DE2510116A1 - PROCESS AND EQUIPMENT FOR THE REDUCTION OF MATERIAL CONTAINING IRON (III) OXYDE - Google Patents
PROCESS AND EQUIPMENT FOR THE REDUCTION OF MATERIAL CONTAINING IRON (III) OXYDEInfo
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Description
DR. BERG DI?·,.-·NG.
DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIRDR. BERG DI? ·, .- · NG.
DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR
8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 86 02 458 MUNICH 86, POST BOX 86 02 45
Anwaltsakte: 25 879 7. M?rz Attorney's file: 25 879 7 . March
Stora Kopparbergs Bergslags AB, Falun / SchwedenStora Kopparbergs Bergslags AB, Falun / Sweden
Verfahren und Einrichtung zur Reduktion von Eisen(III)-oxydProcess and device for the reduction of iron (III) oxide
•4• 4
enthaltendem Materialcontaining material
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur vollständigen oder teilweisen Reduktion von pulverisiertem Material mit Eisen(III)-oxyden, welche mit feinverteiltem, festem, kohlenstoffhaltigem Material bei einer Temperatur gemischt sind, welche niedriger als der Schmelzpunkt des Eisens ist. Hierbei wird unter festem, kohlenstoffhaltigem Material Koks verstanden, welcher aus einem Brennstoff und einem Reduktionsmittel erhalten wird, welches Kohlenstoff, wie Anthrazit, Kohle oder Öl enthält. Unter VII/XX/KtzThe invention relates to a method and a device for the complete or partial reduction of pulverized material with iron (III) oxides, which are mixed with finely divided, solid carbonaceous material are mixed at a temperature lower than the melting point of iron is. Here, solid, carbonaceous material is understood to mean coke, which consists of a fuel and a reducing agent containing carbon such as anthracite, coal or oil. Under VII / XX / Ktz
89)988272 8 Manchen 80, Mauerkircherslraße 45 Banken: Bayerische Vereinsbtnk München 4S310089) 988272 8 Manchen 80, Mauerkircherslraße 45 Banks: Bayerische Vereinsbtnk Munich 4S3100
987043 Telegramme: BERGSTAPFPATENT München Hypo-Bank München 3892623987043 Telegrams: BERGSTAPFPATENT Munich Hypo-Bank Munich 3892623
983310 TELEX: 0524560 BERG d Postscheck München 65343-808983310 TELEX: 0524560 BERG d Postscheck Munich 65343-808
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pulverisiertem, Eisen(III)-oxyde enthaltendem Material werden konzentriertes Eisenerz, gebrannte Pyrite oder anderes Eisen(III)-oxyd enthaltendes Material verstanden, wobei das Material eine Teilchengröße von bis zu 1 mm aufweist.powdered iron (III) oxide containing material becomes concentrated iron ore, burnt pyrite or others Iron (III) oxide-containing material understood, where the Material has a particle size of up to 1 mm.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, pulverisiertes Material, welches Eisen(III)-oxyde enthält, die pulverisiertem, festem, kohlenstoffhaltigem Material gemischt sind, beispielsweise in Drehofen oder in Fließbetten (Wirbelbetten) herkömmlicher Bauart zu reduzieren. x mj_tIt has already been proposed to reduce pulverized material containing ferric oxides mixed with pulverized, solid, carbonaceous material, for example in rotary kilns or in fluidized beds (fluidized beds) of conventional design. x m j_t
Bei der Erfindung wird jedoch nicht ein Fließbett herkömmlicher Bauart, sondern statt dessen ein sogenanntes zirkulierendes bzw. umlaufendes Fließbett verwendet, dessen Beschaffenheit und Arbeitsweise beispielsweise von L. Reh in "Chem. Engineering Progress" vom Febr. 1971, Bd. 67, Nr. 2, Seiten 58 bis 63 beschrieben ist.In the invention, however, a fluidized bed of the conventional type is not used, but a so-called circulating one instead or circulating fluidized bed is used, the nature and mode of operation, for example, by L. Reh in "Chem. Engineering Progress "of Feb. 1971, Vol. 67, No. 2, pages 58-63.
Bei den meisten Versuchen, welche bis jetzt durchgeführt worden sind, um das Fließbettverfahren zur Reduktion von Eisen(III)-oxyden enthaltendem Material zu benutzten, ist das herkömmliche Fließbettverfahren angewendet worden, woraufhin sich Schwierigkeiten aufgrund des Gases ergeben haben, welches nur für kurze Zeit in dem Fließbett (zurückgehalten wird bzw. vorhanden ist. Versuche, den Wirkungsgrad bzw. die Ausbeute bei einem derartigen Verfahren durch Erhöhen der Reaktionstemperatur zu verbessern, haben ebenfalls zu Schwierigkeiten im Hinblick auf das "Verkleben bzw. Aneinanderhaften" geführt, d.h. die kleinen Materialteilchen oder -partikelIn most of the attempts that have been made to date to use the fluidized bed process for reducing Material containing iron (III) oxides is to be used the conventional fluidized bed process has been used, whereupon difficulties have arisen due to the gas, which was only retained in the fluidized bed for a short time is or is present. Attempts to increase the efficiency or the yield in such a process by increasing the To improve the reaction temperature also have difficulties with regard to the "sticking or sticking together" guided, i.e. the small particles or particles of material
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in dem Fließbett haben sich zu größeren Teilchen und Gebilden zusammengeballt, so daß schließlich eine sogenannte "Fluidierung" bzw. eine Anwendung des Fließbettverfahrens unmöglich geworden ist.in the fluidized bed have agglomerated to larger particles and structures, so that finally a so-called "Fluidization" or an application of the fluidized bed process has become impossible.
Durch Verwenden eines zirkulierenden Fließbettes kann die Berührungszeit vergrößert werden, wodurch auch die Neigung, zu verkleben bzw. aJieinanderzuhaften. aufgrund der starken inneren Zirkulation bzw. Umwälzung des Materials geringer geworden ist. Das Verkleben und Aneinanderheften nimmt mit zunehmender Temperatur, mit dem Metallisierungsgrad und mit der Feinheit des Fließbettmaterials zu und nimmt mit zunehmender Turbulenz, mit dem Gehalt an Gangart, mit dem Gesamtdruck sowie bei Hinzufügung von pulverisiertem Verdünnungsmaterial, wie beispielsweise Koks, ab.By using a circulating fluidized bed, the contact time can be increased, which also reduces the tendency to to glue or to stick together. due to the strong internal circulation or overturning of the material has decreased. The gluing and tacking together decreases with increasing Temperature, with the degree of metallization and with the fineness of the fluidized bed material increases and increases with increasing Turbulence, with the content of gangue, with the total pressure as well as with the addition of powdered dilution material, such as coke.
Auch sind Versuche durchgeführt worden, das pulverisierte Material, welches Eisen(III)-oxyde enthält, die mit pulverisiertem, festem, kohlenstoffhaltigem Material gemischt sind, in einem zirkulierenden Fließbett dadurch zu reduzieren, daß das kohlenstoffhaltige Material mit Hilfe eines molekularen Sauerstoff enthaltenden Gases teilweise verbrannt wird, welches als Fluidierungsgas in das Fließbett eingebracht wird. Infolge der Hinzufügung von festem, pulverisiertem, kohlenstoffhaltigem Material ist die Gefahr des Verklebens bzw. Aneinanderhaftens geringer geworden und es ist möglich geworden, die Temperatur zu erhöhen, wodurch dann auch die Reaktionsgeschwindigkeit zunimmt. Wenn jedoch das molekularen SauerstoffAttempts have also been made to compare the pulverized material, which contains ferric oxides, with pulverized, solid, carbonaceous material are mixed, in a circulating fluidized bed by reducing that the carbonaceous material is partially burned with the aid of a molecular oxygen-containing gas, which is introduced as fluidizing gas into the fluidized bed. As a result of the addition of solid, powdered, carbonaceous Material, the risk of sticking or sticking together has become less and it has become possible to To increase the temperature, which then also increases the rate of reaction. However, if that is molecular oxygen
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enthaltende Gas zur Fluidierung über Verteilereinrichtungen am Boden des Reaktionsgefäßes eingeblasen wird, dann besteht in diesem Fall, wahrscheinlich infolge einer örtlichen Überhitzung, eine gewisse Neigung zu einer Zusammenballung bzw. Agglomeration an den Verteilereinrichtungen.containing gas for fluidization is blown in via distribution devices at the bottom of the reaction vessel, then consists in this case, probably as a result of local overheating, a certain tendency towards agglomeration or agglomeration. Agglomeration at the distribution facilities.
Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Reduktion von pulverisiertem Material, welches mit pulverisiertem, kohlenstoffhaltigem Material vermischte Eisen(III)-oxyde enthält, in einem zirkulierenden bzw. umlaufenden Fließbett, bei welchem ein Verkleben bzw. Aneinanderhaften der Partikel vollkommen vermieden ist, und betrifft ferner eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention therefore relates to a method for reducing pulverized material, which contains iron (III) oxides mixed with pulverized, carbonaceous material, in a circulating or revolving fluidized bed, in which the particles stick together or stick together completely is avoided, and also relates to a device for carrying out this method.
Gemäß der Erfindung wird ein zirkulierendes Fließbett von pulverisiertem Material, welches mit pulverisiertem, kohlenstoffhaltigem Material vermischte Eisen(III)-oxyde enthält, in einer in vertikaler Richtung langgestreckten Reaktionszone unterhalten .. Das zirkulierende Fließbett wird dadurch unterhalten, daß es mit entsprechenden Durchflußmengen bzw. Strömen von dem pulverisierten, Eisen(III)-oxyde enthaltenden Material, von pulverisiertem, festem, kohlenstoffhaltigem Material und von möglicherweise flüssigem, kohlenstoffhaltigem Material zusammen mit einem' molekularen Sauerstoff enthaltenden Gas versorgt wird. Eine Mischung aus Gas und festem Material verläßt dann die Reaktionszone und wird dann anschließend getrennt, woraufhin das feste Material wieder in die Reaktionszone zurückgeleitet wird.According to the invention, a circulating fluidized bed of pulverized material, which contains iron (III) oxides mixed with pulverized, carbonaceous material, maintained in a reaction zone elongated in the vertical direction. The circulating fluidized bed is maintained by that it is with appropriate flow rates or streams of the powdered, ferric oxides containing Material, from powdered, solid, carbonaceous material and possibly liquid, carbonaceous Material together with a 'containing molecular oxygen Gas is supplied. A mixture of gas and solid material then leaves the reaction zone and then becomes separated, whereupon the solid material is returned to the reaction zone.
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Das dem Fließbett zugeführte, Eisen(IIl)-aiyde enthaltende, pulverisierte Material weist eine Teilchengröße auf, die kleiner als 1mm, vorzugsweise kleiner als 0,5mm ist. Das zugeführte, feinverteilte, feste, kohlenstoffhaltige Material kann Koksschlacke, Anthrazit- oder Kohlenstaub sein und sollte eine Teilchengröße von weniger als 3mm, vorzugsweise weniger als 1mm haben.The iron (IIl) -aiyde-containing, fed to the fluidized bed, pulverized material has a particle size that is less than 1mm, preferably less than 0.5mm. That supplied, finely divided, solid, carbonaceous material can be coke slag, anthracite or coal dust and should have a particle size of less than 3mm, preferably less than 1mm.
Die Reaktionszone kann hierbei in einen oberen, unteren und einen mittleren Teil unterteilt sein. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird das pulverisierte, Eisen(IIl)-oxyde enthaltende Material, das kohlenstoffhaltige Material sowie das molekularen Sauerstoff enthaltende Gas in den mittleren Abschnitt eingebracht. Durch eine teilweise Verbrennung des kohlenstoffhaltigen Materials in diesem Abschnitt wird die für das Verfahren bzw. den Prozeß notwendige Wärme erzeugt. Im oberen Teil der Reaktionszone findet dann eine Verkokung und eine Entgasung des kohlenstoffhaltigen Materials sowie eine Reduktion mit dem Kohlenstoff des Kohlendioxyds und des während der Verbrennung gebildeten Wassers statt, wodurch Wasserstoffgas und Kohlenmonoxyd gebildet wird. Hierbei findet auch eine gewisse Reduktion des Eisen(III)-oxyde enthaltenden Materials statt. Diese Reaktion findet bei einer Temperatur von 850 bis 1OOO°C statt. Die Durchflußmenge an festem, kohlenstoffhaltigem Material muß so gesteuert werden, daß sie in dem Fließbett immer ausreicht, um eine Beeinträchtigung und Störung der Fluidierung bzw. des Fließbettverfahrens infolge einer Zusammenballung oder Agglomeration zu verhindern.The reaction zone can be divided into an upper, lower and a middle part. In the procedure according to of the invention is the powdered, ferrous oxide-containing material, the carbonaceous material as well the molecular oxygen-containing gas is introduced into the central portion. By partially burning the carbonaceous material in this section, the heat necessary for the process or the process is generated. In the upper part of the reaction zone there is coking and degassing of the carbonaceous material as well a reduction with the carbon of the carbon dioxide and of the water formed during the combustion takes place, whereby Hydrogen gas and carbon monoxide is formed. There is also a certain reduction in iron (III) oxides Materials instead. This reaction takes place at a temperature of 850 to 1000 ° C. The flow rate of solid, carbonaceous Material must be controlled in such a way that it is always sufficient in the fluidized bed to be impaired and to prevent disturbance of the fluidization or the fluidized bed process due to agglomeration.
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Von dem oberen Teil aus wird hierbei erzeugtes Gas ausgetragen bzw. abgelassen, welches mit festem Material'von dem Fließ bett vermischt ist. Letzteres wird dann von dem Gas getrennt und wieder zu dem mittleren Abschnitt zurückgeleitet.From the upper part of this generated gas is discharged or discharged, which with solid material'von the fluidized bed is mixed. The latter is then separated from the gas and returned to the central section.
Auch ist festgestellt worden, daß bei dem festen, kohlenstoffhaltigen Material ein Verkleben bzw. Aneinanderhaften in Abhängigkeit von der Temperatur und den Eigenschaften des Eisen(III)-oxyde enthaltenden Materials verhindert werden kann. Bei einer Temperatur von 9OO°C und bei Verwendung von normalem Eisenerzkonzentrat hat sich ferner herausgestellt, daß das Gewichtsverhältnis zwischen festem, kohlenstoffhaltigem Material (Koks) und dem Konzentrat in der Reaktionszone mindestens 0,5:1 sein sollte.It has also been found that the solid, carbonaceous Depending on the material sticking or sticking together can be prevented by the temperature and the properties of the ferric oxide-containing material. At a temperature of 900 ° C and using normal Iron ore concentrate has also been found to be the weight ratio between solid, carbonaceous material (Coke) and the concentrate in the reaction zone should be at least 0.5: 1.
Ein Teil des abgelassenen Gases wird einer zusätzlichen Staubtrennung unterzogen, wodurch der größte Teil von COp und EUO entfernt wird, wird dann entnommen und wird dem unteren Teil der Reaktionszone als Fluidierungs- und Reduktionsgas wieder zugeführt. Auf diese Weise wird eine stark reduktive Atmosphäre in dem unteren Teil erhalten und es findet fortlaufend eine Reduktion des Eisen(III)-oxyde enthaltenden Materials statt.Part of the discharged gas is used for an additional dust separation subjected, making most of COp and EUO is removed, is then withdrawn and returned to the lower part of the reaction zone as fluidizing and reducing gas fed. In this way a strongly reductive atmosphere is obtained in the lower part and it continues to find one Reduction of the ferric oxides-containing material instead.
Festes Material wird erforderlichenfalls von dem unteren Teil der Reaktionszone ausgetragen, so daß die Menge an festem Material in der Reaktionszone konstant gehalten ist. Die reine Zufuhr von festem Material wird dann im Gegenstrom zu dem in den unteren Teil eingebrachten Gas aufrechterhalten. Die Wärme-Solid material is discharged from the lower part of the reaction zone if necessary, so that the amount of solid material is kept constant in the reaction zone. The pure supply of solid material is then countercurrent to the in maintain the lower part of the introduced gas. The heat-
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übertragung von dem mittleren Abschnitt der Reaktionszone zu deren unteren Teil wird jedoch hauptsächlich durch die innere Materialzirkulation bzw. den inneren Materialumlauf in der Reaktionszone erhalten. Diese innere Zirkulation bzw. der Umlauf ist verhältnismäß groß, so daß auf diese Weise der Temperaturausgleich gefördert wird. Das ausgetragene, feste Material besteht aus Koks und vollständig oder teilweise reduzierten Eisen(III)-oxyden, ist vorzugsweise unter den C.uriepunkt des Eisen abgekühlt und wird magnetisch in einen im wesentlichen koksfreien Eisenanteil und einen im wesentlichen eisenfreien Koksanteil getrennt. Die Kühlung erfolgt zweckmäßigerweis^ dadurch, daß das Material ein herkömmliches, durch das Material selbst gebildetes Fließbett durchläuft, und erfolgt ferner mit Hilfe von eingebauten Kühlflächen. Das molekularen Sauerstoff enthaltende Gas wird dementsprechend als Kühlmittel verwendet und wird dadurch vorerwärmt.However, transfer from the central portion of the reaction zone to the lower part thereof is mainly due to the internal material circulation or the internal material circulation in the reaction zone. This inner circulation or the circulation is relatively large, so that the temperature equalization is promoted in this way. The carried out, solid material consists of coke and completely or partially reduced ferric oxides, is preferred among the C.urie point of the iron is cooled and is magnetically converted into an essentially coke-free iron component and an essentially iron-free coke content separated. The cooling is expedient ^ in that the material is a conventional, through the fluidized bed formed by the material itself, and also takes place with the help of built-in cooling surfaces. That Molecular oxygen-containing gas is accordingly used as a coolant and is thereby preheated.
xzu steuern^ x to control ^
Auch ist zweckmäßig und vorteilhaft, den Strom des molekularen Sauerstoff enthaltenden Gases, beispielsweise Luft, welche(s) möglicherweise mit COp und/oder EUO gemischt ist, soXdaß der Wärmebedarf, um die geforderte Temperatur in dem zirkulierenden bzw. umlaufenden Fließbett aufrechtzuerhalten, gedeckt ist. Die Wärme wird durch eine Teilverbrennung des kohlenstoffhaltigen Materials erzeugt. Auch ist es möglich, Wärme entweder allein bzw. ausschließlich oder zum Teil indirekt von einer äußeren Wärmequelle aus, wie beispieHs weise von einem Kernreaktor aus, zuzuführen. In diesem Fall kann die Wärme mit Hilfe von heißem Gas an in der Reaktionszone vorgesehene HeizflächenAlso is convenient and advantageous for the flow of the gas containing molecular oxygen, for example air, which one (s) may COp and / or EUO is mixed, so X that the heat required to keep up with the required temperature in the circulating or rotating fluidized bed, is covered. The heat is generated through partial combustion of the carbonaceous material. It is also possible to supply heat either alone or exclusively or partly indirectly from an external heat source, as for example from a nuclear reactor. In this case, the heat can be applied to heating surfaces provided in the reaction zone with the aid of hot gas
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übertragen werden.be transmitted.
Um eine übermäßige Wärmeentwicklung pro Volumeneinheit in der Reaktionszone zu verhindern, was eine örtliche Übererhitzung und die Gefahr einer gewissen Zusammenballung bzw. Agglomeration des Fließbettmaterials zur Folge haben würde, wird der Strom von molekularen Sauerstoff enthaltenden Gases vorzugsweise in mehrere Teilströme unterteilt, welche dann an getrennten Stellen in verschiedenen Höhen dem mittleren Abschnitt der Reaktionszone zugeführt werden. To prevent excessive heat generation per unit volume in the reaction zone, causing local overheating and the risk of some agglomeration of the fluidized bed material would result, the flow of molecular oxygen-containing gas preferably divided into several substreams, which then at separate points are fed at different heights to the middle section of the reaction zone.
Das feste, kohlenstoffhaltige Material wird dementsprechend dem mittleren Abschnitt der Reaktionszone in Form mehrerer Strahlen, vorzugsweise mit Hilfe von über Düsen eingeblasenem, reduzierendem und/oder neutralem Gas, zugeführt. Bei kohlenstoffhaltigem Material mit einem geringen Gehalt an leicht flüchtigen Bestandteilen, wie Anthrazit, ist es möglich, molekularen Sauerstoff enthaltendes Gas, wie beispielsweise Luft^ zu verwenden, welches dann in diesem Fall vorzugsweise nicht vorerwärmt wird, um die Gefahr einer örtlichen Überhitzung zu vermeiden. In Abhängigkeit von der Form der Blasdüsen ist hierzu insgesamt ein Gasstrom erforderlich, welcher ΊΟ bis 3O# des Gesamtstromes bzw. der gesamten Durchflußmenge des kohlenstoffhaltigen Materials aufweist.The solid, carbonaceous material is accordingly the central portion of the reaction zone in the form of several Blasting, preferably with the aid of reducing and / or neutral gas blown in via nozzles. With carbonaceous Material with a low content of volatile components, such as anthracite, it is possible to use molecular oxygen containing gas, such as air ^ to be used, which is then preferably not preheated in this case, to avoid the risk of local overheating. Depending on the shape of the blower nozzles, this is a total of a gas flow required, which is ΊΟ to 3O # of the total flow or the total flow rate of the carbonaceous material having.
Es ist auch möglich, das kohlenstoffhaltige Material über eine kleineiB zusätzliche Behelfsreaktionszone einzuführen, welche von der eigentlichen Reaktionszone getrennt ist, in welcher einIt is also possible to introduce the carbonaceous material via a small additional makeshift reaction zone, which is separated from the actual reaction zone, in which a
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Fließbett mit Hilfe eines Teilstromes des molekularen Sauerstoff enthaltenden Gases unterhalten wird. In diesemFall werden dann das Gas und das Material von der zusätzlichen Behelfsreaktionszone über ein gemeinsames Rohr in den mittleren Abschnitt der Reaktionszone geleitet. In der zusätzlichen Behelfszone findet eine gewisse Teilverbrennung des kohlenstoffhaltigen Materials statt, und eine Zusammenballung bzw. Agglomeration um die Verteileröffnungen herum kann infolgedessen aufgrund der kurzen Zeit vermieden werden, während welcher das kohlenstoffhaltige Material dort verteilt ist; dies bedeutet, daß nur wenige Teilchen Zeit haben, zu Asche verbrannt zu werden. Bei zu hohen Konzentrationen und im ITaII einer örtlichen Überhitzung kann es jedoch leicht zu einer Zusammenballung und Verkrustung kommen.Fluidized bed is maintained with the help of a partial flow of the molecular oxygen-containing gas. In this case it will be then the gas and material from the additional makeshift reaction zone via a common pipe into the central section passed the reaction zone. In the additional makeshift zone there is a certain partial combustion of the carbonaceous Material instead, and agglomeration around the manifold openings can as a result of the be avoided for a short time during which the carbonaceous material is distributed there; this only means few particles have time to be burned to ashes. At too high concentrations and in the event of local overheating however, agglomeration and crusting can easily occur.
Ein gewisser Teil des festen, kohlenstoffhaltigen Materials kann durch flüssiges, kohlenstoffhaltiges Material, wie beispielsweise öl,ersetzt werden. In diesem Fall wird das Material vorzugsweise in den mittleren Abschnitt der Reaktionszone durch eine Anzahl Strahlen versprüht. Eine sogenannte Zerstäubung des Öls, wie sie in Verbindung mit einer vollständigen Verbrennung durchgeführt wird, ist nicht notwendig. Eine verhältnismäßig : grobe Dispersion des Öls, welche erhalten wird, wenn es in ■ Teilströmen über Rohrleitungen zusammen mit einem nicht oxydierenden Gas zugeführt wird, reicht aus. Ein Volumenverhältnis von 100:1 für das Gas und das verwendete öl ist angemessen und . -zweckmäßig. Wenn eine zusätzliche Behelfsreaktionszone verwen--.. det wird, wird das Öl vorzugsweise dieser Zone zugeführt, und dieSome of the solid, carbonaceous material can be replaced by liquid, carbonaceous material, such as oil. In this case the material is preferably sprayed into the central portion of the reaction zone by a number of jets. So-called atomization of the oil, as is carried out in connection with complete combustion, is not necessary. A relatively: coarse dispersion of the oil, which is obtained when it is fed into ■ partial flows through pipes together with a non-oxidizing gas is sufficient. A volume ratio of 100: 1 for the gas and the oil used is adequate and. -practical. If an additional makeshift reaction zone is used, the oil is preferably fed to this zone and the
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Höhe bzw.das Niveau, auf welcher bzw. auf welchem das Öl zugeführt wird, sollte etwa 0,5m über dem Verteilerboden für das molekularen Sauerstoff enthaltende Gas liegen.Height or the level at which or at which the oil is supplied should be about 0.5 m above the distributor plate for the molecular oxygen-containing gas.
Das von der Reaktionszone ausgetrageneGas kann zumindest zum Teil zum Vorerwärmen des Eisen(III)-oxyde enthaltenden "Zufuhrmaterials verwendet werden, indem es in unmittelbaren Kontakt damit gebracht wird. Danach wird dieser Teil des ausgetragenen Gases wieder zu dem unteren Teil der Reaktionszone zurückgeleitet, nachdem der größte Teil an COp und HpO in an sich bekannter Weise entfernt worden ist, und wird dann als iTuidierungs-und Reaktionsgas , in dem unteren Teil der Reaktionszone verwendet. The gas discharged from the reaction zone can be at least to the Part for preheating the ferric oxides containing "feed material be used by bringing it into direct contact with it. After that, this part of the Gas is returned to the lower part of the reaction zone after most of the COp and HpO are known per se Way has been removed, and is then called iTuidierungs-and Reaction gas, used in the lower part of the reaction zone.
Ein Teilstrom des ausgetragoien bzw. ausgestoßenen Gases , das im wesentlichen frei von COp und HpO ist, wird dementsprechend als Fluidierungsgas bei der Kühlung und der magnetischen Trennung des von dem unteren Teil der Reaktionszone ausgetragenen Materials verwendet. Da das gesamte Verfahren über atmosphärischem Druck, beispielsweise bei 1 bis 10 atm/durchgeführt wird, können die für die Einrichtung erforderlichen Abmessungen erheblich verkleinert werden. Der Wärmegehalt (der physikalische und der chemische) des abgelassenen bzw. ausgestoßenen Gases wird dementsprechend dazu verwendet, um elektrische Energie zu erzeugen, mit welcher beispielsweise das reduzierte Eisen(II)-Material geschmolzen und möglicherweise endgültig reduziert werden kann.A partial flow of the discharged or discharged gas, which is essentially free of COp and HpO, is accordingly used as fluidizing gas in the cooling and magnetic separation of the material discharged from the lower part of the reaction zone. Since the entire process is carried out above atmospheric pressure, for example 1 to 10 atm / , the dimensions required for the device can be reduced considerably. The heat content (physical and chemical) of the discharged or expelled gas is accordingly used to generate electrical energy with which, for example, the reduced ferrous material can be melted and possibly finally reduced.
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Nachfolgend wird das Verfahren und die Einrichtung gemäß der Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung erläutert.The following is the method and the device according to the Invention based on a preferred embodiment with reference explained on the attached drawing.
in
Die Einrichtung weist ein vertikaler Richtung langgestrecktes Reaktionsgefäß 1 auf, dessen oberer Teil 2 den oberen Teil
der Reaktionszone, dessen mittlerer Teil 3 den mittleren Abschnitt der Reaktionszone und dessen unterer Teil 4 den unteren
Teil der Reaktionszone umschließt. Ein Zyklon 5 ist mit dem oberen Teil 2 des Reaktionsgefäßes 1 verbunden und weist eine
Rückleitung 6 auf, welche zu dem mittleren Teil 3 des Reaktionsgefäßes führt. In dieser Zone sind auch ein oder mehrere Einlasse
für kohlenstoffhaltiges Material 7 vorgesehen. Das molekularen Sauerstoff enthaltende Gas wird dem mittleren Teil 3
des Reaktionsgefäßes in Form einer Anzahl Teilströme über Düsen 8 zugeführt, während der in den Kreislauf zurückgeführte Teilstrom
des Gases dem unteren Teil des Reaktionsgefäßes über einen
entsprechenden Verteiler 9 zugeführt wird. Entsprechend behandeltes, festes Material wird über einen Auslaß 10 in dem unteren
Teil des Reaktionsgefäßes ausgetragen, in einer Kühleinrichtung 11 gekühlt und durchläuft eine magnetische Trenneinrichtung 12,
in welcher es in einen im wesentlichen koksfreien Eisenanteil 13 und einen im wesentlichen eisenfreien Koksanteil 14 getrennt
wird.in
The device has a vertically elongated reaction vessel 1, the upper part 2 of which encloses the upper part of the reaction zone, the central part 3 of which encloses the central section of the reaction zone and the lower part 4 of which encloses the lower part of the reaction zone. A cyclone 5 is connected to the upper part 2 of the reaction vessel 1 and has a return line 6 which leads to the middle part 3 of the reaction vessel. One or more inlets for carbonaceous material 7 are also provided in this zone. The gas containing molecular oxygen is fed to the middle part 3 of the reaction vessel in the form of a number of partial flows via nozzles 8, while the partial flow of the gas returned to the circuit is fed to the lower part of the reaction vessel via a corresponding distributor 9. Correspondingly treated, solid material is discharged via an outlet 10 in the lower part of the reaction vessel, cooled in a cooling device 11 and passes through a magnetic separating device 12 in which it is separated into an essentially coke-free iron component 13 and an essentially iron-free coke component 14.
Das molekularen Sauerstoff enthaltende Gas 15» vorzugsweise Iiuft7 wird an der Stelle 16 über die Kühleinrichtung 11, wo es vorerwärmt wird, und dann über eine Rohrleitung 17 zu Düsen 8The gas 15 containing molecular oxygen, preferably air 7 , is at the point 16 via the cooling device 11, where it is preheated, and then via a pipe 17 to nozzles 8
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geblasen. Die Kühleinrichtung 11 weist vorzugsweise die Form eines herkömmlichen Fließbettes mit eingebauten Kühlelementen auf, über welche das molekularen Sauerstoff enthaltende Gas zur Vorerwärmung geleitet wird.blown. The cooling device 11 preferably has the form of a conventional fluidized bed with built-in cooling elements on, over which the molecular oxygen-containing gas is passed for preheating.
Ein Teil des abgelassenen Gases (beispielsweise 50%) wird über das Auslaßrohr 18 von dem Zyklon 5 aus zu einer Venturieinrichtung 19 geleitet, wo es das pulverisierte Material vorerwärmt, das Eisen(lII)-oxyde, beispielsweise ein Erzkonzentrat 20 enthält, das möglicherweise mit dem von der magnetischen Trenneinrichtung rückgeförderten Koks gemischt wird. Der Gas- und Materialstrom wird dann zu einem Zyklon 21 und dann zu einem Jfeinreinigungszyklon 22 transportiert, in welchem das feste Material abgetrennt wird, und wieder dem mittleren Teil des Re akt ions gefäße s, vorzugsweise über die Rückleitung 6y zugeführt wird. Das von festem Material gereinigte Gas wird dann entlang einer Leitung 23, wo es möglicherweise indirekt an der Stelle 24 durch kochendes Wasser gekühlt wird, und über einen Wärmeaustaucher 25 Gaswascheinrichtungen 27 zugeführt, wo es im wesentlichen von COp und HpO befreit wird. Eine Kühlung mittels siedendem Wasser kann erforderlich sein, um zu verhindern, daß die Temperatur in dem Wärmeaustauscher zu hoch für die verwendeten Materialien wird. HpO kann durch direkte oder indirekte Kühlung entfernt werden. COp wird ausgewaschen, beispielsweise mit Hilfe von alkalischen Lösungen, wobei dann in diesem Pail der Strom 28 aus dem Gefäß oder Boiler 24 dazu verwendet werden kann, diese Lösungen wieder zu regenerieren. Wenn der Druck in dem System ausreichend hoch ist, kann C0p A portion of the vented gas (for example 50%) is passed via the outlet pipe 18 from the cyclone 5 to a venturi device 19, where it preheats the pulverized material containing ferrous oxides, for example an ore concentrate 20, possibly with mixed with the coke returned from the magnetic separator. The gas and material flow is then transported to a cyclone 21 and then to a fine cleaning cyclone 22, in which the solid material is separated off and fed back to the central part of the reaction vessels, preferably via the return line 6 y. The gas cleaned of solid material is then fed along a line 23, where it is possibly cooled indirectly at the point 24 by boiling water, and via a heat exchanger 25 to gas scrubbing devices 27, where it is essentially freed of COp and HpO. Cooling by means of boiling water may be necessary in order to prevent the temperature in the heat exchanger from becoming too high for the materials used. HpO can be removed by direct or indirect cooling. COp is washed out, for example with the aid of alkaline solutions, in which case the stream 28 from the vessel or boiler 24 can then be used in this pail to regenerate these solutions again. If the pressure in the system is sufficiently high, C0 p
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mit Wasser ausgewaschen werden. Ein Großteil des Gases von den Gaswascheinrichtungen, das mittels eines Verdichters bewegt wird, erfährt an der Stelle 25 einen Wärmeaustausch mit in die Gaswascheinrichtungen einströmendem Gas und wird dann als Fluidierungs- und reduzierendes Gas in den unteren Teil 4 des Reaktionsgefäßes eingeleitet. Hierdurch wird eine stark reduzierende Zone geschaffen, durch welche das feste Material, bevor es ausgetragen wird, hindurchgeleitet wird. Im Hinblick auf den kleineren Gasstrom weist dieser Teil des Reaktionsgefäßes dementsprechend einen kleineren Durchmesser auf als der obere Teil. Ein Teilstrom 31 des von COp und HpO befreiten Gases wird, ohne daß ein Wärmeaustausch stattfindet, als Fluidierungsgas in der Kühleinrichtung 11 für das ausgetragene feste Material und in der magnetischen Trenneinrichtung 12 verwendet und wird dann über Leitungen bzw. über entsprechende Einrichtungen 32 und 33 zu dem unteren Teil des Reaktionsgefäßes gefördert. Der Rest des von dem Zyklon 5 ausgetragenen Gases 34· wird, möglicherweise zusammen mit einem Teilstrom des Koksanteils von der magnetischen Trenneinrichtung, vorzugsweise als Brennstoff in einem Wärmekraftwerk verwendet, während der Rest des Koksstromes wieder dem Reaktionsgefäß zugeführt wird, wobeies möglicherweise mit dem Eisen(III)-oxyde enthaltenden Material gemischt wird, und/oder wird als Reduktionsmittel in einer Schmelzreduktionsstufe für den Eisenanteil von der magnetischen Trenneinrichtung aus verwendet.be washed out with water. Much of the gas from the gas scrubbing device, which is moved by means of a compressor, experiences a heat exchange at point 25 gas flowing into the gas scrubbing devices and is then used as fluidizing and reducing gas in the lower part 4 of the reaction vessel initiated. This creates a strongly reducing zone through which the solid material, before it is discharged, is passed through. In view of the smaller gas flow, this part of the reaction vessel faces accordingly has a smaller diameter than the upper part. A substream 31 of the freed from COp and HpO Gas is, without a heat exchange taking place, as fluidizing gas in the cooling device 11 for the discharged solid material and used in the magnetic separating device 12 and is then via lines or via corresponding Means 32 and 33 to the lower part of the reaction vessel promoted. The remainder of the gas 34 discharged from the cyclone 5 is, possibly together with a partial flow of the coke content from the magnetic separator, preferably used as fuel in a thermal power station, while the remainder of the coke stream is fed back into the reaction vessel, possibly with the ferric oxides containing Material is mixed, and / or is used as a reducing agent in a smelting reduction stage for the iron content of the magnetic separator used.
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