DE2244851A1

DE2244851A1 - Verfahren zur herstellung einer mischung eines reduktionsgases

Info

Publication number: DE2244851A1
Application number: DE2244851A
Authority: DE
Inventors: Charles Parker Marion
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1971-12-23
Filing date: 1972-09-13
Publication date: 1973-06-28
Also published as: ATA797572A; FR2164576A1; JPS525043B2; ES408739A1; DE2265325B2; IT970401B; SE376253B; AU464868B2; ZA727357B; AU4793972A; DE2244851C3; LU66463A1; FR2164576B1; NL7215317A; US3767379A; JPS4871312A; AT356625B; DE2244851B2; GB1409277A; DE2265325A1

Description

Patentassessor Hamburg, den 21.8.72

Dr. G. Schupfner T 72054 .(D71,957-F)

Deutsche Texaco AG 769/HH " '"". ·

2000 Hamburg 76 . 2244851

Sechslingspforte 2

TEXACO DEVELOPMENT CORPORATION

135 East 42nd Street

New York, N.Y. 10017

U.S.A.

Verfahren zur Herstellung einer Mischung eines.·

Redüktionsgases

Die Erfindung betrifft die Vervrendung von Reduktionsgas für die Reduktion von Metallerzen. Die vorliegende Erfindung beinhaltet auch ein kontinuierliches Verfahren zur Gaserzeugung durch Partialoxidation eines Kohlenwasserstoffbrennstoffes, wobei eine Verbesserung des Reduktionsgases durch Mischen allen erzeugten Redüktionsgases mit einer ver gleichsweise kühleren und sauberen nachfolgend im Verfahren erzeugten Reduktionsgasmischung und Eingabe eines Teils der verbesserten Reduktionsgasmischung, in einen integrierten Eisenerzhochofen zur Reduktion des Erzes zu Eisenerfolgt.

Stand der Technik .

Mithilfe eines üblichen EisenerzhochofeiB wird Eisenerz hauptsächlich Eisenoxid enthaltend reduziert zu geschmolzenem Eisen. Die Reduziermittel enthaltend in der Hauptsache CO und C werden im Hochofen aus Koks, welcher Teil des Beschickungsmaterials ist, erzeugt. Pur jedes Kilogramm Eisenerz wird der Hochofen mit etwa 1,5 Kilogramm koks beschickt. Weiteres

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Eisenerz kann in einer besonderen Erzreduktionszone lediglich durch Ersatz allen oder eines Teils des Kokses mit einem extern erzejgten Reduktionsgasstrom in der beispielsweise in den US-Patenten Nr. 2.740.706, von P, L. Pauli und F. B. Seilers, und Nr. 3.591.364, von B. Reynolds und C. G. Ludemann, gezeigten Weise behandelt werden.

Reduktionsgas wird gewöhnlich durch bekannte Verfahren bei Temperaturen erzeugt, welche zu hoch sind, um eine direkte Eingabe desselben in eine Erzreduktionszone zu erlauben. Weiterhin kann das so erzeugte Reduktionsgas einen unerwünschten Wasserdampfanteil und mitgerissene Kohlenstoffteilchen aufweisen. Dadurch wird seine Verwendung als Reduktionsmittel begrenzt. Ein Vorteil des vorliegenden Verfahrens besteht darin, daß die Notwendigkeit grosser Abhitzkessel und Quenchkessel, welche gewöhnlich zum Kühlen des Ausstromgases eines Reduktionsgasgenerators verwendet werden, vermieden wird.

Zusammenfassung

Im erfindungsgemässen Erzreduktionsverfahren wird alles einen Reduktionsgasgenerator verlassende Reduktionsgas kontinuierlich in einer Mischzone mit einem verbesserten,im Kreislauf geführten, nachfolgend im Verfahren erzeugten Reduktionsgas gemischt unter Bildung eines vergleichsweise kühlen, gereinigten und sonst verbesserten Reduktionsgasstrom. In Abstromrichtung von der Mischzone wird ein Teil des verbesserten Reduktionsgasstroma kontinuierlich abgezogen und in eine Erzreduktionszone, wie z.B. in einen Eisenerzhochofen, eingegeben. Der Rest des verbesserten Reduktionsgasstroms wird in die Mischzone über eine Gaskühl- und Reinigungszone zurückgeführt. Der Strom gekühlten und gereinigten Reduktionsgases erzeugt in der Gaskühl- und Reinigungszone wird komprimiert und mindestens ein Teil in die Mischzone als verbessertes, im Kreislauf geführtes Reduktionsgas zurückgeführt. Wahlweise wird ein Teil der Abgase der Erzreduktionszone gekühlt, gereinigt und zur CO₉- und H₉S-Entfernung behandelt. Mindes-

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tens ein Teil dieses bhandelten Abgases'wird sodann mit mindestens einem Teil des die Gaskühl- und Reinigungszone verlassenden Reduktionsgasstroms vermischt, um das verbesserte, im Kreislauf geführte Reduktionsgas herzustellen.

Mit Hilfe des vorliegenden Verfahrens wird das Reduktionsverhältnis, d.h. das Molverhältnis (H₂ + C0)/( H₂O + CO₂), des Reduktionsgases erhöht. Dies bedeutet, daß durch Eingabe des verbesserten Reduktionsgases in eine Erzreduktionsanlage, wie beispielsweise in einen Eisenerzhochofen, das Gewicht des einzusetzenden metallurgischen Kokses pro Gewicht erzeugten Metalls vermindert wird.

Weiter wird mit Hilfe des vorliegenden verbesserten Verfahrens die Temperatur das den Gasgenerator verlassenden Reduktionsgases unmittelbar auf eine zur Eingabe in eine Erzreduktionszone geeignete Temperatur reduziert, ohne daß kostspielige Gasquench- oder Wärmetauschausrüstungen "benötigt werden. Durch Vermindern der Gastemperatur gemäß dem neuen Verfahren werden thermische Zerstörungen an den Reduktionsenerator und Erzreduktionszone verbindenden leitungen oder an irgendwelchen in diesem Bereich der Leitungen liegenden Wärmetauschern verhindert. Zusätzlich zum Kühlen des Reduktionsgases im erfindungsgemässen Verfahren werden die Mengen Wasserdampf und mitgerissener Kohlenstoffteilchen im Reduktionsgas wesentlich herabgesetzt. So wird ein verbessertes und wirksameres Reduktionsgas erzeugt.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Mischung eines Reduktionsgases dadurch gekennzeichnet , daß . a) ein Kohlenwasserstoffbrennstoff mit einem sauerstoffhaltigen Gas durch Partialoxidation wahlweise in Gegenwart eines temperatursteuernden Gases in einer strömungshindernisfreien Reaktionszone eines Reduktionsgasgenerators bei einer autogenen Temperatur von etwa 815 bis 1930 C und einem Druck von etwa 1 bis 350 Atmosphären umgesetzt

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wird,

b) in einer getrennten Mischzone der Reduktionsgasausstrom der Reaktionszone mit einer verbesserten.im Verfahren nachfolgend gewonnenen Gasmischung unter Bildung einer verbesserten Reduktionsgasmischung mit verminderten Anteilen an Wasserdampf und Kohlenstoffteilchen vermischt wird,

c) ein Teil der verbesserten Reduktionsgasmischung in.eine Gaskühl- und Waschzone, v/eiche in Abstromrichtung von der Mischzone angeordnet ist, eingegeben wird

d) die gekühlte und gereinigte Reduktionsgasmischung aus der Gaskühl- und Waschzone abgezogen, auf einen Druck, welcher gleich oder höher als der Druck des Reduktionsgasausstroms des Generators ist, komprimiert und die komprimierte Reduktionsgasmischung in die Mischzone als verbesserte Gasmischung eingegeben wird.

Die Vorliegende Erfindung beinhaltet ein Verbessertes, kontinuierliches Erzreduktionsverfahren, in welchem ein in einem externen, getrennten Gasgenerator erzeugtes Reduktionsgas in eine Erzreduktionszone eingegeben wird, um die Reduktion des metallischen Erzes zu bewirken. Das Verfahren ist für viele Erzreduktionsverfahren geeignet, in welchen ergänzende Reduktionsgasanteile in die Reduktionszone eingegeben werden, um die Reduktion der Metalloxide zum geschmolzenen Metall zu bewerkstelligen.Beispielsweise kann dieses Verfahren in Verbindung mit

1) einem senkrechten Eisenerzhochofen zur Erzeugung metallischen Eisens aus Eisenoxiden,

2) einem Wirbelschichtbett gepulverter Erze,

3) einem Drehofen zur Erzreduktion und

4) einem Schachtofen zur Eisenreduktion zu Schwammeisen verwendet werden.

Das Reduktionsgas wird in der feuerfesten Reaktionszone ei-

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nes Strömungshindernisfreien, ungepackten, nichtkatalyti-'sehen Partialoxidations-Reduktionsgasgenerators, beispielsweise in einem im US-Patent Nr. 2,809.104, von Dale M. Strasser et. al., gezeigten, erzeugt.

Eine grosse Zahl von Kohlenwasserstoffen können im Gasgenerator mit einem sauerstoffhaltigen Gas und wahlweise in Gegenwart eines temperatureteuernden Gases unter Bildung von Reduktionsgas reagieren.

Der in dieser Patentanmeldung verwendete Ausdruck " Kohlenwasser stoff brennstoff" beschreibt verschiedene Ausgangsmaterialien und umfaßt gasförmige und flüssige Kohlenwasserstoffbrennstoffe, Unter diesen Ausdruck werden weiter eingeordnet:

1.) pumpbare Aufschlämmungen von festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffen, wie z.B. Kohle, Kohlenstoffteilchen und Petrolkoks in einem Träger, wie z.B. Wasser oder flüssiger Kohlenwasserstoffbrennstoff und Mischungen derselben,

2.) Gas-Peststoff-Suspensionen, wie z.B. feingemahlene, feste Kohlenstoffhaltige Brennstoffe dispergiert entweder in einem temperatursteuernden Gas oder einem gasförmigen Kohlenwasserstoff und

3.) Gas-Flüssig-Feststoff-Dispersionen,, wie z.B. feinverteilter, flüssiger Kohlenwasserstoffbrennstoff und Kohlenstoffteilchen dispergiert in einem temperatursteuernden Gas.

Der in dieser Patentanmeldung verwendete Ausdruck "flüssiger Kohlenwasserstoffbrennstoff" schließt verschiedene Materialien, wie z.B. Flüssiggas; Erdöldestillate und- rückstände; Gasolin; Naphta; Kerosin; Rohöl; Asphalt; Gasöl; Rückstandsöl; Teersandöl; aromatische Kohlenwasserstoffe wie· Benzol, Toluol, Xylolfraktionen, Kohleteer.', Kreislauf gasöl aus Wir- ' belschicht-Crackverfahren; Furfurolexfcrakbe. dea Koksgasöls;

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und Mischungen derselben ein. Unter dem Ausdruck "gasförmige Kohlenwasserstoffbrennstoffe" werden Ausgangsraaterialien wie Methan, Äthan, Propan, Butan_f Pentan, Erdgas, Wassergas, Koksofengas, Raffineriegas, Acetylenrestgas, Äthylenabgas und Mischungen derselben verstanden. Gasförmige und flüssige Ausgangsmaterialien können vermischt und gleichzeitig verwendet werden und können paraffinische, olefinische und aromatische Verbindungen in jedem Anteil bedeuten. Das Kohlenwasserstoffausgangsmaterial kann bei Raumtemperatur vorliegen oder auf eine Temperatur von etwa 315 bis 65O⁰C aber unterhalb seiner Cracktemperatur vorgeheizt werden. Das flüssige Kohlenwasserstoffausgangsmaterial kann dem Brenner in. flüssiger Phase oder als verdampftes Gemisch mit oder ohne Dampf oder einem anderen Moderator zugeführt werden.

Der in dieser Patentanmeldung verwendete Ausdruck "sauerstoff haltiges Gas" umfaßt Luft, sauerstoffangereicherte Luft, d.h» mehr als 21 Mol~$ Sauerstoff, und im wesentlichen reinen Sauerstoff, d.h. mehr als 95 Mol-$ Sauerstoff. Das sauerstoffhaltige Gas kann dem Brenner im Temperaturbereich Umgebungstemperatur bis 985⁰C zugeführt werden. Das Verhältnis von freiem Sauerstoff im Oxidans zum Kohlenstoff im Ausgangematerial (O/C, Atom/Atom) liegt zwischen 0,7 und 1,5.

HpO kann der Reaktionszone flüssig oder gasförmig zugegeben werden. Ea kann Dampf oder vernebeltes flüssiges Wasser sein. Weiterhin kann alles HpO entweder mit dem Kohlenwasserstoffausgangsmaterial oder mit dem sauerstoffreichen Gas vermischt werden. Andererseits kann ein Teil des Dampfes dem Sauerstoff atrom in der Leitung (3) in einem Anteil von weniger als etwa 25 Gew.-$> des Sauerstoffs zugemischt und der Rest mit dem Kohlenwasserstoff vermischt werden. Das HpO kann bei Umgebungstemperatur bis 54O⁰C oder oberhalb vorliegen, Beispielsweise beträgt das Gewichtsverhältnis von IUO zu flüssigem Kohlenwasserstoffausgangsmaterial etwa 0,05 bin 6 und normalerweise etwa 0,05 bis 0,25 Gewichtsteile HoO/Gewichts)-teil KohlenwaRoerstoffaufjgangsmatoriEtl abhängig von der End-

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verwendung des Produktgases. - ·

HpO dient zum Steuern der Temperatur in der Reaktipnszöne des Reduktionsgasgenerators . Es kann auch mit den anderen Ausgangsmaterialströmen im Generator reagieren. Andere geeignete Temperaturmoderatoren, welche anstatt oder in Kombination mit HpO verwendet v/erden können, umfassen abgekühlte Reduktionsgasanteile, abgekühltes Abgas aus einer integrierten Erzreduktionszone, z.B. aus einem Hochofen, CO₂, verschiedene Abgase aus anderen Verfahren, Inertgas, z.B. Stickstoff, und Mischungen derselben. Bei Anwendungen als Reduktionsgas ist es erwünscht, nur einen Minimumanteil von HpO und/oder COp zu verwenden.

Die Verwendung eines Temperaturmoderators zur Steuerung der Temperatur in der Reaktionszone ist freigestellt und hängt allgemein vom C/H-Verhältnis des Ausgangsmaterials ab. Beispielsweise wird ein Temperaturmoderator im allgemeinen nicht mit gasförmigen Kohlenwasserstoffbrennstoffen verwendet. Der Temperaturmoderator kann als Komponente eines oder beider Reaktandenströme eingegeben werden. Zusätzlich kann der Tem-, penraturmoderator selbst über eine getrennte leitung in den Brenner eingeführt werden.

Die Ausgangsmaterialströme reagieren durch Partialoxidaiion ohne Katalysator in der Reaktionszone eines strömungshindernisfreien Gasgenerators. Die Mischung des Reduktionsgasausstroms kann folgende Zusammensetzung (in Vol.-$, trocken) unter der Annahme, daß die Inertgase vernachlässigbar sind, aufweisen:.

CO 53-52 . '

H₂ 62-42

CO₂ 1,5-8

CH₄ 0,02-2

H₂S -2,0'

COS ^-0*1 . - -

Nichtuingesetzte Kohlenstoff teilchen '(bezogen auf-Kohlenstoff

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im Ausgangsmaterial) betragen etwa 0,2-12 Gew.-^ bei flüssigen AusgpJigsmaterialien, können aber bei gasförmigen Kohlenwanserstoffausgangsmnterialien vernachlässigt werden.

Die Partialoxidationsreaktion tritt in der Reaktionszone dee Gasgenerators bei einer autogenen Temperatur von etwa 815 bis 193O⁰C, vorzugsweise bei etwa 1300 bis 1600⁰C, und einem Druck von etwa 1 bis 350 Atmosphären, vorzugsweise etwa 0,1 bis 2,0 Atmosphären oberhalb des Druckes in der Reduktionszone, ein.

Der gesamte heisse Reduktionsgasausstrom des Gasgenerators wird auf eine geeignete Temperatur zur Eingabe in die Erzreduktionszone abgekühlt. Beispielsweise wird eine Reduktionsgastemperatur von etwa 980 bis 1260⁰C häufig in einer bevorzugten, erfindungsgemässen Ausfuhrungsform, in welcher die Erzreduktionszone ein üblicher Eisenerzhoohofen ist, "bevorzugt. Der in diesem Temperaturbereich abgekühlte Reduktionsgasstrom wird in den Eisenefzhochofen durch eine Vielzahl von Einlaßöffnungen eingegeben. Die öffnungen werden von einem grossen Windring gespeist, welcher den Schacht des Hochofens am oder nahe des Mantels umgibt. Die vorgenannte Abkühlung tritt in einem Reihenmischverbinder (inline -mixing connector) ein. Das gesamte heisse den Gasgenerator verlassende Reduktionsgas wird gleichzeitig mit einem im Kreislauf geführten, verbesserten Reduktionegasstrom in den Mischverbinder gegeben. Der im Kreislauf geführte, verbesserte Reduktionsgasstrom wurde vorher auf etwa 38 bis 37O⁰C abgekühlt, getrocknet, zur Entfernung im wesentlichen aller mitgerissener Kohlenstoffteilchen gereinigt und im wesentlichen auf den gleichen Druck des den Gasgenerator verlassenden heissen Reduktionsgases oder etwas oberhalb komprimiert. Vorzugsweise werden etwa 0,2 bis 0,6 Mole im Kreislauf geführten, verbesserten Reduktionsgases in den Mischverbinder pro Mol Reduktionogasausstrom des Gasgenerators eingegeben. Die tatsächliche Strömungsgeschwindigkeit jeder der Reduktionsgasströme, die gleichzeitig in den

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Mischverbinder eingegeben werden, wird durch Wärme- und · Massebilanzen bestimmt, so daß kontinuierlich ein kombinierter, verbesserter Reduktionsgasstrom mit der richtigen Temperatur für die Reduktionszone erzeugt wird.

So verläßt ein Teil der verbesserten Reduktionsgasmischung den Mischverbinder bei einer niedrigeren Temperatur als der heisse Gasausstrom des Gasgenerators und wird aufweisend eine wesentliche Verminderung an Kohlenstoffteiichen und HpO in die Erzreduktionszone zur Reduktion der in dieser befindlichen Metallerze eingegeben. Gleichzeitig erfolgt die Eingabe des Reststroms an teilweise abgekühltem, verbessertem Reduktionsgas in eine Gaskühl- und Wascheinrichtung . Der Reduktionsgasstrom wird in dieser Einrichtung weiter abgekühlt. Das Gas wird durch Waschen von Kohlenstoff teilchen befreit und sein Wassergehalt vermindert. Anschließend erfolgt Kompression des Gasstroms und Zurückführen zum Mischverbinder als Strom im Kreislauf geführten, verbesserten Reduktionsgases.

In einer bevorzugten Anordnung des den Eisenerzhochofen ■ umgebenden Windrings wird der Strom verbesserten Reduktionsgases vom Windringverteiler über einen angeflanschten Ausgang, welcher am entgegengesetzten Ende des angeflanschten Eingangs zum Windring angeordnet ist, abgezogen und in die Gaskühl- und Wascheinrichtung geführt. Vorteilhafterweise hält diese Anordnung den grossen Windring bei einer gleichbleibenden Temperatur und verhütet auf diese Weise die Beschädigung des Windringes bei unstetiger Ausdehnung.Geeignete übliche Gaskühl- und Reinigungsverfahren können benutzt werden.Vorzugav/eise wird der Gasstrom unter die Oberfläche einer Quench-und Waschflüssigkeit mit Hilfe einer Tauchrohranlage,v/ie sie in der Zeichnung in der unteren Kammer (42) des Gaswaschturmes (43) gezeigt ist,geführt.

Wahlweise kann ein Teil der Wärme des heissen,den Windring verlassenden Reduktionsgases beim Passieren- eines Abhitzkessels wiedergewonnen werden,indem es in indirekten Wärmetausch

mit Wasser unter Dampferzeugung für dr.s Verfahren oder für eine externe Anlage tritt. Dieses Abkühlen wird vor Eingabe dee Reduktionsgases in die Gaswascheinrichtung vorgenommen. Da das verbesserte Reduktionsgas kurz vorher im Mischverbinder gekühlt worden war, kann ein vergleichsweise kleiner Abhitzkessel verwendet werden.

Palis benötigt, können weitere mitgerissene Kohlenstoffteilchen entfernt werden, indem der Gasausstrom eine zweite Waschanlage passiert. Beispielsweise kann ein Wascher mit Hundstück (orifice-type scrubber) oder ein Venturi- oder Düsenwäscher, wie sie beispielsweise in "Perry's Chemical Engineer's Handbook", 4. Auflage, Mc Graw-Hill, 1963, Seiten*18/54 bis 56 gezeigt werden, verv/endet werden. Mit dieser Einrichtung kann der Reduktionsgasstrom durch einen Wäscher vom Düsentyp beschleunigt werden. Die hohe Gasgeschwindigkeit vernebelt die Waschflüssigkeit in feine Trö|fchen, auf vrelchen die Kohlenstoffteilchen sich sammeln, wenn die Tröpfchen durch den Gasstrom beschleunigt werden. Anschließend agglomerieren die kohlenstoffbeladenen Trö]fchen und können vom Gasstrom im oberen Abschnitt des Gaswaschturmes abgetrennt werden. Die Dispersion der Waschflüssigkeitströjfchen im Reduktionsgas grosser Geschwindigkeit wird von den Waschdüsen abgeführt und, falls notwendig, durch eine dritte Wascheinheit geschickt. Beispielsweise kann der Reduktionsgasstrom am Schluß mit frischer Waschflüssigkeit bei etwa 38 bis 480 C mit Hilfe einer zweiten Tauchrohranlage, ähnlich der bereits beschriebenen Anlage, in Berührung gebracht werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Waschen der dritten Stufe in einer Flüssigkeits-Gas-Glockenboden-Austauschkolonne, siehe die Zeichnung, obere Kammer (43), bewirkt werden. Geeignete derartige Kolonnen sind im "Perry", Seiten 18/3 bis 5, beschrieben. In einer erfindungsgemässen Ausführungsform enthält eine vollständige Waschzone eine solche Glockenbodenkolonne für den Flüsaigkeits-Gas-Auatausch.

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Die Flüssigkeit kann nacheinander eine 1-bis 4- stufige Gswaschzone im Gegenstrom zum Reduktionsgasstrom, welcher von Kohlenstoffteilchen freigewaschen wird, durchströmen. In einer bevorzugten Anordnung, siehe Zeichnung,, wächst die Konzentration von Kohlenstoffteilchen im flüssigen Waschmedium an, wenn das Medium von der letzten in die erste Stufe fließt. Die Kohlenstoffdispersion in der die letzte Stufe verlassenden Waschflüssigkeit enthält etwa 0,02 bis 1,5 Gew.-$ Kohlenstoffteilchen. Die Aufschlämmung von Kohlenstoffteilchen in der die erste Stufe verlassenden Waschflüssigkeit enthält etwa 0_s5 bis 20 Gew.-^ Kohlenstoffteilchen. Wahlweisen können diese Aufschlämmungen als getrennte Ströme abgezogen werden als Kreislaufwaschflüssigkeit oder als Brennstoff.

Bas Reduktionsgas verläßt die Gaswaschzone im wesentlichen frei von mitgerissenen Kohlenstoffteilchen und bei etwa 370 bis 38⁰C. Wie bereits erwähnt, wird dieses Gas nun auf einen Druck etwa gleich dem des den Gasgenerator verlassenden Reduktionsgases komprimiert und' dem Mischvertdn&er wieder zugeführt.

Die Waschflüssigkeit kann Wasser oder ein flüssiger"Kohlenwasserstoff sein. Ist die Waschflüssigkeit ein flüssiger Kohlenwasserstoff, wird die obere Temperaturgrenze dixrcb. die Cracktemperatur des flüssigen Kohlenwasserstoffes begrenzt, während die untere Temperaturgrenze oberhalb des ' Taupunktes liegen muß. Der Anteil verdampfter Waschflüssigkeit im Überkopfstrom des Wäschers kann im bevorzugten Bereich von etwa 0 bis 5 Mol-$ (bezogen auf Mole Waschflüssigkeit) aufrechterhalten werden bei Verwendung einer 480 C und höher siedenden schweren, flüssigen Kohlenwasserstoffrückstandsfraktion als Waschflüssigkeit. Der Druck.in der Waschzone liegt bei etwa 1 bis 350 Atmosphären, vorzugsweise iat er etwa der gleiche wie im Gasgenerator* Ist die Reduktionsiione ein Eisenerzhochofen, so ist ein Druck von 1 bis 5 Atmosphären/geeignet. Die Temperatur des' flüssigen Kohlen-

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Wasserstoffes als Waschflüssigkeit in der Waschzone beträgt etwa 65 bis 100⁰C. Ist die Waschflüssigkeit Wasser, beträgt die Temperatur des Wassers etwa 205 bis 38⁰C. Die obere Temperaturgrenze wird von der Sättigungstemperatur bei dem im Gaswäscher gegebenen Druck festgelegt, um so das Wasser im wesentlichen in flüssiger Phase zu halten.

Es ist nua wirtschaftlichen Erwägungen heraus erwünscht, klare Waschflüssigkeit aus der Kohlenstoff-W^schflüssigkeits-Aufschlämmung zu erhalten und im Kreislauf zu führen. Dies kann mit jeder geeigneten Maßnahme, z.B. Filtrieren, Zentrifugieren, Schwerkraftabsetzen und Extraktion mit flüssigem Kohlenwasserstoff, wie es im US-Patent Nr. 3.147. 093t von R. M. Dille et. al ., beschrieben wird, erreicht werden.

In einer bevorzugten Aueführungsform der Erfindung wird Wasser als Waschflüssigkeit verwendet und die Kohlenstoff-Wasser-Auf schlämmung aus der Gaswascheinrich.tung in eine Kohlenstoffrückgewinnungseinrichtung gegeben, welcher die Aufschlämmung in einen Klarwasserstrom und einen Schlammstrom von heissem Heizöl und Kohlenstoffteilchen enthaltend etwa 3 bis 20 Gew.-# Kohlenstoff getrennt wird. Das Klarwasser wird in die Gaewascheinrichtung zum Waschen weiteren Reduktionsgases zurückgeführt. In einer Ausführungsform wird die Aufschlämmung von Heizöl und Kohlenstoffteilchen mit einer Temperatur von etwa 65 bis 150 C in einem temperatursteuernden Gas, wie Dampf, CO«» einem Teil eines gekühlten, im Kreislauf geführten Reduktionsgases,einem Teil eines gekühlten und gereinigten Abgases einer Erzreduktions-Bone oder einem Inertgas, wie z.B. Stickstoff, dispergiert. Die Brennstoffdispersion wird sodann durch einen geeigneten Brenner in die Reaktionszone eines strömungshindernisfreien, nichtkatalytischen Reduktionsgaegeneratora eingegeben. Gleichzeitig tritt ein sauerstoffhaltiger Gasstrom, wie beispielsweise im wesentlichen reiner Sauerstoff, bei etwa

38 bis 65⁰C in die Reaktionszone detf Gasgenerators durch

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, den Brenner ein. Die-beiden Ströme prallen aufeinander unter Bildung eines feinen Nebels, in welchem die Partialoxidation bei einer autogenen Temperatur von etwa 815 bis 193O⁰C und einem Druck von etwa 1 bis 350 Atmosphären unter Bildung von Reduktionsgas abläuft.

In der erwähnten Kohlenstoffrückgewinnungseinrichtung wird die Kohlenstoff-Wasser-Aufschwänmiung aus der Gaswaschein- ' richtung mit Naphta in Kontakt gebracht, um eine Aufschlämmung von leichtem flüssigem Kohlenwasserstoffbrennstoff und Kohlenstoffteilchen und eine geklärte Wasserphase zu bilden. Diese Wasserphase wird sodann von der Aufschlämmung in einem Dekantierer abgetrennt, mit Zusatzwasser vermischt und der Gaswascheinrichtung wieder zugeführt zur Verwendung beim Quenchkühlen und Waschen weiteren Reduktionsgasausstroms des Gasgenerators. Billiges Heizöl wird dann mit der Aufschlämmung von leichtem flüssigem Kohlenwasserstoffbrennstoff und Kohlenstoffteilchen vermischt. In einer Destillationskolonne wird der leichte flüssige Kohlenwasserstoffbrennstoff abdestilliert und zur Extraktion weiteren Kohlenstoffs 8.US der erwärmten Kohlenstoffteilchen-Wasser~Dis~ persion erneut verwendet. Eine heisse.Heizöl-Kohlenstoff- '·. teilchen-Auf schlämmung enthaltend etwa 3-20 Gew. -fo Kohlenstoff wird von der Destillationskolonne abgezogen» wahlweise mit Zusatzheizöl vermischt, in einem temperatursteixernden Gas dispergiert und in den Reduktionsgasgenerator eingegeben. .

In einer anderen erfindungsgemässen Ausfünrungsform wird, ein Teil dea Abgases der Erzreduktionszone gereinigt, gekühlt und mit einem Teil des gereinigten und gekühlten Reduktionsgases des Gaswaschturmes gemischt. Diese relativ kalte Mischung von Reduktionsgas und Abgas mit einer Temperatur von etwa Umgebungstemperatur bis 205⁰O wird auf etwa den gleichen Druck, welchen der heisse Gasausstrom des Reduktionsgasgenerators aufweist, komprimiert und-Bit

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Reduktionsgasausstrom vermischt, um einen geeigneten Reduktionsgasmisohungsstrom bei etwa 1260 bis 815⁰C zu erzeugen zur Eingabe in eine Erzreduktionszone als mindestens ein Teil des Reduktionsmittels. Wird beispielsweise diese Reduktionsgasmischung in einen Eisenerzhochofen eingegeben, so strömt die Mischung bevorzugt aufwärts durch das nach unten sich bewegende Beschickungsmaterial. Die Reduktionsgasmischung wird dem Hochofen bevorzugt oberhalb des Mantels, wo die Temperatur etwa 985 bis 126O⁰C beträgt, zugeführt.

Die Ausgangstemperatur des Abgases der Erzreduktionszone, z.B. des Eisenerzhochofens, kann etwa 150 bis 315⁰C betragen und kann etwa 0,26 bis 1,3 Gramm Staub (4 - 20 grains) und etwa 0,5 bis 3,3 Gramm Wasserdampf (7-50 grains) pro 0,02687 Nm⁵ (1 standard cubic foot) enthalten. Dieses Abgas wird gereinigt, gekühlt, getrocknet und in eine Säure-Gas-Trenneinrichtung, in welcher CO₂ und H₂S entfernt werden, eingegeben.

Die Staubpartikel aus einem Hochofen schwanken in ihrer Grosse von etwa 6,35 mm bis zu wenigen Mikrons. Beispielsweise werden übliche Hochofen-Staubabscheider verwendet, um so viel wie möglich an trockenem Staub zu entfernen. In diesem Pail strömt das Abgas abwärts durch eine zentral angeordnete, senkrechte Leitung im Staubsammler, wenn sich plötzlich die Strömungsrichtung ändert. Die Geschwindigkeit und die Richtungsänderung bewirken das Ausfällen von Ruß und festen Staubteilchen aus dem Gasstrom. Da die Trockenreinigung den Staub ohne Abkühlen entfernt, Mann die fühlbare Wärme im Abgas wahlweise durch indirekten Wärmetausch mit Wasser zurückgewonnen werden. Der auf diese Weise erzeugte Dampf kann anderweitig im Verfahren verwendet v/erden.

Der Reststaub kann mit üblichen Verfahren wie in Zentrifugiermaschinen, Zyklonabtrennern, Cottrell-Ausfällern, Filtern und Wasserwäsche entfernt werden. Naßreiniger umfassen fest-

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stehende und drehende Rieseltürme,Prallblechtürine (baffle towers) und Riesellüfter (spray fans).' Das zu waschende Gas wird auf etwa Waschwassertemperatur abgekühlt und jede bei der Sättigungstemperatur überschüssige Feuchtigkeit wird niedergeschlagen.

COp, HpS, NEU und COS können aus dem gekühlten und gereinigten Abgasstrom der Erzreduktionszone, aus dem gekühlten und gewaschenen Reduktionsgas und aus Mischungen derselben in einer Säure-Gas-Trennzone entfernt werden. Geeignete übliche Verfahren beinhalten Kühlung und physikalische oder chemische Absorption mit Lösungsmitteln wie z.B. mit N-Methylpyrrolidon, Triäthanolamin, Propylenearbonat oder alternativ mit heisser Pottaschelösung. Im Lösungsmittelabsorptionsverfahren kann das meiste im Lösungsmittel absorbierte COp durch einfaches Selbstverdampfen entbunden werden. Der Rest kann durch Strippen entfernt werden. Dies kann am wirtschaftlichsten mit kostenlosem Stickstoff, falls eine Lufttrennanlage zur Erzeugung von im wesentlichen reinem Sauerstoff (95 Mol-$ Op oder mehr) für den Reduktionsgasgenerator vorhanden ist,, erfolgen. Wahlweise kann das wiedergewonnene CO₂ dem Reduktionsgasgenerator zur Verwendung als ein Teil des oder als gesamtes temperatursteuerndes Gas wieder zugeführt werden. Das regenerierte Lösungsmittel wird anschließend der Absorptionskolonne zur Wieder-"· verwendung zugeführt. Falls notwendig, erfolgt eine Schlußreinigung, indem das Prozeßgas durch Eisenoxid, Zinkoxid' oder Aktivkohle" zur Entfernung zurückgebliebener HpS- oder Spuren organischer Sulfide geleitet wird»

Das HgS-und COS-haltige Lösungsmittel wird durch weiteres Selbstverdampfen und Strippen mit Stickstoff regeneriert. H₂S und COS werden sodann in einem geeigneten Verfahren in Schwefel umgewandelt. Beispielsweise wird im Olauss-Verfahren, siehe "Encyclopedia of Chemical Technology" , Kirk-Othmer, 2. Auflage, Vol. 19* John Whily, 1969, S. 352, ele-

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mentarer Schwefel erzeugt.. Überschüssiges S0„ kann entfernt und in chemischer Bindung an Kalkstein verworfen oder mit Hilfe eines geeigneten wirtschaftlichen Extr&ktionsverfahrens entfernt werden.

Beschreibung Qer Zeichnung -

Das vorstehend beschriebene Verfahren ist in schenuvtischer Form in seiner Anwendung auf den Hochofenbetrieb in der beigefügten Zeichnung gezeigt. Ausgezogene Linien in der Zeichnung weisen auf eine bevorzugte erfindungsgemässe Ausführungsform des kontinuierlichen Verfahrens hin. Alternative Ausführungsformen sind durch unterbrochene Linien wiedergegeben.

Mit Nr. (1) ist ein stromungshindernisfreier, nichtkatalytischer, mit feuerfester Auskleidung versehener Reduktionsgasgenerator üblicher Bauart, wie er beispielsweise im US-Patent Nr. 2.809.104 beschrieben ist, bezeichnet. Ein sauerstoff haltiges Gas aus der Leitung (2) strömt durch die zentrale Leitung (3) eines Ringbrenners (4), welcher im angeflanschten Eingang (5) am Kopf des Gasgenerators (1) in axialer Ausrichtung angebracht ist. Eine Mischung von Kohlenwasserstoffbrennstoff und Kohlenstoffaufschlämmung (nachfolgend im Verfahren erzeugt) mitgeführt in einem temperatursteuernden Gas zur Bildung einer Dispersion in der Leitung (6) strömt durch eine äußere, konzentrisch um die zentrale Leitung angeordnete Leitung, dann durch eine koaxiale, konzentrische, eich verjüngende Ringdüse (7) am Brennerabstromende (4) und anschließend in die Reaktionszone (8) des Reduktionsgasgenerators (1). Der Brennstoffdispersionsstrom und der sauerstoffhaltige Gasstrom prallen in der Reäktionszone in kurzer Abstromentfernung vom Brennerabs tromende (4) aufeinander.

Ein heisser Reduktionsgasausstroin verläßt kontinuierlich den Gasgenerator (1) durch den axial ausgerichteten, angeflanschten Ausgang (9) am Boden des Gasgeneratops (1) und strömt

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unmittelbar danach durch den Durchgang (11) -in den feuerfest ausgekleideten und isolier.ten Mischverbinder (10). Ein zweiter Reduktionsgasstrom aus der leitung (12) wird' in den Mischverbinder (10) eingeführt. Dieser zweite Reduktionsgasstrom war vorher gekühlt, gereinigt und komprimiert worden ( siehe vorhergehende Beschreibung) vor seiner. Eingabe durch den Durchgang (13) in den Mischverbinder (10). In (10) erfolgt eine Mischung mit und Abkühlung allen heissen durch den Durchgang (11) eintretenden Reduktionsgasgeneratorausstroms auf eine vorgegebene Temperatur. Ein vergleichsweise kühler und sauberer Reduktionsgasstrom verläßt den Mischverbinder (10) durch den Durchgang (H). Der HgO-Gehalt, die Temperatur und der Gehalt an mitgerissenen Kohlenstoffteilchen dieses Reduktionsgasstroms sind geringer als der durch (11) eintretende Gasstrom, aber sind etwas grosser als der durch (.13) eintretende Gasstrom.

In Abstromrichtung vom Mischverbinder (10) wird ein Teil des Mischstroms an verbessertem Reduktionsgas bei geeigneter Temperatur zur Eingabe in den Eisenerzhochofen (15) abgezogen. Das Reduktionsgas wird kontinuierlich in den Hochofen (15) eingegeben, um die Reduktion des-im Hochofen enthaltenden Eisenerzes und die Erzeugung geschmolzenen Eisens zu bewirken, durch den angeflanschten Eingang (16) und den feuerfest ausgekleideten und isolierten Windring (17), welcher den Hochofen nahe des Mantels (18) umgibt. " ' Der Mantel (18) ist ein horizontaler, schwerer Stahlring, weicher auf einer Vielzahl von Stützen (19) ruht* Der Mantel trägt das stählerne Hochofengehäuse und die innere Ausmauerung. Der stumpfkegelige Abschnitt, unterhalb des Mantels ist die Rast (20). Das Gestell (21) ist im unteren Teil des Hochofens und unterhalb der Rast (20) angeordnet. Ein Teil des Reduktionsgases strömt durch den Windring (17) und aus diesem durch eine angeflanschte Auatrittsöffnung (22), welche am anderen Ende des Windrings gegenüber dem angeflanschten Eingang (16) angeordnet ist·. Diese Anordnung

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erlaubt im vergleichsweise grossen Windring (17) eine gleichmäßige Temperierung. Auf diese Weise werden Probleme, welche eich durch ungleichmäßige Ausdehnung von Metall und feuerfester Auskleidung der Windringanlage ergeben, vermieden.

Ein Teil des Reduktionsgases aus dem Windring (17) wird durch ein Rohr (24) und Ventil (25) in eine Vielzahl von Injektoren (23) verteilt. In einem grossen Hochofen können vier oder mehr Injektoren ringförmig um den senkrechten Schacht (26) angeordnet sein.

Daa Reduktionsgas tritt durch die Injektorausrtistung (23) in den Hochofen (15) ein. Die Injektoren treten an einer Stelle oberhalb des Mantels (18) durch die Hochofenwand, wo die Temperatur an der Hochofeninnenseite etwa die gleiche wie die Temperatur des eintretenden Reduktionsgases, d.h. etwa 985 bis 1260⁰C, ist. Diese Stelle befindet sich wesentlich oberhalb der Hochofenwindformen (27), durch welche Luft oder sauerstoffangereicherte Luft aus der Leitung (28) in den Hochofen in üblicher Weise eingegeben wird. Dieee Anordnung schließt im wesentlichen eine Reaktion von heissem Bauerstoffreichen durch die Windformen (27) eingegebenen Luftstrom und dem heissen oberhalb durch die Injektoren (23) eingegebenen Reduktionsgas aus.

Bei Betrieb des Hochofens (15) werden Eisenerz, Koks und Kalkatein durch die Leitung (34) auf den Kopf des Hochofens in vorgegebenem Kreislauf geführt. Geschmolzenes Eisen und Schlacke werden am Hochofenboden durch die Leitung (35) und (36) abgezogen. Während die Beschickung langsam durch den Hoohofenschacht nach unten fällt, tritt es mit einem starken Aufstrom heisser Gase in Kontakt. Ein Teil dieser aufsteigenden Gase entstammt dem Rastabschnitt (20) des Hochofens und enthält die Reaktionsprodukte der Koksbeschikkung und heisse durch die Windformen (27) des Hochofens eingegebene Luft. Der Rest dieser aufsteigenden Gase ent-

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hält weitere Anteile Reduktionsgas einer externen Quelle ■ entstammend und wird in den Hochofen durch die Injektoren (23) eingegeben· - .

Das den Rastabschnitt des Eisenerzhochofens (15) verlassende &as hat eine Temperatur von etwa 1300⁰C und enthält (in Vol,-$): CO etwa bis 32, H₂ bis etwa 15 und N₂ etwa bis 66,5. Das Zusatzreduktionsgas, welches durch die Injektoren (23) in den Hochofen strömt, hat eine Temperatur von etwa 985 bis 1260⁰G und kann enthalten (Vol.-$, trocken)

CO .	33 -	52
H₂	62 -	• 42
co₂	1,5 -	8
CB₄	0,02 -	2
H₂S	0 -	2

COS - 0,1

bei Abwesenheit von Inertgas en, sowie Kohlenstoffteilchen von etwa 0,1 bis 8 Gew.-$ (bezogen auf Kohlenstoff im Ausgangsmaterial). Bei vollem Blasen tritt das Gas in etwa 3 Sekunden durch den gesamten Hochofen und tritt am Kopf des Hochofens durch die leitung (37) als "Abgas" mit etwa 150-bis 260⁰C aus und enthält etwa (Vol.-°/o, trocken):

CO 15 - 40

CO₂ 10 - 30

H₂ 2 - 10

N₂ 40 - 60 . Inertgase 0,5-5

Die Beschickung^ deren Zwischenräume mit aufsteigendem Reduktionsgas gefüllt sind, fällt beim Durchsatz durch den Hochofen in Bereiche höherer Temperatur. Auf verschiedenen Hochofenhöhen treten chemische Reaktionen in Abhängigkeit von den jeweils herrschenden Temperaturen gemäß Kinetik und Gleichgewicht ein. Beispielsweise tritt im oberen Schachtteil bei mäßig hohen Temperaturen von etwa 250 bis 702⁰C indirekte Reduktion von Fe₉O₇ mit CO und H₉ ein. Beispielsweise kann Fe₂O.. in drei aufeinanderfolgenden exothermen Schritten sukzessiv mit CO zu Fe,0.,FeO und. schließlich l?e

. -20-303826/0719 -

reduziert Werden. Die Gesamtreaktion verläuft nach :

Pe₂O₅ + 3C0-—» 2Fe + 3CO₂ - 1966 Kcal (I)

Freie Kohlenstoffteilc'hen, welche in das poröse Erz eindringen, können ebenfalls als Reduktionsmittel für die Eisenoxide bei etwa 505 bis 705⁰C dienen, gemäß beispielsweise folgender Gleichung:

PeO + C »Pe + CO + 16992 kcal (II)

Die für die endotherme Reaktion (II) benötigte Wärme kann aus der exothermen Reaktion (I) geliefert werden, um den Nettowärmeabaorptionseffekt zu verkleinern. Am Schachtboden, wo die Temperatur oberhalb 1260⁰C liegen kann, werden die Mangan-, Silicium- und Phosphoroxide mit Kohlenstoff reduziert.

Ein Teil des Reduktionsgases (20-60$, abhängig vom gewünschten Abkühlungsgrad) strömt durch den Windring (17) und den Austritt (22), der in Abstromrichtung vom Mischverbinder (10) angeordnet ist. Von dort strömt.dieser Reduktionsgas-'teil durch den angeflanschten Rohrabschnitt (38), den angeflanschten Eingang (39) und das Tauchrohr (40) in die untere Kammer (42) des Gaskühl- und Waschturmes (43) unterhalb der Oberfläche (41) des Waschflüssigkeitsvorrates ein. Ein konzentrisches Rohr (44) umgibt das Tauchrohr (40) und bildet einen offenendigen ringförmigen Durchgang (45) mit der äusseren Oberfläche des Tauchrohres aus. Das Reduktionsgas blubbert durch die Waschflüssigkeit im Ring (45) nach oben und tritt unterhalb des Spritzbleches (46) aus. Das Volumen und die Geschwindigkeit des Gases führen zu turbulenten Bedingungen in der Waschflüssigkeit, was hilfreich beim Auswaschen der Hauptmenge der mitgerissenen Kohlenstoffteilchen aus dein Gas und hei in Kühlen ist, Me Höhe von (41)- wird mit Hilfe des Niveaugebers (47), der Nivermsteuerung (48)

' -21-

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und dem Steuerventil.(49) bestimmt. Zusatzflüssigkeit kann durch die Leitung (50) eingeführt werden.

Das einmal gewaschene Reduktionsgas tritt in den Raum (55), v/elcher oben durch den Boden der oberen Kammer (56) des Gaswaschturmes (43) abgeschlossen wird. Die Kammer (56) kann verwendet werden, falls weiteres Waschen des Reduktionsgases notwendig ist. Jede geeignete Gas-Flüssigkeits-Waschvorrichtung kann angewendet werden. Beispielsweise können vier Kreuzstromböden mit Glocken, wie im "Perry", Seiten 18/3 bis 7 gezeigt, verwendet werden. Anschließend 'strömt das Reduktionsgas durch den angeflanschten Ausgang (57), die Leitungen (58) und (59), den angeflanschten Eingang (60) auf den Boden und durch die obere Kammer (56) nach oben aus derselben durch den angeflanschten Ausgang (61) aus.

Die Waschflüssigkeit tritt am Kopf des Gaskühl- und Waschturmes (43) durch die Leitung (62) und den angeflanschten Eingang (63) ein. In der vorliegenden Ausführungsform ist Wasser die Waschflüssigkeit. Die Waschflüssigkeit strömt durch die obere Kammer (56) nach unten über jeden Boden in direktem Kontakt mit und im Gegenstrom zum aufsteigenden Reduktionsgas und entfernt auf diese Weise im wesentlichen alle mitgerissenen. Kohlenstoffteilchen aus dem Gas. Eine Kohlenstoff-Waschflüssigkeits-Aufschlämmung verläßt die obere Kammer (56) über den angeflanschten Ausgang (64) und tritt, falls notwendig, unter Zuhilfenahme einer Pumpe _t in die untere Kammer (42) durch die Leitung (65) und den angeflanschten Eingang (66) ein. Das Niveau (41) der Kohlenstoff-Waschflüssigkeits-Aufschlämmung wird in der beschriebenen Weise gesteuert. Die Kohlenstoffkonzentration in der Aufschlämmung wird vorzugsweise bei einem Maximumwert von etwa 1 Gew.-$ gehalten, indem Aufschlämmung vom Boden des Gaswaschturmes (43) über den angeflanschten Ausgang (67),die Leitung (68), das Ventil (49) in die Kohlenstoffrückgewinnungseinrichtung (69) über die Leitung (70.) eingegeben wird.

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BIe Kohlenstoffrückgewinnungseinrichtung (69) kann jede übliche Einrichtung zum Anreichern von Kohlenstoff im Wasser und zum Erzeugen von Klarwasser sein, z.B. Filtration, Zentrifuge oder Extraktion mit einem leichten Kohlenwasserstoff brennst of f. Das Klarwasser wird zurückgeführt und auf den Kopf des Gaswaschturmes (43) durch die Leitung (62) gegeben. Kohlenstoffteilchenkonzentrat wird durch die Leitung (71) entfernt.

Wahlweise kann ein kleiner Wärmetauscher (72) in Amfstromrichtung zum Gaswaschturm und in Abstromrichtung vom Hochofen im Rohr (38) eingeordnet sein. In diesem Fall passiert das heisse den angeflanschten Ausgang (22) der Windringanlage (17) verlassende Reduktionsgas den Abhitzkessel (72) zur Dampferzeugung. Die Temperatur des Reduktionsgasea wird mit Hilfe des Abhitzkessels gesenkt, um so ein Verdampfen der Waschflüssigkeit zu verhindern. Das abgekühlte Reduktionsgas wird sodann dem Gaswaschturm (43) über den angeflanschten Eingang (39) zugeführt, in welchem weiteres Abkühlen mit einer relativ grossen Menge kälterer , z.B. 38⁰C, Waschflüssigkeit erfolgt.

Das abgekühlte und gereinigte die obere Kammer (56) des Gaskühl- und Waachturmes (43) über den angeflanschten Ausgang (61) verlassende Reduktionsgas passiert die Leitungen (74) und (75), das Ventil (76) und die Leitungen (77)/(78) zum Kompressor (79), in welchem der Gasdruck auf etwa den gleichen oder geringfügig oberhalb des im Durchgang (11) herrschenden Druck des dort ausströmenden Reduktionsgases eingestellt wird. Das abgekühlte, gereinigte und komprimierte Reduktionsgas strömt durch die Leitungen (80)/(81), die StrÖmungssteuerung (82), die Leitung (83), das Ventil (84) und die Leitung (12) in den angeflanschten Eingang (1.3) des Mischverbinders (10), um die Temperatur des heissen durch (11) eintretenden Reduktionsgasgeneratorauastroms herabzusetzen. Der Anteil gekühlten Reduktionsgases aus der Leitung (12), der benötigt wird, wird von der Strömungssteuerung (82)

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gesteuert. Die Strömungssteuerung (82) wird von Hand abhängig von der gewünschten Temperatur "des gemischten Reduktionsgases im Rohr· (14) eingestellt. Der Geber (85) überträgt ein Signal auf die Steuerung (86), welche automatisch die Ventilöffnung (84) einregelt. Die Steuerung (86) kann auch von einem Temperaturmeßgerät, welches im Durchgang (14) eingebaut wird, betrieben werden.

Überschüssiges gekühltes und gereinigtes Reduktionsgas kann dem System zur Verwendung als Heiz- oder Synthesegas durch die Leitung (87), das Ventil (88) und die Leitung (89) entnommen werden. *

In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Teil des den Kopf des Eisenerzhochofens (15) verlassenden Abgases durch die Leitung (37)/(90), das Ventil (91) und die Leitung (92) in einen üblichen Gas-Peststoff-»Separator, (93) gegeben. Ruß und Staub können aus dem Abgas dureh Vermindern der Ge-schwindigkeit und Ändern der Gasströmungsrichtung im Separator (93) entfernt v/erden. Ruß und Staub werden über Leitung (94) abgezogene Der Abgasstroia passiert die Leitung (95) und den Wärmetauscher (96)» in welchem Dampf erzeugt wird. Dann strömt das Abgas durch die Leitung (97) in einen turmartigen Wäscher (98), wo es mit Wasser, welches durch die Leitung (99) eintritt, gewaschen wird und (98) über die Leitung (100) verläßt. Diese Behandlung vermindert den Staubgehalt auf weniger als etwa 0,0013 gr/ 0,028 m⁵ und die Temperatur auf etwa 21 bis 93⁰C.

Das gekühlte und gereinigte Abgas passiert sodann die Leitungen (101) und (102) in eine übliche Säure-Gas-Trenneinrichtung (103), in welcher COp und HpS entfernt werden. Der CQ₂-Strom verläßt (103) über die Leitung (104) und der Hp'S-Strom fließt durch die Leitung (105) in..die Clauss-Anlage (106) ab und wird in Schwefel, der durch die Leitung (107) abgenommen wird, umgewandelte Das verbesserte Abgas

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passiert die Leitungen (108)/(109) # dae Ventil (110) und strömt aus der Leitung (111) in die Leitung (78), in welcher es mit gekühltem und gereinigtem Reduktionsgas aus der Leitung (77) vermischt wird. Biese Reduktionegasmieohung wird im Kompressor (79) komprimiert und in den Mischverbinder (10) über die Leitung (12), wie beschrieben, eingeführt.

Wahlweise kann alles öder ein Teil des gekühlten und gereinigten Reduktionsgases aus der Leitung (74) in die Säure-Gas-Trenneinrichtung (103) über die Leitung (112) ,,das Ventil (113) und die Leitungen (114)/(102) gegeben werden. ,

überschüssiges verbessertes Abgp.s kann Über die Leitung (115), das Ventil (116) und die Leitung (117) entnommen werden. Überschüssiges Abgas aus der Leitung (37) wird über die Leitung (118), das Ventil (119) und die Leitung (120) abgeblasen.

In den nachfolgenden Beispielen werden bevorzugte erfindungsgemässe Ausführungsformen betreffend das Abkühlen von Reduktionsgas und seine. Verwendung In, einem Eisenerzhochofen,, der im Verfahren integriert ist, beschrieben. Das Verfahren läuft kontinuierlich und die Strömungsgeschwindigkeiten aller Materialstrbme sind, pro Stunde angegeben· _r

Beispiel I. < - . ,.■·■;

15983 ITm' (594.792 standard cubic feet=SCF) Reduktionsgas enthaltend 14555 Nm⁵ (541.667 SCP) H +CO wurden durch Partialoxidation eines Kohlenwasserstoffbrennstoffβ in einem üblichen senkrechten, etrömungshindernisfreien, mit feuerfester Auskleidung versehenen Reduktionsgasgenerator erzeugt. Sas Reduktionsgas wurde bei einer autogenen Temperatur von etwa 1566^C am Ausgang der Reaktionszone und einem Druck von etwa 3 abs, Atmosphären erzeugt. Die durchschnittliche Verweilzeit im Gasgenerator betrug etwa 0,8 Sekunden. Das den Generator verlassende Reduktionsgas hatte folgende Zusammensetzung in Vol.-#:

..;■; ■^{! ;}. ■ ■■ ■■ ■ · - ■ ·- -25-

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- ²⁵ - 22U851

CO 48*55 .·■·'■-.'

H₂ 42*50

0O₂ 1*89 '

H₂O 6*83

CH₄ 0*02

Ar 0,11

N₂ 0,03

H₂S 0,07

COS Spuren

Etwa 180 kg (307 lbs) nichtumgewandelter Kohlenstoffteilchen wurden im Reduktionsgasgeneratorausstrom mitgerissen. Das Reduktionsverhältnis, d.h. das Molverhältnis ( H₂+C0)/(H₂0+ CO₂), des Reduktionsgasausstroms war etwa 10,4.

Das genannte Reduktionsgas wurde erzeugt durch kontinuierliche Eingabe der folgenden Beschickung in den nichtkatalytischen Reduktionsgasgenerator über den Ringbrenner: 5911 kg (13302 lbs) Gesamtbeschiekung enthielten 765 kg (1686 lbs) Dampf bei etwa 163⁰C und 5146 kg (11346 lbs) einer Kohlenwassers toff auf schlämmung bei 79f5°C, welche flüssigen Kohlenwasserstoff und Kohlenstoffteilchen, nachfolgend i« Verfahren aus einer Kohlenstoffrückgewinnungseinrichtung gewonnen, enthielt. Die Aufschlämmung enthielt 47»6 kg (105 lbs) Kohlenstoffteilchen und 5098,4 kg (11241 lbe) Rohäl mit den Analysendaten: C 87,09; H « 12,22; S = 0,35; Ä = 0,11; 0 » 0,18 und Asche = 0,05; einer API-Dichte von 22,8; einer Yerbrennungswärme von 10680 kcal/kg (19208 BTTJ/lb) und einer Viskosität von 950 Saybolt-Sekunden (furol) bei 50⁰C, 4246 Km^ (158,005 SCP) reiner Sauerstoff, in einem Strom von 99_t6 MoI-Ji O₂ enthalten, wurden bei 51,7⁰C in die Reaktionszone des Gasgenerators über den Brenner eingegeben.

Das gesamte heisse den Gaggenerator verlassend· Reduktionsgas wurde unmittelbar nach seinem Austritt mit 5757 Nnr (214*607 SCP) verbesserten, im Kreislauf geführten Reduktionsgases, welches nachfolgend im Verfahren auf 37,8⁰C abgekühlt und aus welchem im wesentlichen alle Kohlenstoffteilchen und

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Wasserdampf entfernt wurden, vermischt. Die Zusammensetzung des. verbesserten, im Kreislauf geführten Rediiktiönsgasstroms war im wesentlichen gleich der des Generatorgasausstroms· Das Mischen der Ströme fand in einem feuerfest ausgekleideten Verbinder in Abstromrichtung vom Ausgang des Reduktionsgasgenerators statt. Während der resultierende Strom der verbesserten Reduktionsgasmischung im wesentlichen die gleiche Analyse (auf Trockenbasis) wie der Generatorgasausstrom aufwiest war die Temperatur der den Mischverbinder verlassenden Reduktionsgasmischung auf etwa 1204⁰C und die Kohlenstoff teilchenkonzentrationen auf etwa 26 Gew.-# vermindert worden. Die tatsächliche Zusammensetzung der verbesserten Reduktionsgasmischung lautet:

CO 49,49

H₂ 43,33

CO₂ 1,93

H₂O 5,02

CH₄ 0,02

Ar 0,11

H₂ 0,03

H₂S 0,07

COS Spuren . . .

Das Reduktionsverhältnis der Reduktionsgasmischung stieg auf 13,4. Dieter Wert bedeutet ein· 3θ£ Steigerung gegen« über des Wert für da« aus dem Gasgenerator ausströmende Gas. Dieser Wert ist auch ein entscheidender wirtschaftlicher Torteil· Je höher das Reduktionsverhältnis ist, um so niedriger 1st allgemein der Anteil Gas, der zur Reduktion einer bestimmten Erzmenge benötigt wird.

Etwa 15677 Ha⁵ (583.449 SCP) verbesserter Reduktionsgasmischung von 1204⁰C wurden in einen üblichen , senkrechten Eisenerzhochofen vom Schachttyp über etwa 4 bogenförmig oberhalb des Mantels des Hochofens angeordnete Injektoren in denselben eingegeben. Die Temperatur an der Innenwand des Hochofens nahe der Injektorenhöhe war etwa die gleiche, wie die des eingegebenen Reduktionsgases· Eine grosse Windring-»

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leitung, welche den Schacht de^g ,Jioclxqfens umgibt, verte^te das Reduktionsgas-auf die, Injektoren» .,; , , «■..,-■

Der Eisenerzhochofen wurde mit Eisenerz, metallurgischein Kok^s und, Kalkst ein beschickt. LUf t vmrde ,durch eine Tflelzahl von umgreifenden, nahe de,s Rastbodens angeordneten, Windformen eingeblasen. P.eriqdiseh wurde der· Hochofen angestochen und Schlacke und Eisen durch getrennte.Öffnungen nahe des Hoehofenbqdens abgezogen.Abgas wurde am Kopf des Hochofens abgezogen und zeigte.die\folgende Analyse. (Vol.-fo_r trocken): ■- . -■....-

CO γ 25 :■-..: ' . ; - \ . · CO₂ 20 - ■

H₂ 50 '..' ..

H₂ 4 -

Inertgase 1
Staub wurde im Abgas mitgerissen.

Gewöhnlich werden im Hochofenbetrieb etwa 0,6 bis 1,1 tons Koks pro ton erzeugten Eisens in den Hochofen eingegeben. In diesem Beispiel jedoch wurde das Verhältnis vorteilhaf— terweise verkleinert. So wurde ein Teil des metallurgischen Kokses durch extern erzeugtes Reduktionsgas, welches in* den Hochofen eingegeben wurde _f ersetzt.

6071 Nm⁵ (225.950 SCF) Reduktionsgas verließen die Wind- ' ringleitung durch einen am anderen Ende gegenüber dem Ein^ gang angeordneten Ausgang. Dieser Reduktionsgasteil wurde sodann mit Wasser in einer Gssktihl- und Waschzone, wie beschrieben, gequencht und gewaschen. Im wesentlichen aller Wasserdampf und mitgerissene Kohienstoffteilchen wurden aus dem Reduktionsgas entfernt. In der Kohlenstoffrückgewinnungsanlage wurde Klarwasser aus der Kohlenstoffteilchen-Wasser-Dispersion abgetrennt und der Gaskühl- und Waschzone wieder zugeführt. Eine Kohlenstoffteilchen-Heizöl-Aufschläm mung wurde der Kohlenstoffrückgewinnungsanlage zur.Rückführung ala Generatorbeschickung entnommen.' Das gekühlte und

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,gereinigte, verbesserte Reduktionsgas wurde auf etwa 5 Atmosphären komprimiert und es wurden 5757 Nm^ (214.607 SCP) von 37»8 C mit allem heissem Reduktionsgr.ageneratorausstrom im Mischverbinder wie beschrieben, vermischt.

Beispiel II'

Dieses Beispiel gibt eine erfindungsgemässe Ausftihrungsform wieder,in welcher alles heisse aus dem Gasgenerator ausströmende Reduktionsgas mit einem Teil des gekühlten, gereinigten und im Kreislauf geführten Reduktionsgases plus einem Teil des gereinigten, gekühlten und im Kreislauf geführten Abgases aus einem Eisenerzhochofen vermischt wurde. Die weiteren Einzelheiten dieser Ausführungsform entsprachen im wesentlichen denen des Beispiels I. So waren der Reduktionsgasgenerator, die Beschickung und die Verfahren&bedingungen desselben, sowie die Analyse des Reduktionsgasausstroms aus dem Gasgenerator gleich Beispiel I.

Etwa 3999 Nm⁵ (148.844 SCF, trocken)Abgas vom Hochofen mit etwa 149⁰C wurden mit üblichen Methoden gekühlt und gereinigt unter Erzeugung einer Gf.smischung im wesentlichen bestehend aus CO = 3ί.25; H₂ = 5,0; N₂ = 62,5 und Inertgas = 1,25 (in'Mol-70. Etwa 3200 Nm⁵ (119.075 SCP) dieses verbesserten Abgases mit 37,8⁰C wurden mit etwa 3200 Nm gekühlten und gereinigten Reduktionsgases aus der Gaskühl- und Waschzone des Beispiels I mit 37,8⁰C vermischt. Diese Reduktionsgasmischung hatte folgende Zusammensetzung:

CO 40,82

H₂ 19,75

CO₂ 0,87

CH₄ 0,76

Ar 0,05

H₂S 0,03

N₂ 37,72

Wurden. 6400 Nm⁵ (238.150 SCP) dieser Reduktionsgesmischung mit 37,8⁰C im Mischverbinder mit 15998 Nm⁵ (595.375 SCP)

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heissem Reduktionsgasausstroms vom Gasgenerator vermischt, wurde eine Reduktionsmischung mit etwa' 1204⁰C und der folgenden Zusammensetzung erzeugt: ' ■

CO 45,94

H₂ 36,61

CQ₂ 1,61 -

CH₄ 0,23

Ar 0,09 ,

H₂S 0*06

H₂O 4,93

N₂ 10,53 · '

Das Reduktionsverhältnis war 12,6 und lag um-21 f» über dem für den Reduktionsgp.sausstrom des Generators. Zur direkten Erzreduktion sollte, das Reduktionsverhältnis ein höchstmöglichen Wert aufweisen, um eine maximale Wirksamkeit bei der Reaktion mit Metalloxiden zu erzielen'.

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Claims

T 72054 (D 71,957-F)

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung einer Mischung eines Reduktionsgßses, dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein Kohlenv.'p.s scr st off brennst off mit eineis Sßuer3toffhaltigen Gas durch Partialoxidation wahlweise in Gegenwart eines temperatursteuernden Gases in einer Btröraungshindernisfreien Reaktionszone eines Reduktionsgasgenerators bei einer autogenen Temperatur von etwa 815 bis 1930 C und einem Druck von etwa 1 bis 350 Atmosphären umgesetzt wird,

b) in einer getrennten Mischzone der Reduktionsgasausatrom der Reaktionszone mit einer verbesserten^im Verfahren nachfolgend gewonnenen Gasmiscliung unter Bildung einer verbesserten Reduktionsgaamischung mit verminderten Anteilen an Wasserdampf und Kohlenstoffteilchen vermischt wird,

c) ein Teil der verbesserten Reduktionsgasmischung in eine Gaskühl- und Waschzone, welche in Abstromrichtung von der Mischzone angeordnet ist, eingegeben wird

und

d) die gekühlte und gereinigte Reduktionsgasmischung aus der Gaskühl- und Waschzone abgezogen, auf einen Druck, welcher gleich oder höher als der Druck des Reduktionsgasausstroms des Generators ist, komprimiert und die komprimierte Reduktionsgasmischung in die Mischzone als verbesserte Gasmischung eingegeben wird.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e kennz e i chne t ,. daß der gesamte Reduktions-

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■ - ⁵¹ ".-."■" 2244B51

gasausstrom der Reaktionszone mit einem genügenden Anteil verbesserter Gasmischling vermischt wird, um die . verbesserte Reduktionsgasmischung bei"einer.vorgegebenen Temperatur zu erzeugen, und ein Teil des verbesser-. teisReduktionsgases in eine. Erzreduktionszone, Vorzugs-' weise einen Erzhochofen, eingegeben wird.

5·) Terfahren nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekenn ζ "ei chnet, daß mit einem sauerstoffhaltigen Gas, wie sauerstoffangereicherter Luft mit mehr als 21 Mol-% 0^, oder im wesentlichen reinem Sauerstoff mit mehr als 95 Mol-% 0^, partialoxidiert wird.

4-.) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem temperatursteuernden Gas, wie H^Ö, GOp, ^o (vorzugsweise, als Luft), einem gekühlten Reduktionsgasanteil, gekühltem Abgas einer integrierten Erzreduktionszone, verschiedenen Abgasen aus anderen Verfahren und Mischungen-derselben, gearbeitet wird,

5·) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des verbesserten Reduktionsgases aus der Mischzone bei· · etwa 985 bis 1260⁰C in den Hochofen eingegeben wird.

6.) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß GOp und H^S aus dem die Gaskühl- und Waschzone verlassenden Beduktionsgasmischung entfernt werden.

7.) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,' d a durch gekennzeichnet,· daß mindestens ein Teil des Abgases einer Erzreduktionszone gekühlt und gereinigt und dieser Teil mit mindestens

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eingegangen

eins» _Ιβΐϊ ,.. ₆eKü_hlten

gases aus der Gaskühl- und Waschzone vermischt wird ^: unter Bildung der verbesserten Reduktionsgasiiischung, welche komprimiert und in die Mischzoneeingegeben wird, und

ein Teil der verbesserten Reduktionsgasmischung aus der Mischzone in die Erzreduktionszone eingegeben wird.

8.) ,Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Mischzone mit einem getrennten Kessel, welcher keine Strömungshindernisse enthält, gearbeitet wird.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine verbesserte Reduktionsgasmischung mit etwa 570 bis 38 C und einem Kohlenstoffteilchengehalt von etwa 1 bis 8 Gew.-% (bezogen auf den Kohlenstoff im Ausgangsmaterial) erzeugt wird.

10.) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasstrom der Erzreduktionszone gereinigt und gekühlt wird und dieser Strom mit einem gereinigten und gekühlten Reduktionsgasstrom entstammend dem Verfahrensschritt d) des Anspruchs 1 vermischt wird unter Bildung der verbesserten Reduktionsgasmischung, welche in die Mischzone eingegeben wird.

11.) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d ädurch gekennzeichnet, daß etwa 0,2 bis 0,6 Mole verbesserter Reduktionsgasmischung pro Mol Reduktionsgasausstrom des Gasgenerators in die .Misch zone eingegeben wird.

12.) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der verbesserten Reduktionsgasmischung bevor diepelbe in die Gaskühl- und Waschzone eingegeben wird, durch einen Abhitzkessel zur Dampferzeugung strömt.

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13.) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u-r ch gekennzeic h η et * daß CO^ und HpS aus dem Abgas der Erzreduktionszone, aus dem die Gaskühl- und Waschzone verlassenden Reduktionsgasmischung oder aus beiden entfernt werden»

14») Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad.urch gekennzeichnet, daß ein verbesserter Reduktionsgasstrom aus der Reaktionszone bei etwa 985 bis 1260⁰G hergestellt wird.

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