden. Da derartige minderwertige Kohlensorten im Gegensatz zur immer knapper werdenden hochwertigen Kokskohle, die für das konventionelle Hochofenverfahren eingesetzt werden mu3, bisher nur schwer einer nutzbringenden Verwertung zugeführt werden konnten, besteht ein echtes volkswirtschaftliches Bedürfnis, aus dem ein technisches Bedürfnis für die Anwendung und Weiterentwicklung

45, des Direktreduktionsverfahrens hervorgeht, das die Verwendung derartiger fester Kohlenstoffträger ermöglicht.

Die bekannten Verfahren zum Vergasen fester Kohlenstoffträger arbeiten im wesentlichen nach zwei Prinzipien, nämlich demjenigen des Gegenstrom- und des Gleichstromverfahrens. Beim Gegenstrom-Vergasungsverfahren verläuft die Zuführungsrichtung des festen Kohlenstoffträgers entgegen der Strömungsrichtung des Vergasungsmittelstromes. Das Reduk- tionsgas enthält dadurch unerwünschte Teerbestandteile, die infolge Zusammenbackens leicht zu Ablagerungen und Verstopfungen in den Gaszuführungsleitungen führen können. Die Korngröße des festen Kohlenstoff trägers ist außerdem beim Gegenstrom-Vergasungsverfahren nach unten hin eingeschränkt, so daß insbesondere die Gefahr des Zusammenbackens der einzelnen Teilchen des festen Kohlenstoffträgers besteht. Die Ausnutzung des Kohlenstoffträgers ist demnach unbefriedigend, und die Wirtschaftlichkeit einer derartigen Reduktionsgaserzeugung leidet.

Die Nachteile des Gleichstrom-Vergasungsverfahrens bestehen bisher vor aliern in einer momentan zu