DE2519526A1

DE2519526A1 - Verfahren zum herstellen von heissen reduzierenden gasen

Info

Publication number: DE2519526A1
Application number: DE19752519526
Authority: DE
Inventors: Nicolas Gerassimos Ponghis; Arthur Gerard Poos
Original assignee: METALLURG CERUM VOOR RESEARCH; Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Current assignee: METALLURG CERUM VOOR RESEARCH; Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Priority date: 1974-05-10
Filing date: 1975-05-02
Publication date: 1975-11-20
Also published as: NL7505143A; BE814899A; GB1457862A; LU72440A1; JPS50155494A; FR2270202A1; CA1069699A; FR2270202B1

Description

DIPL.-INQ. H. STEH MANN 85 Nürnberg 2 ESSENWEINSTRASSE 4-« DIPL.-PHYS. DR. K. SCHWtINZER _{TELEFON: mi/BS7B}

DIPL.-INQ. DR. M. RAU ^Λ *" " ^Λ ^ ^ ° Telegrammadresse: stehpatent

ν? D Z O

TELEX 06-23135

PATENTANWÄLTE BANKKONTEN:

DEUTSCHE BANK AG. NÜRNBERG BLZ 76070012 KONTO NR. 3Λ1164 POSTSCHECKKONTO: NÜRNBERG 67081-85?

Nürnberg, 30. April 1975 172/48

Centre de Recherches Metallurgiques - Centrum voor Research in de Metallurgie, Association sans but lucratif - Vereniging

zonder winstoogmerk a Brüssel/Belgien

"Verfahren zum Herstellen von heißen reduzierenden Gasen"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen heißer reduzierender Gase, die hauptsächlich CO und H_p enthalten und zur Reduktion von oxidierten Mineralien bestimmt sind, insbesondere von Eisenmineralien, sei es auf dem direkten Weg oder sei es über die Einspritzung der genannten reduzierten Gase in einen Schachtofen, z. B. einen Hochofen.

Es ist bekannt, heiße reduzierende Gase hauptsächlich aus brennbaren Stoffen herzustellen, welche einer teilweisen Oxidation, einer katalytischen Reformierung unter Gegenwart von Wasserdampf, einer Pyrolyse usw. unterzogen werden»

Vor kurzem wurde vorgeschlagen, reduzierende Gase mit Hilfe eines plasmaartigen Milieus herzustellen. Die hohen Temperaturen auf die die so behandelnden Gase erwärmt werden begünstigen den Verlauf der genannten Reaktionen der Reformierung im gewünschten Sinne. Eine solche Technik ergibt die Vorteile, daß schwachoxidierte Gemische von CO und H₂ erhalten werden, d. h. deren Gehalt an CO₂ und H₃O sehr

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gering sind, praktisch ohne Bildung von Ruß (nicht oxidiertem Kohlenstoff, der vom Zerfall des Brennstoffes herkommt)_o

Die anderen Verfahren, d. h. die die nicht vom plasmaartigen Milieu Gebrauch machen, ermöglichen es nur umständlich solche Gasgemische zu erhalten, ohne daß die letzteren höheren Temperaturen in der Größenordnung von 2ooo^Q ausgesetzt sein müßten. Diese reduzierenden Gase können in Verfahren der Reduktion von Mineralien insbesondere von Eisenmineralien, sei es im Hochofen oder sei es bei einem Verfahren der direkten Reduktion, verwendet werden.

Indessen ist es in zahlreichen Fällen, vor allem den beiden vorerwähnten Fällen der direkten Reduktion von Eisenoxiden oder der Einspritzung in den Schacht eines Hochofens erwünscht, solche reduzierenden Gase zu verwenden, deren Temperatur einen Bereich von looo⁰ C bis lloo° C nicht überschreitet»

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem dieses Ziel erreicht wird indem die Technik der Herstellung reduzierender Gase mit Hilfe eines plasmaartigen Milieus unter Beibehaltung der Vorteile, d. h. geringer Grad von Oxidation und geringer Gehalt von Ruß, so verändert wird, daß sich die Temperatur auf den gewünschten Wert senkt, ohne daß es notwendig wäre absichtlich abzukühlen, d. h. Kalorien zu entziehen.

Dieses Verfahren beruht auf der wohlbekannten Tatsache, daß wenn ein Gemisch aus Brennstoff und Zündstoff in eine Zone von sehr hoher Temperatur (2ooo°) eingebracht wird,

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sich die genannten Reaktionen der Reformierung wie z. B,

+ CO —> 2 CO + 2

+ H₂O ^ CO + 3

2 CH₄ + O₂-> 2 CO + 4

USW.

leicht in den angegebenen Sinn abwickeln, öhre daß die Gegenwart eines Katalysators notwendig wäre.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist im wesentlichen durch folgende zwei Etappen gekennzeichnet?

a) mit Hilfe eines plasmaartigen Milieus werden Gase von genau festgelegter Zusammensetzung bei hoher Temperatur in der Größenordnung von 2ooo° C, hergestellt,

b) in das so hergestellte Gas von hoher Temperatur werden Flüssigkeiten mit einer angemessenen Zusammensetzung und in angemessenen Proportionen eingebracht, so daß das gasförmige Ganze, das nach Beendung der Reaktionen gebildet wird, reduzierend ist, hauptsächlich aus CO und H₂ zusammengesetzt ist, und die gewünschte Temper?^ur von z_o B. looo° C bis lloo° C besitzt.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die GaSe₇ die bei hoher Temperatur unter Hilfe eines plasmaartigen Milieus hergestellt werden reduzierende Gase, die aus einem Gemisch eines Brennstoffes und eines Sauerstoffträgers hervorgehen, das geeignete Zusammensetzungen

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und Proportionen hat, um eine vollständige Umwandlung des Brennstoffes in CO und Hp zu sichern, ohne Überschuß oder Mangel an Sauerstoff.

Gemäß einer Abwandlung des vorgenannten Ausführungsbeispiels der Erfindung sind die Gase, die bei hoher Temperatur unter Hilfe eines plasmaartigen Milieus hergestellt wurden, inerte Gase, vorzugsweise Stickstoff.

Im Pail der beiden oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sind die Flüssigkeiten, die im Lauf der zweiten Etappe in das Gas, das bei hoher Temperatur im Lauf der ersten Etappe hergestellt wurde, eingebracht werden, aus einem Gemisch aus einem Brennstoff und einem Sauerstoffträger zusammengesetzt, deren Zusammensetzung und Proportionen zum einen so sind, daß die vollständige Umwandlung des Brennstoffes in CO und Hp gesichert ist, ohne Überschuß oder Mangel von Sauerstoff, zum anderen so, daß nach dem Abschluß der Reaktionen das erhaltene gasförmige Ganze eine erwünschte reduzierende Zusammensetzung und eine gewünschte Temperatur z. B. looo° C bis lloo° C besitzt.

Gemäß einer anderen Abwandlung der Erfindung, sind die Gase, die bei hoher Temperatur unter Hilfe eines plasmaartigen Milieus hergestellt werden, reduzierende Gase, die aus einem Gemisch von einem Brennstoff und einem Überschuß von Sauerstoff träger, im Bezug auf die Menge die notwendig ist um die vollständige Umwandlung des Brennstoffes in CO und Hp zu sichern, hervorgehen.

In diesem letztgenannten Fall bestehen die Flüssigkeiten, die im Verlaufe der zweiten Etappe in die Gase, die bei hoher

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Temperatur im Verlauf der ersten Etappe hergestellt werden, aus einem Gemisch von Brennstoff und Sauerstoffträger von derartiger Zusammensetzung und Proportion, daß das gasförmige Ganze, das so erhalten wird, einen gewünschten Gehalt an CO und H sowie eine gewünschte Temperatur von z. B. looo° C bis lloo° C besitzt.

Indessen, wenn die Menge des Sauerstoffträgers, die im Verlauf der ersten Etappe mit dem Brennstoff gemischt wird, gleich der Gesamtmenge des Sauerstoffträgers ist, die notwendig ist für beide Etappen, dann bestehen die Flüssigkeiten, die im Verlauf der zweiten Etappe eingeführt werden ausschließlich aus Brennstoff.

Der Brennstoff und der Sauerstoffträger, die im Verlauf der ersten und/oder der zweiten Etappe gemischt werden,können vorgewärmt sein oder nicht. Gemäß der Erfindung sind diese Stoffe vorteilhafterweise vorgewärmt.

Der Sauerstoffträger kann gemäß der Erfindung aus Wasserdampf, CO₂, reinem Sauerstoff oder Luft, reduzierenden Abfallgasen oder dgl. bestehen, die einen Überschuß an Sauerstoff in der Form von COp und H„0 enthalten, z. B. Gichtgas, Gas das eine Wanne oder einen Ofen zur Direktreduktion verläßt, Rauch der am Ausgang von Verbrennungsöfen aufgefangen wird (Rauch von Winderhitzern z. B.) und dergleichen.

Als Brennstoff können gemäß der Erfindung flüssige oder gasförmige Kohlenwasserstoffverbindungen (Erdgas), ein Gas wie das Gas von Koksöfen, das CO, H₂ und CH. in genügenden Mengen enthält um mit dem Sauerstoffträger oder einem Oxidationsmittel zx reagieren, verwendet werden.

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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Merkmale und Maßnahmen beschränkt. Sie umfaßt auch fachmännische Abwandlungen sowie Unter- und Teilkombinationen.

- Ansprüche -

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Claims

Ansprüche

1.) Verfahren zum Erzeugen heißer reduzierender Gase, die hauptsächlich CO und Hp enthalten und dazu bestimmt sind, oxidierte Mineralien insbesondere Eisenmineralien zu reduzieren, entweder auf dem direkten Wege oder durch Einspritzung der genannten Reduktionsgase in einen Schachtofen insbesondere in einen Hochofen gekennzeichnet durch folgende zwei Etappen:

a) mit Hilfe eines plasmaartigen Milieus werden Gase

mit einer genau festgelegten Zusammensetzung bei hoher Temperatur der Größenordnung von etwa 2οοο^ produziert,

b) in die Gase, die so bei hoher Temperatur hergestellt wurden, werden Flüssigkeiten von derartiger Zusammensetzung und Menge gegeben, daß das gasförmige Ganze das nach Abschluß der Reaktionen gebildet wird ein Reduktionsmittel ist, hauptsächlich aus CO und H^ zusammengesetzt, bei einer gewünschten Temperatur z. B. looo° C bis lloo° C.

2.) Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase, die bei hoher Temperatur mit Hilfe eines plasmaartigen Milieus hergestellt wurden reduzierende Gase sind, die aus einem Gemisch von Brenn'coff und Sauerstoffträger mit einer Zusammensetzung und einer geeigneten Proportion um die vollständige Umwandlung des Brennstoffes in CO und H₂ zu sichern, ohne daß Überschuß und Mangel an Sauerstoff entsteht.

5.) Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase, die bei hoher Temperatur mit Hilfe eines plasmaartigen Milieus hergestellt werden inerte Gase sind, vorzugsweise Stickstoff.

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4.) Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeiten, die im Verlauf der zweiten Etappe in die Gase, die bei hoher Temperatur im Verlauf der ersten Etappe hergestellt wurden, eingebracht werden, aus einem Gemisch von Brennstoff und Sauerstoffträger einer solchen Zusammensetzung und Proportion besteht, daß einmal die vollständige Umwandlung des Brennstoffes in CO und Hp ohne Überschuß oder Mangel an Sauerstoff gesichert ist und daß zum anderen nach Abschluß der Reaktionen das gasförmige Ganze das so erhalten wurde die gewünschte reduzierende Zusammensetzung und eine gewünschte Temperatur von z. B. looo° C bis lloo⁰ C aufweist.

5.) Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase, die bei hoher Temperatur mit Hilfe eines plasmaartigen Milieus hergestellt wurden, reduzierende Gase sind, die aus einem Gemisch von Brennstoff und einem Überschuß an Sauerstoffträger bezogen auf die notwendige Menge um die vollständige Umwandlung des Brennstoffes in CO und H zu sichern, entstehen.

6.) Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeiten, die im Verlauf der zweiten Etappe in die Gase, die bei hohen Temperaturen im Verlauf der ersten Etappe hergestellt wurden, eingebracht werden, aus einem Gemisch eines Brennstoffes und eines Sauerstoffträgers bestehen, das eine solche Zusammensetzung und Proportion hat, daß das gasförmige Ganze, das so erhalten wird, einen gewünschten Gehalt von CO und Hp besitzt sowie eine gewünschte Temperatur von z. B. looo° C bis lloo° C.

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7.) Verfahren gemäß Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeiten, die im Verlauf der zweiten Etappe eingeführt werden ausschließlich aus Brennstoffen bestehen, falls die Menge des Sauerstoffträgers, die im Verlauf der ersten Etappe mit Brennstoff gemischt wird, gleich ist der Gesamtmenge des Sauerstoffträgers die in beiden Etappen benötigt wird.

8.) Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff und der Sauerstoffträger, die im Verlauf der ersten und/oder der zweiten Etappe gemischt werden, vorgewärmt sind.

9.) Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffträger aus Wasserdampf, CCU, reinem Sauerstoff oder Luft besteht.

lo.) Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffträger aus Abfall-Reduktionsgasen od. dgl. besteht, die einen Überschuß an Sauerstoff in Form von COp und HpO enthalten.

11.) Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffträger aus Gichtgas besteht.

12.) Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffträger aus einem Gas besteht, das aus einer Wanne oder einem Ofen für direkte Reduktion entweicht.

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13.) Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffträger aus Rauch besteht, der am Ausgang von Verbrennungsöfen aufgefangen wird (z. B. Rauch von Winderhitzern).

14.) Verfabren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff aus flüssigen oder gasförmigen Kohlenwasserstoffverbindungen (ζ. Β. Erdgas) besteht.

15.) Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff aus einem Gas besteht, wie z. B. Gas eines Koksofens, das CO, Hp und CHh in genügenden Mengen enthält um mit dem Sauerstoffträger oder einem Oxidationsmittel zu reagieren.

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