DE2932939C2

DE2932939C2 -

Info

Publication number: DE2932939C2
Application number: DE2932939A
Authority: DE
Inventors: David Charles Meissner; Charles Walter Charlotte N.C. Us Sanzenbacher
Original assignee: Midrex International Bv Rotterdam Niederlassung Zuerich Zuerich Ch
Current assignee: Midrex International BV Rotterdam Zurich Branch
Priority date: 1978-08-15
Filing date: 1979-08-14
Publication date: 1987-10-01
Also published as: YU196879A; NZ191204A; IT1122470B; AT367456B; FR2433580A1; AR218150A1; BR7905180A; YU40934B; SE436760B; TR20764A; US4173465A; PL217733A1; GB2027741A; CS218587B2; JPS5528395A; GB2027741B; IT7925044A0; AU4978879A; PH14399A; GR70352B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei dem durch die US-PS 38 53 538 bekanntgewordenen Verfahren dieser Art wird aus dem verbrauchten Reduktionsgas, das den Direktreduktions-Schachtofen als Gichtgas verläßt, ein erheblicher Anteil des in ihm enthaltenen Kohlendioxyds entfernt und das so erhaltene reduktionsmittelreiche Gas teilweise dem heißen Vergasergas beigemischt, bevor dieses entschwefelt wird, und teilweise in die untere Kühlzone des Direktreduktionsschachtofens eingeleitet. Die Menge des reduktionsmittelreichen Gases, die dem Vergasergas beigemischt werden kann, ist durch die für die Entschwefelung und den Direktreduktionsprozeß erforderliche Temperatur begrenzt, wobei bei dem bekannten Verfahren eine Temperatur steuerung nach dem Verfahrensschritt der Entschwefelung nicht mehr vorgesehen ist, so daß die Temperatur für den Entschwefelungsprozeß bestimmt ist durch die für den Direktreduktionsprozeß erforderliche Temperatur des Re duktionsgases.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art das bei der Direktreduktion anfallende Gichtgas wirksamer im Gesamtprozeß auszunutzen und nach einer Wiederaufbereitung so in den Prozeß zurückzuführen, daß der Kohlenbedarf verringert wird und der Wärmewirkungsgrad erhöht werden kann. Es soll hierdurch auch eine optimale und voneinander unabhängige Temperatureinstellung für die Entschwefelung des Vergasergases und für das dem Direktreduktionsschachtofen zuzuführende Reduktionsgas ermöglicht werden.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein zweiter Strom des aufbereiteten, verbrauchten Reduktionsgases durch Verbrennen von verbrauchtem Reduktionsgas erhitzt und dieses erhitzte Gas mit dem heißen entschwefelten Gas vermischt, um heißes Reduktionsgas zu erzeugen. Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet einen hohen Wärmewirkungsgrad. Bei Anwendung einer verbesserten Kohlevergasungstechnologie werden für das erfindungsgemäße Verfahren angenähert 3,1 Gkal zu vergasende Kohle und ungefähr 0,4 Gkal Kohle für die Stromerzeugung bei 30%igem Umwandlungswirkungsgrad zur Erzeugung von Sauerstoff für die Vergasung benötigt. Daraus resultiert ein Gesamtkohlebedarf von etwa 3,5 Gkal pro t an direktreduziertem Eisen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezugnahme auf eine Figur erläutert. Diese Figur zeigt in schematischer Darstellung eine Anlage und die Material/ Gas-Ströme einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungs gemäßen Verfahrens.

Die Direktreduktion erfolgt in einem mittels hochschmelzendem Material ausgekleideten Schachtofen 10, der für das Gegenstrom prinzip ausgerüstet ist. Das Eisenoxid-Beschickungsmaterial 12 wird in Form von Oxidpellets und/oder natürlichem Stückerz mit einer nominellen Teilchengröße von 5 bis 30 mm einem Eingabetrichter 14 zugeführt und gelangt durch das Zuführrohr 16 in den Schachtofen und bildet darin eine Beschickung. Das reduzierte Eisenprodukt wird in Form von Pellets und/oder Stücken aus dem unteren Bereich des Schachtofens durch ein Austragrohr 15 ausgetragen und einem Austrag-Förderer 20 zugeführt, dessen Geschwindigkeit die Absinkgeschwindigkeit der Beschickung innerhalb des Schachtofens 10 steuert.

Das frische, heiße Reduktionsgas wird durch einen Reduktionsgas-Einlaß 21 in den Schachtofen 10 eingeführt, an den sich eine Anzahl von Gaseinlaßöffnungen 22 in der hochschmelzenden Verkleidung im Mittelbereich des Schachtofens anschließt. Das heiße Reduktionsgas strömt anschließend innerhalb des Schachtofens nach oben im Gegenstrom zur herabsinkenden Beschickung. Das CO₂-reiche, verbrauchte Reduktionsgas tritt aus der Beschickung nahe der Oberseite des Schachtofens aus der Beschickung an deren Oberseite aus. Das Beschickungsoberseitenprofil 24 resultiert aus dem Schüttwinkel der Beschickung, die aus dem Zuführrohr 16 austritt. Das CO₂-reiche, verbrauchte Reduktionsgas (das nachfolgend als Gichtgas bezeichnet wird) verläßt den Schachtofen durch den Gichtgasauslaß 26.

Im unteren Bereich des Schachtofens 10 ist eine Kühlgasschleife ausgebildet, um das reduzierte Eisenprodukt vor dem Austritt aus dem Schachtofen zu kühlen. Zu dieser Kühlgasschleife gehört ein Kühlgaseinlaß 30, der zu einem Kühlgasverteiler 31 innerhalb des Schachtofens führt, ferner gehören dazu eine Kühlgas- Sammeleinrichtung 32 oberhalb des Kühlgasverteilers innerhalb des Schachtofens, ein Kühlgasauslaß 34 und ein äußeres Gas-Wiederaufbereitungssystem mit einem Kühler/ Wäscher 36 und einem Umlaufgebläse 38.

Ein Vergaser 40, der pulverförmigen fossilen Brennstoff, wie etwa Kohle, Lignit oder künstliche Kohle wie Holzkohle oder dgl. mittels Sauerstoff oder Sauerstoff und Wasser, die durch einen Injektor 42 zugeführt werden, vergast, erzeugt heißes Vergasergas, das den Vergaser 40 über die Leitung 46 verläßt. Die bei der Vergasung des Brennstoffs zurückbleibende Asche wird aus dem Vergaser 40 durch eine Ascheabführung 48 abgezogen.

Das den Schachtofen 10 durch den Gichtgasauslaß 26 verlassende Gichtgas wird im Kühler/Wäscher 50 gekühlt und von Staub befreit und tritt anschließend in die Leitung 51 ein. Ein Teil dieses gekühlten Gichtgases wird aus dem System durch das Gasabzugrohr 52 abgezogen und als Brenngas zur Erzeugung von Dampf verwendet, wie das nachfolgend beschrieben ist. Ein zweiter Teil des gekühlten Gichtgases wird über die Leitung 54 abgezogen und als Brenner-Brennstoff verwendet. Ein dritter Teil des gekühlten Gichtgases wird mittels des Kompressors 56 verdichtet und anschließend über die Leitung 60 einer üblichen, regenerativ arbeitenden CO₂-Entfernungsanlage 58 zur Ent fernung von Kohlendioxid (CO₂) zugeführt. In dieser CO₂- Entfernungsanlage 58 wird der Hauptanteil an CO₂ aus dem Gichtgas entfernt, um ein reduktionsmittelreiches Gas zu erzeugen, das diese CO₂-Entfernungsanlage 58 durch die Leitung 64 verläßt. Ein Teil dieses reduktionsmittelreichen Gases wird der Temperatursteuerleitung 66 zugeführt, um die Temperatur des heißen Vergasergases in der Temperatursteuerleitung 66 auf einen Wert unterhalb der Asche-Erstarrungstemperatur einzustellen. Dieses Gas zur Temperatursteuerung könnte alternativ der Gasaustrittszone des Vergasers 40 zugeführt werden, wo es keine nennenswert nachteiligen Auswirkungen auf die Vergasungs temperatur hat.

Das heiße Vergasergas in der Leitung 46 wird, nachdem es mit dem Gas aus der Temperatursteuerleitung 66 vermischt und durch diese Vermischung teilweise abgekühlt worden ist, durch den Gaseinlaß 68 einer Gasentschwefelungsanlage 70 zugeführt. Die Gasentschwefelungsanlage 70 ist ein mit hochschmelzendem Material ausgekleideter, für das Gegenstromprinzip ausgelegter Schachtofen, dessen Oberseite über den Einführtrichter 72 und das Zuführrohr 74 teilchenförmiger Kalkstein zugeführt wird, der innerhalb der Gasentschwefelungsanlage eine Beschickung bildet. Das temperaturgesteuerte heiße Vergasergas aus dem Gaseinlaß 68 wird über die in der hochschmelzenden Verkleidung der mittleren Zone des Reaktors angeordneten Einlaßöffnungen 76 in die Gasentschwefelungsanlage eingeführt. Das Gas strömt innerhalb der Gasentschwefelungsanlage durch die Beschickung nach oben im Gegenstrom zur herabsinkenden Beschickung. Das heiße, entschwefelte Gas tritt aus der Beschickung an deren Oberseite 78 aus und strömt anschließend durch den Gasauslaß 80. Der umgesetzte, teilchenförmige, schwefelhaltige Kalk sowie restlicher, nicht umgesetzter Kalk wird aus der Gasentschwefelungsanlage über das Austragrohr 82 auf einen Austragförderer 84 abgegeben. Die Entfernung des reagiert habenden, teilchenförmigen Materials mittels des Austragförderers 84 durch das Austragrohr 82 gewährleistet eine, von der Schwerkraft verursachte Bewegung der Beschickung und steuert die Absinkgeschwindigkeit der Beschickung innerhalb der Gasentschwefelungsanlage 70. Ein kleiner Anteil des reduktionsmittelreichen Gases aus der CO₂-Entfernungsanlage 58 wird über eine Leitung 86 einem Kühlgas-Verteiler 88 in der unteren Zone der Gasentschwefelungsanlage 70 zugeführt und dient dort als Kühlgas, um die Beschickung vor dem Austrag zu kühlen. Dieses Kühlgas strömt nach oben durch die Gasentschwefelungsanlage und wird von der heißen, herabsinkenden Beschickung vorgeheizt, bevor es die mittlere Zone erreicht.

Um das reduktionsmittelreiche Gas aus der Leitung 99 auf eine Temperatur zu erhitzen, die für die Anwendung als Reduktionsgas im Schachtofen 10 geeignet ist, ist der Gaserhitzer 90 vorgesehen. Zu diesem Gaserhitzer 90 gehören eine Anzahl von Heizrohren 92, von denen lediglich eines dargestellt ist, sowie ein oder mehrere Brenner 94 und ein Abgas abzug 96. Das heiße Abgas aus dem Abgasabzug 96 wird vorzugsweise einem (nicht dargestellten) Wärmetauscher zugeführt, um die aus einer Quelle 98 den Brennern 94 zugeführte Verbrennungsluft vorzuheizen. Der Brennstoff für den (die) Brenner 94 ist das über die Leitung 54 zugeführte Gichtgas. Das erhitzte, reduktionsmittelreiche Gas verläßt den Gaserhitzer 90 durch die Leitung 110, wird mit heißem, entschwefeltem Gas aus der Gasentschwefelungsanlage 70 vermischt und mit kaltem, reduktionsmittelreichem Gas in der Temperatur gesteuert, das über die Leitung 102 zugeführt wird, um ein Gas mit der für den Eintritt in den Schachtofen vorgesehenen Temperatur zu erhalten. Das dabei schließlich erhaltene Gasgemisch stellt das heiße Reduktionsgas dar, das über den Gaseinlaß 21 in den Schachtofen 10 eingeführt wird.

Bei der Direktreduktion von Eisen stellen die Gegenstrom- Schachtöfen, in denen das Reduktionsgas und die zu reduzierenden Feststoffe im Gegenstrom zueinander geführt werden, die hinsichtlich der Wärmebilanz beste Lösung dar. Bei dieser Arbeitsweise dient das heiße Reduktionsgas nicht nur zur Reduktion des Eisenoxids zu metallischem Eisen, sondern heizt des chargierte kalte Eisenoxid auch auf Reduktions temperatur auf.

Ein Gegenstrom-Schachtofen weist auch in chemischer Hinsicht den größten Wirkungsgrad auf, solange gewährleistet ist, daß das in den Schachtofen eingeführte heiße Reduktionsgas ein ausreichend hohes Reduktionsmittel/Oxidationsmittel-Verhältnis aufweist.

Unter diesem Verhältnis bzw. der "Qualität" des Reduktionsgases wird das Verhältnis von Reduktionsmitteln (CO+H₂O) zu Oxidationsmitteln (CO₂+H₂O) in dem Gasgemisch verstanden. Die Erfahrung mit großtechnischen Direktreduktionsanlagen auf Erdgasbasis haben gezeigt, daß es zur vollen Ausnützung der chemischen Wirksamkeit eines Gegenstrom-Schachtofens erforderlich ist, daß dieses Reduktionsmittel/ Oxidationsmittel-Verhältnis des heißen Reduktionsgases einen Wert von zumindest ungefähr 8 hat.

Bei der Vergasung von pulverisiertem, festem, fossilem Brennstoff, wie etwa Kohle oder Braunkohle, in einem mittels teilweiser Oxidation arbeitenden Vergaser, wie etwa dem Vergaser 40, der heißes Vergasergas erzeugt, das hauptsächlich aus CO, H₂, CO₂ und H₂O besteht, liefern die besten für den praktischen Gebrauch geeigneten Anlagen ein heißes Vergasergas mit einem Reduktionsmittel/Oxidationsmittel-Verhältnis von ungefähr 3 bis 4. Es sind jedoch schon Kohlevergaser vorgestellt worden, die durch verbesserte Vergasungstechnologie ein heißes Gas besserer Qualität mit einem Reduktionsmittel/Oxidationsmittel-Verhältnis von zumindest ungefähr 6 erzeugen. Die vorliegende Erfindung stellt nun ein Verfahren bereit, mittels dem eine bessere Qualität von heißem Vergasergas genutzt werden kann, ohne das Gas auf eine Temperatur abzukühlen, die unterhalb derjenigen Temperatur liegt, mit welcher das Gas in den Reduktionsofen einzuführen ist.

Die nachfolgenden Angaben zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beziehen sich auf die Vergasung einer typischen, sub-bituminösen Kohle aus dem Westen der USA; die pulverisierte Kohle wird mittels Sauerstoff und Wasser in einem Mitführ-Bett-Vergaser vergast und liefert ein heißes Gas, das als Hauptkomponenten CO, H₂, CO₂ und H₂O enthält. Die Vergasungstemperatur in diesem Vergaser liegt gewöhnlich bei ungefähr 1400°C; bei dieser Temperatur fällt die Kohlenasche flüssig an, wird mit Wasser abgeschreckt und aus der Bodenzone des Vergasers als Schlacke abgezogen.

Nachfolgend wird mit Bezugnahme auf die Zeichnung ein spezifisches Beispiel der Erfindung angegeben.

Dem Schachtofen 10 wird über den Gaseinlaß 21 ein Reduktionsgas mit einem Reduktionsmittel/Oxidationsmittel- Verhältnis von 10 bei einer typischen, bevorzugten Gastemperatur von 815°C zugeführt. Das heiße Gas verteilt sich innerhalb des Schachtofens quer zur Beschickung und strömt daraufhin im Gegenstrom zur herabsinkenden Eisenoxidbeschickung nach oben. Die in dem Gas enthaltenen Anteile an CO und H₂ reagieren mit dem Eisenoxid und bilden CO₂ und H₂O, sowie metallisches Eisen nach bekannten Reduktionsreaktionen. Im Hinblick auf thermodynamische Gegebenheiten dieser Reduktion von Eisenoxid zu metallischem Eisen kann lediglich ein Teil der ursprünglich vorhandenen Reduktionsmittel (CO+H₂) umgesetzt werden, bevor die gebildeten Oxidationsmittel (CO₂ und H₂O) die Reduktions reaktionen beenden. Diese thermodynamischen Bedingungen füh ren dazu, daß das, den Schachtofen durch den Gichtgasauslaß 26 verlassende, verbrauchte Reduktionsgas ein Reduktionsmittel/ Oxidationsmittel-Verhältnis von ungefähr 1,5 aufweist. In dem Kühler/Wäscher 50 wird viel Dampf kondensiert und aus dem Gas entfernt, so daß gekühltes Gichtgas mit einem Reduktionsmittel/Oxidationsmittel-Verhältnis von 2,0 erhalten wird. Ein Gas dieser Qualität stellt gutes Brennstoffgas zum Verbrennen dar, stellt jedoch hinsichtlich der Reduktion ein im wesentlichen neutrales Gas dar, das kein Reduktionspotential für die Direktreduktion von Eisen be sitzt.

Ein kleiner Anteil dieses Gichtgases (mit dem Reduktionsmittel/ Oxidationsmittel-Verhältnis von 2,0) dient als Brennstoff im Brenner 94 des Gaserhitzers 90. Ein etwas größerer, jedoch immer noch kleiner Anteil des Gichtgases wird aus dem System durch das Gasabzugrohr 52 entfernt. Dieses abgezogene Gas dient als Brennstoff zum Befeuern eines (nicht dargestellten) Boilers, um den zum Betrieb der CO₂-Entfernungsanlage 58 erforderlichen Dampf zu erzeugen. Der größte Anteil dieses Gichtgases wird weiter befördert und wieder aufbereitet. Hierzu wird das Gichtgas unter anderem durch die CO₂-Entfernungsanlage 58 geführt, wo der größte Anteil des vorhandenen CO₂ entfernt wird; dabei wird ein reduktionsmittelreiches Gas gebildet, das diese CO₂-Entfernungsanlage durch die Leitung 64 verläßt. Dieses reduktionsmittelreiche Gas weist einen sehr hohen Wert eines Reduktionsmittel/Oxida tionsmittel-Verhältnis von 23 auf und wird im weiteren Verfahren in vier Wegen verwendet.

Das heiße Vergasergas verläßt den Vergaser 40 über die Leitung 64 bei einer Temperatur von 1370°C und weist ein Reduktionsmittel/Oxidationsmittel-Verhältnis von 6,5 auf. Das Gas enthält H₂S und COS aus dem in der Kohle enthaltenen Schwefel sowie nichtumgesetzten Kohlerückstand und einige Flüssigkeitströpfchen aus mitgerissener Asche. Zur Verfestigung der flüssigen Aschetröpfchen in dem heißen Vergasergas, um dieses in Leitungen transportierbar zu machen, wird ein über die Temperatursteuerleitung 66 zugeführter Gasstrom aus kaltem, reduktionsmittelreichem Gas mit diesem heißen Vergasergas vermischt, so daß in dem zur Gasentschwefelungsanlage 70 führenden Gaseinlaß 68 eine Gasgemischtemperatur von 950°C herrscht. Diese Temperatureinstellung mit kaltem, reduktionsmittelreichem Gas ergibt ein Gasgemisch mit einem Reduktionsmittel/Oxidationsmittel-Verhältnis von 9,0 im Gaseinlaß 68.

Der Gasentschwefelungsanlage 70 wird teilchenförmiger Kalkstein zugeführt. Die Teilchengröße wird vorzugsweise im Bereich von ungefähr 3 bis 20 mm gehalten, um eine Beschickung mit guter Gasdurchlässigkeit zu haben. Der Durchsatz an heißem Gas durch die Gasentschwefelungsanlage 70 ist sehr hoch, relativ zu dem Durchsatz an kaltem Kalkstein durch diese Anlage. Dies führt dazu, daß der Kalkstein sehr rasch auf die Gas temperatur erhitzt wird, selbst wenn er sich in einer Höhe gerade unterhalb der Oberseite 78 der Beschickung befindet. Dies führt dazu, daß der Kalkstein sehr rasch zu gebranntem Kalk (CaO) calciniert wird, welcher die geeignete Form von Kalk für die Umsetzung mit H₂S und COS zur Entfernung dieser Bestandteile aus dem Vergasergas darstellt. Man könnte auch gebrannten Kalk anstelle von Kalkstein zuführen, dies wäre jedoch weniger wirtschaftlich.

Die Temperatur des heißen Vergasergases wird durch Zumischen von kaltem, reduktionsmittelreichem Gas vor der Einführung in die Gasentschwefelungsanlage 70 auf 950°C eingestellt, um die bekannten Umsetzungen von H₂S und CO₂ mit Kalk zu begünstigen:

H₂S + CaO → CaS + H₂O

COS + CaO → CaS + CO₂

Die Absenkung des Oxidationsmittelgehaltes (CO₂+H₂O) des heißen Gases durch Temperatursteuerung mit hochwertigem, reduktionsmittel reichem Gas begünstigt ebenfalls die Entfernung von H₂S und COS. Bei Verwendung der ausgewählten Kohle beträgt der Schwefelgehalt des heißen Vergasergases ungefähr 3900 ppm (Volumenteile auf 1 Million Volumenteile) in der Form von H₂S und COS. Bei einer Reaktionstemperatur von 950°C und bei vermindertem (CO₂+H₂O)-Gehalt nach der Temperatureinstellung beträgt der Schwefelgehalt des die Ent schwefelungsanlage verlassenden Gases ungefähr 120 ppm.

Dieser Schwefelgehalt liegt unterhalb des Maximalwertes, der bei der Direktreduktion von Eisen zugelassen werden kann; dieser Schwefelgehalt wird durch Zumischen von schwefelfreiem heißem oder kaltem Reduktionsgas aus den Leitungen 100 bzw. 102 noch weiter herabgesetzt. Der Kalksteinbedarf hängt vom Schwefelgehalt der Kohle ab. Die in der Gasentschwefelungsanlage durch Umsetzung von Schwefel mit Kalk gebildeten (CO₂+H₂O)- Anteile stellen lediglich einen kleinen Anteil des Gesamt gasvolumens dar und haben lediglich minimale Auswirkungen auf die Qualität des die Gasentschwefelungsanlage durch den Gasauslaß 80 verlassenden Gases. Weiterhin hat der in der Gasentschwefelungsanlage beim Calcinieren von Kalkstein zu gebranntem Kalk freigesetzte CO₂-Anteil lediglich eine minimale Auswirkung auf die Gasqualität. Diese beiden geringfügigen Zusätze von (CO₂+H₂O) sind in den nachfolgenden Tabellen aufgeführt.

In der Gasentschwefelungsanlage 70 wird die heiße Beschickung nach Verlassen der Reaktionszone abgekühlt, bevor diese ausgetragen wird; hierzu wird ein relativ kleiner Strom reduktionsmittelreiches Gas aus der Leitung 86 dem Kühlgas-Verteilerglied 88 zugeführt. Dieses hochwertige Kühlgas strömt nach oben und wird von dem aus den Einlaßöffnungen 76 einströmenden Gas zum Zentrum der Reaktionszone gezwungen, nachdem es durch Kontakt mit der herabsinkenden heißen Beschickung in der Kühlzone vorgeheizt worden ist.

Ein Teil des, die CO₂-Entfernungsanlage 58 durch die Leitung 64 verlassenden, reduktionsmittelreichen Gases wird über die Leitung 99 dem Gaserhitzer 90 zugeführt. In diesem Erhitzer, der eine Anzahl von Heizrohren 92 aus hitzebeständiger Legierung aufweist, wird das Gas auf eine Temperatur von ungefähr 815°C gebracht, was eine bevorzugte Betriebstemperatur für die Direktreduktion der zumeist verwendeten Sorten von Eisenoxid darstellt. Diese Temperatur kann jedoch im Bereich zwischen 760 und 900°C liegen.

Im den beschriebenen Beispiel weist das die Gasentschwefelungsanlage 70 durch den Gasauslaß 80 verlassende Gas eine Temperatur von 915°C auf, nachdem es den chargierten kalten Kalkstein erhitzt und zu gebranntem Kalk calciniert hat. Dieses 915°C heiße Gas wird auf ungefähr 815°C abgekühlt, indem ein relativ kleiner Strom reduktionsmittelreiches Gas aus der Leitung 102 zugemischt wird. Ersichtlich kann der Zusatz von reduktionsmittelreichem Gas aus der Leitung 102 weggelassen werden, indem einfach das reduktionsmittelreiche Gas im Erhitzer 90 auf eine Temperatur unterhalb 815°C erhitzt wird, um eine Reduktionsgas-Mischtemperatur am Reduktionsgaseinlaß 21 von angenähert 815°C zu erreichen. Der Zusatz von Gas durch die Leitung 102 macht die Temperatursteuerung des heißen Reduktionsgases am Reduktionsgaseinlaß 21 einfacher.

Die nachstehenden Tabellen vermitteln in zusammengefaßter Form Analysedaten des erfindungsgemäßen Verfahrens und sind auf die Zeichnung bezogen. Diese Daten dienen lediglich der Erläuterung und sollen die Erfindung keinesfalls einschränken. Alle angegebenen Werte beziehen sich auf eine metrische Tonne direktreduziertes Eisenprodukt mit einem mittleren Metallisierungsgrad von 92% und einem Kohlen stoffgehalt von 1,5%. Dies sind in weitem Umfang akzeptierte Standards für direktreduziertes Eisen, das in mit Erdgas betriebenen Direktreduktionsanlagen angefallen ist.

In der Tabelle 1 sind die Gasdurchsätze und die Gasqualität (Reduktionsmittel/Oxidationsmittel-Verhältnis) an den in der Zeichnung angegebenen Stellen aufgeführt.

Tabelle 1

Die nachfolgende Tabelle 2 bringt Angaben zum Betrieb des Vergasers 40.
trockene Kohle (kg)488 H₂O (kg) 93 Sauerstoff (Nm³ auf 98% O₂)235

Die folgende Tabelle 3 bringt Angaben zum Betrieb der Gasentschwefelungs anlage 70.
Zugeführte Menge Kalkstein32,6 kg ausgetragenes CaO 9,1 kg ausgetragenes CaS11,7 kg

Die nachfolgende Tabelle 4 bringt Angaben zur Energie bilanz des erfindungsgemäßen Verfahrens.
zur Kohlevergasung3,1 Gkal zur Sauerstofferzeugung0,4 Gkal*) *) Anmerkung: angenähert 140 kWh bei 30%igem Umwandlungswirkungsgrad.

Die nachfolgende Tabelle 5 zeigt die Gastemperaturen an den angegebenen Stellen des Verfahrens.

Tabelle 5

In der nachfolgenden Tabelle 6 sind die Gasanalysenwerte an den bezeichneten Stellen des Verfahrens aufgeführt.

Tabelle 6

Entsprechend diesem Beispiel beträgt der Vergasergasstrom in der Leitung 46 931 Nm³ pro Tonne direktreduziertes Eisenprodukt. Dieses Gas enthält 85,5% Reduktionsmittel (CO+H₂) bzw. 796 Nm³ dieser Komponenten. Durch den Reduktionsgas-Einlaß 21 strömen 1969 Nm³ heißes Reduktionsgas, das 68,6% bzw. 1744 Nm³ Reduktionsmittel (CO+H₂) enthält. Das heißt, lediglich 46% der zur Direktreduktion im Ofen 10 benötigten Reduktionsmittel (CO+H₂) werden von dem Vergaser 40 bereitgestellt. Die restlichen 54% des erforderlichen Reduktionsgases werden durch Wiederaufbereitung und Rückführung von verbrauchtem Gas aus dem Direktreduktionsofen be reitgestellt.

Obwohl für die Entschwefelung des Gases eine Gegenstrom- Schacht-Entschwefelungsanlage beschrieben worden ist, könnte diese Gasentschwefelung auch in anderen Vorrichtungen durchgeführt werden, etwa in einem Wirbelschichtbett aus Kalkteilchen, ohne von dem grundlegenden Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Ferner könnte alternativ zur Verwendung von Kalk als Entschwefelungsmittel auch irgendein anderer geeigneter Schwefelakzeptor wie etwa Manganoxid verwendet werden.

Ersichtlich ist mit der vorliegenden Erfindung ein für die Bedürfnisse der Praxis geeignetes Verfahren zur Direktreduktion von Eisen mittels aus Kohlevergasung gewonnenem Gas als Quelle des Reduktionsmittels für die Direktreduktion angegeben worden, das einen hohen Energie-Wirkungsgrad und einen hohen Wärme-Wirkungsgrad gewährleistet.

Claims

1. Verfahren zur Direktreduktion von Eisenoxid in einem Schachtofen mittels eines heißen Reduktionsgases, das in den Schachtofen eingeführt wird, dort das Eisenoxid zu einem metallisierten Eisenprodukt reduziert und ein CO₂-haltiges verbrauchtes Reduktionsgas bildet, mit den folgenden Verfahrensschritten:

a) ein Teil des CO₂-haltigen, verbrauchten Reduktionsgases wird zur Erzeugung eines reduktionsmittelreichen Gases einer CO₂-Entfernungsanlage zugeführt;
b) durch Vergasung von fossilem Brennstoff wird ein heißes Vergasergas erzeugt;
c) die Temperatur des heißen Vergasergases wird mit einem ersten Strom des reduktionsmittelreichen Gases eingestellt und ein heißes Gasgemisch erzeugt;
d) das heiße Gasgemisch wird zur Entschwefelung mit einem Schwefelakzeptor umgesetzt;

dadurch gekennzeichnet, daß

e) ein zweiter Strom des reduktionsmittelreichen Gases erhitzt, und
f) dieser mit dem heißen, entschwefelten Gas vermischt wird, um ein Reduktionsgas zu erzeugen, das ein Reduktionsmittel/ Oxidationsmittel-Verhältnis von zumindest ungefähr 8 und eine Temperatur von ungefähr 760° bis ungefähr 900°C aufweist, das in den Schachtofen eingeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schwefelakzeptor Kalk verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Vergasergas ein Reduktionsmittel/Oxidationsmittel-Verhältnis von zumindest ungefähr 6 eingestellt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des CO₂-haltigen, verbrauchten Reduktionsgases als Brennstoff benutzt wird, um den zweiten Strom des reduktionsmittelreichen Gases zu erhitzen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als fossiler Brennstoff Kohle, Braunkohle und künstliche Kohle, wie Holzkohle oder dgl., verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Strom des nichterhitzten, reduktionsmittelreichen Gases mit dem entschwefelten Gas vermischt wird, um die Reduktionsgas-Temperatur zu steuern.