DE2434917B2 - Verfahren zum Aufbereiten eines Feststoffeinsatzes für einen Wirbelbettreaktor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbereiten eines mit Feinstoffen unterhalb 0,2 mm Korngröße 2j gemischten Feststoffeinsatzes für einen Wirbelbettreaktor.

Das Aufbereiten von Feinstoffen spielt besonders in den Faller, eine Rolle, in denen der für das Wirbelbett bestimmte Feststoffeinsatz einen hohen Anfangspro- «> zentsatz an Feinstoffen enthält oder eine ungenügende physikalische Stabilität hat, so daß die Feinstoffe während der Behandlung anfallen. Ein Teil der Feinstoffe des Materialgemisches wird dabei von dem fluidierenden Gas aus dem Reaktor ausgetragen, ^ν> wodurch die Ausbeute des Aufbereitungsverfahrens herabgesetzt wird und Verstopfungen in dem Gassystem hinter dem Reaktor auftreten. Man ist deshalb gezwungen gesehen, den Gasdurchsatz zu verringern, jedoch wird dadurch der Ausstoß der betroffenen «o Anlagen reduziert, obwohl die Mitnahme der Feinstoffe selbst nicht völlig beseitigt werden kann.

Gas-Feinstoff-Wirbelbettreaktionsverfahren haben in jüngster Zeit zunehmend an Bedeutung gewonnen. Das frühere Desinteresse ist durch die erwähnten ίο technologischen Schwierigkeiten bei der Durchführung des Verfahrens sowie durch die hohen Kosten für die Anlage zu erklären. Erst während der letzten Jahre ist das Interesse an diesen Wirbelbettverfahren aufgrund einiger besonderer wirtschaftlicher Situationen zusammen mit der Möglichkeit gewachsen, infolge der Besonderheit des Wirbelbettverfahrens Materialien zu verarbeiten, für die andere bekannte Verfahren nicht in Betracht kommen.

In der Stahlindustrie beispielsweise ermöglicht der ''"' ständig wachsende Anfall von Eisenerzen mit hohem Feinstoffanteil oder jedenfalls mit schlechter physikalischer Stabilität in Verbindung mit anderen technischen und wirtschaftlichen Gründen, die Einrichtung von Anlagen für eine wirtschaftliche Erzeugung von ^h" Eisenschwamm durch Direktreduktion von Erz ins Auge fassen.

Die Bedingungen jedoch, die das Wirbelbettverfahren interessant machen, nämlich die Möglichkeit der Verwendung von Rohmaterialien entweder mit hohem <■ < Feinstoffgehalt oder solchen, die die Bildung von Feinstoffanteilen durch physikalischen Abbau innerhalb der Reaktoren bewirken, bilden einen der größten Nachteile dieser Verfahren. Um das Gleichgewicht der Reaktion vorteilhaft zu verschieben und eine größere Umsetzungsgeschwindigkeit zu erzielen, ist es bei diesen Wirbelbettverfahren ratsam, die Menge des Reaktionsgases, das sich innerhalb des Reaktors befindet, zu erhöhen. Dies kann durch Steigern der spezifischen Strömungsgeschwindigkeit des Reaktionsgases mit der Folge eines Anwachsens der Geschwindigkeit und daher auch der Mitführungskapazität des Gases erreicht werden. Dadurch bewirkt man eine Ausdehnung des Wirbelbettes mit einem immer stärker werdenden Entweichen der Feststoffpartikel aus dem Reaktor entsprechend der wachsenden Gasgeschwindigkeit

Natürlich ist das Entweichen der Feststoffteilchen aus dem Reaktor eine Erscheinung, die nicht völlig unterdrückt werden kann, die jedoch entweder im Verhältnis zu der teilchenförmigen Natur bestimmter Arten von Einsatzgut oder zu bestimmten Korngrößebereichen des Einsatzgutes eine solche Bedeutung erlangen kann, daß sie die normale Arbeitsweise der Anlage wesentlich beeinträchtigt Dazu tritt das Problem, daß die entwichenen Feinstoffteilchen wegen ihrer Teilchengröße bei bekannten Verfahren nicht wiederverwendet werden können. Selbst wenn man die Abluft reinigt und die zurückgewonnenen Feinstoffe wieder einsetzt sind diese praktisch verloren, da sie erneut mit der Abluft ausgetragen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Verfahren zu beseitigen und eine Möglichkeit zu schaffen, einerseits bei erhöhten Gasgeschwindigkeiten mit geringerem Feinstoffaustrag zu arbeiten und andererseits ausgetragenes Material nicht nur von der Abluft abzuscheiden, sondern es tatsächlich zusammen mit vorher abgetrenntem Feinstoffmaterial dem eigentlichen Reaktionsverfahren wirksam zuzuführen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst indem zunächst durch Sichten des Feststoffeinsatzes 20 bis 70 Gew.-Prozent der Feinstoffmenge von unter 0,2 mm Korngröße abgezogen, mit einer weiter aus der Abluft des Reaktors abgetrennten Feinstoffmenge, die bis zu 20 Gew.-Prozent der ursprünglichen Feinstoffmenge betragen kann, vereinigt dann zu Pellets von unter l^mm, durchschnittlich 1 mm Korngröße verarbeitet und diese Pellets zusammen mit dem Restanteil des Feststoffeinsatzes in den Wirbelbettreaktor eingebracht werden.

Neben der Tatsache, daß die Erfindung im Vergleich zu den bekannten Verfahren die Anwendung höherer Gasgeschwindigkeiten, also größerer Umsetzgeschwindigkeiten, erlaubt liegt ein Hauptvorteil der Erfindung in der wesentlichen Verminderung des Verlustes an Feinstoffen, wodurch es überhaupt erst möglich wird, Wirbelbettreaktoren für bestimmte Materialien einzusetzen. So wird in bevorzugter weiterer Anwendung des Erfindungsgedankens vorgeschlagen, das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zur Aufbereitung eines eisenhaltigen Feststoffeinsatzes zur Direktreduktion von Eisenerz zu verwenden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert

Das Verfahren läuft in der Praxis insgesamt so ab, daß das Einsatzgut für den Reaktor einer Vorbehandlung unterworfen wird, wobei der zwischen 20% und 70% des gesamten vorhandenen Feinstoffanteils schwankende Anteil der Feinstoffe von der Gesamtmenge des Einsatzgutes abgetrennt wird. Diese Vorbehandlung

kann, abhängig von der Art des Materials, in einer einfachen Siebung und/oder eine Wirbelbettbehandlung mit einem inerten fluidierenden Gas, mit einer Vorerwärmung und möglichen Trocknung und Dehydrierung des Materials, d. h. Entfernen der Restfeuchte und des Kristall wassers aus dem Material selbst, bestehen. Die so abgetrennten Feinstoffe werden gesammelt und in eine geeignete Pelletisierungsanlage geleitet, in der die Feinstoffe in Mikropellets mit einer Größe unterhalb 1,5 mm umgewandelt werden. Die Mikropellets werden mit dem von der Vorbehandlungsanlage abgezogenen Material vereinigt, das Ganze wird dann in geeignete Wirbelbettreaktoren geleitet Infolge der Vorbehandlung ist es möglich, die spezifische Strömungsgeschwindigkeit des Fluidierungs- und Reaktionsgases in den Reaktoren zu erhöhen und als Folge davon weitere Fraktionen von noch in dem Einsatzgut verbliebenen Feiostoffen abzutrennen, z.B. aus dsm ersten Bett des Wirbelreaktors, die mit denjenigen vereinigt werden, die durch Sieben erzeugt und/oder während der Vorbehandlung abgetrennt werden, worauf das Ganze der Mikropelletisierungsbehandlung unterworfen wird. Die so erzeugten Mikropellets können im frischen oder feuchten Zustand verwendet werden, aber sie können auch getrocknet oder geglüht werden. Somit wird ein Einsatzgut für Wirbelbettreaktoren erhalten, das aus einem Rohmaterial, dem zu einem hohen Prozentsatz sein Feinstoffanteil entzogen wurde, und aus den aus den Feinstoffen erzeugten Mikropellets besteht So erhält man nicht nur ein stabileres Wirbelbett, sondern auch größere Ausbeuten -und eine gesteigerte Produktivität

Es folgt ein Beispiel für die Direktreduktion von Eisenerz:

Es wird ein Eisenerz aus Venezuela, das auf geeignete Weise aufbereitet ist, um eine maximale Korngröße von 2 mm und 55 Gew.-% Feinstoffen unterhalb 0,2 mm zu erhalten, mit einem Eisengehalt von 64% und 5% Kristallwasser in einen Wirbelbettvorbehandlungskessei eingeführt, wobei Verbrennungsprodukte als Fluidierungsmittel verwendet werden und das Material auf Temperaturen zwischen 400⁰C und 500⁰C erhitzt wird. Durch diese Vorbehandlung wird das Kristallwasser entfernt und ein Produkt mit einem Eisengehalt von 67% erzielt Es sind ca. 58% der Feinstoffe entfernt, verglichen mit dem im ursprünglichen Einsatzgut vorhandenen Feinstoffanteil. Das aus dem Kessel ausgetragene Erz wird einer Reihe Wirbelbettreduktionsreaktoren zugeführt, bei denen trockener Wasserstoff als Reaktions- und Fluidierungsgas verwendet wird. In dem ersten der Reaktoren werden aus dem Abgas weitere Feinstoffe mit einer Korngröße unterhalb von 0,2 mm in einer Menge abgezogen, die 20% der die anfänglich in dem Erz vorhandenen Feinstoffmenge beträgt, wobei diese Feinstoffe praktisch nicht reduziert sind. Diese Feinstoffe werden mit denen vereinigt, die aus der Vorbehandlungsanlage kommen, und einer Mikropelletisierungsanlage zugeführt, mit der Pellets einer durchschnittlichen Korngröße von 1 mm erzeugt werden. Diese Pellets werden mit dem Erz vereinigt das

ι υ größere Abmessungen aufweist und aus der Vorbehandlungsanlage ausgetragen ist, und den Reduktionsbetten zugeführt

In konkreten Zahlen werden 100 kg Eisenerz (Trockengehalt) mit einem Eisengehalt von 64% und

ι ^r> einem Feinstoffanteil von 55 kg mit einer Korngröße

< 0,2 mm der Vorbehandlungswirbelschicht zugeführt, in der unter Zuführung von Fluidierungsgas eine Erwärmung auf 400 bis 500⁰C erfolgt Aus der Vorbehandlungswirbelschicht werden das Fluidierungsgas und 32 kg Feinstoff-Eisenerz der Korngröße

< 0,2 mm abgezogen, während 68 kg Eisenerz, von dem 23 kg eine Korngröße < 0,2 mm aufweisen, einer ersten von mehreren Reduktionswirbelschichten zugeführt werden. Aus dieser ersten Reduktionswirbelschicht wird

2¹J Gas zusammen mit 11 kg Eisenerz der Korngröße

< 0,2 mm abgezogen und zusammen mit den vorerwähnten 32 kg aus der Vorbehandlungswirbelschicht einer Mikropelletisierung unterworfen. Es ergeben sich 44 kg Mikropellets, die der ersten Reduktionswirbel-

i» schicht zugeführt werden. Am Ende einer Mehrzahl Reduktionswirbelschichten wird ein Eisenschwamm von ca. 60 kg Fe erhalten.

Bei diesem Beispiel beträgt, nimmt man die beim Sichten abgezogenen 58 Gew.-% der Feinstoffe und die

r> aus der ersten Reaktorstufe nutzbar gemachten 20Gew.-% zusammen, also die Gesamtmenge der rückgewonnenen Feinteile 78 Gew.-% der ursprünglichen Feinstoffmerige, so daß höchstens 22Gew.-% derselben oder nur rund 12% der Gesamteinsatzmenge,

w von der die Feinstoffe ja lediglich 55% ausmachen, verloren gehen. Im Vergleich dazu würden bei einem herkömmlichen Verfahren ohne die erfindungsgemäße Behandlung bei gleichem Ausgangsmaterial und gleichem Reaktor in der ersten Reaktorstufe ca. 40 Gew.-%

■!'■ der Feinstoffe mit einer Korngröße von unterhalb 0,2 mm als Verlust abgeführt. Da das Rohmaterial 55 Gew.-% derartiger Feinstoffe enthält, ergibt sich bei der konventionellen Verarbeitung ein absoluter Verlust, bezogen auf die Gesamt-Rohstoff menge, von

'"' 22Gew.-% gegenüber den lediglich ca. 12Gew.-% gemäß dem Verfahren nach der Erfindung.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufbereiten eines mit Feinstoffen unterhalb 0,2 mm Korngröße gemischten Feststoffeinsatzes für einei: Wirbelbettreaktor, da- "> durch gekennzeichnet, daß zunächst durch Sichten des Feststoffeinsatzes 20 bis 70 Gew.-°/o der Feinstoffmenge von unter 0,2 mm Korngröße abgezogen, mit einer weiteren, aus der Abluft des Reaktors abgetrennten Feinstoffmenge, die bis zu 20Gew.-% der ursprünglichen Feinstoffmenge betragen kann, vereinigt, dann zu Pellets von unter 1,5 mm, durchschnittlich 1 mm Korngröße verarbeitet, und diese Pellets zusammen mit dem Restanteil des Feststoffeinsatzes in den Wirbelbettreaktor eingebracht werden.

2. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Aufbereitung eines eisenhaltigen Feststoffeinsatzes zur Direktreduktion von Eisenerz.

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