DE2461153C3 - Verfahren zur Reduktion von Eisenerz mittels Reduktionsgas in einem Schachtofen - Google Patents
Verfahren zur Reduktion von Eisenerz mittels Reduktionsgas in einem SchachtofenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion von Erzen in einem Schachtofen, wobei Eisenoxidstücke
an einem ersten Ende in den Schachtofen eingebracht und am entgegengesetzten Ende des Schachtofens im
wesentlichen als metallisches Eisen entfernt werden, weiterhin ein in einer Vergasereinrichtung für flüssige
oder feste Brennstoffe erzeugtes Reduktionsgas in einen entfernt vom ersten Ende des Schachtofens
Kegenden Einlaß in diesen eingeführt wird und als Abgas
von einem Auslaß des Schachtofens neben dem ersten Ende abgezogen wird; ferner wenigstens ein Teil des
Abgases durch eine Kühl- und Reinigungseinrichtung geleitet und dem Schachtofen wieder zugeführt wird.
Ein derartiges Verfahren ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 19 26 269 bekannt Beim bekannten
Verfahren wird aus Schweröl und Sauerstoff ein Reduktionsgas (Neugas) erzeugt, das mit einer Temperatur
von 1400° C oder weniger unmittelbar in den unteren Abschnitt des Schachtofens eingebracht wird.
Das aus dem oberen Abschnitt des Schachtofens abgezogene Gichtgas wird regeneriert, wobei Staub,
Wasser und Kohlendioxid abgeschieden wird; das verbleibende, im wesentlichen aus CO und H2
bestehende Reduktionsgas (Umlaufgas) wird unabhängig vom Neugas in den unteren Abschnitt des
Schachtofens eingeführt. Unter diesen Bedingungen muß das erzeugte Neugas im wesentlichen die
Zusammensetzung von Reduktionsgas aufweisen, was an die Ausgestaltung und den Betrieb der Vergasereinrichtung
besondere Anforderungen stellt.
Weiterhin ist zur Reduktion von Eisenerz das ebenfalls in einem Schachtofen arbeitende »Midrexverfahren«
bekannt (vgl. deutsche Auslegeschrift 14 400), bei dem das Reduktionsgas durch Umsetzung
von gasförmigen Kohlenwasserstoffen wie etwa Erdgas mit Gichtgas erzeugt wird. Hierzu wird in dem
gereinigten und gekühlten Gichtgas ein bestimmter Ante'l an Wasserdampf und Kohlendioxid vorgesehen,
der bei der anschließenden katalytischen Umsetzung mit dem Kohlenwasserstoff die Bildung von im
wesentlichen aus CO und Hi bestehenden Reduktionsgas
gewährleistet.
Die dieser Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, das eingangs genannte Verfahren
dahingehend zu verbessern, daß mit einfachen Mitteln durch Vergasung von festen oder flüssigen Brennstoffen
ein Reduktionsgas kontrollierter Zusammensetzung und Temperatur erhalten wird.
Ausgehend von dem eingangs.genannten Verfahren ist die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe mit
den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs wiedergegeben. Weitere Besonderheiten und bevorzugte
Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann somit im Vergaser unter einfachen, Brennstoff sparenden Bedingungen
ein reduzierendes Gas erzeugt werden, das nicht die Zusammensetzung des Reduktionsgases aufzuweisen
braucht Vielmehr wird das im Vergaser erzeugte reduzierende Gas mit gekühltem und gereinigtem
Abgas nach Abtrennung von Kohlendioxid und Einstellung eines ausreichenden HjO-Gehaltes zu einem
Reduktionsgas ml· vorbestimmten Anteilen an H2, CO,
H2O und CO2 umgesetzt
Hierzu wird das vereinigte Gasgemisch aus Abgas und in der Vergasereinrichtung erzeugtem Neugas
erhitzt und durch einen Reaktor geleitet, wo eine Wassergas-Verschiebungs-Reaktion bis zum Gleichgewichtszustand
erfolgt Die Temperatur des den Reaktor \ verlassenden Gases liegt etwa oder nahe bei der
Temperatur, weiche das Reduktionsgas bei Eintritt in den Schachtofen aufweisen soll. Das Gas kann somit
ohne weitere Erhitzung direkt in den Reduktionsofen eingeleitet werden, wodurch eine Wassergas-Verschiebungs-Reaktion
im Schacht vermieden wird. Da das CO2 bis auf einen geringen Betrag aus dem Gasgemisch
entfernt wird, bevor dieses erhitzt und umgeformt wird, wird eine hohe Stabilität der Verfahrensführung
erreicht Weiterhin kann mit der sorgfältig zugemessenen Dampfmenge nicht nur das gewünschte Verhältnis
der reduzierenden Bestandteile zueinander, sondern auch das gewünschte Verhältnis, von reduzierendem
Bestandteil zu oxidierendem Bestandteil des Reduktionsgases gesteuert werden, da der Wasserdampf die
Hauptquelle des oxidierenden Bestandteils im Reduktionsgas darstellt Erfindungsgemilß wird die Eigenwärme
der exothermen Verschiebungsreaktion wirksam ausgenutzt, wodurch die Heizeinrichtung mit niedrigerer
Temperatur betrieben werden kann, was eine Einsparung an Brennstoff ermöglicht
Nachfolgend wird mit Bezugnahme auf eine Figur ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens
im einzelnen erläutert
Das erfindun^sgemäße Verfahren zur Direktreduktion von Eisenerz erfolgt in einer Anlage, zu der ein
vertikaler Schachtofen 10, eine Kühl- und Rein-gungseinrichtung 20, eine Vergasereinrichtung 30, eine
CO2-Abscheidungsvorrichtung 40. ein Befeuchter 50, eine Heizeinrichtung 60 und ein Reaktor 70 gehören.
Der Schachtofen 10 wird am oberen Ende 12 mit Oxidpellets 14 oder anderen Eisenoxid enthaltenden
Stücken, Preßlingen oder Brocken beschickt. Ατι
unteren Ende des Ofens werden die Pellets als metallisiertes Eisen ausgetragen. Am oberen Ende 12
des Schachtofens 10 ist eine Gasaustrittsleitung 17 vorgesehen, durch die verbrauchtes Abgas austritt. Vom
oberen Ende 12 des Ofens entfernt befindet sich ein Reduktionsgas-Eintrittsrohr 15, das mit einer Ringleitung
16 verbunden ist, um das Reduktionsgas in den Schachtofen 10 einzuleiten. Das Reduktionsgas umströmt
somit die Oxidpellets 14 im Gegenstrom,
während diese unter der Wirkung der Schwerkraft zum Boden des Ofens herabrutschen.
Das Abgas strömt durch die Austrittsleitung 17 zu den Kühl- und Reinigungseinrichtung 20, wo das Gas
gekühlt und von Staub gereinigt wird, Vorzugsweise ist Einrichtung 20 mit direktem Wasserkontakt vorgesehen,
beispielsweise ein im Gegenstrom betriebener Kühlturm, in dem das Gas aufwärts und das Kühlwasser
über Füllkörper nach unten strömt.
Das gekühlte und gereinigte Abgas verläßt die Kühl-
und Reinigungseinrichtung 20 durch eine Austrittsleitung 21 j eine kleine Menge dieses Gases, die mittels
einer geeigneten Drucksteuerung reguliert wird, wird aus der Austrittsleitung 21 abgezweigt und einer
Stickstoffzapfleitung 25 zugeführt Der Hauptteil des gekühlten und gereinigten Abgases wird durch die
Austrittsleitung 21 einem Kompressor 26 zugeführt, mittels dem das Gas auf einen für den Betrieb der
einzelnen Verfahrensstufen ausreichenden Druck komprimiert wird; durch eine Leitung 29 wird den Lagern
des Kompressors 26 ein zum Abdichten dienendes Gas zugeführt, um das Eindringen von Luft in das System zu
verhindern. Das komprimierte Gas strömt weiter durch die Austrittsleitung 21 bis zu einem Mischventil 27, wo
es mit dem reduzierenden Gas aus der Vergasereinrichtung 30 vermischt wird.
Mittels der Vergasereinrichtung 30 wird aus festem oder flüssigem Brennstoff, vorzugsweise Schweröl oder
Kohle, reduzierend wirkendes Neugas erzeugt, das in erster Linie aus CO und H2 besteht. Im allgemeinen
verwenden all diese Vergasereinrichtur en Sauerstoff
aus einer Sauerstoffanlage, Dampf aus e:r.er Dampferzeugungsanlage
und Brennstoff, der mit dem Dampf und dem Sauerstoff gemischt und zur Vergasung in einen
Reaktor zur teilweisen Oxidation eingespritzt wird, in Strömungsrichtung hinter dem Reaktor wird der nicht
umgewandelte Kohlenstoff ausgewaschen und Teilchen, wie Asche u. dgl. entfernt In der Vergasereinrichtung 30
kann eine COrAbscheidungseinrichtung vorgesehen werden oder auch weggelassen sein, di eines der
Merkmale der Erfindung gerade darin besteht, daß innerhalb des geschlossenen Kreislaufs eine CO2-Abscheidung
vorgesehen ist Gegebenenfalls kann auch in einem elektrischen Schmelzofen oder in einer Raffinerie
angefallenes Abgas, das CO und H2 enthält, als Quelle
für das Neugas verwendet werden.
Das Neugas verläßt die Vergasereinrichtung 30 über eine Leitung 31, wobei ein Teil des Neugases zu einer
Heizungsleitung 33 abgezweigt wird, die zu der Stickstoffzapfleitung 25 führt Der Hauptteil des
reduzierenden Neugases wird über die Leitung 31 dem Mischv :ntil 27 zugeführt; wo das Neugas und das
gereinigte und gekühlte Abgas zu einem ersten Gasgemisch vermischt werden. Dieses verläßt das
Ventil 27 durch eine Leitung 35 und durchläuft die CO2-Abscheidungsvorrichtung 40, üblicherweise einen
Aminabsorptionsturm, der bei relativ niedriger Temperatur gehalten wird und nicht nur CO2 aus dem ersten
Gasgemisch abtrennt, sondern außerdem etwas von dem H2S aus dem Neugas absorbiert; das H2S tritt
zusammen mit dem CO2 durch eine Entlüftungsleitung 43 aus.
Das die CO2-Abscheidungsvorrichtung verlassende Gas wird als zweites Gasgemisch bezeichnet und
bestent in erster Linie aus CO und H2 mit einem
Restbetrag an H2O und CO2 und anderen Gasci. Dieses
zweite Ciasgemisch gelangt durch die Leitung 41 in einen Befeuchter 50. Der Befeuchter 50 kann aus einer
bekannten Kühl- und Reinigungseinrichtung bestehen, wie sie bei 20 dargestellt ist. Gewöhnlich ist aus der
Vergasereinrichtung 30 Wasserdampf zu erhalten, so daß der liefeuchter 50 vorzugsweise eine oder mehrere
Düsen aufweist, durch die eine gesteuert Menge
Dampf über die Leitung 53 in den Befeuchter 50 eingegeben wird. Nach Bedarf kann die Leitung 53 mit
einem nicht dargestellte« Regelventil versehen sein, das die zugesetzte Dampfmenge entsprechend der jeweiligen
Gaszusammensetzung steuert, die in Strömungsrichtung hinter dem Befeuchter 50 erfaßt wird.
Das den Befeuchter 50 durch eine Leitung 51 verlassende, eine bestimmte Menge Wasserdampf
enthaltendes Gemisch wird als drittes Gasgemisch bezeichnet; der Hauptteil des dritten Gasgemisches tritt
über die Leitung 51 in die Heizeinrichtung 60 ein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Heizeinrichtung
60 eine Anzahl indirekt beheizter Rohre auf; die Brennstoffe zur Beheizung werden über die Leitung
33 und die Stickstoffzapfleitung 25, sowie die Verbrennungsluft über die Luftleitung 61 zugeführt. Das Abgas
wird durch eine Abgasleitung 63 aus der Heizeinrichtung 60 abgeführt. Das auf diese Weise auf eine
bestimmte Temperatur erhitzte dritte Gasgemisch verläßt die Heizeinrichtung 60 durch eine Leitung 65
und tritt in den Reaktor 70 ein. Der Reaktor 70 weist ein bestimmtes Volumen auf, das mit Füllkörpern, etwa
überzogenen Ringen u. dgl. aus einer hitzebeständigen Nickel- oder Chromnickei-Legierung gefüllt ist; in dem
Reaktor 70 erfolgt die Wassergas-Verschiebungs-Reaktion bis zum Gleichgewicht entsprechend der folgenden
Gleichung:
CO+ H2O =*= CO2+ H2
Diese Reaktion tritt wegen der Abwesenheit von CO2
im dritten Gasgemisch in der angezeigten Richtung auf; sie läuft innerhalb eines Temperaturbereiches von
7600C bis 87 Γ C, vorzugsweise bei angenähert 816° C
ab. Die Heizeinrichtung 60 und der Reaktor 70 wirken daher zum Ablauf der oben angegebenen Reaktion
zusammen, welche ein bevorzugtes Reduktionsgas ergibt, wobei eine geringe Verschiebungsreaktion auch
in der Heizeinrichtung 60 stattfinden kann. Die Heizeinrichtung 60 kann mit der Maßgabe ausgestaltet
werden, daß eine ausreichende Verweilzeit gegeben ist, damit die Verschiebungsreaktion bis zum Gleichgewichtszustand
vollständig in der Heizeinrichtung abläuft. Alternativ kann die Heizeinrichtung mit einer
oder mehreren Reaktorrohren ausgestattet sein, die zur Sicherstellung der Gleichgewichtsverschiebung innerhalb
der Heizeinrichtung mit einem Katalysator gefüllt sind, etwa einem aktiven, metallischen Material,
vorzugsweise Nickel auf einem Aluminiumträger. Weiterhin können anstelle der indirekt beheizten Rohre
elektrische Heizelemente in einer feuerfest ausgefütterten Behälterwand vorgesehen sein; in diesem Fall würde
die Stickstoffzapfleitung 25 Brennstoff für den externen
Gebrauch liefern.
Aus Regelungsgründen ist es erwünscht, die Temperatur des den Reaktor 70 verlassenden Reduktionsgases
etwas höher als die Temperatur des in den Schachtofen 10 eingeleiteten Gases zu halten; es wird dann ein
Schritt vorgesehen, um das Gas auf die Einlaßtemperatur für den Ofen geringfügig abzukühlen. Dies kann
ohne wesentliche Wirkung auf Hie Zusammensetzung des Redukiionsgases leicht dadurch eriuigcfi, daß ein
kleiner Anteil des relativ kühlen Gases von der Austrittsleitung 51 des Befeuchters 50 in eine Kühlleitung
55 abgezweigt wird, und dieser Anteil in Strömungsrichtung hinter dem Reaktor 70 in die
Gaseintrittsleitung 15 geleitet wird. Die Menge des aus der Kühlleitung 55 in die Gaseintrittsleitung 15
eingeführten Gases wird einfach mittels einer Temperaturregelung 72 gesteuert. Alternative Schritte zur
Kühlung können darin bestehen, hinter dem Reaktor 70 ein kleines Kühl- und Reinigungsgerät einzufügen oder
einen Teil des gekühlten und gereinigten Abgases aus der Leitung 21 abzuzweigen. Das den Reaktor
verlassende Reduktionsgas wird iomit in der Gaseintrittsleitung 15 auf eine bestimmte Temperatur abgekühlt
und für die Direktreduktion der Eisenoxide im Schachtofen 10 in die Ringleitung 16 eingeführt.
Nachfolgend wird in Tabellenform die Gaszusammensetzung und der Durchfluß an verschiedenen
Stellen des Verfahrensablaufs angegeben, wobei entweder Schweröl oder Kohle als externer Brennstoff
eingesetzt werden.
Tabelle I
Schweröl
Schweröl
Stelle der Gasprobe
Zusammensetzung
CO COj
CO COj
H2O
N2
Durchfluß
(NmVt)
(NmVt)
Reduktionsgasleitung 15 | 0,3337 | 0,0366 | 0,5247 | 0,0581 | 0,0469 | 2067 |
Abgasleitung 17 | 0,2031 | 0,1673 | 03781 | 0,2047 | 0,0469 | 2067 |
Wäscher-Kühler- Leitung 21 |
0,2377 | 0,1974 | 0,4424 | 0,0596 | 0,0629 | 1766 |
Stickstoffzapfleitung 25 | — | — | — | — | — | 353 |
Vergaserleitung 31 | 0,4760 | 0,0440 | 0,4460 | 0,0250 | 0,0090 | 882 |
Erstes Gasgemisch (Leitung 35) |
0,3293 | 0,1385 | 0,4438 | 0,0463 | 0,0422 | 2295 |
Abgasleitung 43 | — | — | — | — | — | 308 |
Zweites Gasgemisch (Leitung 41) |
0,3857 | 0,0050 | 0,5199 | 0,0400 | 0,0494 | 1959 |
Dampfleitung 53 | — | — | — | — | — | 108 |
Drittes Gasgemisch (Leitung 5i) |
03656 | 0,0047 | 0,4928 | 0,0900 | 0,0468 | 2067 |
Tabelle II | Zusammensetzung | COi | Hj | H2O | Nj | Durchfluß |
Kohle | CO | 0,0458 | 0,4337 | 0,0489 | 0,0612 | (NmVt) |
Stelle der Gasprobe | 0,4104 | 0,2034 | 0,3157 | 0,1669 | 0,0612 | 2080 |
0,2529 | 0,2289 | 0,3527 | 0,0596 | 0,0764 | 2080 | |
Redukt'ionsgasleitung 15 | 0,2825 | 1862 | ||||
Abgasleitung 17 | — | — | — | — | ||
Wäscher-Kühler- | — | 0,1160 | (1,3040 | 0,0250 | 0,0140 | 372 |
Leitung 21 | 0,5410 | 0,1847 | 0,3336 | 0,0461 | 0,0519 | 958 |
Stickstoffzapfleitung 25 | 0,3837 | 2447 | ||||
Vergaserleitung 31 | — | — | — | — | ||
Erstes Gasgemisch | — | 0,0050 | 0,4142 | 0,0400 | 0,0645 | 442 |
(Leitung 35) | 0,4764 | 1971 | ||||
Abgasleitung 43 | — | __ | — | — | ||
Zweites Gasgemisch | — | 0,0047 | 0,3926 | 0,0900 | 0,0611 | 108 |
(Leitung 41) | 0,4515 | 2080 | ||||
Dampfleitung 53 | ||||||
Drittes Gasgemisch | ||||||
(Leitung 51) | ||||||
Für ein bevorzugtes Reduktionsgas sind die nachfolgenden Gesichtspunkte von Bedeutung, nämlich
(1) das Reduktionsmittelverhältnis H2/CO,
(2) das Verhältnis von Reduktionsmittel zu Oxidations-
littel, ausgedrückt durch (H2+ CO)/(H2O +CO2)
und
(3) die Temperatur des in den Gaseinlaß des Schachtofens eingeführten Reduktionsgases.
Im einzelnen ist ein bestimmtes H2/CO-Verhältnis
erwünscht, um sicherzustellen, daß die Eigenwärme der exothermen CO-Reduktionsreaktion im Schachtofen 10
durch die endotherme H2-Reduktionsreaktion im Schachtofen 10 ausgeglichen wird; im einzelnen ist ein
H2/CO-Verhältnis größer als Eins erwünscht, damit die
H2-Reaktion überwiegt, wodurch ein Zusammenbacken der metallischen Teilchen vermieden, der Kohlenstoffgehalt
reguliert und eine insgesamt leichter steuerbare Verfahrensführung gewährleistet wird. Vorzugsweise
liegt das Reduktionsmittelverhältnis im Bereich von (1,0 bis 2,oyi; gemäß den oben angegebenen Werten ergibt
sich beim erfindungsgemäßen Verfahren ein Reduktionsmittelverhältnis
von 1,57/1 bei Einsatz von Schweröl bzw. von 1,06/1 bei Einsatz von Kohle als
externem Brennstoff.
Ein bestimmtes Verhältnis von Reduktionsmitteln zu Oxidationsmitteln ist erwünscht, um den Kohlenstoffgehalt
der metallisierten Endpartikeln zu steuern und ein hochwertiges Reduktionsgas zu liefern, was für die
wirtschaftliche Reduktion von Wüstit zu metallischem Eisen in der letzten Reduktionsstufe des Schachtofens
von Bedeutung ist Im allgemeinen führt eine Erhöhung des Verhältnisses von Reduktionsmitteln zu Oxidationsmitteln
zu einem ähnlichen Anstieg der Qualität des Reduktionsgases und des Kohlenstoffgehaltes des
metallisierten Eisens. Mit einem Reduktionsgas mit einem Reduktionsmittel/Oxidationsmittel- Verhältnis
von nahezu 9/1 wird ein Kohlenstoffgehalt von im wesentlichen Null erhalten, wobei das Reduktionsgas
eine ausreichende Qualität aufweist, um wirkungsvoll Und wirtschaftiich Wüstit in metallisches Eisen umzuwandeln.
Obwohl auch bei einem Reduktionsmittel/Oxidationsmittel-Verhältnis kleiner als 9/1 das Eisenerz zu
metallischem Eisen reduziert wird, muß doch für diesen Fall zur Reduktion von Wüstit eine größere Gasmenge
vorgesehen werden, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Ofens nachteilig beeinflußt wird. Auf der anderen Seite
ist es erwünscht, Restmengen an H2O und CO2 den
Reduktionsmitteln im Reduktionsgas in einem ausgeglichenen Gleichgewichtsverhältnis zuzusetzen, um eine
Wassergas-Verschiebungs-Reaktion innerhalb des Schachtofens zu verhindern. Die ihrer Natur nach
exotherme Verschiebungsreaktion könnte u. a. die Temperatur des Reduktionsgases erhöhen und damit
ein Zusammenbacken der Pellets verursachen. Bei den oben angegebenen Gaszusammensetzungen ergibt sich
ein Verhältnis der Reduktionsmittel zu den Oxidations-
^ mitteln von 9,06/1 bei Einsatz von Schweröl bzw. von
8,91/1 bei Einsatz von Kohle zur Erzeugung des Neugases.
Bei diesen Verhältnissen ist die Eigenwärme bei der endothermen und exothermen Metallisierungsreaktion
ausgeglichen, so daß die Temperatur des Reduktionsgases am Einlaß zum Schachtofen den Steuerfaktor zur
Erzielung des höchsten Reduktionsgrades bei gleichzeitiger Vermeidung des Zusammenbackens der Pellets
darstellt Diese Temperatur liegt im Bereich von 7040C
bis 816° C und beträgt vorzugsweise nahezu 760" C.
Bekannte Vergasereinrichtungen ergeben bei maximolem Wirkungsgrad zur Erzeugung des höchstmöglichen H2-Verhältnisses bestenfalls Reduktionsmittelverhältnisse von 0,6 bis 0,8/1 bei Einsatz von Schweröl als externem Brennstoff. Würde Reduktionsgas mit solchen Reduktionsmittelverhältnissen (kleiner als Eins) bei einer Einlaßtemperatur von 7600C in den Schachtofen eingeführt werden, so würde eine exotherme Reaktion vorherrschen; würde diese Reaktion gleichmäßig über dem Ofenquerschnitt auftreten, so hätte das ein Aneinanderheften der Pellets zur Folge. Ein solches Reduktionsgas müßte daher mit geringerer Temperatur eingeführt werden, was einen erheblichen Anstieg der Zeit zur Folge hätte, während derer das Gas Kontakt mit den Pellets haben muß, um diese zu metallischem Eisen zu reduzieren. Daher wäre eine größere
Gas über eine längere Zeit erforderlich, um ein geeignetes metallisiertes Endprodukt zu erzeugen; die Wirtschaftlichkeit des Schachtofens wäre dadurch erheblich reduziert
Bekannte Vergasereinrichtungen ergeben bei maximolem Wirkungsgrad zur Erzeugung des höchstmöglichen H2-Verhältnisses bestenfalls Reduktionsmittelverhältnisse von 0,6 bis 0,8/1 bei Einsatz von Schweröl als externem Brennstoff. Würde Reduktionsgas mit solchen Reduktionsmittelverhältnissen (kleiner als Eins) bei einer Einlaßtemperatur von 7600C in den Schachtofen eingeführt werden, so würde eine exotherme Reaktion vorherrschen; würde diese Reaktion gleichmäßig über dem Ofenquerschnitt auftreten, so hätte das ein Aneinanderheften der Pellets zur Folge. Ein solches Reduktionsgas müßte daher mit geringerer Temperatur eingeführt werden, was einen erheblichen Anstieg der Zeit zur Folge hätte, während derer das Gas Kontakt mit den Pellets haben muß, um diese zu metallischem Eisen zu reduzieren. Daher wäre eine größere
Gas über eine längere Zeit erforderlich, um ein geeignetes metallisiertes Endprodukt zu erzeugen; die Wirtschaftlichkeit des Schachtofens wäre dadurch erheblich reduziert
Würde man versuchen, das Gasgemisch aus dem Befeuchter ohne Reaktion zu erhitzen und in den
Reduktionsofen einzuführen, so träte im Schachtofen eine Wassergas-Verschiebungs-Reaktion auf, die exotherme
Natur dieser Reaktion innerhalb des Ofens führte zu einem Temperaturanstieg des Gases um 33°
bis 36° C bei Einsatz von Schweröl bzw. um 420C bis
45° C bei Einsatz von Kohle; dies könnte zu einem Zusammensintern der Pellets führen.
Erfindungsgemäß wird das überschüssige CO im Gasgemisch außerhalb des Ofens mit einer bestimmten
Menge Wasserdampf zur Reaktion gebracht bei einer Temperatur, die etwa gleich der Öfeneinlaßtemperatur
ist; dadurch wird ein Reduktionsgas mit vorzüglicher
Zusammensetzung erzeugt. Die Temperatur des Reduktionsgases braucht vor seiner Einleitung in den
Schachtofen nicht erhöht zu werden. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung liegt daher darin, ein Reduktionsgas
bevorzugter Zusammensetzung über eine
Wassergas-Verschiebi'f/gs-Reaktion in einem Reaktor
bei weit höherer Temperatur zu erzeugen, als solche Reaktoren bisher bitrieben worden sind, nämlich
typischerweise zwischen 316°C bis 427°C, um eine maximale Menge H2 zu erzeugen.
Am beschriebenen Verfahren können verschiedene Veränderungen vorgenommen werden, ohne das Wesen
der Erfindung zu verlassen. So kann der Befeuchter 50 eingespart werden, indem der Dampfgehalt des den
NO2-Abscheider 40 durchströmenden Gases gesteuert und das Gasgemisch noch in der Heizeinrichtung 60
reformiert wird.
Anstatt das in der Vergäsereinrichtürig erzeugte Gas
in die mit der CO2-Abscheidungsvorr!chtUng verbundenen Eintrittsleitung 35 einzuführen, könnte dieses Gas
auch an jeder anderen Stelle in Strömungsrichtung hinter dem Schachtofen 10 und vor dem CO2-Abscheider
eingeleitet werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Verfahren zur Reduktion von Erzen in einem Schachtofen, wobei Eisenoxidstücke an einem ersten
Ende in den Schachtofen eingebracht und am entgegengesetzten Ende des Schachtofens im
wesentlichen als metallisches Eisen entfernt werden, weiterhin ein in einer Vergasereinrichtung für
flüssige oder feste Brennstoffe erzeugtes Reduk- ι ο tionsgas in einen entfernt vom ersten Ende des
Schachtofens liegenden Einlaß in diesen eingeführt wird und als Abgas von einem Auslaß des
Schachtofens neben dem ersten Ende abgezogen wird; ferner wenigstens ein Teil des Abgases durch
eine Kühl- und Reinigungseinrichtung geleitet und dem Schachtofen wieder zugeführt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß das in der Vergasereinrichtung (30) erzeugte Gas mit dem gekühlten und
gereinigten Abgas des Schachtofens (10) vermischt; und das danach erhaltene Gasgemisch dann durch
wenigstens eine CO2-Abscheidungsvorrichtung (40)
und einen Befeuchter (50) geführt und anschließend auf eine solche Temperatur erhitzt wird, bis sich ein
Teil des CO mit einem Teil des H2O des
Gasgemisches zu einem Reduktionsgas mit vorbestimmten Anteilen an H2, CO, HpO und CO2 umsetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die CO2-Abscheidungsvorrichtung (40)
bei einer Temperatur betrieben wird, bei der im jo wesentlichen dl·. Gesamtmenge an CO2 aus dem
Gasgemisch entfernt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in einer Heizeinrichtung
(60) erhitzte Gasgemisch so lange innerhalb eines Reaktors (70) gehalten wird, bis sich CO mit H2O bis
etwa zum Gleichgewichtszustand umgesetzt hat.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reduktionsgas hinter dem
Reaktor (70) eine geregelte Menge des "in Strömungsrichtung
hinter der CO2-Abscheidungsvorrichtung (40) und vor der Heizeinrichtung (60)
abgezweigten Gasgemisches zugeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur auf die das
erhitzte Gasgemisch im Reaktor (70) gebracht wird, mittels der in der Heizeinrichtung (60) zugeführten
Wärme und dem im Befeuchter (50) zugeführten Wasserdampf so gesteuert wird, daß diese Temperatur
nahezu der angestrebten Temperatur des Reduktionsgases am Gaseinlaß des Schachtofens
(10) entspricht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der
aus dem Reaktor (70) austretenden Reduktionsgases zwischen 760° C und 871c C gehalten wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des in
den Schachtofen (10; eintretenden Reduktionsgases zwischen 704° C und 816° C gehalten wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Schachtofen
(10) zugeführte Reduktionsgas ein Reduktionsmittelverhältnis H2/CO von (1,0 bis 2,0)/i und ein
minimales Verhältnis von Reduktionsmittel zu Oxidationsmittel (H2+ C0)/(H20 +CO2) von nahezu
9/1 aufweist.
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