DE2413558B2

DE2413558B2 - Verfahren zur Reduktion von oxidischen Erzen, insbesondere Eisenerzen

Info

Publication number: DE2413558B2
Application number: DE2413558A
Authority: DE
Inventors: Sven Hofors Santen (Schweden)
Original assignee: SKF Kugellagerfabriken GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1973-03-26
Filing date: 1974-03-21
Publication date: 1980-02-28
Also published as: IT1011622B; JPS564482B2; FR2223449A1; AU475113B2; CA1007050A; FR2223449B1; BE885257Q; JPS5026794A; SE371453C; DE2413558A1; AU6693074A; DE2413558C3; SE371453B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion von oxidischen Erzen, insoesondere Eisenerzen, mit Hilfe eines hauptsächlich CO und H2 enthaltenden Reduktionsgases, das au.» einem aus der Reaktionszone des metallurgischen Prozesses rückgeführten Kreislaufgas, welches im wesentlichen CO, CO₇, H₂ und H₂O enthält, Kohlenstoff und/oder Kohlenwasserstoff hergestellt ist.

In den meisten der heutigen metallurgischen Reduktionsprozesse ist die Hersteilung des Reduktionsgases ein Problem. Die Schwierigkeiten sind dem Umstand zuzuschreiben, daß der zur Bildung von Reduktionsgas angewendete Karburierungsprozeß endotherm ist und außerdem, unter anderem für die Durchführung der Reduktion, die Temperatur das Gases oft erhöht v/erden muß. In herkömmlichen Karburatoren wird die erforderliche Wärme elektrisch oder durch Verbrennung erzeugt und über eine oder mehrere feste Phasen, z. B. im sogenannten Wiberg-Söderfors-Verfahren oder im sogenannten Midland-Ross-Verfahren, übertragen, während der Wärmebedarf in der Gasphase vorliegt. Es ist weiterhin z. B. durch den Aufsatz von U. Landt in Chemie-Ing.-Technik, 42. Jahrg. 1970/Nr. 9, 10 ab Seite (I) bekannt, Plasmabrenner in chemische oder physikalische Reaktionssysteme einzuordnen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, das eine einfache und wirtschaftliche Reduktion von oxidischen Erzen, insbesondere Eisenerz, gestattet.

Diese Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß Kreislaufgas durch einen Plasmabrenner geleitet wird. Dieses Krcislaufgas wird, gemäß einen) weiteren Merkmal der Erfindung, zur Erzielung einer ausreichenden Energie für die Spaltung von CO₂, H₂O und um dem Gas eine für den anschließenden metallurgischen Prozeß geeignete Temperatur zu geben, erhitzt, anschließend durch eine Reaktions- und Mischkammer geführt und dort in Kontakt mit erforderlicher Quantität von Kohlenstoff und/oder Kohlenwasserstoff gebracht. Weiterhin kann zusätzlich zum Kreislaufgas Kohlenstoff und/oder Kohlenwasserstoff durch den Plasmabrenner geleitet werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das aus dem rückgeführten Kreislaufgas und gegebenenfalls frischem kohlenstoffhaltigen Material bestehende Beschickungsgemisch vor Eintritt in den Plasmabrenner aufgeteilt, einer dieser Teilströme durch den Brenner geleitet und beide Teilströme hinter dem Brenner in einer Reaktions- und Mischkammer vereinigt.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß die Prozeßhilfsgrößen :bei dem erfindungsgemäßen Verfahren leichter einstellbar sind als bei bekannten Verfahren, und daß die Vorrichtungen zur Ausführung des Verfahrens einfacher und billiger hergestellt werden können als bekannte Ausführungen.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 dai Prinzip einer Ausführungsform einer Vorrichtung für Energiezuführung zum Gas,

F i g. 2 eine Prinzipskizze eines sogenannten Wiberg-Söderfors-Ofens in bisher bekannter Gestaltung und

Fig.3 einen gemäß der Erfindung abgewandelten Wiberg-Söderfors-Ofen zur Reduktion von oxidischen Erzen.

F1 g. 1 zeigt den Plasmabrenner 1 einer Reduktionsanlage zur Reduktion von oxidisohen Erzen. Der Plasmabrenner 1 besteht aus einer Anode und einer Kathode, zwischen denen zumindest ein Teil des Kreislaufgases über eine Leitung 2 zuströmt. Zwischen der Anode und der Kathode befindet sich ein elektrisches Feld. Da das hindurchströmende Gas bei seinem Durchgang durch dieses Feld ionisiert und elektrisch leitend wird, wird zwischen Anode und Kathode ein elektrischer Strom unterhalten. Die daraus resultierende Energieentwicklung erfolgt somit direkt in dem durchströmenden Gas, und die dem Brenner zugeführte erforderliche elektrische Energie wird durch eine Leitung 3 zugeführt Das den Plasmabrenner in geeigneten Proportionen durchströmende Gas besteht sowohl aus durch die Leitung 4 zugeführten Kohlenwasserstoffen als auch aus durch die Leitung 5 zugeführtem Kreislaufgas. Das Kreislaufgas enthält CO, CO₂, H₂ und H₂O, während das durch das Verfahren erhaltene Reduktionsgas CO und H₂ und geringstmögliche Restgehalte von CO₂ und H₂O enthält Die gewünschten Reaktionen bestehen darin, daß der Sauerstoff im H₂O und CO2 mit dem Kohlenstoff im Kohlenwasserstoff unter Bildung von CO und H₂ reagieren soll. Die Reaktionen können ganz oder teilweise im Plasmabrenner und/oder in einer Reaktions- und Mischkammer 6 vor sich gehen, fes kann zweckmäßig sein, nur einen Teil der Gasmenge durch den Plasmabrenner zu leiten und einen Teil, z.B. durch eine Leitung 7, direkt in die Reaktions- und Mischkammer gehen zu lassen. In dem Teil des Gases, das durch den Brenner hindurchgeht, muß in diesem Fall die Temperatur auf ein solches

Niveau erhöht werden, daß die Mischung nach vollständiger Reaktion die gewünschte Temperatur erhält. Eine allzu hohe Temperatur des Reduktionsgases kann in gewissen Fällen von Nachteil sein. Die Beschickung kann z. B. zusammenbacken. Der Vollständigkeitsgrad des Verlaufes der gewünschten Reaktionen hängt von der Temperatur ab, das heißt, mit steigender Temperatur sinken die erreichbaren Restgehalte von CO₂ und H2O und die Rußbildung wird vermieden. Das gebildete Reduktionsgas wird durch die Leitung 8 zur gewünschten Stelle abgeleitet. Wünscht man die Herstellung eines Reduktionsgases mit niedriger Temperatur, kanii man einen vollständigeren Verlauf der gewünschten Reaktionen dadurch erhalten, daß man nacn dem Plasmabrenner und gegebenenfalls der Reaktions- und Mischkammer das Gas durch eine Katalysatormasse leitet.

Wünscht man die Durchführung der Regenerierung ganz oder teilweise mit Hilfe von festem Kohlenstoff anstelle von Kohlenwasserstoffen, kann dies entweder dadurch erfolgen, daß Kohlenstaub zusammen mit dem Kreislaufgas eingeDlasen wird oder daß man das Gas nach seinem Durchgang durch den Plasmabrenner und gegebenenfalls die Reaktions- und Mischkammer durch ein Kohlenstoffbett leitet.

Die gewünschten Reaktionen erfolgen also, wie aus Vorstehendem hervorgeht, nicht notwendigerweise im Plasmabrenner selbst, sondern gleich gut in der Reaktions- und Mischkammer, in einem Kohlenstoffbett oder einer Katalysatorkammer. Die hauptsächliche Aufgabe des Plasmabrenners besteht darin, dem Gas die ^Energiemenge zu geben, die für die endothermen ^Reaktionen und gegebenenfalls zur Erhöhung der Temperatur des Gases auf den für die Durchführung von Reduktionsprozessen gewünschten Wert erforder- in Hch ist. Um anhand eines Beispiels zu veranschaulichen, wie existierende metallurgische Prozesse durch Anwendung der vorliegenden Erfindung verbessert werden können, ist in F i g. 2 das Prinzip für den sogenannten Wiberg-Söderfors-Ofon in seiner bisherigen Ausfiihrung und in F i g. 3 der durch Anwendung der vorliegenden Erfindung abgewandelte Wiberg-Söderfors-Off?n gezeigt Der Ofen gemäß F i g. 2 besteht aus einem Karburator 9, einem Dolomit-Filter 10 und einem Reduktionsschacht 11. Das für die Reduktion vorgesehene Eisenoxid wird dem Reduktionsschacht bei 12 !zugeführt. Der Schacht ist vorzugsweise mit einer Öffnung für eine Fackel Ί3 und mit einem Vorwärrnbrenner 14 versehen. Die Bewegung des dem Ofen zugeführten und des in ihm gebildeten Gases ist durch so Pfeile 15 angedeutet. Dem vom Reduktionsschacht abgehenden Gas werden Kohlenwasserstoffe, z. B. Propylen, bei 16 und Koks bei 17 zugeführt. Die Gasumwälzung wird mit dem Gebläse 18 bewirkt. Im Karburator 9 erfolgen die Reaktionen

	C₃H*	> 3C +	3H₂
CO₂	+ C	>· 2CO
H₂O	+ C	» H₂ +	CO

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Im Dolomit-Filter 10 wird das Gas entschwefelt, und im Reduktionsschacht 11 wird das Eisenoxid durch Reaktion mit dem Reduktionsgas reduziert. F i g. 3 zeigt das Prinzip für den abgewandelten Wiberg-SÖderfors-Ofen, der zur Herstellung von Reduktionsgas ausgerüstet ist. Der Reduktionsschacht 19 ist, wie bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2, mit einem Vorwärmbrenner 20, einer öffnung für eine Fackel 2! und einer öffnung für die Zuführung von Eisenoxid 22 versehen. Der durch das Gebläse 23 bewirkte Gasfluß in der Anlage ist durch die Pfeile 24 angezeigt. Durch die Leitung 25 werden Kohlenwasserstoffe, z. B. Propylen, in den Gasstrom eingeführt. Der vorstehend im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebene Plasmabrenner ist mit 26, und eine Reaktions- und Mischkammer ist mit 27 bezeichnet. Diese Kammer kann gegebenenfalls mit einem Katalysator versehen sein. Analog zur Leitung 7 in F i g. 1 ist eine Nebenschlußleitung 28 für Gas am Plasmabrenner vorbeigeführt.

Das in der Einrichtung erzeugte Reduktionsgas strömt durch die Öffnung 29 im Reduktionsschacht in diesen ein. Im Plasmabrenner 26 und in der Mischkammer 27 erfolgen die Reaktionen

3CO₂ + C₃H₁,
3H₂O -f C₃H₁,

6CO + 3H₂
3CO + 6H₂

wenn beim Prozeß Propylen verwmdet wird.

Im Reduktionsschacht 19 werden die Eisenoxide durch die Reduktionsgase unter Bildung von Kohlendioxid und Wasser reduziert. Das Dolomit-Fiiter kann aufgrund des niedrigen Schwefelgehaltes des gasförmigen Kohlenwasserstoffes bei dieser Ausführung weggelassen werden.

Zur Verdeutlichung der Erfindung wird nachfolgend ein Wiberg-Söderfors-Prjzeß, bei dem ei/ie Vorrichtung verwendet wird, --die der in der F i g. 3 der vorliegenden Anmeldung im Prirzip entspricht, mit genauen Temperatur- und Mengenangaben beschrieben.

Für die Reduktion von Fe₂O₃ wurde ein Kreislaufgas, das 300 kg CO, 235 kg CO₂, 20 kg H₂ und 100 kg H₂O pro Tonne reduziertes Eisen enthielt, durch den Plasmabrenner 26 und die Nebenschlußieitung 28 in die Reaktionskammer 27 eingegeben, wobei 20% des Kreislaufgases durch den Plasmabrenner und 80% durch die Nebenschlußleitung floß. Die Temperatur des Kreislaufgases betrug 627° C. Das Gas, das den Plasmabrenner in der obengenannten Menge passierte, wurde durch eine elektrische Leistung von 78OkWh aufgeheizt. Dieses Gas hatte beim Verlassen des Plasmabrenners einen Energieinhalt, der einer Temperatur von 3027° C entspricht. In der Reaktionskammer wurden die beiden Anteile des Kreislaufgases gemischt und 160 kg C₃H₆ mit einer Temperatur von 57° C ^hinzugefügt. In der Reaktionskammer wurde ein Reduktionsgas erzeugt, das aus 725 kg CO, 45 kg H₂, 35 kg CO₂ und 10 kg H₂O bestand, die Reaktionskammer mit einer Temperatur von 877° C verließ und durch die öfffnnpg 29 in den Reduktionsschacht geleitet v/urde. in diesem Beispiel wurde C3H6 direkt in die Reaktions- und Mischkammer 27 eingeleitet. Wenn die Zufuhr des C₃H₆ statt dessen, wie In der Fig.3 bei 25 erfolgt, d. h. vor dem Plasmabrenner und der NebenschlußJeitung» dann werden die Temperatur, die Leistung, die Reduktionsgaszusammensetzung und andere Faktoren nicht wesentlich verändert, weil nur 20% des C₃He durch den Plasmabrenner geleitet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

J. Verfahren zur Reduktion von oxidischen Erzen, insbesondere Eisenerzen, mit Hilfe eines hauptsächlich CO und H2 enthaltenden Reduktionsgases, das aus einem aus der Reaktionszone des metallurgischen Prozesses rückgeführten Kreislaufgas, welches im wesentlichen CO, CO₂, H₂ und H₂O enthält, Kohlenstoff und/oder Kohlenwasserstoff hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß Kreislaufgas durch einen Plasmabrenner geleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß Kreislaufgas im Plasmabrenner, zur Erzielung einer ausreichenden Energie für die Spaltung von CO₂ und H₂O und um dem Gas eine für den anschließenden metallurgischen Prozeß geeig nete Temperatur zu geben, erhitzt, anschließend durch eine Reaktions- und Mischkammer geführt und dort in Kontakt mit erforderlicher Qualität von Kohlenstoff und/oder Kohlenwasserstoff gebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum Kreislaufgas Kohlenstoff und/oder Kohlenwasserstoff durch den Plasmabrenner geleitet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem rückgeführten Kreislaufgas und gegebenenfalls frischem kohlenstoffhaltigem Material bestehende Beschikkungsgemisch vor Eintritt in den Plasmabrenner aufgeteilt wird, einer dieser Teilströme durch den Brenner geleitet und beide Teilströme hinter dem Brenner in einer Reaktions- und Mischkammer vereinigt werden.