DE2851912C2 - Verfahren zur direkten Reduktion von Eisenerzen in einer Schwebe -oder Wirbelschicht - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur direkten Reduktion von Eisenerzen in einer Schwebe- oder Wirbelschicht, bei dem feine Kohlenstoff- oder Kohleträgerpartikel in der erwärmten Gasatmosphäre in einem Reaktionsgefäß schwebend gehalten werden und Feinerzpartikel zum Absinken in der Schwebe- oder Wirbelschicht in diese eingeführt werden, wobei die Feinerzpartikel durch die Kohlenmonoxid enthaltende reduzierende Atmosphäre und die feinen Kohleträgerpartikel der Wirbelschicht reduziert werden, während gleichzeitig die wenigstens Kohlenstoff und Kohlenmonoxid enthaltenden reduzierenden Atmosphäre erzeugt wird.

Bei einem aus der DE-AS 15 33 874 bekannten Verfahren zur gleichmäßigen Durchgasung eines autogenen Fluidatbettes wird Erz in einer bestimmten Korngrößenverteilung in ein aus Kohlepartikeln bestehendes und sich im Schwebezustand befindendes Bett eingetragen, wo es beim Durchgang durch dieses Bett zu Eisen reduziert wird. Gemäß dieser Druckschrift soll eine Durchgasung dieses Fluidatbettes in gleichmäßiger Weise erfolgen, so daß die das Fluidatbett bddenden

ίο Feststoffkomponenten sich nicht absetzen und ein festlegendes Bett bilden, was nur durch diskontinuierliches Einströmen von Wirbelgas durch einen Anströmboden zu verhindern ist Die gleichmäßige Durchgasung wird dadurch bewirkt, daß das am Boden des Reaktors befindliche Schlackenbett, das oxidische Bestandteile aufweist, mit den Kohlepartikeln aus dem Fluidatbett reagiert, wobei Kohlenmonoxid gebildet wird. Dieses Kohlenmonoxid steigt aus dem Schlackenbeti auf und hält die im Schwebezustand befindlichen Kohlepartikel vom Absinken ab. Demzufolge gehört ein derartiges fluidisiertes Bett zu dem Typ, bei dem das Reduktionsgas selbst erzeugt wird. Um den Oxidgehalt in der Schlacke ausreichend hoch zu halten, muß von außen ein Teil des Eisenerzes direkt in die flüssige Schlacke eingeführt werden. Andererseits kann dieser oxidische Bestandteil aber auch aus der entsprechend aufgebauten Wand des Ofenherdes entnommen und in der flüssigen Schmelze aufgeschmolzen werdea Andererseits kann auch grobkörniges Erz, das von oben in das Fluidatbett eingegeben wird, dieses Bett ohne Reduktion durchlaufen und in der Schlacke aufgeschmolzen werden. Hierbei ist zunächst nachteilig, daß die Menge des erzeugten Gases und die Gasgeschwindigkeit, mit der das erzeugte Gas aufsteigt, von der Grenzflächenreak tion zwischen den in der Schwebe befindlichen Kohlepartikeln und den Oxidbestandteilen der Schlakkenschicht abhängen. Eine derartige Reaktion erfordert eine sehr gute Durchmischung der Schlackenschicht mit den zugeführten oxidischen Bestandteilen, was in der Regel jedoch nur in weiten Grenzen einzuhalten ist Dies führt dazu, daß sich häufig der untere Teil des Fluidatbettes auf die Schlackeschicht absenkt und die Grenzflächenreaktion behindert Insbesondere von Nachteil ist die nicht genau einstellbare Zufuhr von oxidischen Bestandteilen, was zu einer unregelmäßigen Gaserzeugung führt Auch ist die Eisenerzzuführung von außen direkt in die Schlacke, von der Ofenwand oder von oben, durch die diskontinuierliche Arbeitsweise so ungenau, daß durch die in der Schlackenschicht variierende Oxidkonzentration das Fluidatbett negativ beeinflußt wird. Infolge der nur im. beschränkten Umfang erzeugten Gasmenge und der von dieser Gasmenge abhängigen Gasgeschwindigkeit, mit der das Gas durch das Reaktionsgefäß befördert wird, muß das zugeführte Eisenerz eine bestimmte Korngrößenverteilung einhalten, damit das Reduktionsergebnis zufriedenstellend ausfällt Wenn diese Verteilung nicht eingehalten wird, kommt es zu inhomogenen Reduktionsergebnissen, also einer unvollständigen Eisenbildung nach Durchlaufen des Reaktionsgefäßes. Weiterhin ist nachteilig, daß das aus dem Reaktionsgefäß austretende Gas nicht erneut eingespeist wird, so daß es zu hohen energetischen Verlusten kommt. Es werden nämlich sowohl die in der austretenden Gasmenge enthaltene Wärme als auch die Reaktionsmöglichkeit von Kohlenmonoxid und -dioxid mit dem Eisenerz bzw. den Kohlepartikeln nicht mehr genutzt und belasten somit die Umwelt

285!

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung zu schaffen, das unter möglichst ökonomischer Ausnutzung der Energie und der Reaktionsmöglichkeit des Reductionsgases bei der Reduktion von Eisenerzpartikeln mit einer vergleichsweise stark unterschiedlichen Korngrößenverteilung ohne Schwierigkeiten regelbar ist

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1,

Erfindungsgemäß wird das fluidisierende Gas im to Kreis geleitet, d. h. an der Spitze des Reaktionsgefäßes abgezogen, von Staubverunreinigungen befreit, in einem Wärmetauscher abgekühlt, gegebenenfalls mit Frischgas angereichert, hi einem Vorerhitzer erwärmt und anschließend wieder am Boden des Re2ktionsgefäßes eingespeist Die Erwärmung im Vorerhitzer, der gewöhnlich als Hauptenergiequelle zu diesem Zweck eingesetzt wird, wird so gesteuert, daß das thermische Gleichgewicht im Reaktionsgefäß durch das als thermisches Medium dienende zugeführte Gas aufrechterlialten wird Die Energie zum Aufheizen des Gases wird weitgehend durch das das am Xopf des Reaktionsgefäßes abgezogene Kohlenmonoxid geliefert, während Kohlendioxid nach der Einführung in das Reaktionsgefäß mit den Kohlepartikeln zu Kohlenmonoxid umgewandelt wird Die Reduktion von eingespeisten feinen Eisenerzteilchen läuft während des Fallens durch das fiuidisierte Bett ab, wobei diese Teilchen in einer sogenannten Kolbenströmung durch das Bett fallen. Die Teilchengröße wird dabei relativ zu der Strömungsgeschwindigkeit gewählt, die für die Kolbenströmung der feinen Eisenerzteilchen notwendig ist Die Kohlenstoffträgerteilchen werden in Form des fluidisierten Bettes gehalten. Anschließend wird die Verweilzeit der Eisenerzteilchen im Reaktionsgefäß an der gewünschten Produktqualität eingestellt Die Wahl der Partikelgröße ist relativ einfach und kann durch Änderung der Strömungsgeschwindigkeit geändert werden. Die Erzeugung des Reduktionsgases findet direkt im F.saktionsgefäß durch Reaktion zwischen eingeführtem Frischgas und Kohlepartikeln bzw. Kohlendioxid und Kohlepartikeln statt, so daß dem durch das fluidisierende Bett fallenden Eisenerz ausreichend Reaktionspartner zur Verfügung stehen. Dadurch, daß die Reduktionsgase direkt im Reaktionsgefäß gebildet werden, entfällt eine externe Erzeugung, so daß die Anlagekosten sinken. Das am Kopf des Reaktionsgefäßes austretende Gas besteht aus noch unverbrauchtem Reduktionsgas in Verbindung mit Kohlendioxid und StauLbestandteilen, die stark erwärmt sind. Hier beginnt wieder von neuem der umweltfreundliche Kreislauf unter Abscheidung des Staubes und Aufbereitung der Gase.

Da bei der Teilverbrennung der Kohle erzeugte Holzkohle oder erzeugter Koks als Kohlenstoff enthaltene Substanz oder Kohlenstoffverbindung zur Bildung der Wirbelschicht verwendet wird, ergeben sich noch weitere Vorteile. So können Schwankungen hinsichtlich des spezifischen Gewichtes als auch hinsichtlich der Partikelgröße des Kokses infolge der Verdampfung flüchtiger Substanzen während der Reaktionen vermindert werden. Als Folge hiervon können die Kohleverbindungen in vorbestimmtem spezifischem Gewicht und vorbestimmter Größe über eine lange Zeitspanne hinweg erhalten werden und geben sich gleichförmige Qualitäten. Qualitätsabfälle und Ermüdungüerscheifu'iigen oder dgl. sind minimiert und somit die Lebensdauer erhöht Auf diese Weise kann eine stabile Wirbelschicht aufrechterhalten werden, so daß die Bildung, die Aufrechterhaltung und die Steuerung der Wirbelschicht wesentlich erleichtert wird, Da die Substanz zur Bildung der Wirbelschicht vorbestimmte Qualitätsmerkmale und Eigenschaften in der erläuterten Weise zuverlässig aufweist und eine stabile Wirbelschicht ausgebildet werden kann, kann die Trennung der reduzierten Eisenerze aus der Wirbelschicht wesentlich zufriedenstellender und im Hinblick auf den Unterschied im spezifischen Gewicht und der Partikelgröße zwischen den die Wirbelschicht bildenden Substanzen und den reduzierten oder metallisierten Eisenerzen auch wesentlich zuverlässiger erfolgen. Erfindungsgemäß werden die feinen Kohlenstoffträgerpartikel in die erwärmte Gasatmosphäre eingeführt und so die Wirbelschicht gebildet und sinken die Feinerzpartikel durch die so gebildete V/irbelschicht nach unten. Auf diese Weise werden die Feinerzpartikel wenigstens durch die Kohlenträgerpartikel der Wirbelschicht und die Kohlenmonoxid enth'-'tende Atmosphäre reduziert während das durcn die Reaktionen erzeugte Kohlendioxid mit den Kohteverbindungen reagiert, so daß die Kohlenmonoxid enthaltende reduzierende Atmosphäre erzeugt wird Als Folge hiervon ergibt sich mit der Erfindung eine Reihe wesentlicher Vorteile. Beim erfindungsgemäßen Verfahren laufen die Erzeugung des reduzierenden Gases und die Reduktion des Eisenerzes gleichzeitig im Reaktorofen ab. Darüber hinaus wird die Reduktionsleistung erheblich erhöht und könnten die Kosten für eine direkte Reduktion von Eisenerzen erheblich vermindert werden. Zusätzlich zu den Reaktionen zur Reduktion von Eisenerzen, kann die reduzierende Atmosphäre kontinuierlich oder intermittierend erzeugt werden, so daß keine Vorrichtung zur Erzeugung des reduzierendes Gases erforderlich ist Als Folge hiervon sinken die Anlagekosten, so daß sich enorme wirtschaftliche Vorteile zusätzlich zu den technischen Vorteilen ergeben. Da die feinen Kohleträgerpartikef, die Kohlepartikel oder dgl. in der reduzierenden Gasatmosphäre schweben, kann eine Druckagglomeration des reduzierten Eisenerzes und dessen Sinterung während der Reaktionen vermieden werden. Da weiterhin die festen Reduktionsmittel, also etwa die feinen Kohlenstoffträgerpartikel, im Reaktor schweben, faüen die Feinerzpartikel aus, so daß eine automatische Abscheidung des reduzierten Eisenerzes durch Verwendung des Unterschiedes im spezifischen Gewicht und der Größe der Eisenerzpartikel einerseits und der Kohlepartikel andererseits erzielt wird.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 7.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert

Es zeigt

F i g. 1 einen Vertikalschnitt durch ein Reaktionsgefäß zur Durchführung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig.2 und 3 teilweise in schaltbildlicher schematischer Darstellung Reaktionsanlagen in modifizierten Ausbildungen zur Durchführung der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäBen Verfahrens,

F i g. 4 schematised vereinfacht einen Vertikalschnitt durch ein Reaktionsgefäß zur Ausführung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,

F i g. 5 in schaltbildlicher Darstellung eine Anlage zur

Durchführung des Verfahrens nach der zweiten Ausführungsform,

F i g. 6 teilweise in schaltbildlicher und schematischer Darstellung eine modifizierte Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach der zweiten Ausführungsform,

F i g. 7 eine weitere Modifikation des Reaktionsgefa-Qes zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach der zweiten Ausführungsform,

F i g. 8,9 und 10 überwiegend schaltbildliche Darstellungen von Anlagen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach einer dritten, vierten und fünften Ausführungsform und

Fig. 11 eine im wesentlichen Fig. 10 entsprechende Darstellung einer modifizierten Anlage zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach der fünften Ausführungsform.

Erste Ausführungsform mit Abwandlungen -c~äß F:".! bi: 3

Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, wird Erzmaterial, welches im vorliegenden Zusammenhang als Feinerz F bezeichnet wird und Eisenerze, oxidierte Pellets, Staub, gesinterte Erze usw. enthält, über einen Erzeinlaß 3 in ein Reaktionsgefäß 1 eingeführt, während feine Kohleträgerpartikel C durch einen Kohleeinlaß 4 eingeführt werden. Alternativ können sowohl das Feinerz F als auch die Kohleträgerpartikel C durch einen der Einlasse 3 oder 4 eingeführt werden, wobei nur ein Einlaß benutzt zu werden braucht, wenn in der weiter unten noch näher erläuterten Weise eine Mischung von Feinerz F und Kohleträgerpartikeln C eingeführt wird.

Ein Gas zur Erzeugung und Aufrechterhaltung einer Schwebeschicht im Reaktionsgefäß 1 wird durch einen Gaseinlaß 2 und durch Gasverteilungslöcher 5 in einem Verteilerboden 6 in einen Fließbettabschnitt eingelassen. Der Verteilerboden 6 ist in einem Winkel zur Vertikalachse des Reaktionsgefäßes 1 geneigt Das untere Ende des Verteilerbodens 6 steht über einen Austragsauslaß 7 in der Wand 9 des Reaktionsgefäßes mit einer Schütte 8 in Verbindung.

lii einer ersten Abwandlung dieser ersten Ausführungsform ist gemäß F i g. 2 anstelle des geneigten, plattenförmigen Verteilerbodens 6 eine Mehrzahl von Gasverteilerrohren 10 mit je einer Vielzahl von Gasverteilerlöchern 5 in der Form eines Gitters 11 angeordnet, wobei das fluidisierende Gas den Gasverteilerrohren 10 aus einer Ringleitung 12 zugeführt wird, die das Reaktionsgefäß I umgibt und mit dem Gaseinlaß 2 in Verbindung steht. Das aus den Gasverteilerrohren 10 bestehende «Jitter 11 ist horizontal angeordnet jedoch können die Gasverteilerrohre 10 auch in einer nach oben oder unten ausgewölbten konkaven Ebene angeordnet werden.

Die reduzierten Feinerze fallen durch die Spalte zwischen den Gasverteilerrohren 10 und durch einen Austragsauslaß 7 und eine daran anschließende Schütte 8 auf einen Förderer.

Das Femerz Fund die Kohleträgerpartikel Cwerden in einen gemeinsamen Trichter 13 oder dgL eingeführt und von diesem über einen Ladekanal mit einem Schneckenförderer 14 und den Einlassen 3 oder 4 in das Reaktionsgefäß 1 gefördert

Bei der zweiten Abwandlung der ersten Atisführungsform ist gemäß F i g. 3 ein Reaktionsgefäß 1 nut offenem Boden wie hu Falle der ersten Abwandlung vorgesehen. Darüber hinaus besitzt das Reaktionsgefäß 1 einen Zylinderabschnitt großen Durchmessers, einen umgekehrt kegelstumpfförmigen Abschnitt und einen Zylinderabschnitt kleinen Durchmessers, der als Windkasten 16 dient und einen Kanal 15 verminderten

s Querschnitts begrenzt Ein fluidisierendes Gas wird in den Kanal 15 über Windformen Vt an den Seitenwänden 16 des Reaktionsgefäßes 1 eingeführt, so daß kein

Verteilerboden 6 oder Verteilergitter 11 erforderlich ist Nachfolgend wird das Verfahren zur direkten

to Reduzierung der Eisenerze im fluidisierenden Reaktionsgefäß der vorstehend beschriebenen Art näher erläutert. Die Abgase, die aus reduzierendem Gas oder Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO₂) und anderen Gasen und damit mitgerissenen Feststoffen bestehen,

ι¹) werden durch einen Abgasauslaß 18 an der Oberseite des Reaktionsgefäßes 1 abgeführt und in einen Abscheider 22 wie einen Rieselturm eingeführt. Nachdem die mitgerissenen Feststoffe im Staubabscheider 22 abgeschieden worden sind, strömen die Abgase durch eine Üaszirkuiationsieitung 2i in einen Erhitzer 19. Wenn die Gase auf die gewünschte Temperatur erwärmt worden sind, werden sie durch den Gaseinlaß 2 in das Reaktionsgefäß I mit solcher Strömungsgeschwindigkeit oder Strömungsmenge eingelassen, daß sich eine Fluidisierung des Fließbettes im Reaktionsgefäß 1 ergibt. Zur Steuerung des Kohlenstoffgehaltes in den reduzierten oder metallisierten Feststoffen, werden über einen Einlaß 20 Luft, Sauerstoff und Stickstoff in die Gasairkulationsleitung 21 eingeführt.

Wenn das Verfahren zur direkten Reduktion anläuft sind keine Abfallgase oder Abgase zur Verfügung, so daß Luft oder Sauerstoff in die Gaszirkulationsleitung 21 oder ein entsprechendes Gaszirkulationssystem eingeleitet und im Umlauf gehalten werden, bis eine anteilmäßige Steuerung der Bestandteile des fluidisierenden und reduzierenden Gases erzielt worden ist bevor Feinerz in das Reaktionsgefäß 1 eingeführt wird. Die fluidisierenden und reduzierenden Gase werden durch die öffnungen 5 des Verteilerbodens 6 oder die Gasverteilerrohre 10 im gewünschten Strömungsprofil nach oben mit gesteuerter Strömungsmenge und gesteuerter Temperatur eingelassen, so daß die gewünschte Verwirbelung in einem Fließbett einer gewünschten Höhe erfolgt Die die Schwebeschicht A verlassenden Gase strömen durch den Abgasauslaß 18 an der Oberseite des Reaktionsgefäßes 1 in den Staubabscheider 22 und werden in der erläuterten Weise rezirkuliert Praktisch der gesamte Dampf in den Abgasen wird durch den Abscheider 22 abgeschieden.

so Die Aufwärtsströmung der fluidisierenden und reduzierenden Gase, verteilt durch die Verteileröffnungen 5, verwirbelt oder fluidisiert die in das Reaktionsgefäß 1 eingeführten Kohlenträgerpartikel Q wodurch die Schwebeschicht A der Kohlen rkel C in einer gewünschten Höhe H gehalten wird Durch die Strömung der fluidisierenden Gase kann eine übliche Wirbelschicht erzengt werden, in der die Kohlenträgerpartikel ähnlich wie beim Kochen bewegt und verwirbelt werden.

Die Feinerze F dchsetn die Wirbel- oder Schwebeschicht A und durchlaufen dabei die folgenden Reaktionen:

σπ)

2 Fe+3 CO₂

Fe2Qj+3 C=2 Fe+3 CO C+COz=2CO

Dies bedeutet daß das Feinerz (Fe₂Q₃) mit dem Kohlenmonoxid (CO) oder dem gasförmigen Reduk-

tionsmittel in den fluidisierenden und reduzierenden Gasen bei erhöhter Temperatur reagiert, so daß Eisen (Fe) und Kohlendioxid (COj) erzeugt werden. Das Kohlendioxid (CO2) reagiert dann mit den feinen Kohlenträgerpartikeln (C), die im Kohlenmonoxid (CO), gemäß Gleichung III umgewandelt werden. Die Reduktion gemäß Gleichung II mit den festen Reduktionsmitteln läuft gleichzeitig ab.

Wähiend das Feinerz F durch die Schwebeschicht A hindurchtritt, werden frische feine Kohlenstoffträgerpartikel C mit einer geeigneten Geschwindigkeit oder Menge in das Reaktionsgefäß 1 eingeführt, so daß die Reduktionen gemäß Gleichung I und Il kontinuierlich gleichzeitig ablaufen und metallisiertes Feinerz sowie reduzierendes Gas oder CO erzeugen. Da die Kohlenstoff- oder Kohlenträgerpartikel C bei diesen Reduktionsabläufen verbraucht werden, müssen sie in der erläuterten Weise in geeigneter Menge nachgeführt werden.

Das Gemisch des Feinerzes und der feinen Kohlenträgerpartikel kann in der weiter oben erläuterten Weise gleichzeitig in das Reaktionsgefäß 1 eingeführt werden. In diesem Falle werden infolge des Unterschiedes im spezifischen Gewicht die feinen Kohlenträgerpartikel C fluidisiert, während die Feinerzpartikel F durch die so gebildete Schwebeschicht A hindurchtreten.

Ein Teil der feinen Kohleträgerpartikel C wird unvermeidlich mit den reduzierten oder metallisierten Feinerzpartikeln aus dem Reaktionsgefäß 1 ausgetragen. Diese Kohlenträgerpartikel C können abgeschieden und in das Reaktionsgefäß 1 zurückgeführt werden.

Zusätzlich zur Einführung von Luft oder Sauerstoff durch den Einlaß 20 in das Gasrezirkulationssystem 21 beim Anlauf des Verfahrens zur direkten Reduktion kann eine entsprechende Einführung auch während des Betriebs erfolgen, um die Bestandteile des in das Reaktionsgefäß 1 eingeführten fluidisierenden Gases zu steuern. Darüberhinaus kann zusätzlich zu Luft oder Sauerstoff ein Reduktionsmittel wie H2, CO, Methan usw, weiterhin gasförmiger Stickstoff oder sonstige geeignete Gase zugesetzt werden, um so die Zusammensetzung des das Reaktionsgefäß 1 durchströmenden fluidisierenden Gases in jeder gewünschten Weise zu steuern.

Unter Schwebeschicht im Rahmen der vorliegenden Anmeldung ist eine Schicht im Reaktionsgefäß 1 zu verstehen, in der feine Feststoffteilchen, nämlich die feinen Kohlenstoffträgerpartikel, schweben. Unter Schwebeschicht ist somit jede Ausbildung eines Fließbettes, einer Wirbelschicht usw. zu verstehen.

Die im Reaktionsgefäß 1 erzeugten Gase werden an der Oberseite des Reaktionsgefäßes 1 abgelassen und rezirkuliert so daS die Reaktionstemperatur auf einer vorbestimmten Höhe gehalten und die Schwebeschicht A der feinen Kohleträgerpartikel im Reaktionsgefäß 1 aufrechterhalten werden kann.

Wenn die Schwebeschicht A gebildet und in der erläuterten Weise aufrecht erhalten wird, so können die in das Reaktionsgefäß 1 eingeführten Feinerzpartikel in direkten Kontakt mit dem reduzierenden Gas im gesamten Innenraum des Reaktionsgefäßes 1 gebracht werden, so daS eine effektive Reduktion des Eisenerzes mit hohem Wirkungsgrad erfolgen kann. Wenn die Femerzpartikel durch die Schwebeschicht der feinen Kohleinigerpartikel nach unten wandern, so läuft die Redaktion der Femerzpartikel ab und wird metallisiertes Erz erhalten. In diesem Falle dienen die feinen Kohleträgerpartikel zur Vermeidung von Agglomerationen und Sintererscheinungen der unter Druck gehaltenen Feinerzpartikel. Die meisten Kohlenstoffträgerpartikel, welche die festen Reduktionsmittel bilden, werden stets schwebend gehalten. Infolge des Unterschiedes sowohl im spezifischen Gewicht als auch in der Größe zwischen den Feinerzpartikeln und den feinen Kohlenstoffträgerpartikeln erfolgt automatisch eine große Trennung der Partikel, so daß im wesentlichen nur die reduzierten und metallisierten Eisenerze aus dem Reaktionsgefäß 1 aufgetragen werden. In dem ausgetragenen Produkt mitgeführte Kohlenträgerpartikel können leicht etwa durch Magnetabscheider abgetrennt werden.

Die reduzierten Eisenerze können auf verschiedene Weise ausgetragen werden. Eine Möglichkeit besteht darin, ein Kühl- und Austragesystem zu verwenden, bei dem die reduzierten Eisenerze im wesentlichen auf Umgebungstemperatur abgekühlt werden, um eine Reoxidierung zu vermeiden, und sodann ausgetragen werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die noch warmen Eisenerzpartikel auszutragen und vom Koks und der Asche unter einer bezüglich einer Reoxidierung inaktiven Atmosphäre zu trennen. Nach der Trennung werden die reduzierten Eisenerze stückig gemacht, beispielsweise in einer Brikettiermaschine brikettiert oder auf sonstige Weise agglomeriert. Derartige Kühl- und Brikettiereinrichtungen sind in den F i g. 1 bis 3 nicht näher veranschaulicht.

2. Ausführungsform mit Abwandlungen gemäß F i g. 4 bis 7

Bei der zweiten Ausführungsform sind Elektroden in

die Schwebeschicht der feinen Kohlenträgerpartikel eingeführt und unter Strom gesetzt, so daß Joule'sche

Wärme erzeugt und der Schwebeschicht A zugeführt

wird.

Wie F i g. 4 veranschaulicht, ist das Reaktionsgefäß 1

konstruktiv ähnlich aufgebaut wie dasjenige gemäß F i g. 1, mit der Ausnahme, daß Paare von Elektroden 2?. in dem Reaktionsgefäß 1 angeordnet und in einem gewünschten Abstand von der Oberfläche der Innenwände gehalten sind. Die Elektroden 23 jedes Paares liegen einander gegenüber.

Das in Fig.6 veranschaulichte Reaktionsgefäß entspricht im wesentlichen demjenigen gemäß F i g. 2, mit dem Unterschied, daß Elektroden 23 paarweise angeordnet sind, so wie dies vorstehend im Zusammen hang mit F i g. 4 erläutert ist Die Elektroden 23 liegen dabei über den Gasverteilerrohren 10, die in Form des Gitters 11 angeordnet sind.

Das Reaktionsgefäß 1 gemäß Fig.7 entspricht im wesentlichen konstruktiv dem gemäß Fig.3, wobei jedoch ebenfalls Paare von Elektroden 23 m dem Zylinderabschnitt großen Durchmessers oberhalb des Kanales 15 mit vermindertem Querschnitt in der weiter oben erläuterten Weise angeordnet sind.

Die Form der Elektroden 23 wird entsprechend der

Leitfähigkeit der Schwebeschicht oder des Fließbettes der feinen Kohlenträgerpartikel und entsprechend dem Aufwärts-Strömungsprofil der fluidisierenden Gase bestimmt Im allgemeinen sind die Elektroden flach oder eben ausgebildet

In dem Reaktionsgefäß 1 mit den Elektroden 23 wird die Schwebeschicht A der feinen Kohlenträgerparükel Cin der weiter oben erläuterten Weise ausgebildet und aufrechterhalten. Danach wird an einem Paar der

Elektroden 23 Spannung angelegt und fließt Strom durch die Schwebeschicht A, so daß infolge der Erzeugung Joule'scher Wärme die Temperatur im Reaktorgefäß 1 ansteigt. Die Feinerzpartikel werden bei ihrer Absenkbewegung durch die Schwebeschicht A reduziert, reduzierendes Gas wird erzeugt, wie dies alles weiter oben erläutert ist.

Die aus der Oberseite des Reaktionsgefäßes 1 austretenden Oaäe werden in einem Wärmetauscher 25 (vgl. F i g. 5) gekühlt. Die Abgase werden durch einen Auslaß 27 (vgl. Fig.6) eines Vorwärmers 19 zur Umgebung abgelassen.

Die zweite Ausführungsform erreicht die erfindungsgemäßen Vorteile ebenso wie die erste Ausführungsform. Da weiterhin Spannung an den Elektroden 23 liegt und somit ein Stromfluß durch die Schwebeschicht A zu deren Erwärmung erfolgt, können die Reaktionstemperatur und auch die Konzentration der Gase optimal gesteuert werden.

3. Ausführungsform gemäß F i g. 8

Bei der dritten Ausführungsform gemäß Fig.8 ist eine Mehrzahl von Reaktionsgefäßen la, Xb und lc in vertikaler Reihe angeordnet, so daß das Feinerz durch eine Mehrzahl von Schwebeschichten nach unten gelangt und dabei in der erläuterten Weise reduziert wird. Anstelle einer kaskadenförmigen Anordnung einer Mehrzahl von Reaktionsgefäßen kann auch eine Mehrzahl von Schwebeschichten A in einem einzelnen Reaktionsgefäß entsprechend angeordnet werden.

Die Reaktionsgefäße Xa, Xb und Ic gemäß Fig. 8 sind konstruktiv ähnlich dem Reaktionsgefäß 1 gemäß F i g. 1 aufgebaut. Die Reaktionsgefäße sind dabei gemäß F i g. 8 in drei Stufen angeordnet. Ein Gasverteilersystem 28 ist an den Boden des ersten Reaktionsgefäßes la angeschlossen, so daß die fluidisierenden und reduzierenden Gase im Reaktionsgefäß la nach oben strömen. An der Oberseite des Reaktionsgefäßes la gelangt das Gas durch ein Verteilersystem 29 zum Boden des zweiten Reaktionsgefäßes Xb.

Im zweiten Reaktionsgefäß 1 b strömen die Gase nach oben zu dessen Oberseite. Die Oberseite des zweiten Reaktionsgefäßes Xb stent mit einem Gasverteilersystem 30 in Verbindung, das an den Boden des dritten, untersten Reaktionsgefäßes 1 c angeschlossen ist. An der Oberseite des dritten Reaktionsgefäßes Ic ist ein Abgassystem 31 angeschlossen, welches seinerseits über einen Wärmetauscher 25 und einen Abscheider 22 zu einem Vorwärmer 26 führt. Der Vorwärmer 26 ist über das Gasverteilersystem 28 mit dem Boden des ersten Reaktionsgefäßes 1 a verbunden. Am Verteilersystem 28 ist ein Gaszufuhrsystem 32 angeschlossen, mit dem frisches Gas zugeführt werden kann. Das Zuführsystem 32 für das frische Gas ist so angeordnet, daß auch das frische Gas durch den Wärmetauscher 25 geführt wird, so daß die Wärme der durch das Abgassystem 31 strömenden Abgase zur Vorwärmung auf das frische Gas im System 32 übertragen werden können.

Mit 33 ist ein Gebläse und mit 34 ein Brennstoffzufuhrsystem für den Vorwärmer 26 bezeichnet

Ein Erzaufgabesystem 35 ist an der Oberseite des ersten Reaktionsgefäßes la angeschlossen und dient zur Beschickung des Reaktionsgefäßes la mit Feinerz F. Der Produktauslaß ist am Bodenbereich des Reaktionsgefäßes la angeordnet und dient dem Austrag der reduzierten Eisenerze. Ein Obergabesystem 36 ist zwischen dem Produktauslaß und der Oberseite des zweiten Reaktors \b vorgesehen. Ein dem Obergabesy

ίο

stem 36 entsprechendes Übergabesystem 37 ist zwischen dem /weiten Reaktionsgefäß Xb und dem dritten Reaktionsgefäß Ic vorgesehen. An den Boden des dritten Reaktionsgefäßes Ic ist ein Austragssystem 38 für den Austrag der fertigen reduzierten Eisenerze vorgesehen.

Im Betrieb werden, wie dies im Falle der ersten Ausführungsform bereits erläutert ist, Schwebeschichten aus feinen Kohlenstoffträgerpartikeln in den drei Reaktionsgefäßen la, Xb und leerzeugt. Die Feinerz partikel F werden in das erste Reaktionsgefäß la eingeführt und sinken durch die Schwebeschicht, so daß das Erz reduziert wird und reduzierendes Gas erzeugt wird, wie dies bereits erläutert ist.

Die reduzierten Eisenerzpartikel werden im Reaktor la fluidisiert und wandern von der Oberseite des zweiten Reaktionsgefäßes \b aus nach unten. Ebenso wie im Reaktionsgefäß la wandern die Feinerzpartikt! durch die Schwebeschicht des Reaktionsgefäßes Xb nach unten und werden dabei weiter reduziert, im zweiten Reaktionsgefäß Xb wird auch reduzierendes Gas erzeugt. Beim Durchwandern des zweiten Reaktionsgefäßes Xb und sodann des dritten Reaktionsgefäßes Ic werden die Feinerzpartikel bis zu ihrem endgültigen Reduktionsgrad reduziert und sodann ausgetragen.

Staubabscheider und Einrichtung zur Erhöhung des Gasdruckes, die in den Gasverteilersystemen 29 und 30 vorgesehen sind, sind nicht häher veranschaulicht. Zur Aufrechterhaltung der Schwebeschichten in den Reaktionsgefäßen müssen die in die Reaktionsgefäße eingeführten Gase hinsichtlich ihres Druckes gesteuert sein. In einigen Fällen werden daher Einrichtungen zur zusätzlichen Gaszufuhr und/oder für den Gasablaß an die Gasverteilersysteme 29 und 30 angeschlossen. Diese zusätzlichen Aggregate sind jedoch in F i g. 8 nicht näher veranschaulicht und bedürfen keiner näheren Erläuterung.

Wie im Falle der zweiten Ausführungsform können in den drei Reaktionsgefäßen Xa, Xb und Ic Elektroden angeordnet werden, um die Temperatur und die Gaskonzentration und damit die Reaktionen zusätzlich zu steuern.

Wie die vorstehende Erläuterung zeigt, können auch mit der dritten Ausführungsform die wesentlichen Vorteile der Erfindung erzielt werden. Da darüberhinaus die Reduktion in mehreren Stufen erfolgt, wird der Grad der Metallisierung der Erze erheblich erhöht.

4. Ausführungsform gemäß F i g. 9

Die vierte Ausführungsform der Erfindung ermöglicht insbesondere eine Temperatursteuerung in dem oder den Reaktionsgefäßen, wie sie bei der ersten, zweiten oder dritten Ausfühningsform verwendet werden.

Das gesamte System gemäß Fig.9 ist ähnlich demjenigen gemäß Fig.5, so daß, wie auch bezüglich der weiteren Ausführungsformen, für gleiche oder entsprechende Teile gleiche Bezugszeichen verwendet wird.

Ein Temperaturfühler 39 ist in das Reaktionsgefäß 1 eingesetzt, und das Ausgangssignal des Temperaturfühlers 39 wird einer Temperatursteuereinheit 40 zugeführt Der Temperaturfühler 39 wird entsprechend der Temperatur im Reaktionsgefäß 1 ausgewählt und kann ■äin Thermoelement, ein Spektralanalysator od. dgL sein. Der Temperaturfühler 39 ist der Elektrode 23 gegenüberliegend angeordnet Die Anzahl der Tempe-

raturföhler 39 ist nicht begrenzt, so daß ein oder mehrere Temperaturfühler verwendet werden können. Insbesondere bei Verwendung einer Mehrzahl von Temperaturfühlern 39 kann die Temperatur im Reaktionssgefäß 1 in Abhängigkeit von der von den Fühlern ermittelten Durchschnittstemperatur gesteuert werden. Darüber hinaus kann eine Fehlsteuerung der Temperatursteuereinheit 40 infolge des Ausfalls eines Temperaturfühlers 39 vermieden werden.

Die Temperatursteuereinheit 40 vergleicht das Ausgangssignal des Temperaturfühlers 39 mit einem Sollsignal, welches der optimalen Reaktionstemperatur entspricht, und erzeugt ein Differenzsignal, welches einer Spannungssteuereinheit 41 zugeführt wird. In Abhängigkeit von dem Differenzsignal steuert die Spannungssteuereinheit 41 die an die Elektroden 23 angelegte Spannung. Dabei ist die Signalverarbeitung in der Temperatursteuereinheit 40 selbstverständlich nicht auf eine sogenannte Proportionalsteuerung begrenzt, weiche das Äusgangssignai proportional zum unterschied zwischen dem Ausgangssignal aus dem Temperaturfühler 39 und dem Sollsignal erzeugt, sondern es können Integrationsglieder und Differentialglieder verwendet werden, um der Zeitverzögerung des Fehlersignales und sonstigen Einflüssen Rechnung zu tragen, welche die Temperatursteuerung beeinflussen.

Die Bauart der Spannungssteuereinheit 41 hängt davon ab, ob die an das Paar der Elektroden 23 angelegte Spannung eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung ist. Im Falle einer Wechselspannung kann die Spannungssteuereinheii 41 durch einen Transformator, einen einstellbaren Widerstand oder eine Phasensteuereinheit gebildet werden, welche einen Triac oder einen Thyristor verwendet.

Ein zur Analyse des Gases dienender Fühler 43, der die Bestandteile des an der Oberseite des Reaktors 1 austretenden Abgases erfaßt, ist in einer Abgasleitung 42 eingesetzt. Sein Ausgangssignal wird einer Beschikkungssteuereinheit 44 zur Steuerung der Beschickung mit Kohleträgerpartikeln Czugeführt.

In Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Fühlers 43, welches beispielsweise den Gehalt an Kohlenmonoxid (CO) wiedergibt, berechnet die Beschickungssteuereinheit 44 die Menge der Kohlenträgerpartikel, die im Reaktor verbraucht wurden, und erzeugt ein Steuersignal, welches einem Steuerventil 45 für die Beschickung mit Kohleträgerpartikeln zugeleitet wird. In Abhängigkeit von dem Steuersignal wird das Steuerventil 45 geöffnet oder geschlossen und steuert so die Menge der Kohlenträgerpartikel oder der pulverförmigen Kohle od. dgl, die in das Reaktionsgefäß 1 eingeführt wird.

Wasser W wird gegen die durch einen Abscheider 46 geführten Gase gesprüht, um so in den Gasen mitgerissenen Staub oddgL abzuscheiden. Anstelle eines Sprüh- oder Rieselabscheiders kann für den Abscheider 46 auch ein trockenarbeitender Staubsammler od. dgL verwendet werden.

Von der Leitung zwischen dem Abscheider 46 und einem Gebläse 33 zweigt eine Zweigleitung 47 ab, so daß ein Teil des in den Abgasen enthaltenen Kohlenmonoxids (CO) auch als Brennstoff für den Vorwärmer 26 verwendet werden kann.

Ein Gaszuführventil 49 zur Steuerung der Zufuhr von frischem Gas und damit zur Steuerung der Zusammensetzung der rückgeführten Gase ist in eine Rohrleitung 48 eingesetzt, die am Auslaß einer Wänr.etauseherschlange 23a des Wärmetauschers 25 angeschlossen ist Em Gasfühler 51 ist an die Druckleitung 50 des Gebläses 33 angeschlossen, und sein Ausgangssignul wird einer Steuereinheit 52 für die Gaszusammensetzung zugeführt. Die Steuereinheit 52 vergleicht das Ausgangssignal des Gasfühlers 51 mit einem Sollsignal

■> entsprechend einer optimalen Gaszusammensetzung für die gewünschte Reduktion der Eis?ne?ze und erzeugt ein Fehlersignal, in dessen Abhängigkeit das Ventil 49 geöffnet oder geschlossen wird, um frisches Gas in die in das Reaktionsgefäß 1 rückgeführten Gase

in einzuführen. Auf diese Weise kann die Zusammensetzung des Gases stets optimal gehalten werden.

Ein Strömungsmesser 54 ist an die Leitung 48 und ein weiterer Strömungsmesser 55 an die Saugleitung 53 des Gebläses 33 angeschlossen. Die Ausgangssiginale der

ι ■' Strömungsmesser 54 und 55 werden einem Additionsglied 56 zugeführt, dessen Ausgangssignal seinerseits einer Steuereinheit 58 für die Hauptbrennstoffzufuhr zugeführt wird, welche ein in der Leitung 47 sitzendes Hauptbrennstoffzufuhrventil 57 steuert.

-"> in Abhängigkeit vom Äusgangssignai des Addiiionsgliedes 56 erfaßt die Steuereinheit 58 die gesamte Menge der in den Vorwärmer 26 eingelassenen Gase und erzeugt in Abhängigkeit von dieser erfaßten Menge ein Steuersignal für das Beschickungsventil 57, so daß

y< dieses geöffnet oder geschlossen wird und so die Menge des in den Vorwärmer 26 eingelassenen Brennstoffgases gesteuert wird.

Wie weiter oben erläutert ist, wird ein Teil der aus dem Reaktionsgefäß 1 abgeführten Gase als Brennstoff

i" für den Vorwärmer 26 verwendet. Zusätzlich ist eine Brennstoffzufuhrleitung 59 vorgesehen, mit der Propan od. dgl. zugeführt wird. Ein Steuerventil 60 ist in die Brennstoffzuführleitung 59 eingesetzt.

Ein Temperaturfühler 61 ist in eine sich vom

)"i Vorwärmer 26 zum Reaktionsgefäß 1 erstreckenden Leitung eingesetzt, und sein Ausgangssignal wird an eine Temperatursteuereinheit 62 angelegt. Die Temperatursteuereinheit 62 vergleicht das Ausgangssignal aus dem Fühler 61 mit einem einer optimalen oder

*> vorbestimmten Temperate entsprechenden Sollsignal und erzeugt ein Fehlersignal, in dessen Abhängigkeit das Steuerventil 60 geöffnet oder geschlossen wird.

Abgase aus dem Vorwärmer 26 werden über einen Rauchkanal 63 ausgetragen oder über einen Ra: Wikanal

⁴' 64 rückgeführt, um die Zusammensetzung der zum Reaktionsgefäli 1 rückgeführten Gase zu steuern.

Im Betrieb läuft im Reaktionsgefäß 1 im wesentlichen die folgende Reaktion ab:

,_n C+I/2O2-CO

Dies bedeutet, daß reduzierendes CO erzeugt wird und die Feinerzpartikel reduziert

Im sogenannten quasi-stationären Betrieb wird im Reaktionsgefäß 1 kontinuierlich reduzierendes Gas CO erzeugt

Um diesen quasi-stationären Zustand aufrecht zu erhalten, müssen Gase wie CO, CO2 usw. mit einer gesteuerten Temperatur in das Reaktionsgefäß 1 eingeführt werden.

Der Fühler 61 erfaßt die Temperatur der aus dem Vorwärmer 26 ausgetragenen Gase, und sein Ausgangssignal wird der Temperatursteuereinheit 62 zugeführt Die Temperatursteuereinheit 62 vergleicht das Ausgangssignal mit einem Vergleichs- oder Sollsignal, welches der Temperatur entspricht, bei dem der niiqq-stationäre Zustand aufrecht erhalten wird. Wenn die erfaßte Temperatur niedrig ist, wird das Steuersignal zum öffnen dem Brennstoffzufuhrventil 60 zugeführt.

um so die Verbrennung im Vorwärmet' 26 zu erhöhen und damit die Temperatur der in das Reaktionsgefäß 1 einzuführenden Gase zu erhöhen.

Auf diese Weise werden die Gase immer in einem gesteuerten Temperaturbereich in das Reaktionsgefäß 1 eingeführt Um jedoch optimale Reaktionsbedingungen im ReaktionsgefäB 1 aufrecht zu erhalten, muß die Temperatur der zugeführten Gase in einem noch engeren Temperaturbereich gesteuert werden.

Hierzu wird die Temperatur im ReaktionsgefäB 1 durch den Temperaturfühler 39 erfaßt, dessen Ausgangssignal der Temperatursteuereinheit 40 zugeführt wird. Die Temperatursteuereinheit 40 vergleicht das Ausgangssignal mit dem Sollsignal, welches der optimalen Temperatur im Reaktionsgefäß 1 entspricht, und erzeugt ein FehlersignaL Wenn die erfaßte Temperatur beispielsweise niedrig ist, so wird ein solches Steuersignal der Spannungssteuereinheit 41 zugeführt, daß die an das Paar der Elektroden 23 angelegte Spannung erhöht wird. Als Folge hiervon wird die Joule'sche Wärme und dadurch die Temperatur im Reaktionsgefäß 1 auf die gewünschte Temperatur erhöht

Gemäß der vorstehenden Erläuterung ist der Vorwärmer 26 die Hauptwärmequelle, während die Elektroden 23 eine HilfswärmequeÜe darstellen, jedoch Hegt es auf der Hand, daß auch die Elektroden 23 als Hautwärmequelle dienen können, wenn der durch die Schwebeschicht A von den Elektroden durchgeleitete Strom entsprechend erhöht wird.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt lassen sich die erfindungsgemäßen Vorteile auch mit der vierten Ausführungsform erzielen. Da die zum Reaktionsgefäß 1 zurückzuführenden Gase vorgewärmt sind und die Temperatur im Reaktionsgefäß 1 durch entsprechende Änderung der an den Elektroden 23 anliegenden Spannung zusätzlich gesteuert wird, kann die Temperatur im Reaktionsgefäß 1 in einem gewünschten engen Temperaturbereich gehalten werden, so daß eine effiziente Reduzierung der Eisenerze erfolgen kann.

5. Ausführungsform gemäß F i g. 10 und 11

Die fünfte Ausführungsform stellt eine weitere Verbesserung und Verfeinerung der bisher erläuterten Ausführungsformen dar. Dabei ist ein Gasgenerator zur Erzeugung von Gas beispielsweise aus Kohle vorgesehen und wird das so erzeugte Gas zur Agitation der feinen Kohlepartikel verwendet, um so die Wirbelschicht zu bilden. Darüberhinaus können die Kohlen- Stoffsubstanzen, die ebenfalls im Gasgenerator erzeugt werden, als feine Kohlepartikel zur Bildung der Wirbelschicht verwendet werden.

Wie Fig. 10 veranschaulicht, ist das Gesamtsystem ähnlich demjenigen gemäß Fig.6 oder gemäß Fig.2. Mit 65 ist ein Kohlegasgenerator und mit 66 ein Kohlebeschickungseinlaß veranschaulicht Der Gaseinlaß 67 des Gasgenerators 65 steht mit dem Ausgang 69 eines vorgeschalteten Gasmischers 68 über eine Leitung 70 in Verbindung, Dadurch wird die Kohle D mit Luft w oder Sauerstoff E im Gasgenerator 65 teilweise verbrannt Teer O, der durch die teilweise Verbrennung der Kohle D erzeugt wird, wird durch einen Teerauslaß 61 am Boden des Gasgenerators 65 ausgetragen, während das Gas I, Koks / und Asche K Ober eine es Rohrleitung 74 einem Gasabscheider 73 zugeführt werden, dessen Einlaß bei 73a veranschaulicht ist Der Gasabscheider 73 scheidet das Gas / von dem Koks / und der Asche K ab.

Der Gasabscheider 73 steht über eine Rohrleitung 76 mit der Ringleitung 12 des Reaktionsgefäßes 1 in Verbindung, Der Auslaß 75 für Koks oder Holzkohle und Asche aus dem Gasabscheider 73 steht über eine Rohrleitung 86, einen Ascheabscheider 77 und eine Rohrleitung 87 mit einem Kohlepartikelförderer 78 oberhalb des Reaktionsgefäßes 1 in Verbindung. Mit 79 ist ein Förderer für Feinerz Fbezeichnet

Das Bezugszeichen 80 bezeichnet einen Staubsammler, der an eine Abgasleitung 81 angeschlossen ist, welche sich von der Oberseite des Reaktionsgefäßes 1 aus erstreckt Der Staubsammler 80 dient auch als Kühler. Der Gasauslaß 82 des Staubsammlers 80, dessen Gaseinlaß mit 90 bezeichnet ist, steht über ein Gebläse 33 mit dem Abgaseinlaß 83 des Gasmischers 68 in Verbindung. Mit M sind die Abgase (Gichtgase) und mit Nder darin mitgeführte Staub bezeichnet

In Betrieb wird Kohle Ό einer vorbestimmten Partikelgröße, die in Abhängigkeit von den gewünschten Partikelgrößen der Holzkohle oder des Kokses /zur Bildung der Wirbelschicht A gewählt wird, in den Gasgenerator 65 eingeführt Luft oder Sauerstoff fwird durch den Einlaß 84 in den Gasmischer 68 und in den Gasgenerator 65 eingeführt, um eine Teilverbrennung der Kohlepartikel D herbeizuführen. Hierbei werden die Hochtemperaturgase /erzeugt, welche CO, CO2, H2 und H₂O₁ Koks /, Asche K und Teer G enthalten. Der Teer G wird über den Teeraustrag 71 abgelassen. Das Gas /, die Holzkohle oder der Koks /und die Asche K werden durch den Auslaß 72 und die Rohrleitung 74 dem Gasabscheider 73 Ober dessen Einlaß 73a zugeführt Mit dem Gasabscheider 73 wird das Gas / vom Koks / und der Asche K getrennt Nur das so abgeschiedene Gas / wird Ober den Gasauslaß 88 des Gasabscheiders 73, die Rohrleitung 76, die Ringleitung 12, die Gasverteilerrohre 10 und der Ringgasverteilerlöcher 5 verteilt in das Reaktionsgefäß 1 eingeführt Der Koks /und die Asche K werden vom Gasabscheider 73 ausgetragen und über die Rohrleitung 86 dem Ascheabscheider 77 zugeführt Im Ascheabscheider 77 wird der Koks /von der Asche Kgetrennt und über die Zufuhrleitung 87 dem Förderer 78 zugeführt Ober den Trichter 13 und Förderleitungen 85 wird das Reaktionsgefäß 1 mit der Holzkohle oder dem Koks /beschickt

Der Koks /, der in das Reaktionsgefäß 1 eingeführt wird, wird von der Aufwärtsströmung des Gases /, welches CO, CO₂, H₂ und H₂O enthält, sowie das Gewicht des Kokses /selbst in der Schwebe gehalten, so daß die Schwebe- oder Wirbelschicht A ausgebildet wird.

Dabei wird, wie im Falle der zweiten Ausführungsform, Spannung an die Elektroden 23 angelegt, so daß Strom in der Wirbelschicht A aus Koks /strömt und die Reaktionstemperatur auf eine vorbestimmte Höhe angehoben und dort gehalten wird.

In diesem Falle reagiert Kohlenmonoxid CO₂ im Gas / mit dem Koks / zur Erzeugung von Kohlenmonoxid CO nach der Gleichung:

e+eo₂-2co

Dies bedeutet, daß, wie im Falle der ersten oder zweiten Ausfuhrungsform, die Wirbelschicht A in einer reduzierenden Atmosphäre liegt, die Kohlenmonoxid CO und Wasserstoff H enthält

Wenn die Feinerzpartikel Fin das Reaktionsgefäß 1 unter diesen Bedingungen eingeführt werden, so laufen wie im Falle der ersten und der zweiten AusfUhrungs-

form die Reduktionsreaktionen und die Produktionsreaktionen hinsichtlich der Reduktionsatmosphäre ab, wobei die Eisenerze reduziert werden. Mit L sind die reduzierten Eisenerze bezeichnet

Bei dem System gemäß F i g. 11 ist der Auslaß 72 des Gasgenerators 65 unmittelbar durch die Rohrleitung 89 mit der Ringleitung 12 verbunden. Ein Gasabscheider, ein Ascheabscheider und ein Koksförderer sind'somit nicht mehr vorhanden.

Daher werden bei dem System gemäß Fig. 11 das Gas /, der Koks /und die Asche K sämtlich unmittelbar in das Reaktionsgefäß 1 eingeführt und wird aus dem Koks / die Wirbelschicht A gebildet Die anderen Verfahrensabläufe und Systemteile entsprechen im wesentlichen denjenigen gemäß Fig. 10, so daß sich eine weitere Erläuterung erübrigt

Bei dieser fünften Ausführungsform wird eine Teilverbrennung von Kohle D zur Nutzbarmachung der dabei erzeugten Gase und des Kokses oder der Holzkohle durchgeführt, wobei sich jedoch versteht, daß die Kohle auch karbonisiert werden kann, so daß das erzeugte Gas und der erzeugte Koks in der weiter oben erläuterten Weise verwendet werden können. Weiterhin kann das reduzierende Gas auch aus anderen Kohlenwasserstoffen erzeugt werden.

Die fünfte Ausführungsform kann nicht nur in Kombination mit der ersten oder der zweiten Ausführungsform, sondern auch in Kombination mit der dritten oder vierten Ausführungsform verwendet werden. Wie die vorstehende Beschreibung zeigt ist somit auch mit der fünften Ausführungsform das erfindungsgemäße Ziel zu erreichen.

Hierzu 10 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur direkten Reduktion von Esener» zen in einer Schwebe- oder Wirbelschicht, bei dem feine Kohlenstoff- oder Kohleträgerpartikel in der erwärmten Gasatmosphäre in einem Reaktionsgefäß schwebend gehalten werden und Peinerzpartikel zum Absinken in der Schwebe- oder Wirbelschicht in diese eingeführt werden, wobei die Feinerzpartikel durch die Kohlenmonoxid enthaltende reduzierende Atmosphäre und die feinen Kohleträgerpartikel der Wirbelschicht reduziert werden, während gleichzeitig die wenigstens Kohlenstoff und Kohlenmonoxid enthaltende reduzierende Atmosphäre erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das im Reaktionsgefäß erzeugte Gas rezirkuliert und in das Reaktionsgefäß als fluidisierendes Gas eingeblasen wird, wobei das erzeugte Gas vor dem Wiedereintritt in das Reaktionsgefäß in einem Vorerhitzer vorerwärmt wird, der in der Gasrezirkulaöonsünie angeordnet ist

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelschicht dadurch erwärmt wird, daß Spannung an im Reaktionsgefäß angeordnete Elektroden angelegt wird und daß die Temperatur im Reaktionsgefäß gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Reaktionsgefäßen kaskadenartig mehrstufig angeordnet sind und daß die Feinerzpartikel die Reaktionsgefäße nacheinander durchlaufen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gasgenerator zur Erzeugung des reduzierenden Gases verwendet wird, wobei das reduzierende Gas als das Gas -air Ausbildung und Aufrechterhaltung der Wirbelschicht und die im Gasgenerator erzeugte Kohlenstoffverbindungen als feine Kohlenstoffpartikel verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reduzierende Gasatmosphäre bezüglich wenigstens eines Gases der Gruppe bestehend aus Luft, Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Methan gesteuert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gichtgas zur Verwendung als Gas für die Erzeugung und Aufrechterhaltung der Wirbelschicht rückgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Rückführung des Gichtgases der darin enthaltene Wasserdampf vor der Wiedereinführung in das Reaktionsgefäß entfernt wird.