DE2255759B2

DE2255759B2 - Verfahren zur Reduktion von zerkleinertem Erz zu Metall mittels eines reduzierenden Gases

Info

Publication number: DE2255759B2
Application number: DE2255759A
Authority: DE
Inventors: Gilbert Guerra Carcia; Juan Celada; Patrick William Mackay; Enrique R. Martinze; Antonio Villasenor
Original assignee: Fierro Esponja Sa Monterrey Nl (mexiko)
Current assignee: Fierro Esponja Sa Monterrey Nl (mexiko)
Priority date: 1971-11-22
Filing date: 1972-11-14
Publication date: 1978-09-14
Also published as: AT322589B; AU467444B2; CA978365A; TR17094A; IL40750A; DE2255759A1; BE791660A; BR7208130D0; US3770421A; IL40750A0; LU66512A1; NL7215664A; ES408836A1; JPS5120362B2; IT973676B; FR2160978B1; IN138742B; EG10696A; AU4854972A; DE2255759C3

Description

a) die Dampfzufuhr zu dem Kreislauf zwischen dem Gaszufuhreinlaß und dem Reformer an einer Stelle erfolgt, die von dem Gaszufuhreinlaß entfernt liegt,

b) die Gasströmung im Kreislauf zwischen der Kohlenwasserstoffgasversorgung und dem Dampfeinlaß gemessen wird,

c) die Gaszusammensetzung im Kreislauf zwisehen dem Kohlenwasserstoffgaseinlaß und dem Wasserdampfeinlaß bestimmt wird, und

d) die Dampfströmung im Kreislauf in Abhängigkeit sowohl von der gemessenen Gasströmung als auch von der ermittelten Zusammensetzung jo des Gases reguliert wird.

sammengefaßt werden:

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Gaszusammensetzung eine Probe des Gases entnommen, die π Strömung der Gasprobe gemessen, der Prozentsatz an Kohlendioxyd in der Gasprobe ermittelt und zur Lieferung gasförmiger Verbrennungsprodukte die Gasprobe verbrannt wird, daß die Strömung der gasförmigen Verbrennungsprodukte gemessen und in der Prozentsatz an Kohlendioxyd in den gasförmigen Verbrennungsprodukten bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfströmung F_v in Abhängigkeit von der Beziehung -t >

wobei Fv die Strömungsrate des erforderlichen Dampfes darstellt, Fdie Gasströmungsrate zwischen Kohlenwasserstoffgaseinlaß und Dampfeinlaß, /die Strömung des Probegases vor der Verbrennung, P die Strömung der gasförmigen Verbrennungspro- ■>■"> dukte, R das gewünschte Verhältnis der Strömungsraten von nicht aufkohlenden und aufkohlenden Elementen, Xco₂ die Molekularfraktion von Kohlendioxyd vor der Verbrennung der Gasprobe, Xco₂r die Molekularfraktion von Kohlendioxyd in den t>o gasförmigen Verbrenr.ungsprodukten und Xh₂o die Molekularfraktion von Wasser im reduzierenden Gas reguliert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasströmungsmessung und die tf> Messung der Gaszusammensetzung zur Erzielung eines repräsentativen Signals für die gewünschte Dampfströmung gemäß folgendem Ausdruck zu-1
R

worin bedeutet: F die Gasströmungsrate zwischen dem Kohlenwasserstoffgaseinlaß und dem Dampfeinlaß, n_c die Anzahl der Kohlenstoffatome in eir.em Molekül eines aufkohlenden Elementes, X_c._e. die Molekularfraktion eines aufkohlenden Elementes, R das gewünschte Verhältnis der Strömungsraten von nicht aufkohlendem Element und aufkohlendem Element, Xco₂ die Molekularfraktion von Kohlendioxyd und Xr₂O die Molekularfraktion von Wasserdampf im reduzierenden Gas.

Die Erfindung betrifft die Reduktion von zerkleinertem Erz zu Metall mittels eines reduzierenden Gases, wobei das reduzierende Gas in einem katalytischen Reformer erzeugt wird.

Aus der AT-PS 2 56 153 ist für die Herstellung von Eisenschwamm aus Eisenerz ein Verfahren zur Erzeugung von Reduktionsgas bekannt, bei dem die Spaltung von Kohlenwasserstoffen mit Dampf oder Sauerstoff in Spaltöfen in Anwesenheit von Gichtgas aus dem Reduktiorisschacht erfolgt. Reformer der regenerativen Art haben den Nachteil, daß die Betriebstemperatur mit Fortschreiten des Reformierungszyklus abnimmt und auf diese Weise ein nicht einheitliches Produkt erhalten würde. Katalytische Reformer haben dagegen den Vorteil, daß sie bei einer konstanten und optimalen Temperatur betrieben werden können, so daß man auch weitgehend einheitliche Reformierungsprodukte erhält. Allerdings haben katalytische Reformer den Nachteil, daß sie dazu neigen, schneller verunreinigt zu werden durch Kontaktvergiftung u.dgl. Dabei stellt die Abscheidung von Kohlenstoff auf der Katalysatoroberfläche eine wesentliche Quelle für die Verunreinigungen dar. Während bei thermischen Reformern die Abscheidung von Kohlenstoff nicht störend ist, weil der Kohlenstoff durch das Sauerstoff enthaltende Gas im Erhitzungszyklus des Reformers fortgebracht wird, läßt sich abgeschiedener Kohlenstoff bei einem katalytisch betriebenen Reformer wesentlich schlechter entfernen.

Aus der US-PS 31 93 378 ist die Reduktion von Eisenerz mittels eines reduzierenden Gases bekannt, bei dem das reduzierende Gas in einem katalytischen Reformer durch Spaltung von Kohlenwasserstoffen mit Dampf hergestellt wird. Dabei wird der Dampf und der Kohlenwasserstoff vor der Zugabe zu dem im Umlauf betriebenen Reduktionsgas vorgemischt.

In der DE-OS 21 34 959 wird ein Verfahren zur Rückführung eines Teiles des verbrauchten Reduktionsgases aus dem Reduktionsreaktor beschrieben. Dabei wird die Menge des verbrauchten Gases verringert, indem man einen Teil der reduzierenden Komponenten des zurückgeführten Gases, z. B. Kohlenmonoxid, wieder verwendet. Da die Konzentration der reduzierenden Komponenten bei jedem Durchgang des Gases durch den Reaktion abnimmt, verringert sich naturgemäß auch die Qualität des zirkulierenden Gases.

Aufgabe der Erfindung ist es, in einem Verfahren zur Reduktion von zerkleinertem Erz zu Metall mittels eines reduzierenden Gases eine Qualitätsverschlechte-

rung des im Kreislauf umlaufenden reduzierenden Gases zu vermeiden.

Die Erfindung wird in den Patentansprüchen wiedergegeben.

Durch das Vei fahren gemäß der Erfindung wird die <; effektive Erzeugung eines qualitativ hochwertigen Reduktionsgases für Metallerz-Reduktionsreaktoren wirksam verbessert. Ferner ermöglicht die Erfindung die Hinzufügung von Wasserdampf zu einem Gemisch aus Kohlenwasserstoffaufbereitungsgas und verbrauch- κι tem Reduktionsgas vor der katalytischen Reformierung des Gemisches. Der Vorgang wird dabei so gesteuert, daß sich auf dem Reformerkatalysator kein Kohlenstoff abscheiden kann. Ferner erhält man eine wirtschaftlichere Ausnutzung des zur Herstellung des Reduktions- |-, gases verwendeten Kohlenwasserstoffgases.

Die ausführliche Erläuterung der Erfindung erfolgt unter Bezugnahme auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel. Darin zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Teiles einer Schwammeisenproduktionsanlage in der ein Strom reduzierenden Gases gebildet, in einem Reaktor verwendet und wieder zurückgeleitet wird, worauf Aufbereitungsgas hinzugefügt und das so erhaltene Gemisch zur Ermittlung der richtigen Menge des für 2> optimale Betriebsverhältnisse erforderlichen Wasserdampfes analysiert wird,

F i g. 2 die von den Komponenten des Dampfsteuerungssystems gemäß F i g. 1 ausgeführten Funktionen,

F i g. 3 die von einem alternativen Dampfsteuerungs- _w system ausgeführten Funktionen und

F i g. 4 ein Schaltbild einer elektronischen Schaltung zur Erzeugung eines Dampfsteuerungssignals.

Gemäß Fig. 1 wird reduzierendes Gas in einem an sich bekannten katalytischen Reformer 10 erzeugt. Bei ]-, der Ausführungsform des Reformers gemäß F i g. 1 werden ein Gas und ein Gas-Wasserdampf-Gemisch beim Passieren von Heizschlangen 12 bzw. 14 im Schachtabschnitt 16 des Reformers vorgewärmt. Die Mischung aus vorgewärmtem Gas und Wasserdampf ^ tritt aus der Schlange 14 aus und strömt durch das Rohr 18 in eine erwärmte Katalysatorbettung im unteren Teil 20 des Reformers, wo es in ein Gasgemisch verwandelt wird, das weitgehend aus Kohlenmonoxyd, Wasserstoff und Wasserdampf besteht. Die Mischung strömt dann 4-, durch das Rohr 22 zu einem Abschreckkühler 24, wo der größte Teil des darin enthaltenen Wasserdampfes durch Abschrecken abgeschieden wird. Nach dem Verlassen des Kühlers 24 fließt das Gas durch das Rohr 26 und einen Strömungsregler 28, der eine bstimmte Reduk- -₎₍> tionsgasströmung zum Reaktor aufrechterhält.

Bei dem in F i g. 1 gezeigten System wird das reduzierende Gas in zwei Stufen auf die notwendige Reduktionstemperatur von 900 bis 1100⁰C erhitzt. In der ersten Stufe wird das Gas durch eine Heizschlange ■» 30 geleitet, die mit Gas gefeuert oder auf andere Weise beheizt wird, wodurch die Temperatur des reduzierenden Gases etwa um 700 bis 850⁰C erhöht wird. Da eine Reduktionstemperatur in der Größenordnung von 900 bis HOO⁰C erreicht werden muß, wird die Temperatur _W) des reduzierenden Gases, das den Heizer 30 verläßt, weiter erhöht, indem man durch das Rohr 32 eine relativ kleine Menge Luft oder Sauerstoff hinzufügt, wodurch die Temperatur des Gemisches auf den gewünschten Wert ansteigt. Bei Verwendung von Luft als Sauerstoff- _b-, lieferant ist es zweckmäßig, diese auf annähernd die Temperatur des reduzierenden Gases, mit dem sie gemischt wird, vorzuwärmen. Die Vorwärmung kann in einer Heizschlange ähnlich dem Heizer 30 erfolgen. Luft oder Sauerstoff kann dem reduzierenden Gas beispielsweise gemäß der US-Patentschrift 29 00 247 zugesetzt werden. Das so gewonnene heiße Reduktionsgas strömt in eine Füllkammer 33 im Reaktor 34, wo ein Teil des Gases gezündet wird.

Der Reaktor 34 besitzt einen vertikalen Schaft, eine Reduktionszone 35 im oberen Teil und eine (nicht gezeigte) Kühlzone im unteren Teil. Der Reaktor 34 ist mit einer Wärmeisolation versehen und in an sich bekannter Weise innen mit feuerfestem Material ausgelegt. Durch ein Chargierrohr 36 wird das zu behandelnde, zerkleinerte Erz in den Reaktor 34 eingebracht. Das Erz in Form von Klumpen oder vorgeformten Pellets fließt durch die Reduktionszone 35 nach unten und wird durch das aus der Füllkammer 33 nach oben strömende, heiße Reduktionsgas zu Schwammeisen reduziert. Das so gebildete Schwammeisen wird durch eine innen kegelstumpfförmige Drallwand 37 in eine Leitung 38 gelenkt, die in die Kühlzone führt.

Verbrauchtes Reduziergas verläßt den Reaktor durch eine Austrittsleitung 40 und strömt in einen wassergekühlten Abschreckkühler 42. Nach dem Verlassen des Abschreckkühlers 42 geht der größte Teil der Dampf-Gasströmung durch das Rohr 44 in den Zirkulationskreislauf. Der übrige Teil des verbrauchten Reduktionsgases gelangt durch ein Rohr 46 und ein Rückschlagventil 47 zu einem Entlüftungsschacht 48 und/oder durch ein Rohr 50 und ein Rückschlagventil 51 in einen Brennstoffspeicher. Zur richtigen Anpassung von zugesetztem Wasserdampf und Kohlenwasserstoffgas müssen im kontinuierlichen Betrieb ausreichende Mengen des verbrauchten Reduktionsgases aus dem Kreislauf gezogen werden. Im Rohr 46 befindet sich ein automatischer Druckregler 52, der wie in der Patentanmeldung P 21 34 959.7 vom 13. Juli 1971 beschrieben, im Reaktor 34 einen geeigneten Gegendruck aufrechterhält. Das Rohr 44 enthält einen Kompressor 54 zum Kreislauf des Reduktionsgases. Ein Rücklaufrohr 56 mit einem Druckregler 58 überbrückt den Kompressor 54 und hält den Kompressorausgangsdruck praktisch konstant. Die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens wächst, wenn ein wesentlicher Teil des verbrauchten Reduktionsgases in den Kreislauf zurückgeführt wird.

Das Rohr 44 endet an einem Mischer 60, wo durch ein Rohr 62 Erdgas bzw. Naturgas mit dem verbrauchten Reduktionsgas gemischt wird. Ein im Rohr 62 angeordneter Druckregler 63 reguliert die Endgasströmung zum Mischer 60. Das neue Gasgemisch fließt nun durch die Leitung 64, wo eine geeignete Strömungsmeßeinrichtung 66 Druck, Druckunterschied, spezifisches Gewicht und Temperatur des neuen Gasgemisches ermittelt. Die Zusammensetzung des Gases wird durch einen kontinuierlichen Analysator 68 bestimmt. Die Einrichtung 66 und der Analysator 68 übermitteln Informationssignale zu einer geeigneten elektronischen Schaltung 70, in der ein Dampfsteuersignal erzeugt wird. Nach dieser Prüfung des Gasgemisches passiert dieses die Heizschlange 12 im Schachtabschnitt 16 des Reformers 10. Das vorgewärmte Gas verläßt die Heizschlange 12 durch das Rohr 72 und wird mit Dampf gemischt, der durch das Rohr 74 zugeführt wird. Die Mischung aus Gas und Dampf passiert dann das Rohr 76 und die Vorheizschlange 14 im Reformer 10. Ein Flußregler 78, der vom Dampfsteuersignal der elektronischen Schaltung 70 gesteuert wird, befindet sich im Rohr 74 und steuert den Dampfzusatz zu dem im Rohr

72 fließenden Gas. Die elektronische Schaltung, der zugehörige kontinuierliche Analysator 68 und die Meßeinrichtung 66 werden im folgenden detailliert beschrieben.

Wie bereits erwähnt, muß der in den Reformer eintretende Dampf reguliert werden, damit man ein qualitativ hochwertiges Reduktionsgas erhält und ein Kohlenstoffniederschlag auf dem Katalysator vermieden wird. In einem typischen Methanreformer ist das Verhältnis zwischen Dampfströmung F₁. und Methanströmung F_m gleich: FJF_m=2. In dem Reformer ist Methan das aufkohlende Element und der Dampf das nicht aufkohlende Element. Zur Vermeidung einer Kohlenstoffabscheidung auf dem Katalysator strömt das nicht aufkohlende Element in der Regel mindestens doppelt so schnell als das aufkohlende Element.

Das den Mischer 60 gemäß F i g. 1 verlassende Gas enthält H₂, CO, CO₂, CH₄ und N₂. Bei der Reformierung von Methan mit Dampf findet folgende Reaktion statt:

CH₄ + H₂O-CO + 3H₂.

Bei der Rückführung des Gases durch den Reformer erfolgt folgende Reaktion:

CH₄ + H₂O-CO + 3H₂
CH₄ + CO₂ - 2 CO + 2 H₂.

Bekanntlich entstehen Kohlenstoffniederschläge durch Spalten von Methan und die bekannte Boudard-Reaktion von CO, wobei C und CO₂ entstehen. Zur Vermeidung einer Aufkohlung müssen deshalb genügend nicht aufkohlende Elemente wie etwa CO2 und H₂O zur Vereinigung mit Methan vorhanden sein. Wie bereits erwähnt, besteht ein brauchbares Kriterium für eine kontinuierliche Arbeitsweise des Reformers, ohne daß Kohlenstoffniederschläge entstehen, darin, das Verhältnis von nicht aufkohlenden zu aufkohlenden Elementen am Eingang des Reformers größer als 2 zu halten. Dies gibt die folgende Strömungsgleichung an:

Fco + f(H,

Je nach dem jeweils zu verarbeitenden Gas kann dieses Verhältnis aber auch größer oder kleiner als 2 sein.

Die Strömungsgeschwindigkeit von H₂O am Reformereingang ist gleich der Summe des im Gas vorhandenen H₂O zusätzlich der Strömungsgeschwindigkeit des zugesetzten Dampfes. Dies Verhältnis läßt sich durch die folgende Gleichung angeben:

Fw₂O — F₁ + Xh₂O F

Entsprechend gilt für die Strömungsgeschwindigkeit von CO₃, CO und CH₄:

I' ( Oi " X(Oj /' /(O = X(O l·

(H₄

XfII₄ F

wobei:

Das Regclverhältnis K lautet deshalb:

_{R =} F, + Χ,,,ο Γ + Χ«,, F
/•(Χα, f Xc„₄)

Bezogen auf die Dampfströmung ergibt dies

/■·,. = KF(Xm + Xc-H₄) - /-(Xc-O₂ + Xh₂O)-κι Durch Division auf beiden Seiten durch Fcrhäll mar - = R (Xm + XcH₄) ~~ (XfOj + X|i₂o) ·

r, Die letztere Gleichung Hißt sich schreiben als F,

A', Molfraktion der Komponente /.

/·, Strömung der Komponente/ (Gramm-Mol/ Ski.),

/· Gasströmung am Rcformercingang (zurückströmendes Gas t Cl l.i zur Aufbereitung)
I(iramm-Mol/Sld.|.

/■■

= RS,

wobei S wie folgt definiert ist:

S = Xco + XcH₄ — ß, Xc-O₂ ~~ β Xh₂O ■

Die ersten beiden Ausdrücke obiger Gleichung fiii S sind die Summe der Molfruktion der aufkohlender Elemente. Der Ausdruck für S läßt sich deshalb ir generalisierter Form wie folgt neu schreiben:

S =

I γ Ι γ

K ² ~ R ²°'

wobei:

;i,. = Anzahl der C-Alomc in einem Molekül do j-, aufkohlenden Elementes,

X_{1 (}, = Molfraktion des aufkohlenden Elementes

Im allgemeinen ist der Mittelwert von X1120 etwa gleich 0,01. Wenn man zur Berechnung der erforderli-

.Hi chen Dampfströmung annimmt, daß dieser Wert konstant bleibt, so benötigt man drei Gasanalysatoren (je einen für jede Gaskomponente CO, CO₂ und CH₄) und einen volumetrischen Gassixömungsmesser.

F i g. 2 zeigt die elektronische Schaltung 70, den

.π kontinuierlichen Analysator 68 und die Strömungsmeßeinrichtungen 66. Die Strömungsmeßeinrichtungen 66 sind über eine Mündung 81 im Rohr 64 verbunden. Diese Einrichtungen ermitteln den Druckunterschied (h), den Druck (P), das spezifische Gewicht (C) und die

-,0 Temperatur (T). Diese Größen dienen gemäß folgender Gleichung zur Ermittlung der Strömungsmenge:

F = K

GT

Außerdem folgt die Gasströmungsmenge auch au: folgender Beziehung:

KP

[W

wobei γ = spezifisches Gewicht.

In diesem Fall müssen die Sl.römungsmeßeinrichtun· gen jedoch die Dichte erfassen. Die Strömungsmessung kann an Stelle einer Mündung auch mit einen volumetrischen Meßgerät erfolgen.

Der Gasanalysator 68 kann aus einer Anzah kontinuierlicher und unabhängiger Gasanalysatoren zui

Ermittlung der Prozentsätze von CO, CO2 und CH₄ im Gas bestehen. Wenn man jedoch ein Volumen des strömenden Gases ausreichend verzögert, etwa durch Verwendung einer Verzögerungsschlange 80, so kann man mit einem intermittierenden Chromatographen oder Massenspektrometer arbeiten, vorausgesetzt die elektronische Schaltung 70 besitzt eine für die intermittierenden Signale ausreichende Speicher- oder Verzögerungskapazität.

Die elektronische Schaltung 70 kann entweder eine Schaltung gemäß Fig. 4 oder ein entsprechend programmierter digitaler oder analoger Rechner sein. Bei Verwendung eines Rechners ist das Rechenprogramm annähernd äquivalent der Schaltung nach F i g. 4 und liefert das gleiche Ausgangssignal für die Dampfsteuerung.

Eine weitere Methode zur Berechnung der optimalen Dampfströmung ist in Fig.3 gezeigt. Die Methode basiert auf der vollständigen Verbrennung von Kohlenwasserstoff in einem Gasstrom zur Erzeugung von CO2. Es sei angenommen, daß das im Rohr 64 strömende Gas aus CO, CO₂, H₂O, Methan, Äthan (C₂H₆) und Propan

20 (C₃H₈) besteht. Druch ein Stichprobensystem 82 wird eine Gasprobe aus dem Rohr 64 entnommen, die zur Ermittlung der Probenströmungsmenge (f) ein geeignetes volumetrisches Meßgerät 84 durchströmt Die Probe wird dann in einen ersten, kontinuierlichen CO₂-Analysator 86 eingeleitet, indem der ursprüngliche CO₂-Gehalt der Probe ermittelt wird. Nach dem Verlassen des Analysators 86 tritt die Probe in eine Verbrennungskammer 88, wo sie gezündet wird, wobei mit einem Überschuß an Luft oder Sauerstoff eine vollständige Verbrennung erreicht wird, so daß CO und die Kohlenwasserstoffe vollständig in CO₂ umgewandelt werden. Danach wird die neue Strömungsmenge (F) durch ein zweites volumetrisches Meßgerät 90 ermittelt. Die Probe wird dann in einen zweiten kontinuierlichen CO2-Analysator 92 injiziert, in dem der gesamte CO₂-Gehalt bestimmt wird. Zu beachten ist, daß mit Rücksicht auf die Gaszusammensetzung der Probe die Probenmeßgeräte hinsichtlich des spezifischen Gewichtes kompensiert werden müssen. Die spezifische Gleichung für Slautet nun:

n'

S — (Xco + XcH₄ + 2Xc₂H₁, + 3Xc₃H₈) — jf

Der Kohlenstoffausgleich auf jeder Seite der Verbrennungskammer 88 lautet wie folgt:

./'XcO₂, = /XCO₂ + /XCO + /XcH₄ + 2/Xc₂H_n + 3/Xc₁H₁ ·

Durch Auflösung dieser Gleichung nach den CO₂-Anteilen erhält man

./ XcO₂,. — / Xco₂ = ./ (Xco + XcH₄ + 2Xc₂H₆ + 3Xc₃H,) · Teilt man nun beide Seiten der Gleichung durch /, so erhält man

(XcO + XcH₄ + 2Xc₂H₆ + 3Xc₃H₈) = -"-J-XcO₂,. - XcO₂ ·

Einsetzen des rechten Teiles der Gleichung in die Gleichung für S liefert folgende Gleichung:

S = ^y-Xco_2T - f 1 + fl^)^Xco₂ - ^-^χΗ₂ο ■

Die Gleichung für die Dampfströmungsmenge lautet deshalb wie folgt:

F₁. = R

F i g. 4 zeigt eine elektronische Schaltung 70, in der die Ausgänge der Analysatoren und der Strömungsmeßeinrichtungen in ein Gasströmungssignal (F) und ein Dampfsteuersignal proportional der gewünschten Dampfströmung (F_v) umgewandelt werden.

Der Gasanalysator 68 liefert der Schaltung 70 für jeden Gasbestandteil ein nichtlineares Eingangssignal, so daß jedes Signal proportional dem prozentualen Anteil des jeweiligen Gasbestandteiles ist. Beispielsweise variieren die Kohlendioxyd- und Kohlenmonoxydsignale zwischen 2,5 und 12,5 Volt bei einer Konzentration von O bis 30%. Ebenso variiert das Methansignal zwischen 2,5 und 12,5 Volt bei einer Konzentration von O bis 60%. Diese Eingänge gelangen in die Addiereinheiten 96, 98 und 100 und werden jeweils zu einer konstanten Vorspannung von -2,5 Volt addiert. Die Addiereinheiten kehren außerdem das Vorzeichen jedes Einganges und der Vorspannung um, so daß der Ausgang jeder Addiereinheit abhängig von der Größe des Eingangssignals zwischen O und -10 V schwanken

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Mi kann. An diesem Punkt sind die Signale immer noch nicht linear und werden deshalb durch nichtlineare Verstärker 102, 104 und 106 in lineare Funktionen umgeformt. Kehrt man zur generalisierten Gleichung für S zurück, so erkennt man, daß die nicht aufkohlende Komponente CO₂ gegenüber den aufkohlenden Komponenten CO und CH₄ entgegengesetztes Vorzeichen besitzt. Das CO₂-Signal wird deshalb einer Polaritätsumkehreinheit 108 zugeführt, wo es die richtige Polarität erhält. Darauf werden die drei Signale in einer Addiereinheit 110 mit einem konstanten HjO-Signal kombiniert, so daß man ein Signal proportional 2 S erhält. Das 2 S-Signal wird im Multiplizierer 112 mit sich selbst multipliziert und liefert die Menge (2 5/.

Die Meßeinrichtungen 66 erzeugen Signale, die dem Druck (P) dem Druckunterschied (h) dem spezifischen Gewicht (G) und der Temperatur (T) proportional sind. Diese Signale gelangen in die Addierer 114, 116, 118 bzw. 120. In den Addiereinheiten 114 und 116 werden die Signale für Druck und Druckunterschied mit

Vorspannungen von — 2,5 V addiert. Der Ausgang der Addiereinheiten 114 und 116 wird dann in einem Multiplizierer 122 multipliziert, so daß man das Produkt Px h erhält. Den Signalen für das spezifische Gewicht und die Temperatur werden Vorspannungen von + 2,5 V im Addierer 118 bzw. 120 hinzu addiert. Dann werden diese Signale im Multiplizierer 124 multipliziert, was das Produkt GxT liefert. Die Ausgänge der Multiplizierer 122 und 124 werden einem Dividierer 126 zugeführt, der das Signal Px Λ durch das Signal GxT dividiert und den Quotienten mit einer geeigneten Konstanten (K²) multipliziert, was ein Ausgangssignal

P = K¹PhIGT

ergibt. Das Ausgangssignal P des Dividierers 126 wird dann mit dem Ausgangssignal (2 S]F des Multiplizierers 112 durch den Multiplizierer 128 multipliziert, so daß man erhält:

F_v ² = (2 FSJP .

Zur richtigen Vorspannung des Signals F_v ² für die Dampfsteuerung wird dem Ausgangssignal des Multiplizierers 128 an der Addiereinheit 130 eine Vorspannung hinzu addiert. Ebenso wird der Ausgang des Dividierers 126 mit einer Vorspannung in der Addiereinheit 132 zusammenaddiert, so daß man ein Ausgangssignal proportional F¹ erhält.

Die Wiederverwendung des verbrauchten Reduktionsgases erhäht somit den Wirkungsgrad und senkt die Herstellungskosten weiter, als dies bisher möglich war. Die bisherigen Methoden zur Rezirkulation oder Rückführung des reduzierenden Gases zum Ausgang des Reformers ergaben ein Reduktionsgas relativ geringer Qualität, wenngleich diese Verfahren auch einen besseren Wirkungsgrad erzielten als ohne Rückführung arbeitende Verfahren. Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung wird jedoch nicht nur der Wirkungsgrad beträchtlich gesteigert, sondern auch ein Reduktionsgas sehr hoher Qualität erzeugt. Die erneute Zirkulation des verbrauchten Reduktionsgases durch den Reformer ermöglicht nicht nur die Wiederverwendung der erwünschten, reduzierenden Gaskomponente CO, sondern gestattet auch die Reformierung von CO2 im rückgeführten Gas mit CH4, so daß man CO und H erhält. Diese Reformierung hängt jedoch von der richtigen Steuerung des Dampfeinganges ab. Der eintretende Dampf muß groß genug sein, um eine Aufkohlung verhindern zu können, und klein genug, damit ein großer Reformierungsgrad von CO2 möglich ist. Mit der Erfindung wird auch dieses Steuerungsproblem gelöst, indem eine optimale Dampfströmung kontinuierlich aufrechterhalten wird, was eine Aufkohlung verhindert und einen großen Reformierungsgrad des CO2 gestattet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Reduktion von zerkleinertem Erz zu Metall mittels eines reduzierenden Gases, das > insbesondere Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthält, wobei dieses reduzierende Gas in einem geschlossenen Kreislauf strömt, der die Reduktionszone eines das zu reduzierende Erz enthaltenden Reaktors und einen katalytischen Reformer umfaßt, ι ο der Kohlenwasserstoffgas und Dampf in Kohlenmonoxid und Wasserstoff umwandelt, wobei der Kreislauf zwischen Reaktor und Reformer mit einem Kohlenwasserstoffzufuhrgas und Dampf gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, ι■> daß