DE19704566C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Direktreduktion von Feinerzen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Direktreduktion von Feinerzen

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Description

Der Hauptanspruch der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Direktreduktion von Feinerzen mit einem breiten Körnungsspektrum mittels insbesondere Wasserstoff in einer liegenden Wirbelschichtrinne. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Hauptanspruch.
Aus der DE 43 26 562 C2 ist bereits ein liegender Reaktor mit innenliegenden Anströmböden mit allen wesentlichen zum Betrieb eines derartigen Reaktors erforderlichen Einrichtungen bekannt.
Der liegende Wirbelschichtreaktor nach der DE 43 26 562 C2 weist einen Nachteil auf, der darin besteht, daß in ihm nur mit einem vorgegebenen Kornband gearbeitet werden kann, das durch die Anströmgeschwindigkeit (Fluidisiergeschwindigkeit) im Wirbelbett festgelegt ist. Ein jeweils anderes Kornband setzt demnach andere Anströmgeschwindigkeiten voraus. Außerdem ist eine Siebtrennung vor Aufgabe auf den Wirbelschichtreaktor notwendig.
Aufgabe der Erfindung ist es, das in der genannten Druckschrift beanspruchte Verfahren dahingehend zu verbessern, daß es gelingt, ein möglichst breites Körnungsspektrum eines Feinerzes in einer liegenden Wirbelschichtrinne optimal zu reduzieren. Es ist ferner eine Aufgabe der Erfindung, eine an sich bekannte liegende Wirbelschichtrinne so auszubilden, daß das angestrebte Verfahren durchgeführt werden kann.
Die Lösung dieser Aufgaben geht aus den Merkmalen der Patentansprüche hervor.
Bei der Beschreibung der Vorrichtung kann in Teilen auf die Beschreibungsunterlagen der DE 43 26 562 C2 verwiesen werden.
Die vorliegende Erfindung macht nämlich von dem Grundkonzept des in der DE 43 26 562 C2 beschriebenen Reaktors Gebrauch.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und mit der Vorrichtung ist es möglich, Feinerze mit einem Körnungsspektrum von kleiner 6,3 mm bis 0,02 mm zu verarbeiten. Vorzugsweise wählt man Körnungen zwischen kleiner 3,0 mm bis 0,02 mm.
Das Feinerz wird, wie bekannt, an einem Ende der Wirbelschichtrinne mittels Druckgefäßen und über Zellenradschleusen aufgegeben, durchwandert die Reaktorrine in einer Wirbelschicht, wobei als Anströmmedium ein reduzierfähiges Gas - vorzugsweise Wasserstoff - verwendet wird.
Die für das Aufheizen und die Reduktion des Feinerzes notwendige Wärme wird über einen in die Wirbelschicht der ersten Kammer der Wirbelschichtrinne eingetauchten Wärmetauscher auf die Wirbelschicht übertragen. Dieser Wärmetauscher heizt das Feinerz auf eine gewünschte Wirbelbett-Temperatur auf.
Durch geeignete und handelsübliche Einrichtungen wird die Fluidisiergeschwindigkeit in der ersten Kammer der Wirbelschichtrinne am höchsten eingestellt, nämlich z. B. bei einem Aufgabe-Körnungspektrum kleiner ca. 3 mm bis ca. 0,02 mm so hoch, daß im Beispiel alles Feinerz mit einer Körnung kleiner ca. 0,5 mm bis ca. 0,02 mm mit dem Gasstrom über einen Abscheider, z. B. einen Heißgaszyklon, mit dem Gas ausgetragen wird.
Der Rest des Feinerzes ca. 3 mm bis ca. 0,5 mm verbleibt in dieser ersten Kammer und wird dort reduziert.
Die in dem der ersten Kammer zugeordneten Zyklon abgeschiedene Erz-Fraktion kleiner ca. 0,5 mm wird nun der zweiten Kammer zugeführt. In dieser zweiten Kammer ist die Fluidisiergeschwindigkeit niedriger eingestellt als in der ersten Kammer, nämlich beispielsweise so hoch, daß der Anteil ca. 0,5 mm bis ca. 0,1 mm in der zweiten Kammer verbleibt und dort reduziert wird, während der Kornanteil kleiner ca. 0,1 mm über den Zyklon der zweiten Kammer mit dem Gas ausgetragen wird. Der in diesem Zyklon abgeschiedene Feinerzanteil kleiner ca. 0,1 mm wird der dritten Kammer der Wirbelschichtrinne zugeführt, in der der Anteil kleiner ca. 0,1 mm verbleibt und reduziert wird.
Den beiden Kammer-Zyklonen ist ein Sammelzyklon nachgeschaltet. Alle Anteile an Feinerz, die in den Kammer-Zyklonen nicht abgeschieden worden sind, werden in diesem Sammelzyklon als Feststoff in die letzte Kammer der Wirbelschichtrinne ausgetragen, während das gesamte Reduktionsgas den Sammelzyklon zur Nachbehandlung verläßt.
Das reduzierte Feinerz, im Beispiel das Erz aller drei Kammern, wird über Druckgefäße zur Weiterverarbeitung transportiert.
Selbstverständlich muß die erfindungsgemäße Wirbelschichtrinne nicht unbedingt drei Kammern aufweisen, sie kann vielmehr auch in zwei oder mehr als drei Kammern aufgeteilt sein.
Nach Merkmalen der Vorrichtungs-Unteransprüche kann es vorteilhaft sein, Zwischenwände zwischen den einzelnen Kammern in der Weise in Längsrichtung der Wirbelschichtrinne zu verschieben, so daß eine Vergrößerung der Anströmfläche einer Kammer bzw. eine Verkleinerung der Anströmfläche einer anderen Kammer erreicht wird. Diese Maßnahme kann dann erforderlich werden, wenn eine Änderung der Kornverteilung des zu reduzierenden Feinerzes eingetreten ist, so beispiels­ weise bei Vergrößerung des Anteils kleiner 0,1 mm. Dann läßt sich durch Verschiebung der Zwischenwand die Kammer mit dem Feinerz kleiner 0,1 mm vergrößern und dafür werden die anderen Kammern kleiner.
Wenn sich zum Beispiel der Feinstanteil des zu reduzierenden Erzes noch mehr erhöht, kann durch Einfügen eines Zwischenstückes die Länge der Wirbelschichtrinne vergrößert werden und dadurch vergrößert sich die Anströmfläche.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Feinerz-Direktreduktionsanlage mit einer liegenden Wirbelschichtrinne wird nachstehend anhand einer einzigen Patentfigur näher beschrieben.
In die erste Kammer (2) der im Ausführungsbeispiel in insgesamt drei Kammern (2) durch Zwischenwände (3) unterteilten Wirbelschichtrinne ist ein Wärmetauscher (4) eingetaucht, der das Feinerz, das mit Hilfe von Druckgefäßen (1) und Zellenradschleusen von oben in die Kammer (2) eingetragen wurde, auf eine gewünschte Wirbelbett-Temperatur aufheizt.
Im Ausführungsbeispiel soll ein Feinerz mit dem Körnungsspektrum kleiner 3 mm bis 0,02 mm reduziert werden. Dazu ist die Fluidisiergeschwindigkeit in der ersten Kammer (2) mit Hilfe einer nicht näher beschriebenen Einrichtung (5) so hoch eingestellt, daß alles Feinerz mit einer Korngröße von beispielsweise kleiner 0,5 bis 0,02 mm mit dem Gasstrom ausgetragen und in einem oberhalb dieser Kammer angeordneten Kammer-Heißgaszyklon (6) in Feststoff und Gas getrennt wird. Der Feststoff, d. h. Feinerz kleiner 0,5 mm, wird vom Kammer-Heißgaszyklon aus der zweiten Kammer (2) der Wirbelschichtrinne zugeführt.
Das restliche Feinerz kleiner 3 mm bis 0,5 mm verbleibt in der ersten Kammer (2) und wird dort reduziert.
In der zweiten Kammer (2) der Wirbelschichtrinne ist nun die Fluidisiergeschwindigkeit niedriger eingestellt als in der ersten Kammer (2), nämlich im Ausführungs­ beispiel auf einen derartigen Wert, daß der Feinerz­ anteil 0,5 mm bis kleiner 0,1 mm in der zweiten Kammer verbleibt und dort reduziert wird, während der Feinerz­ anteil kleiner 0,1 mm mit dem Gas ausgetragen und dem Kammer-Heißgaszyklon (6) dieser Kammer (2) zur Trennung in Feststoff und Gas zugeführt wird. Im Zyklon wird der Feinerzanteil kleiner 0,1 mm abgeschieden und dieser Anteil der dritten Kammer (2) zugeführt. Dort findet die Reduktion dieses Feinerzanteils statt.
Das Gas der beiden Kammer-Heißgaszyklone (6) wird schließlich einem Sammel-Heißgaszyklon (7) zugeführt. Das in diesem Zyklon noch abgeschiedene Feinerz über den Feststoffaustrag (8) wird in die dritte Kammer (2) zurückgeführt. Das aus dem Sammel-Heißgaszyklon (7) über den Gasaustritt (9) austretende Reduktionsgas gelangt zur Nachbehandlung (u. a. Gaswäsche).
Die in den drei Kammern (2) reduzierten Feinerze werden mit Hilfe von Druckgefäßen (10) ausgeschleust und zur Weiterverarbeitung transportiert.

Claims (4)

1. Verfahren zur Direktreduktion von Feinerzen mit einem breiten Körnungsspektrum mittels Wasserstoff als Reduktionsgas in einer liegenden Wirbelschicht­ rinne, dadurch gekennzeichnet,
daß Feinerz einer durch Zwischenwände in mehrere Kammern unterteilten liegenden Wirbelschichtrinne unter Überduck zugeführt wird,
daß in der ersten Kammer eine Aufheizung des Feinerzes stattfindet,
daß die Fluidisiergeschwindigkeit des Gases in der ersten Kammer am höchsten ist und von Kammer zu Kammer abnimmt, so daß bestimmte Kornfraktionen des Feinerzes zusammen mit dem Gas aus der jeweiligen Kammer ausgetragen und anschließend in Feinerz und Gas getrennt werden, wobei das abgetrennte Feinerz der jeweils folgenden Kammer zugeführt wird und wobei die jeweils gröberen Kornfraktionen des Feinerzes in den jeweiligen Kammern verbleiben,
daß die von den Feinerzen abgetrennten Gase aus allen Kammern einer abschließenden Feinerz-Gas-Trennung unterworfen werden,
daß die dabei abgetrennten Gase einer Nachbehandlung zugeführt werden, daß die bei dieser Trennung anfallenden Feinerze der letzten Kammer der Wirbelschichtrinne zugeführt werden und
daß die in den einzelnen Kammern verbliebenen Feinerze nach Beendigung des Reduktionsprozesses unter Druck einer Weiterverarbeitung zugeführt werden.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Direktreduktion von Feinerzen mit einem breiten Körnungsspektrum mittels Wasserstoff als Reduktionsgas in einer liegenden Wirbelschichtrinne nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine liegende Wirbelschichtrinne, die mit Hilfe von Zwischenwänden (3) in mehrere Kammern (2) unterteilt ist, durch Druckgefäße (1) mit Zellenradschleusen zum Eintragen des zu reduzierenden Feinerzes in eine erste, mit einem Wärmetauscher (4) versehene Kammer (2), durch Einrichtungen (5) zur regelbaren Einstellung der Fluidisiergeschwindigkeit in den einzelnen Kammern (2), wobei die Fluidisiergeschwindigkeit von Kammer (2) zu Kammer (2) verringerbar ist,
durch jeder Kammer (2) nachgeschaltete Kammer- Heißgaszyklone (6) zur Abscheidung einer bestimmten Kornfraktion des Feinerzes, wobei die abgeschiedene Kornfraktion jeweils in die nächste Kammer (2) zuführbar ist,
durch unterhalb jeder Kammer (2) angeordnete Druckgefäße (10) zur Ausschleusung und zum Transport des reduzierten Feinerzes zur Weiterverarbeitung und durch einen den Kammer-Heißgas-Zyklonen (6) nachgeschalteten Sammel-Heißgaszyklon (7), dessen Feststoffaustrag (8) mit der letzten Kammer (2) der Wirbelschichtrinne verbunden ist und dessen Gasaustritt (9) das gesamte Gas aller Kammer-Heißgaszyklone (6) einer Weiterbehandlung zuführt.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwände (3) der Kammern (2) verschiebbar sind, um die Anströmflächen der Kammern (2) der liegenden Wirbelschichtrinne zu vergrößern bzw. zu verkleinern.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vergrößerung der Anströmfläche der liegenden Wirbelschichtrinne ein Kammer-Zwischenstück einsetzbar ist.
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