DE2449319A1

DE2449319A1 - Verfahren zur reduktion von metalloxyden

Info

Publication number: DE2449319A1
Application number: DE19742449319
Authority: DE
Inventors: Juan Calada; Patrick William Mackay
Original assignee: Fierro Esponja SA
Current assignee: Fierro Esponja SA
Priority date: 1973-10-16
Filing date: 1974-10-16
Publication date: 1975-04-17
Also published as: US3890142A; NL7413398A; ES431089A1; BE821074A; EG11512A; IT1021795B; FR2247541A1; DE2449319B2; NL159142B; AU470871B2; SE7412980L; DE2449319C3; IL45830A0; JPS5440048B2; ZA74641B; IL45830A; JPS5078512A; BR7408518A; GB1428590A; ZM15474A1

Description

26 019 Dr.Kd/di

Fierro Esponja, S. A. Monterrey, N.L., Mexico

Verfahren zur Reduktion von Metalloxyden

Die Erfindung bezieht sich auf die Reduktion von Metalloxyden mit Gasen zu elementaren Metallen bei erhöhten Temperaturen unterhalb dem Schmelzpunkt der Metalle und insbesondere auf eine verbesserte Methode für den Betrieb eines Mehrreaktorsystems zur Durchführung eines solchen ReduktionsVerfahrens. Die Erfindung ist insbesondere im Zusammenhang mit der direkten Reduktion mit Gasen von Eisenoxyderzen in Klumpen, Brokken oder Pellets unter Bildung von Eisenschwamm geeignet und wird nachstehend unter Bezugnahme auf diese

50981670928

244Ü3

Verwendung beschrieben, obwohl das'erfindungsgemäße Verfahren genausogut bei Verfahren verwendet werden kann, bei denen andere Metalloxyde als Eisenoxyd zu elementaren Metallen reduziert werden.

In einer Ausführungsform umfaßt die Erfindung eine Verbesserung eines bekannten halbkontinuierlichen Verfahrens zur Herstellung von Eisenschwamm, bei dem ein Mehrreaktorsystem verwendet wird, bei dem getrennte Einheiten aus eisenhaltigem Material gleichzeitig behandelt werden. Die drei in dem Reaktorsystem hauptsächlich durchgeführten Arbeitsweisen sind (1) Ausbringen des reduzierten Metalls aus dem Reaktor und Beschicken desselben mit frischem Metallerz, das reduziert werden soll, (2) Reduktion des Erzes und (3) Abkühlen des reduzierten Erzes. Der Einfachheit halber werden diese drei Arbeitsschritte nachstehend als Produktionsstufe, Reduktionsstufe und Kühlstufe bezeichnet. Die Reaktoren sind so verbunden, daß während eines Arbeitszyklus das Reduktionsgas aus einer geeigneten Quelle, im allgemeinen eine Mischung, die im wesentlichen aus Kohlenmonoxyd und Wasserstoff besteht, nacheinander durch wenigstens einen Reaktor, der sich in der Kühlstufe befindet und mehrere Reaktoren, die sich in der Reduktionsstufe befinden, geführt wird. Wenigstens ein Reaktor des Systems ist dabei abgetrennt, um entladen" und wieder beschickt zu

509816/0926

werden,-während das Kühlen und die Reduktion in den anderen Reaktoren des Systems · durchgeführt werden. Es ist ersichtlich, daß mindestens drei Reaktoren zur gleichzeitigen Durchführung der vorbeschriebenen drei Arbeitsschritte notwendig sind.

Das Reaktorsystem enthält geeignete Umschaltventile, wodurch nach Ende jedes Zyklus der Gasfluß umgeleitet werden kann, um zu bewirken, daß der Kühlstufenreaktor der. Beschickungsreaktor wird, der letzte Reduktionsreaktor der Kühlreaktor wird und der Beschickungsreaktor der erste Reduktionsreaktor wird.

Um eine wirksame Ausnützung der Reaktoren in einem solchen System zu erreichen, ist es notwendig, daß die drei vorstehend angegebenen Arbeitsweisen ungefähr gleich lange Zeit erfordern. Wenn beispielsweise die für das Kühlen des reduzierten Metalls erforderliche Zeit oder die für die Reduktion des Metallerzes erforderliche Zeit wesentlich länger sind als jene, die zum Entladen und wieder Beschicken des Beschickungsreaktors erforderlich sind, wird der Beschickungsreaktor eine Zeitlang stillstehen, d.h. unausgenützt sein, bis die Kühl- und Reduktionsstufen beendet sind. Im allgemeinen ist die Reduktion des Eisenerzes der langsamste Teil des Verfahrens. Um etwa gleich lange Zeitintervalle für die drei Arbeitsschritte zu erreichen,

509818/0926

wurde schon vorgeschlagen, die Erzreduktion in mehreren Stufen bei Verwendung von zwei oder mehr Reduktionsreaktoren durchzuführen, die in Serie in bezug auf den Fluß des Reduktionsgases geschalten sind.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Verfahrens zur ansatzweisen, halbkontinuierlichen Reduktion von Metallerzen mit Gas in einem Mehrfachreaktorsystem. Ferner ist Aufgabe der Erfindung die Schaffung eines Verfahrens zum Angleichen der Zeitintervalle, die zur Reduktion des Metallerzes, zur Abkühlung des reduzierten Metallerzes und zum Entladen und V/iederbeladen des Beschickungsreaktors erforderlich sind. Ferner ist Aufgabe der Erfindung die Schaffung eines Verfahrens, bei dem eine solche Angleichung in einem Dreireaktorsystem erreicht wird.

Diese der Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben werden durch eine geregelte Rückfuhr des Reduktionsgases in der Erz-Reduktionsstufe des Systems gelöst, wodurch der Mass'enstrom an Reduktionsgas im Re dukt ions reaktor oder den Reduktionsreaktoren erhöht wird und die für eine gegebene Reduktion erforderliche Zeit verringert wird.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert, die eine Vorrichtung zeigen, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.

S09816/0926

Es zeigen:

Figur 1: ein Dreireaktor - Reduktionssystem der allgemeinen vorstehend beschriebenen Art und Einrichtungen,um eine geregelte Gasrückfuhr zum Kühlreaktor und zum Reduktionsreaktor zu gewährleisten;

Figur 2: ein ähnliches System wie Figur 1, wo jedoch, ein einziger Reduktionsgaserhitzer alle drei Reaktoren bedient.

In Figur 1 zeigt das dort gezeigte System die Reaktoren 10, 12 und 14. Das System wird anfänglich während dieses Teils des Zyklus beschrieben, bei·dem Reaktor 10 der Kühlreaktor, Reaktor 12 der Reduktionsreaktor und Reaktor 14 der Beschickungsreaktor sind.

Auf der linken Seite der Figur 1 ist ersichtlich, daß ein Reduktionsgas, das hauptsächlich aus Kohlenmonoxyd und Wasserstoff besteht, in einem Reformer 16 bekannter Konstruktion gebildet wird. Methan oder Erdgas geeigneter Herkunft wird durch Leitung 18 zugeführt und im Kaminteil 20 des Reformers vorerhitzt. Es wird dann ■ durch Leitung 22 geführt, wo es mit durch Leitung 24 zugeführtem Wasserstoff gemischt wird. Die Methan-Wasserdampf-Mischung tritt in den unteren Teil 26 des Reformers ein.. Im unteren Teil 26 des Reformers wird die Methan-Wasserdampf-Mischung katalytisch bei er-

509816/0 926

höhter Temperatur in bekannter Weise in ein Reduktionsgas umgewandelt, das hauptsächlich aus Kohlenmonoxyd und Wasserstoff besteht.

Die erhaltene Gasmischung wird über Leitung 28 zu einem Abschreckkühler 30 geführt, wo sie abgekühlt und entwässert wird. Sie wird dann zu dem Reduktionsgas-Sammler oder Druckkessel 32 geführt, der einen Gegendruckregler 34 enthält. Der Sammler 32 ist über Abzweigrohr 36, das Ventil 38 enthält, mit dem oberen Teil des Reaktors 10 verbunden, durch Abzweigrohr HO mit Ventil 42 mit dem oberen Teil des Reaktors 12 und mit einem Abzwedgrohr 44 mit Ventil 46 mit dem oberen Teil des Reaktors 14. Während des nun beschriebenen Teils des Zyklus sind die Ventile 42 und 46 geschlossen und das Ventil 38 ist geöffnet.

Das eisenhaltige Material im Kühlreaktor 10 wurde-bei der vorhergehenden Reduktion schon weitgehend reduziert und kann einen Metallgehalt im Bereich von 80 - 99% aufweisen. Das kalte Reduktionsgas, das dem Reaktor oben über Rohr 36 zugeführt wird, strömt abwärts durch das Bett des eisenhaltigen Materials und kühlt dieses sowie reduziert dieses weiter. Auch während des frühen Teils des Kühlzyklus ist die Temperatur des Bettes ausreichend hoch, um einen Teil des Reduktionsgases zu kracken und Kohlenstoff auf der Oberfläche der Eisen-

509818/0926

2U9319

schwammteilchen abzulagern. Diese Kohlenstoffablagerung ist in Fällen vorteilhaft, bei denen z.B. der Eisenschwamm als Eisenbeschickung für einen Lichtbogenelektrostahlofen verwendet wird.

Das Reduktionsgas verläßt Reaktor 10 nahe des Bodens desselben über Leitung 4 8 und strömt durch den Abschreckkühler 50, wo es. gekühlt und entwässert wird, zu Leitung .52. Es wird anschließend geteilt. Ein erster Teil fließt durch Leitung 54 mit dem offenen Ventil zum Kühlgasruckfuhrsammler 58. Der Rest des Gases der Leitung 5 2 fließt durch Überfuhrleitung 5 3 mit offenem Ventil 5 5 zum Reduktionsgasrückfuhrrohr 84- des Reduktionsreaktorsystems 12. Ventil 62 in Rohr 60 ist während dieses Teils des Zyklus geschlossen.

Das Kühlgasrückfuhr-Sammelrohr 5 8 ist mit dem Ansaugstutzen einer Kühlgasrückfuhrpumpe 66 verbunden, deren Auslaß mit dem Reduktionsgas-Sammelrohr 32 verbunden ist. Ein Strömungsmesser 68 ist an .der Ausgangsseite der Pumpe 66 vorgesehen, um die Menge an zum Reaktor 10 zurückgeführtem Gas anzuzeigen. Das Volumenverhältnis des zurückgeführten gekühlten Gases- zum Gas, das vom Reformer zugeführt wird, kann über einen ziemlich weiten Bereich variieren, normalerweise zwischen 1 : bis 5:1. Als Gesamtgas, das durch Reaktor 10 strömt, kann das Rückfuhrgas 40 bis 90 Vol.-% ausmachen. Bei

509816/0926

2449318

Anwendung eines hohen Rückfuhrverhältnisses kann die KOhlgeschwindigkeit im Reaktor 10 wesentlich gesteigert werden. Die Strömungsgeschwindigkeit des zurückgeführten Kühlgases kann gewünschtenfalls geändert werden, um eine Zweistufenkühlung des Inhalts des Reaktors 10 zu ergeben, wie dies in der US-PS 3 423 201 beschrieben ist»

Wie vorstehend angegeben, ist jeder der Reaktoren inix Einrichtungen zum Zurückführen des Reduktionsgases d^arch diese versehen, wenn sie als Peduktionsreaktor betrieben werden. In diesem Fall wird ein Reduktion??« gasrückfuhr-SaiiHiielrohr 76 (Figur 1 unten) vorgesehen. Die Reaktorer. 10, 12 und 14 sind gleichfalls mit einem Erhitzer versehen, um das ihnen zügeführte Reduktionsgas zu erhitsen. Das Zufuhrsammeirohr 75 ist über 7er·= zweigungsrohr 7 Π mit "sr.til 80 mit dem Erhitzer S 2 des Reaktors 10 verbunden₅ durch Verzweigungsrohr 8U ait Ventil 86 mit dem Erhitzer 88 des Reaktors 12 und Verzweigung?-.ochr¹ 30 mit Ventil 9 2 mit dera Erhitzer 94 des Reaktors i'-u l-'ähr-ünd des nun beschriebenen Teils des Zyklus ' ind dir; V^rtiIe 80 und 92 geschlossen und das Ventil ΒΊ je^ffne-j.

Im Erhit-aar 98 wir-d ü-i? .Rsduktionsgau, das scwohl das aus deHi Kühli-ectki-.rv.-syi· >:.-r/m übei- Leitung 53 öb^rfüh^ts €as νηύ das "ü3, ;I;;s äUc Saiitmellei'tiing 7S durch L^ί- ΰ-ΐ ;Iic-;a\ w.sirn^'''. - --auf'eins U "ίί «τφ era tür "'^iscne?i

BAD ORIGINAL

700 und 850° C erhitzt. Da die erwünschte Temperatur des Redüktionsgases beim Eintritt in den Reduktionsreaktor 12 900 - 1100° C beträgt, ist ein weiteres Erhitzen des Gases, das Erhitzer 88 verläßt, notwendig. Dieses zusätzliche Erhitzen kann auf zweierlei Weise erfolgen, nämlich durch Zugabe einer relativ geringen Menge eines sauerstoffenthaltenden Gases zum Reduktionsgas, um die erwünschte zusätzliche Wärme durch teilweise Verbrennung des Reduktionsgases zu erhalten, oder durch Einschalten eines Obererhitzers zwischen dem ersten Gaserhitzer und dem Reaktor.

Unter Betrachtung der ersten Alternative und unter Bezugnahme auf den Teil links oben der Figur 1 wird .ein sauerstoffenthaltendes Gas, das Luft oder Sauerstoff sein kann, durch-Leitung 96 mit einem Strömungsregler 98 zu einem Erhitzer 100 zugeführt, von dem es in ein Heißluftsammeirohr 104 geführt wird. Wie in der Zeichnung gezeigt, ist das Sammelrohr 104 mit dem Reaktor 10 über ein Abzweigrohr 106 mit Ventil 108, mit Reaktor 12 über ein Abzweigrohr 110 mit Ventil 112 und mit Reaktor 14 über ein Abzweigrohr .114 mit Ventil 116 verbunden. Bei dem jetzt beschriebenen Teil des Zyklus sind die Ventile 108 und 116 geschlossen und das Ventil 112 geöffnet. Deshalb gelangt das gesamte sauerstoffenthaltende Gas, das durch Erhitzer 100 strömt, durch Verzweigungsrohr 110 in eine Verbrennungskammer 118, die mit dem oberen Ende des Reaktors 12 in Verbindung steht. Das erhitzte Gas, das Erhitzer

509816/0926

verläßt, strömt in ähnlicher Weise zur Verbrennungskammer 118, und zwar über Rohr 120. Innerhalb der Verbrennungskammer wird .ein Teil des heißen Reduktionsgases verbrannt, um eine Reduktionsgasmischung zu ergeben, die die gewünschte verhältnismäßig hohe Temperatur aufweist. Die Verbrennungskammer 118 kann in einer Weise ausgestaltet sein, wie es in der US-PS 2 900 247 beschrieben wird.

Das Volumen an verwendetem sauerstoffenthaltendem Gas und die Temperatur, auf die es vorerhitzt wird, ändern sich in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt des Gases. Wenn reiner Sauerstoff verwendet wird, kann das Vorerhitzen gewünschtenfalls völlig weggelassen werden und besteht kaum ein Vorteil,eine höhere Temperatur als 500 C anzuwenden. Wenn andererseits Luft als sauerstoffenthaltendes Gas verwendet wird, sollte dieses vorzugsweise auf eine Temperatur von 700 C oder höher erhitzt werden. In ähnlicher Weise kann, wenn Luft als sauerstoffenthaltendes Gas verwendet wird, das Volumenverhältnis von Luft zu Reduktionsgas mit dem es gemischt wird, so hoch wie 0,4 : 1 sein und typischerweise im Bereich von 0,15 : 1 bis 0,30 : 1 liegen. Wenn andererseits Sauerstoff als sauerstoffenthaltendes Gas verwendet wird, ergibt ein Volumenverhältnis im Bereich von 0,05 : 1 bis 0,15 : 1 im allgemeinen gute Ergebnisse.

509816/0926

Wie vorstehend ausgeführt, ist es auch möglich, einen Übererhitzer zwischen dem Erhitzer 88 und dem Reaktor 12 zxi verwenden. Dieser Obererhitzer ist durch strichlierte Linien eingezeichnet und mit dem Bezugszeichen 122 versehen. Der Übererhitzer verringert die Notwendigkeit des sauerstoffenthaltenden Gases in der Verbrennungskammer 118 und kann in einigen Fällen die Notwendigkeit des Zusatzes eines sauerstoffhaltigen Gases zum· heißen Reduktionsgas unnotwendig machen.

Von der Verbrennungskammer 118 strömt das heiße Reduktionsgas mit einer Temperatur von 900 - 1100 C, vorzugsweise etwa 1025 C, in den Reaktor 12 und abwärts durch das Erzbett, um die Reduktion des Erzes zu Metallschwamm zu bewirken. Ein wesentlicher Teil dieses Gases wird zurückgeführt, um einen verhältnismäßig hohen Massenstrom des Gases zu erreichen, und dadurch das Reduktionsverfahren im Reaktor stark zu beschleunigen.

Das aus Reaktor 12 abströmende Gas verläßt den Reaktor nahe des Bodens desselben über Rohr 124 und wird durch einen Abschreckkühler 126, in dem es abgekühlt und entwässert wird, zu Rohr 128 geführt. Rohr 128 ist mit einem Gasübertragungs-Sammelrohr 64 über ein Ver-* zweigungsrohr 130 mit einem offenen Ventil 132 verbunden , sowie tait dem Kühlgasrückfuhr-Sammelrohr 58 über ein Rohr 13M mit Ventil 136, das während des

B09816/0926

Teils des Zyklus, der hier beschrieben wird, geschlossen ist> und ist ferner mit einem Übertragungsrohr 125 mit geschlossenem Ventil 129,. das zum Erhitzer 94 des Reaktorsystems 14 führt, verbunden.

Der Reaktor IU ist mit einem Abschreckkühler 135 ähnlich den Kühlern 50 und 126 der Reaktoren 10 und 12 versehen sowie mit ähnlichen damit verbundenen Leitungen, die ein Verzweigungsrohr 137 mit Ventil 138, das mit Sammelrohr 64 verbunden ist, ein Verzweigungsrohr 139 mit Ventil 140, das mit Sammelrohr 58 verbunden ist, und ein Gasübertragungsrohr 141 mit geschlossenem Ventil 143, das zum Rohr 7 8 des Reaktorsystems 10 führt, umfassen. Die Ventile 138, 140 und 14 3 sind alle während des jetzt beschriebenen Teils des Zyklus geschlossen.

Ein kleiner Teil des aus Reatfcor 12 ausströmenden Gases, das durch Rohr 130 zu Sammelrohr 64 strömt, wird, wie aus der Figur 1 rechts unten ersichtlich, aus dem System über Rohr 14 2 abgezogen und fließt zu einem nicht gezeigten Brennstoff-Sammelrohr. Das abgezogene Gas entweder mit oder ohne Zumischung von anderen brennbaren Gasen, wie Methan, kann als Brennstoff zwecks Zuführung von Wärme zum Reformer 16 oder den Erhitzern 82, 88, 94 und 100 oder andere Zwecke verwendet werden. Der Hauptteil des Gases, das in Sammelrohr 64 über Rohr 130 eintritt, wird zum Reduktionsreaktor 12

509816/0926

über eine Pumpe 70, Rohr 72, Sanutielrohr 76, Rohr 84, Erhitzer 88 und Rohr 120 zurückgeführt. Ein Strömungsmesser 7U ist bei der Austrittsseite der Pumpe 70 vorgesehen, um die Menge an zurückgeführtem Gas anzuzeigen. Das Volumenverhältnis von zurückgeführtem Gas zu Gesamtgas, das durch den Reaktor strömt, kann zwischen etwa 0,3 : 1 bis 0,9 : 1 variieren, wobei der bevorzugte Bereich zwischen etwa 0,6 : 1 bis 0,8 : 1 liegt.

Während dieser Periode, bei der Reaktor 10 als Kühlreaktor und Reaktor 12 als Reduktionsreaktor betrieben werden, wird der Beschickungsreaktor 14 von dem strömenden Gassystem abgeschalten, und zwar durch Schliessen der Ventile 129, 92, 138, 140, 143, 16 und 116, Während dieser Zeit wird der gekühlte Metallschwamm vom Boden des Reaktors 14 ausgetragen und der Reaktor mit Erz für den nächsten Betriebszyklus beschickt.

Am Ende eines Kühl- und Reduktionszyklus, wie er vorstehend beschrieben wurde, werden die Reaktoren in ihrer Funktion geändert, so daß Reaktor 10 der Beschickungsreäktor. Reaktor 12 der Kühlreaktor und Reaktor 14 der Reduktionsreaktor werden. Insbesondere werden die Ventile 108, 80, 62, 56, 55, 38 und 143 geschlossen, um Reaktor 10 vom Gasstrom des Systems zu isolieren, so daß dieser entladen und wieder beschickt werden kann. Die Ventile 42, 136 und 129 werden

509816/0926

geöffnet und die Ventile 112, 86 und 132 geschlossen, um die Rückfuhr des Kühlgases durch Reaktor 12 zu erlauben. Die Ventile 46, IUO und 143 werden geschlossen gelassen und die Ventile 116, 92 und 138 geöffnet, um die Rückfuhr von heißen Reduktionsgas durch Reaktor I¹+. zu erlauben. Ventil 129 ist geöffnet, um einen Teil des Kühlgases zum Reduktionsgaszyklus zu überführen.

Es wurde gefunden, daß bei Anwendung der Rückführung von Gas in den Kühl- und Reduktionsreaktoren und insbesondere bei Anwendung einer verhältnismäßig großen Rückfuhr an heißem Reduktionsgas in den Reduktionsreäktor die gewünschte Reduktion des Erzes, die normalerweise einen verhältnismäßig langsamen Prozeß darstellt, in etwa der gleichen Zeit erreicht werden kann, die notwendig ist, um das Abkühlen und das Wiederbeschicken durchzuführen. Dadurch wird ein halbkontinuierliches, ansatzweises Reaktiohssystem mit nur drei Reaktoren möglich. Ein anderer Vorteil der Rückfuhr des Reduktionsgases besteht darin, daß bei der hohen erhaltenen Gasströmgeschwindigkeit der Temperaturgradient des Bettes verringert wird, d.h. die Bettemperatur ist gleichförmiger und die Durchschnittstemperatur ist für eine gegebene Beschickungstemperatur höher. Durch die hohe Massenströmgeschwindigkeit des Gases wird eine nahezu gleichförmige Umsetzung zum Metall erreicht.

Das in Figur 2 gezeigte System entspricht im allgemeinen dem der Figur 1» unterscheidet sich jedoch von

509816/0926

2U9319

diesem dadurch, daß ein einziger Erhitzer vorgesehen ist, um-· das heiße Reduktionsgas zum Reduktionsreaktor zuzuführen. Die Reaktoren 210-, 212 und .21M entsprechen den Reaktoren 10, 12 und 14 der Figur 1. Das Kühlgas aus Reformer 226 wird dem Kühlgaszufuhr-Sammelrohr 232 zugeführt und strömt durch Verzweigungsrohr 236 zu Peaktor 210 und anschließend abwärts durch das Bett aus eisenhaltigem Material, um dieses abzukühlen. Das Kühlgas wird vom Boden des Reaktors 210 abgezogen und strömt über Kühler.250, Verzweigungsrohr 254, Rückfuhr-Sammelrohr 258, Pumpe 266, Sammelrohr 232 und Verzweigungsrohr 2 36 zurück zu Reaktor 210. Ein Strömungsmesser 267 ist nach der Austrittsseite der Pumpe 266 vorgesehen, um den Strom an zurückgeführtem Kühlgas durch das Sammelrohr 23 2 zu messen. Während des Kühlzyklus in Reaktor 210 sind die Heißgasverbindungen zu diesem abgeschnitten.

Ein Teil des zurückgeführten Kühlgases wird nahe der Ansaugstelle der Pumpe 26 6 über eine Leitung 350 mit Strömungsmesser 35 2 abgezogen und strömt dann über Leitung 354 zu einem Erhitzer 356, wo es auf eine Tem^ peratur im Bereich von 700 - 850° C erhitzt wird. Das vom Erhitzer 35 6 abströmende heiße Gas gelangt zu einem Heißreduktionsgas-Sammelrohr 358, das über Verzweigungsrohr 360 mit Ventil 362 mit der Verbrennungskammer 36 3 des Reaktors 210 verbunden ist, über Verzweigungsrohr 364 mit Ventil 366 mit der Verbrennungskammer 367 des Reaktors 212 verbunden ist und über

509816/0926

Verzweigungsrohr 36 8 mit Ventil 370 mit der Verbrennungskammer 371 des Reaktors 214 verbunden ist. Während der Periode, bei der Reaktor 212 als Reduktionsreaktor arbeitet, sind die Ventile 36 2 und 370 geschlossen und das Ventil 366 geöffnet. Auf diese Weise strömt das gesamte vom Erhitzer 356 ausströmende heiße Gas zur Verbrennungskammer 367 des Reaktors 212.

Wie vorstehend in Zusammenhang mit Verbrennungskammer 118 des Reaktors 12 beschrieben, wird das heiße Reduktionsgas mit einer geringen Menge eines sauerstoffenthaltenden Gases gemischt, mit dem eine geringe Menge des Reduktionsgases verbrannt wird, um eine Mischung mit der gewünschten Temperatur zur Einführung in den Reduktionsreaktor zu erhalten. Ein sauerstoffenthaltendes Gas, wie Luft oder Sauerstoff, wird über eine Leitung 3 86 mit einem Strömungsregler 3 88 zu einem Erhitzer 390 zugeführt, in dem die Luft oder der Sauerstoff auf eine Temperatur von etwa 500 - 850° C vorerhitzt werden. Vom Erhitzer 390 strömt das vorerhitzte sauerstoffenthaltende Gas zu einem sauerstoffenthaltenden Heißgas-Sammelrohr 392, das über Verzweigungsrohr 394 mit Ventil 396 mit der Verbrennungskammer 363 des Reaktors 210 verbunden ist, über Verzweigungsrohr 39 8 mit Ventil 400 mit der Verbrennungskammer 36 7 des Reaktors 212 verbunden ist und über Verzweigungsrohr 402 mit Ventil 404 mit der Verbrennungskammer 371 des Reaktors 214 verbunden ist. Während des nun beschriebenen Teils des Zyklus sind die Ventile 396 und 404 geschlossen und das Ventil 400 geöffnet.

609816/0926

Das heiße Reduktionsgas strömt abwärts durch das Erzbett .im Reduktionsreaktor 212 und reduziert im wesentlichen das darin enthaltende Erz zu Metall. Gewünschtenfalls kann zwischen Erhitzer 356 und Verbrennungskammer 367 ein Übererhitzer vorgesehen werden, wie er durch strichlierte Linien bei 406 eingezeichnet ist, und entsprechende Übererhitzer können für. die Reaktoren 210 und 214 vorgesehen werden.

Wie im Fall des Systems der Figur 1 wird ein wesentlicher Teil des Redukt'ionsgases, das durch Reduktionsreaktor 212 strömt, zurückgeführt. Insbesondere wird das aus Reaktor 212 ausströmende Gas durch Kühler und Verzweigungsrohr 3 30 zu einem Rückfuhr-Sammelrohr 378, Rückfuhrpumpe 380 und Rohr 354, das den Strömungsregler 382 enthält, zurück zum Erhitzer 35 6 geführt. Der Anteil an zurückgeführtem Gas kann derselbe sein, wie er vorstehend in Verbindung mit Figur 1 angegeben wurde. Eine geringe Menge des vom Reaktor abströmenden Gases wird vom Sammelrohr 378 über ein Rohr 384 abgezogen und als Brennstoff verwendet, wie dies vorstehend in Verbindung mit Figur 1 beschrieben wurde.

Nach Beendigung des Reduktionszyklus werden die Verbindungen zu den Reaktoren geändert, um Reaktor 210 zu einem Beschickuhgsreaktor, Reaktor 212 zu einem Kühlreaktor und Reaktor 214.zu einem Reduktionsreaktor zu machen. Da diese Arbeitsweise schon vorstehend

509816/0926

2U9319

1 P

unter Bezugnahme auf Figur 1 beschrieben v/urde, erscheint es nicht notwendig, dies nochmals zu wiederholen. ·

Da die Erz-Reduktionsstufe des Verfahrens im allgemeinen ziemlich langsam yoristatten geht, wurde es als notwendig angesehen, wenigstens zwei in Serie geschaltete Reduktionsreaktoren zu verwenden und eine Reduktionszeit von etwa 3 Stunden anzuwenden. Es wurde nunmehr gefunden, daß durch Rückfuhr des Reduktionsgases, wie sie hier beschrieben wird, eine ausreichende Reduktion in weniger als 3 Stunden erreicht werden kann, selbst wenn nur ein anstelle von zwei Reduktionsreaktoren verwendet wird.

Ein weiterer Vorteil der Anwendung der Rückfuhr des Reduktionsgases liegt darin, daß die hohe Massenströmungsgeschwindigkeit des Gases, die auf diese Weise erhalten wird, zu einer gleichförmigeren Umsetzung zu Metall führt. Ferner wird bei Verwendung einer hohen Gasströmgeschwindigkeit der Temperaturgradient durch das Bett verringert, d.h., die Bettemperatur ist gleichförmiger und weist einen höheren Durchschnittswert für eine gegebene Beschickungsgastemperatur auf.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann auch zur Reduktion von anderen Erzen als Eisenerz, z.B. von Metallerzen, wie Nickel, Kupfer, Zinn, Titan, Barium oder Calcium verwendet werden.

509816/0926

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur ansatzweisen Reduktion von Metalloxyden mit Gas zu Metallen in einem Mehrfachreaktorsystem, wobei getrennte metallhaltige Materialien gleichzeitig in ein oder mehrerei Beschickungsreaktoren, Reduktionsreaktoren und Kühlreaktoren behandelt werden und-ein Reduktionsgas durch die Kühlreaktoren und danach durch die Reduktionsreaktoren geführt wird, dadurch gekenn ze ichnet, daß kaltes Reduktionsgas, das im wesentlichen aus Kohlenmonoxyd und Wasserstoff besteht, in einem Kühlreaktor durch im wesentlichen reduziertes Metalloxyd geführt wird, das vom Kühlreaktor abströmende Gas gekühlt wird, ein Teil des gekühlten abströmenden Gases wieder durch das reduzierte Metalloxyd im Kühlreaktor geführt wird, der Rest des gekühlten abströmenden Gases auf eine Temperatur zwischen .900° und 1 100° C erhitzt wird, das erhitzte Gas durch ein Metalloxyd in einem Reduktionsreaktor geführt wird, ein Teil des aus dem Reduktionsreaktor ausströmenden Gases gemischt mit dem Rest des aus dem Kühlreaktor ausströmenden Gases wieder dem Reduktionsreaktor zugeführt wird, und der Rest des aus dem Reduktionsreaktor ausströmenden Gases aus dem System entfernt wird.

509816/0926

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Reduktionsreaktor ausströmende Gas gekühlt wird, um darin enthaltendes Wasser zu entfernen, und anschließend vor der Rückführung zum Reduktionsreaktor wieder erhitzt wird.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g ekennze ichnet, daß das Volumenverhältnis des zurückgeführten Gases zum Gesamtgas, das durch das reduzierte Metalloxyd im Kühlreaktor geführt wird, etwa 0,5 : 1 bis 0,9 : 1 beträgt.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumenverhältnis des zurückgeführten Gases zum Gesamtgas, das durch das Metalloxyd im Reduktionsreaktor geführt wird, etwa 0,5 : 1 bis 0,9 : 1 beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rest des gekühlten abströmenden Gases zuerst auf eine Temperatur von 700° - 850° C erhitzt wird und anschließend mit einem sauerstoffenthaltenden Gas gemischt wird, um eine Reduktionsgasmischung bei 900° - 1 100° C zu bilden.

509816/0928

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das sauerstoffenthaltende Gas vor dem Mischen mit dem erhitzten Gas vorerhitzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch g ekennze ichnet, daß das sauerstoff-' enthaltende Gas Luft ist und das Volumenverhältnis der Luft zum erhitzten Reduktionsgas etwa 0,10 bis 0,3 beträgt.

8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch g ekennzeichnet, daß das sauerstoffenthaltende Gas Sauerstoff ist und das Volu»enverhältnis von Sauerstoff zum erhitzten Reduktionsgas etwa 0,05 bis 0,15 beträgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß während das reduzierte Metalloxyd im Kühlreaktor abgekühlt wird und Metalloxyd im Reduktionsreaktor reduziert wird, g*k0hlte· reduzier tes Metall aus einem dritten Reaktor abgezogen wird und dieser dritte Reaktor mit zu reduzierendem Metalloxyd beschickt wird.

509816/0 92 6