DE2246885C3 - Anlage zur Reduktion von Eisenerzen im Wege der Direktreduktion - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zur talysatoren lassen sich stets so wählen, daß ohne Reduktion von Eisenerzen im Wege der Direktreduk- 50 Rußbildung gearbeitet werden kann. Stoff und Wärtion mit Schachtofen und Einrichtung /ur Erzeugung mebilanz lassen sich so einstellen, daß die Redukder Reduktionsgase aus Prozeßkohlenwasserstoffen, tionsgase praktisch oder zumindest hinreichend frei — wobei die Einrichtung zur Erzeugung der Reduk- sind von Kohlendioxid, Sauerstoff und Wasserdampf, tionspi-e zwei regenerative Umformer aufweist, die Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung im Wechseltakt zueinander und im Wechseltakt zwi- 55 wird bei der Umformung katalytisch gearbeitet, sei ^n Umformen und Aufhei/iing arbeiten sowie an Hierzu empfiehlt die Erfindung, daß die Umformer eine Gichtgasrückführungsanlage mit Waschturm und mit katalytisch wirksamem Wärmespeichergitterwerk Kondensator angeschlossen sind, wobei ferner die ausgerüstet sind. Im allgemeinen wird man bezüglich ^₁-J Umformer für die Aufheizung mit Heizkohlenwasser- der baulichen Gestaltung einen Umformer und den

stoffen und/oder Gichtgas plus Verbrennungsluft be- 60 zugeordneten Luftvorwärmwärmetauscher in einem schickte Aufheizbrenner aufweisen. — Prozeßkoh- einheitlichen Gehäuse zusammenfassen,
lenwasserstoffe bezeichnet im Gegensatz zu Heizkoh- Die Umformung der Prozeßkohlenwasserstoffe in

lenwasserstoffe diejenigen, die zur Bildung des Re- den Umformern geschieht selbstverständlich in Anduktionsgases in den Prozeß eingeführt werden. Das Wesenheit eines Oxidationsmittels. Wie bereits errückgeführte Gichtgas dient also als Aufheizbrenn- 65 wähnt kann die Anlage ohne weiteres mit Luft als stoff, es kann aber auch für die Umformung der Pro- Oxidationsmittel gefahren werden. Es besteht aber zeßkohlenwasserstoffe eingesetzt werden. auch die Möglichkeit, Gichtgas aus dem Schachtofen

Bei bekannten Anlagen der beschriebenen Gattung als Oxidationsmittel in den Prozeß zurückzuführen

Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird mit Luft als Oxidationsmittel für die Umformung der Prozeßkohlenwasserstoffe gearbeitet, wobei die Erfindimg lehrt, daß die umzuformenden Prozeßkohlenwasserstoffe und die Luft gemischt sowie als Mischung in den auf Umformung arbeitenden Umformer eingeführt werden. Wird mit Gichtgas als Oxidationsmittel gearbeitet, so werden die umzuformenden Prozeßkohlenwasserstoffe und das Gichtgas gemischt und als Mischung jeweils in den auf Umformung arbeitenden Umformer eingeführt. Die Aufheizung der Umformer geschieht in bekannter Weise durch Verbrennung von Heizkohlenwasserstoffen, wobei es sich um einen Teilstrom der der Umformung als Prozeßkohlenwasserstoffe zugeführten Kohlenwasserstoffe handeln kann. Auch hier kann man mit Gichtgas arbeiten. Bei Inbetriebnahme der Anlage müssen über Hilfsbrenner od. dgl. selbstverständlich auch die Luftvorwärmwärmetauscher und der Pufferwärmetauscher aufgeheizt werden.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden schematischen Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die Ansicht einer erfindungsgemäßen Anlage zur Reduktion von Eisenerzen, wobei die Umformung der Kohlenwasserstoffe mit rezirkuliertem Gichtgas durchgeführt wird,

F i g. 2 den Gegenstand nach F i g. 1, wobei jedoch die Umformung der Prozeßkohlenwasserstoffe mit Luft als Oxidationsmittel durchgeführt wird.

Die in den Figuren dargestellte Anlage dient zur Reduktion von stückigen oder zu Pellets aufbereiteten Eisenerzen im Wege der Direktreduktion. Die Anlage ist da/u ausgerüstet mit einem Schachtofen 1, dem die Erze oder Pellets Überkopf aufgegeben werden, sowie mit einer Einrichtung zur Erzeugung der Reduktionsgase aus gasförmigen Prozeßkohlenwasserstoffen. Insbesondere mag es sich dabei um Erdgas handeln. Die Einrichtung zur Erzeugung der Reduktionsgase besitzt zwei miteinander im Wechseltakt sowie im Wechseltakt zwischen Umformung und Aufheizung arbeitende regenerative Un ;..rmer2. Jedem Umformer 2 ist auf der Abzugsseitc der Reduktionsgase je ein ebenfalls regenerativer Luftvorwärmwärmetauscher 3 nachgeschaltet und diesem ist, auf dem Wege des Reduktionsgases zwischen Umformern 2 und Schachtofen 1, ein gemeinsamer Pufferwärmetauscher 4 nachgeschaltet. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß bei der Aufheizung eines Umformers 2 Verbrennungsluft für die Verbrennung von entsprechenden Heizmitteln durch den Luftvorwärmwärmetauscher 3 dieses Umformers 2 hindurchführbar ist. Während bei der Umformung von Prozeßkohlenwasserstoffen die Reduktionsgase durch den Luftvorwärmwärmetauschcr3 und den Pufferwärmetauscher 4 in den Schachtofen 1 einführbar sind sowie der Puffer wärmetauscher 4 auf konstante Endtemperatur der Reduktionsgasc ausgelegt ist. — Das reduzierte Eisen wird bei 5 abgezogen.

Die Umformer 2 besitzen Wärmespeichergitterwcrkeö aus feuerfester Keramik. Dabei handelt es sich nach bevorzugter Ausführungsfonn der Erfindung um katalytisch wirksame Wärmespcichergitterwerke 6. Ein Umformer 2 und der zugeordnete Luftvorwärmwärmetauscher 3 sind im Ausführungsbeispiel zu einem baulich einheitlichen Aggregat zusammengefaßt und dazu in einem einheitlichen Gehäuse 7 untergebracht.

Bei der Ausführungsfonn nach F i g. 1 erfolgt die Umformung der Prozeßkofalenwasserstoffe mit rezirkuliertem Gichtgas als Oxidationsmittel. Dazu ist die Anlage in an sich bekannter Weise für den Betrieb mit Gichtgas als Oxidationsmittel für die umzuformenden Prozeßkohlenwasserstoffe eingerichtet und mit einer Gichtgasrückführungsanlage 8 ausgerüstet, die über einen Waschturm 9 mit nachgeschaltetem Kondensator 10 geführt ist. Eine Abzweigleitung 11

ίο führt zu den Aufheizbrennern 12, die bei der Aufheizung der Umformer 2 eingeschaltet werden. In F i g. 1 ist der untere der Umformer 2 auf Aufheizung geschaltet. Die Verbrennungsluft wird über das Gebläse 13 zugeführt, sie verbrennt in den Aufheizbrennern 12 das schon erwähnte Gichtgas und gegebenenfalls zusätzlich Heizkohlenwasserstoffe. Die Rauchgase durchströmen das katalytisch wirksame Wärmespeichergitterwerk 6 dieses Umformers 2, um über den Kamin 14 ins Freie auszutreten. Gleichzeitig findet in dem oberen der Umformer 2 in der schon beschriebenen Weise die Umformung der Prozeßkohlenwasserstoffe statt. Die umzuformenden Prozeßkohlenwasserstoffe und das Gichtgas werden gemischt und als Mischung in diesen auf Umformung arbeitenden Umformer 2 eingeführt. Das erzeugte Reduktionsgas passiert den nachgeschalteten Luftvorwärmwärmetauscher 3 und danach den Pufferwärmetauscher4, der in der schon beschriebenen Weise so ausgelegt ist. daß die Endtemperatur der Rcduktionsgase bei Eintritt in den Schachtofen 1 praktisch konstant ist.

Bei der Ausführungsform nach F j g. 2 erfolgt die Umformung der Prozeßkohlenwasserstoffe mit Luft. Die umzuformenden Prozeßkohlenwasserstoffe und die für die Umformung erforderliche Luft werden zunächst gemischt und dann in den auf Umformung geschalteten oberen Umformer 2 eingeführt.

Der untere Umformer 2 ist wiederum auf Heizung geschaltet die Aufheizung erfolgt mit über die Gichtgasrückführungsanlage 8 rückgeführtem Gichtgas als Brennstoff und Luft als Verbrennungsmittel. Die Rauchgase ziehen wieder über den Kamin 14 ab. — Das hier überschüssige Gichtgas kann über die Leitung 15 abgezogen und anderer Verwendung zugeführt werden.

Sowohl für die Ausführungsfonn nach F i g. 1 als auch für die Ausführungsform nach F i g. 2 macht man sich ohne weiteres klar, wie bei der eingangs schon beschriebenen Wechseltaktumschaltung die Arbeitsweise ist, wenn der jeweils untere der Umformer 2 auf Umfonnung, der obere auf Beheizung geschaltet ist. Die entsprechenden I eitungen sind in den Figuren eingezeichnet worden.

Um zu verdeutlichen, wie sich in den Umformern bzw. in den Luftvorwärmwärmetauschern bzw. in dem Pufferwärmetauscher die Temperaturverhältnise einstellen sei bemerkt, daß in dem auf Umformung geschalteten Umformer 2 die Temperatur des Reduktionsgases von Beginn der Umformungsperiode bis zum Ende der Umformungsperiode beachtlich abfällt. Gleichzeitig erfolgt durch dieses Reduktionsgas eine Aufheizung des nachgeschalteten Luftvorwärmwärmetauschers 3, der zuvor bei der Luftvorwärmung abgekühlt wurde. Dieser Luftvorwärmwärmetauscher 3 steht danach am Ende der Umformungsperiode für erneute Lufterwärmung zur Verfugung. Das Reduktionsgas hat so hinter dem Luftvorwärmwärmetauscher 3 71inärh«t 7H niprlrin I '«

Temperatur. In dem Pufferwärmetauscher 4 wird die Temperatur auf den Wert eingestellt, die das Reduktionsgas zeitlich konstant bei Eintritt in den Schachtofen 1 aufweisen soll.

Eine vergleichende Betrachtung soll die Verhaltnisse. und die erreichten Effekte näher erläutern:

In einer Anlage zur Direktreduktion von Eisenerzen mit einem Schachtofen als Reduktionsgefäß und zwei regenerativ betriebenen Umformern 2 wurden 000 Nm³/h Reduktionsgas erzeugt und in den Schachtofen 1 eingeleitet. Die Temperatur des Reduktionsgases durfte bei Eintritt in den Schachtofen 1 nicht mehr als 950° C betragen, da das reduzierte Erz in diesem Fall oberhalb dieser Temperatur zu erweichen begann. Ein Umformer 2 wurde bei 1400⁰C beheizt, während in dem anderen Reduktionsgas erzeugt wurde. Nach jeweils 30 Minuten wurden die beiden Umformer 2 umgeschaltet. Zu Beginn der Umformungsperiode trat das Reduktionsgas mit 1300⁰C, am Ende der Umformungsperiode mit 1200⁰C aus dem katalytisch aktiven Teil des betreffenden Umformers aus und mit derselben Temperatur in den Luftvorwärmwärmetauscher 3 ein.

a) Betrieb nur mit Luftvorwärmwärmetauscher 3, ohne Pufferwärmetauscher 4.

Das zu Beginn der Umformungsperiode 1300⁰C heiße Reduktionsgas wurde in dem Luftvorwärmwärmetauscher 3 auf 700⁰C abgekühlt. Die aus dem Reduktionsgas abgegebene 3» Wärmemenge wurde in der keramischen Masse des Wärmetauschers gespeichert, wobei sich dessen Temperatur entsprechend erhöhte. Zum Ende der Umformungsperiode betrug die Temperatur des Reduktionsgases nur noch 1200° C. Wegen der inzwischen erhöhten Temperatur des Luftvorwärmwärmetauschers 3 war die Wärmeabgabe geringer. Das Reduktionsgas wurde nur noch auf 950⁰C, die erlaubte Maximaltemperatur für den Schachtofen 1, abgekühlt. — Mit einem Luftvorwärmwärmetauscher 3 allein gelingt die Anpassung der Temperaturniveaus für Gasumsetzung und Erzreduktion nur unvollkommen. Es ergab sich eine periodische Schwankung der Reduktionsgastemperatur zwisehen 700 und 950° C bei einer mittleren Temperatur von 825° C.

b) Betrieb mit Luftvorwärmwärmetauscher 3 und kleinem Pufferwänmetauscher 4.

Zwischen Umformer 2 und Schachtofen 1 wurde ein Pufferwärmetauscher 4 geschaltet. Er enthielt eine Speichermasse von 45 t aus Besatzsteinen, wie sie für Hochofenwinderhitzer verwendet werden.

Während des Beheizens wurden 13 900 NmVh Verbrennungsluft über den Luftvorwärmwärmetauscher 3 der Verbrennungszone zugeführt. Zu Beginn der Umformungsperiode würde das Reduktionsgas von 1300⁰C über Luftvorwärmwärmetauscher 3 und Pufferwäirmetauscher 4 auf 890° C, am Ende der Umforimungsperiode bei 1200⁰C wurde es auf 950° C abgekühlt. Die periodische Schwankung der Reduktionsgastemperatur betrug nurmehr 60° C bei einer mittleren Temperatur von 920° C.
c) Betrieb mit Luftvorwärmwärmetauscher 3 und vergrößertem Pufferwärmetauscher 4.
Der Pufferwärmetauscher 4 wurde gegenüber dem Fall b) in seiner Speichermasse von 45 t auf 60 t vergrößert. Während des Beheizens wurden 12 100 Nm³/h Verbrennungsluft über den Luftvorwärmwärmetauscher 3 der Verbrennungszone zugeführt. Zu Beginn der Umformungsperiode wurde das Reduktionsgas von 1300° C über Luftvorwärmwärmetauscher 3 und Pufferwärmetauscher 4 auf 940° C, am Ende der Umformungsperiode auf 950° C abgekühlt. Die periodische Schwankung der Reduktionsgastemperatur betrug nur noch 10° C bei einer mittleren Temperatur von 945° C. Diese Temperatur liegt schon dicht bei der erlaubten maximalen Betriebstemperatur des Schachtofens von 950° C in diesen Beispielen.

Die vergleichende Betrachtung zeigt, daß durch richtige Dimensionierung von Luf Ivorwärm- und Pufferwärmetauschern 3 bzw. 4, die sich aus dem zeitlichen Verlauf der Reduktionsgas !temperatur, der Reduktionsgasmenge und der Geometrie von Luftvorwärmwärmetauscher 3 und Pufferwärmetauscher 4 nach den Gesetzen des regenerativen Wärmetausches ergibt, die mittlere Arbeitstemperatur für die Reduktionsstufe beliebig genau der erlaubten höchsten Betriebstemperatur annähern läßt. Soll die Reduktionstemperatur höher liegen, wird die über den Luf tvorwärmwärmetauscher 3 der Verbrennungszone zugeführte Luftmenge verringert, soll eine niedrige Reduktionstemperatur eingehalten werden, wird die Luftmenge entsprechend vergrößert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2 (GB-PS 1 099 320) wird ohne weiteres in Kauf gePatentansprüche: nommen, daß die Temperatur eines regenerativen Umformers zwischen der Aufheiztemperatür, die

1. Anlage zur Reduktion von Eisenerzen im nach einer Aufheizung vorliegt, und der Umschalt-Wege der Direktreduktion, mit Schachtofen und 5 temperatur, die den Zeitpunkt des Umschalten^ der Einrichtung zur Erzeugung der Reduktionsgase Aelage auf den anderen Umformer bestimmt, aus Prozeßkohlenwasserstoffen, — wobei die schwankt und daß folglich die Temperatur des be-

: Einrichtung zur Erzeugung der Reduktionsgase handelten Gases beim Umformbetneb abfallt. Das

zwei regenerative Umformer aufweist, die im Reduktionsgas tritt daher bei der bekannten Anlage Wechseltakt zueinander und im Wechseltakt zwi- io mit um einige hundert Grad starkschwankender sehen Umformen und Aufheizung arbeiten sowie Temperatur in den Schachtofen ein. Solche Temperaan eine Gichtgasrückführungsanlage mit Wasch- turschwankungen hat man bisher als eine Eigenart turm und Kondensator angeschlossen sind, wobei regenerativer Prozeßfuhrung und als folglich unverferner die Umformer für die Aufheizung mit meidbar in Kaaf genommen. Sie sind tnermodyna-Heizkohlenwasserstoffen und/oder Gichtgas plus 15 misch und beeinträchtigen beachtlich den Reduk-Verbrennungsluft beschickte Aufheizbrenner auf- tionsvorgang und im Ergebnis die Reduktionsrate der weisen, dadurch gekennzeichnet, daß zu reduzierenden Eisenerze. — Im übrigen erfolgt im den Umformern (2) auf der Abzugsseite der Re- Rahmen der bekannten Maßnahmen die Umformung duktionsgase je ein regenerativer Luftvorwärm- der Prozeßkohlenwasserstoffe mit rezirkuliertem wärmetauscher (3) für die Aufheizbrenner (12) 20 Gichtgas aus dem Schachtofen,
und diesem, auf dem Wege der Reduktionsgase Grundsätzlich ist es bei ähnlichen Vorrichtungen

zwischen Umformern (2) und Schachtofen (1), auch bekannt (DT-AS 1 201 377), die Verbrennungsein gemeinsamer, auf konstante Endtemperatur luft mittels besonderer Luftvorwärmwärmetauscher der Reduktionsgase ausgelegter, regenerativer vorzuwärmen, wobei mit rekuperativen Wärmetau-Pufferwärmetauscher (4) nachgeschaltet ist. 25 schern gearbeitet wird. Bei dieser Anlage werden im

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn- übrigen die umzuformenden Prozeßkohlenwasserzeichnet, daß die Umformer (2) mit katalytisch stoffe und Luft gemischt sowie als Mischung in einen wirksamen Wärmespeichergilterwerken (6) aus- regenerativen Umformer eingeführt. Dabei erfolgt gerüstet sind. zunächst eine Vorverbrennung und bei der Umfor-

3. Anlage nach den Ansprüchen 1 und 2, da- 30 mung ist rezirkuliertes Gichtgas anwesend. Auch hier durch gekennzeichnet, daß ein Umformer (2) und tritt das Reduktionsgas mit stark schwankender der zugeordnete Luftvorwärmwärmetauscher (3) Temperatur in den Schachtofen ein.

in einem einheitlichen Gehäuse (7) zusammenge- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

faßt sind. Anlage der eingangs beschriebenen Gattung so wei-

4. Anlage nach den Ansprüchen 1 bis 3, da- 35 ter auszubilden, daß die Reduktionsgase stets mit durch gekennzeichnet, daß ein Mischer für die konstanter und vorgebbarer Temperatur in den umzuformenden Prozeßkohlenwasserstoffe mit Schachtofen eingeführt werden können.

Luft und/oder mit Gichtgas vorgesehen sowie die Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung,

Mischung in den auf Umformung arbeitenden daß den Umformern auf der Abzugsseite der Reduk-Umformer (2) einführbar ist. 40 tionsgase je ein regenerativer Luftvorwärmwärme

tauscher für die Aufheizbrenner und diesem, auf dem Wege der Reduktionsgase zwischen Umformern und Schachtofen, ein gemeinsamer, auf konstante Endtemperatur der Reduktionsgase ausgelegter regenera-45 tiver Pufferwärmetauscher nachgeschaltet ist. Im Rahmen der Erfindung kann die Umformung thermisch oder katalytisch durchgeführt werden. Tempe- * ratur bei rein thermischer Arbeitsweise und/oder Ka-