DE2449319C3 - Verfahren zur ansatzweisen Reduktion von Metalloxyden - Google Patents

Description

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

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Vorrichtung gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs ! ein verbessertes Verfahren aufzuzeigen, bei dem der Reduktionszyklus dem Zeitraum, der zur Abkühlung des reduzierten Metalierzes benötigt wird, angeglichen wird. Verbunden mit dieser Aufgabe ist eine Verminderung der für die Reduktion erforderlichen Zeit

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt in der im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Weise.

Weder die gestellte Aufgabe noch die Lösung ist der US-PS 34 23 201 zu entnehmen.

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

Es zeigt

F i g. 1 ein Dreireaktor — Reduktionssystem der allgemeinen vorstehend beschriebenen Art und Einrichtungen, um eine geregelte Gasrückfuhr zum Kühlreaktor und zum Reduktionsreaktor zu gewährleisten;

F i g. 2 ein ähnliches System wie F i g. 1, wo jedoch ein einziger Reduktionsgaserhitzer alle drei Reaktoren bedient.

In F i g. 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 F i g. 1 ist ersichtlich, daß ein Reduktionsgas, das hauptsächlich aus Kohlenmonoxid 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 erhöhter Temperatur in bekannter Weise in ein Reduktionsgas umgewandelt, das hauptsächlich aus Kohlenmonoxid 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 40 mit Ventil 42 mit dem oberen Teil des Reaktors 12 und mit einem Abzweigrohr 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 einer» Metallgehalt im Bereich von 80—99% aufweisen. Das kalte Reduktionsgas, das dem Reaktor 10 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 Eisenschwammteilchen abzulagern. Diese Kohlenstoffablagerung ist in Fällen vorteilhaft, bei denen z. B. der Eisenschwamm als Eisenbeschickung

ίο für einen lichtbogenelektrostahlofen verwendet wird.

Das Reduktionsgas verläßt Reaktor 10 nahe des Bodens desselben über Leitung 48 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 56 zum Kühlgasrückfuhrsammler 58. Der Rest des Gases der Leitung 52 fließt durch Überfuhrleitung 53 mit offenem Ventil 55 zum Reduktionsgasrückfuhrrohr 84 des Reduktionsreaktorsystems 12. Ventil 62 in Rohr 60 ist während dieses Teils des Zyklus geschlossen.

Das Kühlgasrückfuhr-Sammelrohr 58 ist mit dem Ansaugstutzen einer Kühlgasrückfuhrpumpe 66 verbunden, deren Auslaß mit dem Reduktionsgas-Sammelrohr 32 verbunden ist Ein Strömungsmesser 68 ist an der Ausgangsseile 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 :1 bis 5 :1. Als Gesamtgas, das durch Reaktor 10 strömt, kann das Rückfuhrgas 40 bis 90 Vol.-% ausmachen. Bei Anwendung eines hohen Rückführverhältnisses kann die Kühlgeschwindigkeit 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 34 23 201 beschrieben ist.

Jeder det Reaktoren ist mit Einrichtungen zum Zurückführen des Reduktionsgases versehen. In diesem Fall wird ein Reduktionsgasrückführ-Sammelrohr 76 (F i g. 1 unten) vorgesehen. Die Reaktoren 10,12 und 14 sind gleichfalls mit einem Erhitzer versehen, um das ihnen zugeführte Reduktionsgas zu erhitzen. Das Zuführsammelrohr 7b ist über Verzweigungsrohr 78 mit Ventil 80 mit dem Erhitzer 82 des Reaktors 10 verbunden, durch Verzweigungsrohr 84 mit Ventil 86 mit dem Erhitzer 88 des Reaktors 12 und Verzweigungsrohr 90 mit Ventil 92 mit dem Erhitzer 94 des Reaktors

14. Während des nun beschriebenen Teils des Zyklus sind die Ventile 80 und 92 geschlossen und das Ventil 86 geöffnet.

Im Erhitzer 88 wird das Reduktionsgas, das sowohl das aus dem Kühlreaktorsystem über Leitung 53 überführte Gas und das Gas, das aus Sammelleitung 76 durch Leitung 84 fließt, umfaßt, auf eine Temperatur zwischen 700 und 85O⁰C erhitzt. Da die erwünschte Temperatur des Reduktionsgases beim Eintritt in den

bo 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

b") Gases zum Reduktionsgas, um die erwünschte zusätzliche Wärme durch teilweise Verbrennung des Reduktionsgases zu erhalten, oder durch Einschalten eines Übererhitzers zwischen dem ersten Gaserhitzer und

dem Reaktor.

Unter Betrachtung der ersten Alternative und unter Bezugnahme auf den Teil links oben der F i g. 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 88 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 Verbrennungkammer 118 kann in einer Weise ausgestaltet sein, wie es in der US-PS 29 00 247 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 500⁰C anzuwenden. Wenn andererseits Luft als sauerstoffenthaltendes Gas verwendet wird, sollte dieses vorzugsweise auf eine Temperatur von 700⁰C 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 Vo!umenverhältnis im Bereich von 0,05 :1 bis 0,15 :1 im allgemeinen gute Ergebnisse.

Es ist auch möglich, einen Überhitzer zwischen dem Erhitzer 88 und dem Reaktor 12 zu verwenden. Dieser Überhitzer ist durch gestrichelte Linien eingezeichnet und mit dem Bezugszeichen 122 versehen. Der Überhitzer 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— 1100⁰C, vorzugsweise etwa 1025⁰C, 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 Verzweigungsrohr 130 mit einem offenen Ventil 132 verbunden, sowie mit dem Kühlgasrückführ-Sammelrohr 58 über ein Rohr 134 mit Ventil 136, das während des 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 14 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 78 des Reaktorsystems 10 führt, umfassen. Die Ventile 138,140 und 143 sind alle während des jetzi beschriebenen Teils des Zyklus geschlossen.

Ein kleiner Teil des aus Reaktor 12 ausströmenden Gases, das durch Rohr 130 zu Sammelrohr 64 strömt, wird, wie aus der F i g. 1 rechts unten ersichtlich, aus dem System über Rohr 142 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 über eine Pumpe 70, Rohr 72, Sammelrohr 76, Rohr 84, Erhitzer 88 und Rohr 120 zurückgeführt. Ein Strömungsmesser 74 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

■to betrieben werden, wird der Beschickungsreaktor 14 von dem strömenden Gassystem abgeschalten, und zwar durch Schließen der Ventile 129, 92, 138, 140, 143, 46 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 eine Kühl- und Reduktionszyklus, wie er vorstehend beschrieben wurde, werden die Reaktoren in ihrer Funktion geändert, so daß Reaktor 10 der

so Beschickungsreaktor, Reaktor 12 der Kühlreaktor und Reaktor 14 der Reduktionsreaktor werden. Insbesondere werden die Ventile 108, SO, 62, 55, 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 geöffnet und die Ventile 112,86 und 132 geschlossen, um die Rückfuhr des Kühlgases durch Reaktor 12 zu erlauben. Die Ventile 46, 140 und 143 werden geschlossen gelassen und die Ventile 116, 92 und 138

^M geöffnet, um die Rückfuhr von heißem Reduktionsgas durch Reaktor 14 zu erlauben. Ventil 129 ist geöffnet, um einen Teil des Kühlgases zum Reduktionsgaszyklus zu überführen.

Das in Fig.2 gezeigte System entspricht im

""' allgemeinen dem der Fig. 1, unterscheidet sich jedoch von diesem dadurch, daß ein einziger Erhitzer vorgesehen ist, um das heiße Reduktionsgas zum Reduktionsreaktor zuzuführen. Die Reaktoren 210, 212

und 214 entsprechen den Reaktoren 10, 12 und 14 der Fig. 1. Das Kühlgas aus Reformer 226 wird dem Kühlgaszufuhr-Sammelrohr 232 zugeführt und strömt durch Verzweigungsrohr 236 zu Reaktor 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 236 zurück zu Reaktor 210. Ein Strömungsmesser 267 ist nach der Austrittsseite der Pumpe 266 vorgesehen, um den Strom an zurückgeführtem Kühlgas durch das Sammelrohr 232 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 266 über eine Leitung 350 mit Strömungsmesser 352 abgezogen und strömt dann über Leitung 354 zu einem Erhitzer 356, wo es auf eine Temperatur im Bereich von 700 — 85O⁰C erhitzt wird. Das vom Erhitzer 356 abströmende heiße Gas gelangt zu einem Heißreduktionsgas-Sammelrohr 358, das über Verzweigungsrohr 360 mit Ventil 362 mit der Verbrennungskammer 363 des Reaktors 210 verbunden ist, über Verzweigungsrohr 364 mit Ventil 366 mit der Verbrennungskammer 367 des Reaktors 212 verbunden ist und über Verzweigungsrohr 368 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 362 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 386 mit einem Strömungsregler 388 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 398 mit Ventil 400 mit der Verbrennungskammer 367 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.

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

ίο werden.

Wie im Fall des Systems der F i g. 1 wird ein wesentlicher Teil des Reduktionsgases, das durch Reduktionsreaktor 212 strömt, zurückgeführt. Insbesondere wird das aus Reaktor 212 ausströmende Gas durch Kühler 326 und Verzweigungsrohr 330 zu einem Rückfuhr-Sammelrohr 378, Rückfuhrpumpe 380 und Rohr 354, das den Strömungsregler 382 enthält, zurück zum Erhitzer 356 geführt. Der Anteil an zurückgeführtem Gas kann derselbe sein, wie er vorstehend in Verbindung mit F i g. 1 angegeben wurde. Eine geringe Menge des vom Reaktor 212 abströmenden Gases wird vom Sammelrohr 378 über ein Rohr 384 abgezogen und als Brennstoff verwendet, wie dies vorstehend in Verbindung mit F i g. 1 beschrieben wurde.

Nach Beendigung des Reduktionszyklus werden die Verbindungen zu den Reaktoren geändert, um Reaktor 210 zu einem Beschickungsreaktor, Reaktor 212 zu einem Kühlreaktor und Reaktor 214 zu einem Reduktionsreaktor zu machen. Da diese Arbeitsweise schon vorstehend unter Bezugnahme auf F i g. 1 beschrieben wurde, erscheint es nicht notwendig, dies nochmals zu wiederholen.

Da die Erz-Reduktionsstufe des Verfahrens im allgemeinen ziemlich langsam vonstatten geht, wurde es bisher 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, daS die höhe 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 Beschikkungsgastemperatur 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur ansatzweisen Reduktion von Metalloxiden mit Gas zu Metallen in einem Mehrfachreaktorsystem, wobei getrennte Körper metallhaltiger Materialien gleichzeitig in ein oder mehreren Beschickungsreaktoren, Reduktionsreaktoren und Kühlreaktoren behandelt werden, indem kaltes Reduktionsgas, das im wesentlichen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff besteht, in einem Kühlreaktor durch im wesentlichen reduziertes Metalloxid geführt wird, das aus dem Kühlreaktor ausströmende Gas gekühlt wird, ein Teil des gekühlten ausströmenden Gases erneut durch das reduzierte Metalloxid im Kühlreaktor geführt wird, der Rest des vom Kühlreaktor abströmenden Gases auf eine Temperatur von 900 his 1100° C erhitzt wird und das erhitzte Gas durch ein Metalloxid in einem Reduktionsreaktor geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Teil des aus dem Reduktionsreaktor ausströmenden Gases, gemischt mit dem Rest des aus dem Kühlreaktor ausströmenden Gases, wieder direkt in den Reduktionsreaktor zurückführt und den Rest des aus dem Reduktionsreaktor ausströmenden Gases aus dem System entfernt

2. 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.

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

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumenverhältnis des zurückgeführten Gases zum Gesamtgas, das durch das Metalloxid 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° — 850⁰C erhitzt wird und anschließend mit einem sauerstoffenthaltenden Gas gemischt wird, um eine Reduktionsgasmischung bei 900° — HOO⁰C zu bilden.

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 gekennzeichnet daß das sauerstoffenthaltende 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 gekennzeichnet, daß das sauerstoffenthaltende Gas Sauerstoff ist und das Volumenverhältnis von Sauerstoff zum erhitzten Reduktionsgas etwa 0,05 bis 0,1 j beträgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1—8, dadurch gekennzeichnet, daß während das reduzierte Metalloxid im Kühlreaktor abgekühlt wird und Metalloxid im Reduktionsreaktor reduziert wird, gekühltes reduziertes Metall aus einem dritten Reaktor abgezogen wird und dieser dritte Reaktor mit zu reduzierendem Metalloxid beschickt wird.

Die Erfindung bezieht sich auf die Reduktion von Metalloxiden 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.

Aus der US-PS 34 23 201 ist ein Verfahren zur ansatzweisen Reduktion von Metalloxiden mit Gas zu Metallen in einem Mehrfachreaktorsystem bekannt. 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 Kohlenmonoxid 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 werden, während das Kühlen und die Reduktion in den anderen Reaktoren des Systems durchgeführt werden. Es ist ersichtlich, daß mindestens drei Reaktoren zur gleichzeitigen Durchfüh-

55

h5 rung der vorbeschriebenen drei Arbeitsschritte notwendig sind. .

US-PS 36 84 486 lehrt, daß das Erz vor der Reduktion vorerhitzt werden soll, um einen Zerfall der Erzpartikelchen zu verhindern. Die US-Patentschrift lehrt weiterhin, daß die Erzteilchen in einen oder mehreren Beschickungsreaktoren, Reduktionsreaktoren und Kühlreaktoren behandelt werden sollen, indem kaltes Reduktionsgas, das im wesentlichen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff besteht, in einen Kühlreaktor durch im wesentlichen reduziertes Metalloxid geführt wird. Das aus dem Kühlreaktor ausströmende Gas wird gekühlt und ein Teil des gekühlten ausströmenden Gases wird erneut durch das reduzierte Metalloxid im Kühlreaktor geführt und der Rest des vom Kühlreaktor abströmenden Gases wird erhitzt, und das erhitzte Gas durch ein Metalloxid in einem Reduktionsreaktor geführt.

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