DE2244851C3 - Verfahren zur Herstellung eines zur Erzreduktion verwendbaren Reduktionsgases - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines zur Erzreduktion verwendbaren Reduktionsgases

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zur Erzreduktion, insbesondere zur Eisenerzreduklion in einem Hochofen, verwendbaren Reduktionsgases durch Partialoxydation eines Kohlenwasserstoffbrennstoffes mit einem sauerstoffhaltigen Gas wahlweise in Gegenwart eines temperatursteuernden Gases in einer strömungshinderniifreien Reaktionszone eines Gasgenerators.
Bekanntlich können Eisenerze mit einem hohen Gehalt an Eisenoxiden in üblichen Eisenerzhochöfen mit Reduktionsmitteln, die in der Hauptsache CO und C enthalten, zu metallischem Eisen reduziert werden. Hierbei besteht ein Teil des Beschickungsmaterials aus Koks, und zwar wird im allgemeinen der Hochofen mit etwa 1,5 kg Koks je kg Eisenerz beschickt. Man kann in einer besonderen Erzreduktionszone auch den Koks ganz oder teilweise durch ein außerhalb des Hochofens erzeugten Reduktionsgasstrom ersetzen, wie dies beispielsweise in den US-PS 27 40 706 und 35 91 364 beschrieben worden "κλ
So betrifft die US-PS 35 91 364 die Erzeugung eines Reduktionsgases, das im wesentlichen aus Hi und CO besteht und ein sogenanntes Reduktionsverhältnis
H2 + CO/H2O + CO2
von mindestens 15 besitzt. Dieses Reduktionsgas wird aus flüssigen Kohlenwasserstoffbrennstoffen durch Partialoxydation mit einem sauerstoffhaltigen Gas im wesentlichen in Abwesenheit von zusätzlichem Wasser erhalten. Die Temperatur in der Reaktionszone des Gasgenerators liegt bei etwa 815 bis I93O°C und wird durch temperaturmoderierende Gasmischungen gesteuert, z. B. durch Einführung von gereinigtem und gekühltem Abgas aus einer Erzreduktionszone. Das so hergestellte Reduktionsgas kann u. a. zur Reduzierung von Erzen verwendet werden.
Die nach bekannten Verfahren hergestellten Reduktionsgase können in der Regel nicht direkt in die Erzreduktionszone eines Hochofens eingeführt werden, da sie nicht die beim Eintritt in die Reduklionszone erforderlichen Bedingungen erfüllen. So haben diese Reduktionsgase zu huhe Temperaturen, enthalten einen einen unerwünschten, weil für das Reduktionsvermögen nachteiligen Wasserdampfanteil und weisen einen ebenfalls unerwünschten Gehall an mitgerissenen Kohlcnstoffteilchen auf.
Vorliegender Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Reduktionsgases zu schaffen, das zur Erzreduktion, insbesondere zur Eisenerzreduktion in einem Hochofen, geeignet ist und dabei in wirtschaftlich vorteilhafter Weise so konditioniert wird, daß es beim Verlassen der Gaserzeugungsanlage direkt /.. B. der Erzreduktionszone eines Hochofens zugeführt werden kann.
Das Verfahren gemäß der Erfindung geht von Kohlenwiisscrstoffbrcnnstoffen aus. die in an sich bekannter Weise durch partielle Oxydation mit einem sauersloffhaltigcn Gas wahlweise in Gegenwart eines lemperaturstcuerndcn Gases in einer sirömiingshindernisfreien Keaklions/one eines Gasgenerators bei einer
autogenen Temperatur von eiwu 815 bis |930"C und einem Druck von etwa I bis 350 Atmosphären umgesetzt werden, Das Verfahren löst die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß
a) der Reduktionsgasausstrom nach Verlassen der Reaktionszone in einer getrennten Mischzone mit einem über eine Gaskühl- und Reinigungszone zurückgeführten, gereinigten und gekühlten, verminderte Anteile an Wasserdampf und Kohlenstoffteilchen enthaltenden Reduktionsgasstrom vermischt wird,
b) ein Teil der so erhaltenen Reduktiorisgasmischung in die Gaskühl- und Reinigungszone, die in Abstromrichtung hinter der Mischzone angeordnet ist, eingegeben wird,
c) die gekühlte und gereinigte, verminderte Anteile an Wasserdampf und Kohlenstoffteilchem enthaltende Reduktionsgasmischung aus der Gaskühl- und Reinigungszone abgezogen und auf einen Druck, der höher als der Druck des den Gasgenerator verlassenden Reduktionsgasausstroms ist, komprimiert und alsdann in die Mischzone zurückgeführt wird,
d) während ein anderer Teil der in der Mischzone gebildeten Reduktionsgasmischung auf eine geeig- 2~> nete Temperatur heruntergekühlt wird, bevor er in den Hochofen eingegeben wird.
Es wird demnach das gesamte den Gasgenerator 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 Reduktionsgasstronis. In Abstromrichtung von der Mischzone wird ein Teil des verbesserten Reduktionsgasstroms kontinu- π erlich abgezogen und in eine Erzreduktionszone, wie z. B. in einen Eisenerzhochofen, eingegeben. Der Rest des verbesserten Reduktionsgases wird über eine Gaskühl- und Reinigungszone geführt, der gekühlte und gereinigte Reduktionsgasstrom komprimiert und mindestens .in Teil davon in die Mischzone als verbessertes, im Kreislauf geführtes Reduktionsgas zurückgeführt. Wahlweise wird ein Teil der Abgase der Erzreduktionszone gekühlt, gereinigt und zur Kohlendioxid- und Schwefelwasserstoffentfernung in bekann- -n tcr Weise behandelt. Mindestens ein Teil dieses behandelten 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.d.is Molverhältnis
(H2+ CO)/(H,O+ CO2)
des Reduktionsgases erhöht. Dies bedeutet, daß durch Eingabe des verbesserten Reduktionsgases in eine Erzrcduktionsanlage, wie in einen Eisenerzhochofen, das Gewicht des einzusetzenden metallurgischen Kokses pro Gewichtseinheit des erzeugten Metalls w vermindert werden kann.
Weiler wird mit Hilfe des vorliegenden verbesserten Verfahrens die Temperatur des den Gasgenerator verlassender Rcdtikiioiisgascs unmittelbar auf eine zur Eingabe in eine Erzreduktionszone geeignete Tempera- h tür reduziert. ohn<: daß kostspielige Gasqucneh- oder Wärmetauschausriistungen benötigt werden. Durch das Herabsetzen eier Gaste i.-peralur gemalt dem erfin· dungsgemiißen Verfahren werden thermisch bedingte Zerstörungen an den den Reduktionsgasgenerator und die Erzreduktionszone verbindenden Leitungen oder ar, irgendwelchen in diesem Bereich der Leitungen liegenden Wärmetauschern vermieden. Zusätzlich zum Kühlen des Reduktionsgases im erfindunsgemäßen Verfahren werden die Mengen an Wasserdampf und mitgerissenen Kotilenstoffteilchen im Reduktionsgas wesentlich herabgesetzt. So wird ein verbessertes und wirksameres Reduktionsgas erhalten.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß große Abhitzekessel und Quenchkessel, die gewöhnlich zum Kühlen des Ausstromgases verwendet werden, nicht mehr erforderlich sind und daher die Aufwendungen hierfür eingespart werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist für viele Erzreduktionsverfahren eine ausgezeichnete Ergänzung, indem es hierfür die geeignet konditionierten Reduktionsgasanteile liefert. Beispielsweise kann das Verfahren in Verbindung mit einem P?senerzhochofen zur Gewinnung metallischen Eisens ;'us Eisenoxiden, mit einem Wirbelschichtbett gepulverter Erze, mit einem Drehofen zur Erzreduktion oder mit einem Schachtofen zur Eisenerzreduktion zu Schwamiiwiscn verwendet werden.
Das Reduktionsgas wird in der feuerfesten Reaktionszone eines Strömungshindernisfreien, ungepackten, nichikatalytischen Gasgenerators in an sich bekannter Weise erzeugt (siehe z. B. US-PS 28 09 104).
Unter »Kohlenwasserstoffbrennstoff« werden sowohl gasförmige als auch flüssige Kohlenwasscrstoffbrennsioffe als Ausgangsmaterialien verstanden. Ferner umfaßt dieser Ausdruck auch Ausgangsmaterialien wie die folgenden:
1) Pumpbare Aufschlämmungen von festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffen, z. B. von Kohle, Kohlenstoffteilchen und Petrolkoks in z. B. Wasser oder flüssigem Kohlenwasserstoffbrennstoff, und Mischungen derselben,
2) Gas/Feststoff-Suspensionen, z. B. feingemahlene, feste, kohlenstoffhaltige Brennstoffe, dispergiert entweder in einem temperatursteuemden Gas oder einem gasförmigen Kohlenwasserstoff, und
3) Gas/Flüssigkeit/Feststoff-Dispersionen, z. B. fcinverteilter, flüssiger Kohlenwasserstoffbrennstoff und Kohlenstoffteilchen, dispergiert in einem temperatursteuernden Gas.
Als flüssiger Kohlenwasserstoffbrennstoff kommen viele verschiedene Materialien in Betracht, z. B. Flüssiggas, Erdöldestillate und -rückstände, Gasolin. Naphtha. Kerosin, Rohöl, Asphalt, Gasöl, Rückstandsöl. Teersandöl. aromatische Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Toluol. Xylolfraktionen, Kohlcteer, Kreislaufgasöl aus Wirbelschicht-Crackverfahren. Furfurolextrakte des Koksgasöls sowie Mischungen derselben. Unter den gasförmigen Kohlenwassersioffbrennstoffcn sind als Ausgangsmaterialien z. B. Methan, Äihan. Propan, Butan, Pentan, Erdgas, Wassergas, Koksofengas. Raffincriegas, Acetyler /estgas, Äthylenabgas und Mischungen derselben geeignet. Gasförmige und flüssige AusgangsmateriaÜen können vermischt und gleichzeitig verwendet werden und können paraffinischc,olefinische und aromatische Verbindungen in jedem Anteil bedeuten. Das Kohlcnwassersloffausgangsnuitcrial kann bei Raumtemr>i:ratiir vorliegen oder auf eine Temperatur von ciwa .11 5 bis hWC. aber unterhalb seiner Cracktempcraiur. vorgeheizt werden. Das
llussige kohicnw assci stoffausgangsnialcnal kann dem Brenner in flüssiger Phase oder als verdampftes Gemisch mil oder ohne Dampf oder einem anderen Moderator zugeführt w erden.
Wahlweise kann the limsel/iing im Gasgenerator m Gegenwart eines f emperatiirmoderatoi s zur SI cue rung der Temperatur in tier Keaklionszone erfolgen. Sein Ijnsal/ hängt allgemein vom (711 Verhältnis des Ausgangsmaterials ah.
Beispielsweise wird ein Temperaturmoderator im allgemeinen nicht heim I insatz gasförmiger Kohlen vv. assers I off brenn s ι of Ie verwendet.
I üblicherweise dient 1Ι.·() zum Steuern der Icnipcra tür in der Reaktionszone des Reduktionsgasgencralors Is kann auch mit den anderen AusgangsmatenaKtromen im Generator reagieren. Is können aber auch ändert, geeignete I emperaturmoder.itoren. z. Ii ( < ) >. gegebenenfalls ■ η Kombination mit IM), verwendet
Keduktionsgases nicht zu beeinträchtigen, sollte ledoch nur eMie möglichst geringe Menge an 11 <() und oder < <) \ uu endet w erden.
Die Ausgangsmalenalsirome re.igieren in bekiinnter Weise durch Par'ialowdation ohne Katalysator in der Reakiionszone Lines stromungshindernislieien Gas generators. Die Mischung des Reduktionsgas- Aus Stroms kann folgende /usiimmensetziing (in Vol.-"··. trocken) unter de Annahme, dall die Inertgase ν erruichlassiL'b.i'' sind, aulw eisen:
' O 3 3 >2
Il b2 -42
< o. 1.3-K
( H: 0.02 2
IIS -2.0
( os -0.1
bmder eingegeben.
Ijn Teil der so erhaltenen, verbesserten Reduklions gasmischung wird in die Krzreduktionszonc. z. H. einen Hochofen, eingegeben. lün anderer feil der verbesser ten Rediiklionsgasmischuiig wird gleichzeitig in eine Gaskühl- und Wascheinrichtung emgcführl. wo sie weiter abgekühlt wird. Das Gas wird in an sich bekannter We se durch Waschen von Kohlensloffleil dien befreit und sein Wassergehalt vermindert. Anschließend wird es auf einen Druck, der gleich oder höher als der Druck des den Gasgenerator verlassenden Redukttonsgas.iusstroms ist. komprimiert und alsdann zum Mischverhinder zurückgeführt.
Die gleichzeitige Zuführung eines Teils lies verbesserten Reduktionsgases zum Hochofen und eines anderen I c'ils dieses Gases (20 — Wl'ln, abhangig vom gewünschten .Abkühlungsgrad) zur Gaskühl· und Wascheinrichtung erfolgt zweckmäßig über einen den Hochofen
Hei Verwendung flussiger Kohlenwasserstoffbrenn siolfe ijc".ragt tier Gehalt an KohlenstoMteilc'nen im (i,:s,· ";'-s!rom etwa n.2 Its 12 Gew.-"'·· (bezogen auf den Kohienstotfsreha!' des Aiisgangsmatcrials). beim l.insat/ t.isformiger Brennstoffe ist er dagegen \ernachlässigh.ir gering.
Die Pjrtiidoyu.latiorisreaküon erfolgt in der Reaktions/nne des Gasgenerators bei einer autogenen Temperatur Non etwa H] 5 hi* :9 30 ( . ν orzugsw eise hei e'w a i 300 bis IhOO ( . und einen Druck \on etwa I Ns l')(> Atmosphären.
Dc gesamte heiße Reduktionsgasaiisslrom wird nach \e"l::S'icn des Gasgenerators auf eine geeignete Temperatur zur F-jngabe in die I.rzreduktionszone ,■•bgekiihit. Beispielsweise wird ;r einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform, in der die Krzreduktionszone ein üblicher Eisenerzhochofen ist. eine Reduküonsgastemperatur von etwa 985 bis 1260" C eingestellt. Die Abkühlung erfolgt in einem Reihenmischverbinder (iniine mixing connector). Das gesamte, den Gasgenerator verlassende heiße Reduktionsgas wird gleichzeitig mit einem im Kreislauf geführten, verbesserten Redukiionsgasstrom in den Mi.schverbinder gegeben, wobei der verbesserte Reduktionsgasstrom vorher auf etwa 38 bis 370'C abgekühlt, getrocknet, im wesentlichen von allen mitgerissenen Kohlenstoffteilchen gereinigt und auf etwa den gleichen Druck wie das den Gasgenerator verlassende heiße n Reduktionsgas kornprimien wird. Vorzugsweise werden etwa 0.2 bis 0.6 Mol des verbesserten Reduktionsgases pro Mo! Rcdiiktionsgasausstrom in den Mischvcr-
tn richtung kann eine übliche, bekannte Anlage sein. Vorzugsweise wird der Gasstrom unter die Oberfläche einer Ouench und Waschllussigkeit mit Hilfe einer I auchnihranlage geführt.
Wahlweise k mn ein leil der Wärme des Hen W indnng ν erlassenden Redukl onsgases beim Passieren eines Abhitzekessels wiedergewonnen und z.H. zur Danipler/eugiing genutzt werden. Dieses Abkühlen wird vor .'er l.ingabe des Reduktionsgases in die Gaswascheinrichtung vorgenommen. Da das \erbesser-Ie Reduktionsgas kurz vorher im Mischverbinder gekühlt vviij. kann ein vergleichsweise kleiner Abhitzekessel verwendet werden.
I ,ills erforderlich, kann der Gehall an mitgerissenen Kohlenstoffteilchcn weiter vermindert werden, indem der Gasausstrom ein oder zwei weitere Waschanlagen passiert. Heispielsweise kann ein Wäscher mit Mundstuck (orificc-tvpe scrubber) oder ein Venturi- oder Dusenwascher. wie sie beispielsweise in »Perry's Chemical l-ngireer's Handbook«. 4. Aufl.. '.IcGravv-Hill. 146 3. Seiten 18 54 bis 5b. gezeigt weiden, verwendet w erden.
Die Waschflüssigkeit kann nacheinander eine I- bis 4si;;figc Gasw.ischzone im Gegenstrom /um Reduktionsgasstrom. λ elcher von Kohlenstoffteilchen freigewaschen wird, durchströmen. In einer bevorzugten Anordnung wächst die Konzentration von Kohlenstoff !eilchen im flussigen Waschmedium an. wenn das Medium von der letzten in die erste Stufe fl eßi. Die Kohlenstoffdispersion in der die le'.zte Stufe verlassenden Waschflüssigkeit enthält etwa 0.02 bis 1.5 Gew.-% Kohlenstoffteilchen. Die Aufschlämmung von Kohl. istoffteilchen in der die erste Stufe verlassenden Waschflüssigkeit enthält etwa 0.5 bis 20 Gew.-% Kohlenstoffteilchen. Wahlweise können diese Aufschlämmungen als getrennte Ströme abgezogen werden als Kreislaufwaschflüssigkeit oder als Brennstoff.
Die Reduktionsgasmischung verläßt die Gaswaschzone im wesentlichen frei von mitgerissenen Kohlenstoffteilchen und mit einer Temperatur von etwa 370 bis 38'C. Wie bereits erwähnt, wird dieses Gas nun auf einen Druck etwa gleich dem des den GcSgenerator verlassenden Reduktionsgases komprimiert und dem Mischverbinder wieder zugeführt.
Die Waschflüssigkeit kann Wasser oder ein flüssiger Kohlenwasserstoff sein. Ist die Waschflüssigkeit ein
turgrenze durch die Crack:emperatur des flüssigen Kohlenwasserstoffes begrenzt, während die untere
Tempcraturgren/e oberhalb des Taupiinkics liefen muß. Der Anteil verdampfer Wuscliflüssijrkcil im Ubcikopfstrom des Wäschers kann im bevorzugten Bereich von etwa ') bis 5 MoI-0Zu (bezogen auf Mol Wiisehflüssigkeit) aufrechterhalten werden bei Verwen- < dung einer 480C und höher siedenden schweren, flüssigen Kohlen wasserstoff rückstandsfrak tion als Waschflüssigkeit. Der Druck in der Wasch/one liegt bei etwa I bis 3"3O Atmosphären, vorzugsweise ist er etwa der gleiche wie im Gasgenerator. Ist die Reduktions/o- m nc ein Hisenerzhochofcn. so ist ein Druck von 1 bis r) Atmosphären in der Waschzonc geeignet. Die Temperatur des flüssigen Kohlenwasserstoffes als Waschflüssigkeit in der Waschzone beträgt etwa 65 bis K)OC. Ist die Waschflüssigkeit Wasser, beträgt die r> Temperatur des Wassers etwa 205 bis 38 C. Die obere Temperaturgrenzc wird von der Sättigungstemperalur bei dem im Gaswäscher gegebenen Druck festgelegt, um so das Wasser im wesentlichen in flüssiger Phase /ti halten. .?(>
Ks ist aus wirtschaftlichen Erwägungen heraus erwünscht, klare Waschflüssigkeit aus der Kohlenstoff-Waschflüssigkeits-Aiifschlämmiing zu erhalten und im Kreislauf zu führen. Dies kann mit jeder geeigneten Maßnahme. z.B. nitrieren, Zentrifugieren. Schwer- :> kraflabscl/cri und Extraktion mit flüssigem Kohlenwasserstoff, wie es im US-Patent 3147 093 beschrieben wird, erreicht werden.
In einer bevorzugten Ausführiingsform der Erfindung wird Wasser als Waschflüssigkeit verwendet und die m Kohlenr'off-Wasser-Aufschläminung aus der Gaswascheinrichtung in eine Kohlenstoffrüekgewinnungseinrichtung gegeben, in welcher die Aufschlämmung in einen Klarwasserstrom und einen .Schlammstrom von heißem Hei/öl und Kohlenstoffteilchen enthaltend etwa π 3 bis 20Gew.-n/(i Kohlenstoff getrennt wird. Das Klarwasser wird in die Gaswascheinrichtung zum Waschen weiteren Reduktionsgases zurückgeführt. In einer Ausführungsform wird die Aufschlämmung von Heizöl und Kohlenstoffteilchen mit einer Temperatur -w von etwa 65 bis 150'C in einem temperatursteuernden Gas, wie Darnpi, COi, einem Teil eines gekühlten, im Kreislauf geführten Reduktionsgases, einem Teil eines gekühlten und gereinigten Abgases einer Erzreduktionszone oder einem Inertgas, wie z. B. Stickstoff. 4-, dispergicrt. Die Brennstoffdispersion wird sodann durch einen geeigneten Brenner in die Reaktionszone eines Strömungshindernisfreien, nichtkatalytischen Reduktionsgasgenerators eingegeben. Gleichzeitig tritt ein sauerstoffhaltiger Gasstrom, wie beispielsweise im in wesentlichen reiner Sauerstoff, bei etwa 38 bis 65 C in die Reaktionszone des Gasgenerators durch 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 19300C und einem Druck von etwa 1 bis 350 Atmosphären unter Bildung von Reduktionsgas abläuft.
In der erwähnten Kohlenstoffrückgewinnungseinrichtung wird die Kohlenstoff-Wasser-Aufschwämmung aus der Gaswascheinrichtung mit Naphtha 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 Keduktionsgasauvitroms des Gasgenerators. Billiges Heizöl wird dann mit der Auf schlämiming von leichtem flüssigem Kohlcnwassersioffbrennstoff und Kohlcnstoffleilchen vermischt. In einer Destillationskolonne wird der leichte flüssige Kohlenwassersloffbrennstoff abdestilliert und zur Extraktion ueiteren Kohlenstoffs aus der erwärmten Kohlcnsloffteilchcn-Wasser-Dispersion erneut verwendet, Eine heiße 1 leizöl-Kohlcnslofftcilchen-Aufsehlämmiing, enthaltend etwa 3 — 20 Gew.-% Kohlenstoff, wird von der Destillationskolonne abgezogen, wahlweise mit Zusatzheizöl vermischt, in einem tcmpcraturstcuernden Gas dispergiert und in den Rediiklionsgasgcnerator eingegeben.
In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Teil des Abgases der Erzreduktionszone gereinigt, gekühlt und mit einem Teil des gereinigten und gekühlten Rcdiiktionsgascs des Gaswasehturmcs gemischt. Diese relativ kalte Mischung von Reduktionsgas und Abgas mit einer Temperatur von etwa Umgebungstemperatur bis 205 C wird auf etwa den gleichen Druck, welchen der heiße Gasausstrom des Reduktionsgasgcncrators aufweist, komprimiert und mit dem Reduktionsgasausstrom vermischt, um einen geeigneten Reduklionsgasmischungsstrom bei etwa 1260 bis 815 C zu erzeugen zur F.ingabe 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 1260X beträgt, zugeführt.
Die Ausgangstemperatur des Abgases der Erzrcduktionszone. z.B. des Eisenerzhochofens, kann etwa 150 bis 31 5°C betragen und kann etwa 0.26 bis 1.3 Gramm Staub und etwa 0,5 bis 3.3 Gramm Wasserdampf pro 0.02687 NmJ enthalten. Dieses Abgas wird gereinigt, gekühlt, getrocknet und in eine Säure-Gas-Trenneinrichtung, in welcher CO2 und HiS entfernt werden, eingegeben.
Die Staubpartikel aus einem Hochofen schwanken in ihrer Größe 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 Fall 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, kann die fühlbare Wärme im Abgas wahlweise durch indirekten Wärmetausch mit Wasser zurückgewonnen werden. Der auf diese Weise erzeugte Dampf kann anderweitig im Verfahren verwendet werden.
Der Reststaub kann mit üblichen Verfahren wie in Zentrifugiermaschinen, Zyklonabtrennern, Cottrell-Ausfällern, Filtern und Wasserwäsche entfernt werden. Naßreiniger umfassen feststehende und drehende Rieseltürme, Prallblechtürme (baffle towers) und Riesellüfter (spray fans). Das zu waschende Gas wird auf etwa Waschwassertemperatur abgekühlt und jede bei der Sättigungstemperatur überschüssige Feuchtigkeit wird niedergeschlagen.
CO2. H2S, NH) und COS können aus dem gekühlten und gereinigten Abgasstrom der Erzreduktionszone.
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uns dem gekühlten und gewaschenen Reduktionsgas und ims Mischungen derselben in einer Säure-Cias-Trenn/one entfernt werden. Cjeeignctc übliche: Verfahren beinhalten Kühlung und physikalische oder chemische Absorption mit Lösungsmitteln wie /. Ii. mit N-Met hy !pyrrolidon, Triethanolamin, Propylene;! rboiui ι oder alternativ mit heißer Potl.ischclösung. Im Lösiingsmittelabsorptionsverfahren kann das meiste im Lösungsmittel absoihicrte CO; durch einfaches Selbst verdampfen entbunden werden. Der Rest kann durch Strippen entfernt werden. Dies kann am wirtschaftlichsten mit kostonlosem Stickstoff, falls eine LiifttrcnnnnUige /ur Lr/cugting von im wesentlichen reinem Sauerstoff (95 MoI-1Vo O> oder mehr) für den Reduktionsgasgenerator vorhanden ist. erfolgen. Wahlweise kann das wiedergewonnene CO> dem Reduktionsgasgeneralor zur Verwendung als ein Teil des oder als gesamtes tempcralurstcuerndes Gas wieder zugeführt werden. Das regenerierte Lösungsmittel wird ansehlic-UUI AuSuiy/iiunSKtm/iinu /Λί
VCrWCnCiüilg H'' ratois I und strömt unmittelbar danach durch den Durchgang 11 in den feuerfest ausgekleideten und isolierten Mischvcrbinder 10. Ein zweiter Reduktionsgasstrom aus der Leitung 12 wird in den Mischverbinder 10 eingefühlt. 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 Il eintretenden Rcduktionsgasgeneratorausstroms auf eine vorgegebene Temperatur. Fun vergleichsweise kühler und sauberer Reduktionsgasstrom verläßt den Mischvcrbinder 10 durch den Durchgang 14. Der HjO-Gehalt, die Temperatur und der Gehalt an mitgerissenen Kohlenstoffteilchcn dieses Reduktionsgasstroms sind geringer als der durch Il eintretende Gasstrom, aber sind etwas größer als der durch I 3 eintretende Ciasstrom.
In Abstromrichtung vom Mischvcrbinder IO wird ein
T„;i .!„, Hj;,,.kMn.ni, ..„ .«rUcrlom [} o/li ι L· I irwnir ι C
zugeführt. Falls notwendig, erfolgt eine Schlußreinigung. indem das Prozeßgas durch Risenoxid, Zinkoxid oder Aktivkohle zur Entfernung zurückgebliebener H_>S- oder Spuren organischer Sulfide geleitet wird.
Das H)S- und COS-haltige Lösungsmittel v/ird durch weiteres Selbstverdampfen und Strippen mit Stickstoff regeneriert. H>S und COS werden sodann in einem geeigneten Verfahren in Schwefel umgewandelt, beispielsweise wird im Cliiuss-Verfahren, siehe »Encyclopedia of Chemical Technology«, K i r k - O t h m c r. 2. Auflage. Vol. 19, John Whily, 1969. S. 352, elementarer Schwefel erzeugt. Überschüssiges SOi kann entfernt und in chemischer Bindtng an Kalkstein verworfen oder mit Hilfe eines geeigneten wirtschaftlichen Extraktionsverfahrens entfernt werden.
Beschreibung der Zeichnung
Das vorstehend beschriebene Verfahren ist in schematischer Form in seiner Anwendung auf den Hochofenbetrieb in der 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 Strömungshindernisfreier, nichtkatalytischer, mit feuerfester Auskleidung versehener Reduktionsgasgenerator üblicher Bauart, wie er beispielsweise im US-Patent 28 09 104 beschrieben ist, bezeichnet. Ein sauerstoffhaltiges 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, sich verjüngende Ringdüse 7 am Brennerabstromende 4 und anschließend in die Reaktionszone 8 des Reduktionsgasgenerators 1. Der Brennstoffdispersionsstrom und der sauerstoffhaltige Gasstrom prallen in der Reaktionszone in kurzer Abstromentfernung vom Brennerabstromende 4 aufeinander.
Ein heißer Reduktionsgasausstrom verläßt kontinuierlich den Gasgenerator I durch den axial ausgerichteten, angeflanschten Ausgang 9 am Boden des Gasgene
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, welcher auf einer Vielzahl von Stützen 19 ruht. Der Mantel trägt das stählerne Hochofengehäuse und die innere Ausmauerung. Der stumpfkegeligc 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 Austrittsöffnung 22, welche am anderen Ende des Windrings gegenüber dem angeflanschten Eingang 16 angeordnet ist. Diese Anordnung erlaubt im vergleichsweise großen Windring 17 eine gleichmäßige Temperierung. Auf diese Weise werden Probleme, welche sich durch ungleichmäßige Ausdehnung von Metall und feuerfester Auskleidung der Windringanlagc 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.
Das Reduktionsgas tritt durch die Injektorausrüstung 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. Diese Anordnung schließt im wesentlichen eine Reaktion von heißem sauerstoffreichen, 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 "id Kalkstein durch die Leitung 34 auf den Kopf des Hochofens in vorgegebenem Kreislauf geführt. Geschmolzenes Eisen und Schlacke werden am Hochofen-
boden c'uircli die Leitung 35 und 36 abgezogen. Während tue Beschickung langsam durch der, I lochofenschacht nach unten fällt, tritt es mit einem starken Auf st rom icißer Gase in Kontakt. Ein Teil dieser aufsteigenden Gase entstammt dem Rastabsehnitt 20 des Hochofens und enthält die Reaktionsprodukte der Koksbeschikkung und heiße, durch die Windformen 27 des Hochofens eingegebene Luft. Der Rest dieser aufsteigenden Gase enthält weitere Anteile Reduktionsgas einer externen Quelle entstammend und wird in den I lochofen durch die Injektoren 2.3 eingegeben.
Das den Rastabschnitt des fiisenerzhochofens 15 verlassende Gas hat eine Temperatur von etwa I 300" C und enthält (in VoL-%): CC) etwa bis 32, II» bis etwa I r> und N^ elwa bis 66,5. Das Zusatzreduktionspis. welches durch die Injektoren 23 in den Hochofen strömt, hat eine Temperatur von etwa 985 bis 1260 C und kann enthalten (Vol.-%. trocken)
c> J 3 -52 - 2
H> 62 -42 - 0.1
CC). 1.) - 8
CH, 0,02- 2
HxS 0
COS
bei Abwesenheit von Inertgasen sowie Kohlenstofftcilchen 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 260 C aus und enthält etwa (Vol.-%, trocken):
co 15 -40
CO: IO -30
H> 2 -10
N: 40 -60
lnerteasc 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 702"C indirekte Reduktion von Fe:Oi mit CO und H: ein. Beispielsweise kann Fe>Oi in drei aufeinanderfolgenden exothermen Schritten sukzessiv mit CO zu FeiOj. FeO und schließlich Fe reduziert werden. Die Gesamtreaktion verläuft nach:
Fe2O3 + 3 CO -* 2 Fe + 3 CO2 - 1966 kcal (I)
Freie Kohlenstoffteilchen, welche in das poröse Erz eindringen, können ebenfalls als Reduktionsmittel für die Eisenoxide bei etwa 505 bis 705°C dienen, gemäß beispielsweise folgender Gleichung:
FeO + C -> Fe + CO + 16992 kcal
Die fur die endotherme Reaktion (11) benötigte Wärme kann aus der exothermen Reaktion (I) geliefert werden, um den Nettowärmeabsorptionseffekt zu verkleinern. Am Schachtboden, wo die Temperatur oberhalb 1260°C liegen kann, werden die Mangan-, Silicium- und Phosphoroxide mit Kohlenstoff reduziert.
Lin Teil des Reduktionsgases (20 — 60%, abhängig vom gewünschten Abkühlungsgrad) strömt durch den Windring 17 und den Austritt 22. der in Abstromrichtung vom Mischverbinder IO angeordnet ist. Von dort strömt dieser Reduktionsgasteil durch den anoeflanschlcn Rohrabschnitt 38, den angeflanschten Eingang 39 und das Tauchrohr 40 in die untere Kamme? 42 des Ciaskühl- und Waschturmes 43 untcrhnlb der Oberfläche 41 des Waschflüssigkcitsvorratcs ein. Ein konzentrisches Rohr 44 umgibt das Tauchrohr 40 und bildet einen offcncndigen 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 Sprit/blechcs 46 aus. Das Volumen und die Geschwindigkeit des Gases führen zu turbulenten Bedingungen in der Waschflüssigkeit, was hilfreich beim Auswaschen der Hauptmenge der mitgerissenen Kohlensloffteilchen aus dem Gas und beim Kühlen ist. Die Höhe von 41 wird mit Hilfe des Niveaugebers 47, der Niveaustcuerung 48 und dem Steuerventil 49 bestimmt. Zusatzfliissigkeit kann durch die Leitung 50 eingeführt werden.
Das einmal gewaschene Reduktionsgas tritt in. den Raum 55. welcher oben durch den Boden der oberen Kammer 56 des Gaswaschturm« 43 abgeschlossen wird. Die Kammer 56 kann verwendet werden, falls weiteres Waschen des Reduktionsgases notwendig ist. Jede geeignete G as- 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 jin. 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 Reduktio ' »gas und entfernt auf diese Weise im wesentlichen alle mitgerissenen Kohlenstoffteilchen aus ecm Gas. Eine Kohlenstoff-Waschflüssigkeits-Aufschlämmung verläßt die obere Kammer 56 über den angeflanschten Ausgang 64 und tritt, falls notwendig, unter Zuhilfenahme einer Pumpe, in die untere Kammer 42 durch die Leitung 65 und den angeflanschten Eingang 66 ein. Das Niveau 41 der Kohlenstoff-Waschflüssigkeits-Aufschlämmung wird »n 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.
Die Kohlenstoffrückgewinnungseinrichitung 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 Kohlenwasserstoffbrennstoff. Das Klarwasser wird zurückgeführt und auf den Kopf des Gaswaschturmes 43 durch die Leitung 62 gegeben. Kohlenstoffteilchenkonzentrat wird durch die Leitung 73 entfernt.
Wahlweise kann ein kleiner Wärmetauscher 72 in Aufstromrichtung zum Gaswaschturm und in Abstromrichiung 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 Tempera! ir des Reduktionsgases wird mi: Hilfe des Abhitzkessels gesenkt, um so ein Verdampfen der Waschflüssigkeit zu verhindern. Das abgekühlte Reduktionsgas w ird sodann dem Gaswaschturm 43 über den angeflanschten Eingang 39 zugeführt, in welchem weiteres Abkühlen mit einer relativ großen Menge kälterer, z, B. 38°C, Waschflüssigkeit erfolgt.
Das abgekühlte und gereinigte, die obere Kammer 56 des Gaskühl- und Waschturmes 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 II herrschenden Druck des dort ausströmenden Reduktionsgases eingestellt wird. Das abgekühlte, gereinigte und komprimierte Reduktionsgas srumt durch die Leitungen 80/81. die Strömungssteuerung 82. die Leitung 83, das Ventil 84 und die Leitung 12 in den angeflanschten Eingang 13 des Mischverbinders 10. um die Temperatur des heißen durch 11 eintretenden Reduktionsgasgeneratorausstroms herabzusetzen. Der Anteil gekühlten Reduktionsgases aus der Leitung 12. der benötigt wird, wird \on der Sirömungssteuerung 82 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 Heizoder 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-Feststoff-Separator 93 gegeben. Ruß und Staub können aus dem Abgas durch Vermindern der Geschwindigkeit und Ändern der Gasströmungsrichtung im Separator 93 entfernt werden. Ruß und Staub werden über Leitung 94 abgezogen. Der Abgasstrom passiert die Leitung 95 und den Wärmetauscher 96. in welchem Dampf erzeugt wird. Dann strömt das Abgas durch die Leitung 97 in einen turmarligen 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 m3 und die Temperatur auf etwa 21 bis 93°C.
Das gekühlte und gereinigte Abgas passiert sodann die Leitungen 101 und 102 in eine übliche Säure-Gas-Trenneinrichtung 103, in welcher CO2 und H2S entfernt werden, Der CO?-Strom verläßt 103 über die Leitung 104 und der H2S-Strom fließt durch die Leitung 105 in clic Clauss-Anlage 106 ab und wird in Schwefel, der durch die Leitung 107 abgenommen wird, umgewandelt. Das verbesserte Abgas passiert die Leitungen 108/109. .las Ventil 110 und strömt mis der Leitung 111 in clic Leitung 78. in welcher es mit gekühltem und gereinigtem Reduktionsgas aus der Leitung 77 vermischt wird. Diese Reciuktionsgasmischung vvird im Kompressor 79 komprimiert und in den Misch verbinder IO über die Leitung 12, wie beschrieben, eingeführt.
Wahlweise kann alles oder 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.
ίο Überschüssiges verbessertes Abgas 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 Materialströme sind pro Stunde angegeben.
Beispiel I
15 983Nm' Reduktionsgas, enthaltend 14 555Nm1 H2+ CO. wurden durch Partialoxidation eines Kohlenwasserstoffbrennstoffs in einem üblichen senkrechten, Strömungshindernisfreien, mit feuerfester Auskleidung versehenen Reduktionsgasgenerator erzeugt. Das Re-
Jn duktionsgas 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
ii Reduktionsgas hatte folgende Zusammensetzung in
CO 48 55
H2 42.50
CO2 1,89
H2O 6.83
CH4 0.02
Ar 0.11
N2 0.03
H2S 0.07
COS Spuren
Etwa 180 kg nichtumgewandelter Kohlenstoffteilchen wurden im Reduktionsgasgeneratorausstrom mitgerissen. Das Reduktionsverhältnis, d. h. das Molvcchältnis (H2 + CO)/(H2O + 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 Gesamtbeschickung enthielten 765 kg Dampf bei etwa 1635C und 5146 kg einer Kohlenwasserstoffaufschlämmung bei 79,5°C. welche flüssigen Kohlenwasserstoff und Kohlenstoffteilchen, nachfolgend im Verfahren aus einer Kohlenstoffrückgewinnungseinrichtung gewonnen, enthielt. Die Aufschlämmung enthielt 47.6 kg Kohlenstoffteilchen und 5098.4 kg Rohöl mit den Analysendaten: C 87.09; H = 12,22: S = 0,35: N =0.11; 0 = 0.18 und Asche = 0.05: einer API-Dichte von 22.8: einer Verbrennungswärme von 10 680 kcal/kg und einer Viskosität von 950 Saybolt-Sckundcn (Fiirol) bei ">0 C". 4246 Nm1 reiner Sauerstoff, in einem Strom von 49.fi Mol-"!· O2
enthalten, wurden bei 51,7°C in die Reaktionszone des Gasgenerators über den Brenner eingegeben.
Das gesamte heiße, den Gasgenerator verlassende Reduktionsgas wurde unmittelbar nach seinem Austritt mit 5757 Nm3 verbesserten, im Kreislauf geführten Reduktionsgases, welches nachfolgend im Verfahren auf 37,8°C abgekühlt und aus welchem im wesentlichen alle Kohlenstoffteilchen und Wasserdampf entfernt wurden, vermischt Die Zusammensetzung des verbesserten, im Kreislauf geführten Reduktionsgasstroms 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 aufwies, war die Temperatur der den Mischverbinder verlassenden Reduktionsgasmischung auf etwa 12040C und die Kohlenstoffteilchenkonzentrationen auf etwa 26 Gew.-% vermindert worden. Die tatsächliche Zusammensetzung der verbesserten Reduktionsgasmischung lautet:
CO 49,49
H2 4333
CO2 1.93
H2O 5.02
CH4 0,02
Ar 0,11
N2 0,03
H2S 0,07
COS Spuren
CO BiISC 25
CO, 20
N; 50
H2 4
Inert I
20
30
Das Reduktionsverhältnis der Reduktionsgasmischung stieg auf 13,4. Dieser Wert bedeutet eine js 30%-Steigerung gegenüber dem Wert für das aus dem Gasgenerator ausströmende Gas. Dieser Wert ist auch ein entscheidender wirtschaftlicher Vorteil. Je höher das Reduktionsverhältnis ist, um so niedriger ist allgemein der Anteil Gas, der zur Reduktion einer bestimmten Erzmenge benötigt wird.
Etwa 15 677Nm3 verbesserter Reduktionsgasmischung von 1204°C wurden in einen üblichen, senkrechten Eisenerzhochofen vom Schachttyp über etwa 4 bogenförmig oberhalb des Mantels des 4i 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 Windringleitung, welche den Schacht des v» Hochofens umgibt, verteilte das Reduktionsgas auf die Injektoren.
Der Eisenerzhochofen wurde mit Eisenerz, metallurgischem Koks und Kalkstein beschickt. Luft wurde durch eine Vielzahl von umgreifenden, nahe des Rastbodens angeordneten Windformen eingeblasen. Periodisch wurde der Hochofen abgestochen und Schlacke und Eisen durch getrennte Öffnungen nahe des Hochofenbodens abgezogen. Abgas wurde am Kopf des Hochofens abgezogen und zeigte die folgende Analyse (Vol.-o/o. trocken):
Gewöhnlich werden im Hochofenbetrieb etwa 0,6 bis 1,1 t Koks pro t erzeugten Eisens in den Hochofen eingegeben. In diesem Beispiel jedoch wurde das Verhältnis vorteilhafterweise verkleinert. So wurde ein Teil des metallurgischen Kokses durch extern erzeugtes Reduktionsgas, welches in den Hochofen eingegeben wurde, ersetzt.
6071 Nm1 Reduktionsgas verließen die Windringleitung durch einen am anderen Ende gegenüber dem Eingang angeordneten Ausgang. Dieser Redukttonsgasteil wurde sodann mit Wasser in einer Gaskühl- und Waschzone, wie beschrieben, gequencht und gewaschen. Im wesentlichen aller Wasserdampfund mitgerissene Kohlenstoffteilchen 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-Aufschlämmung wurde der Kohlenstoffrucy^ewinnungsanlage zur Rückführung als Generatorbeschikkung entnommen. Das gekühlte und gereinigte, verbesserte Reduktionsgas wurde auf etwa 5 Atmosphären komprimiert, und es wurden 5757 Nm1 von 37,8°C mit allem heißem Reduktionsgasgeneratorausstrom im Misch verbinder, wie beschrieben, vermischt.
Beispiel Il
Dieses Beispiel gibt eine erfindungsgemäße Ausführungsform 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 Verfahrensbedingungen desselben sowie die Analyse des Reduktionsgasausstroms aus dem Gasgenerator gleich Beispiel I.
Etwa 3999 Nm3 Abgas vom Hochofen mit etwa 149°C wurden mit üblichen Methoden gekühlt und gereinigt unter Erzeugung einer Gasmischung, im wesentlichen bestehend aus CO = 31,25; H2 = 5,0; N2 = 62.5 und Inertgas = 1,25 (in Mol-%). Etwa 3200Nm3 dieses verbesserten Abgases mit 37.8°C wurden mit etwa 3200 Nm3 gekühlten und gereinigten Reduktionsgases aus der Gaskühl- und Waschzone des Beispiels I mit 37.8°C vermischt. Diese Reduktionsgasmischung hatte folgende Zusammensetzurs:
CO 40.82
H2 19,75
CO2 0,87
CH4 0,76
Ar 0,05
H2S 0,03
N2 37,72
Wurden 6400 Nm' dieser Reduktionsga;niischung mit 37,8°C im Mischverbinder mit 15 998 Nm* heißem Reduktionsgasausstrom vom Gasgenerator vermischt, wurde eine Reduktionsmischling mit etwa I2O4"C und der folgenden Zusammensetzung erzeugt:
Siaiib wurde im Abgas mitgerissen.
CC)
45.94
36.6!
17 18
CO3 1,61 Das Reduktionsverhältnis war 12,6 und lag um 21% CH-t 0,23 über dem für den Reduktionsgasausstrom des Genera-Ar 0,09 tors. Zur direkten Erzreduktion sollte das Reduktions-H3S 0,06 verhältnis einen höchstmöglichen Wert aufweisen, um H3O 4,93 5 eine maximale Wirksamkeit bei der Reaktion mit N, 10,53 Metalloxiden zu erzielen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche;
1. Verfahren zur Herstellung eir»es zur Erzreduktion, insbesondere Eisenerzreduktion in einem *> Hochofen, verwendbaren Reduk'tionsgases durch partielle Oxydation eines Kohlenwasserstoffbrennstoffs mit einem sauerstoffhaltigen Gas wahlweise in Gegenwart eines temperatursteuernden Gases in einer Strömungshindernisfreien Reaktionszone eines in Gasgenerators bei einer autogenen Temperatur von etwa 815 bis 1930° C und einem Druck von etwa 1 bis 350 Atmosphären, dadurch gekennzeichnet, daß
a) der Reduktionsgasausstrom nach Verlassen der Reaktionszone in einer getrennten Mischzone mit einem über eine Gaskühl- und Reinigungszone zurückgeführten, gereinigten und gekühlten, verminderte Anteile an Wasserdampf und Kohlenstoffteilchen enthaltenden Reductions- in gasstroci vermischt wird,
b) ein Teil der so erhaltenen Rerluktionsgasmischung in die Gaskühl- und Reinigungszone, die in Abstromrichtung hinter der Mischzone angeordnet ist, eingegeben wird, 2 >
c) die gekühlte und gereinigte, verminderte Anteile an Wasserdampf und Kohlenstoffteilchen enthaltende Reduktionsgasmischung aus der Gaskühl- und Reinigungszone abgezogen und auf einen Druck, der höher als der Druck ίο des den Gasgenerator verlassenden Reduktionsgasai;sstroms ist, komprimiert und alsdann in die Mischzone zurückgeführt wird,
d) während ein anderer Teil c-<;r in der Mischzone gebildeten Reduktioiisßasmischung auf eine j> geeignete Temperatur herujtergekühlt wird, bevor er in den Hochofen eingegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Hochofen zugeführte Teil der Reduktionsgasmischung mit einer Temperatur von ■>» etwa 985 bis 1260°C eingegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einem Teil des gekühlten und gereinigten Reduktionsgases aus der Gaskühl- und Reinigungszone mindestens ein Teil ·π des gekühlten und gereinigten Abgases aus dem Hochofen beigemischt und die Reduktionsgasmischung komprimiert und in die Misch/.one eingegeben wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 3, in dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktionsgasmischung in einem keine Stromungshindernisse enthaltenden getrennten Kessel als Mischzone hergestellt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, vi dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktionsgasmischung auf eine Temperatur von etwa 370 bis 38QC heruntergekühlt und auf einen Kohlenstoffteilchengchalt von etwa I bis 8 Gcw.-% (bezogen auf den Kohlenstoffgehalt im Ausgangsmaterial) gebracht mi wird.
f). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß etwa 0.2 bis 0.6 Mol der gekühlter, und gereinigten Rcduktionsgasmischung pro Mcil aus dem Gasgenerator tr> ausströmenden Rcduktionsgases in die Misch/one eingegeben wird.
7. Verfuhren nach eirk'm der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Reduktionsgasmischung, der aus der Mischzone die Gaskühl- und Reinigungszone eingegeben
wird, vorher durch einen Abhitzekessel geführt wird.
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