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Verfahren zur Überwindung von Betriebsstörungen bei der
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kontinuierlichen Direktreduktion von Eisenerz Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Überwindung von Betriebs störungen bei der kontinuierlichen Direktreduktion
von Eisenerz mit Hilfe eines in einem beheizten Reformer erzeugten Reduktionsgases,
das dem Erz zugeleitet wird, sodann nach der Reduktion des Erzes in Form von Gichtgas
zumindest zum Teil dem Reformer zusammen mit einem gasförmigen Kohlenwasserstoffträger,
wie Erdgas, als Einsatzgas zugeführt und sodann nach Umwandlung in ein Reduktionsgas
im Kreislauf wieder dem Erz zugeleitet wird,sowie eine Anlage zur Durchführung des
Verfahrens.
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Bei der Direktreduktion von Eisenerz wird der im Erz an Eisen gebundene
Sauerstoff mit Hilfe von Reduktionsgasen durch Diffusion abgebaut. Das Reduktionsgas
wird bei einem solchen Verfahren, beispielsweise beim in der Literatur als Midrex-Verfahren
bekannt gewordenen, in einem beheizten Reformer aus Einsatzgas erzeugt. Dabei gelangt
die katalytische Spaltung von Erdgas oder einem anderen Kohlenwasserstoffträger
mit Kohlendioxyd als Einsatzgase zur Anwendung. Das bei der Reduktion des Eisenoxyds
entstehende CO2-hältige Gichtgas wird in den Prozeß zurückgeführt, indem der größte
Teil mit dem zu spalten-
den Kohlenwasserstoffträger vermengt und
durch außen beheizte Rohre des Reformers, in denen sich ein Katalysator befindet,
als Einsatzgas geleitet wird. Da die des Kohlenwasserstoffes endotherm ist, muß
der Reformer beheizt werden. Von der für den Reformer erforderlichen Heizleistung
werden ca. 60 % für die Spaltung der Einsatzgase und 40 % zur Erhöhung der Temperatur
des Einsatzgases von ca. 4oo0c auf etwa 9000C verbraucht.
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Wird wegen einer Störung der Reduktionsprczeß des Erzes, der in einem
Schachtofen in kontinuierlicher Weise erfolgt, unterbrochen, fällt der Gichtgasstrom
aus. Um den Reformer auf Temperatur zu halten, auch wenn der Schachtofen infolge
notwendiger kurzzeitiger Reparaturarbeiten stillgesetzt werden muß, ist-es bekannt,
den Reformer durch Hilfsbrenner, die auch zum Anfahren der Anlage dienen, weiterzubeheizen.
Dadurch werden zwar Anfahrzeiten bei der Wiederinbetriebnahme des Schachtofens verkürzt,
jedoch steigen durch diese Hilfsbrenner die Innenwandtemperaturen der Reformerrohre
stark an, sodaß es beim Einströmen des relativ kühlen Gichtgases bei Wiederinbetriebnahme
des Schachtofens zu einer hohen thermischen Beanspruchung der Reformerrohre kommt,
womit eine vorzeitige Zerstörung derselben verbunden ist.
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Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieses Nachteiles und stellt
sich;die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art sowie eine Anlage
zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, welche beim Aussetzen des Gichtgasstromes
nicht zu einer Erhöhung der Innenwandtemperatur der Reformerrohre und damit zu einem
Temperaturschock bei neuerlichem Einsetzen des Gichtgasstromes bei Wiederinbetriebnahme
der Anlage führen, wobei jedoch eine jederzeitige, sofortige Betriebsbereitschaft
des Reformers gegeben ist, d.h. Anfahrzeiten des Reformers vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Fall der
Unterbrechung des Reduktionsprozesses Rauchgas aus der Reformerbeheizung zusammen
mit dem gasförmigen Kohlenwasserstoffträger als Einsatzgas dem Reformer zugeführt
und das dabei entstehende Spaltgas abgefackelt wird.
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Eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens mit einem eine Heizung
aufweisenden Reformer, welcher Reformer mittels einer Leitung für das in einem Reduktionsofen
gebildete Gichtgas und mittels einer Verbindungsleitung für das im Reformer gebildete
Reduktionsgas mit dem Reduktionsofen leitungsmäßig verbunden ist, wobei die Heizung
des Reformers eine ins Freie mündende Rauchgasableitung aufweist, ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Rauchgasableitung mittels einer absperrbaren Überbrückungsleitung mit der
Leitung für das Einsatzgas leitungsmäßig verbunden ist und die Verbindungsleitung
für das Reduktionsgas an eine absperrbare ins Freie mündende Leitung angeschlossen
ist.
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Sind in der Rauchgasableitung Rekuperatoren zur Vorwärmung der Verbrennungsluft
und/oder des Gichtgases und/oder des Erdgases vorgesehen, ist der Anschluß der Überbrückungsleitung
erst nach den Rekuperatoren in der Rauchgasableitung angeordnet.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist im folgenden anhand
der Zeichnung, die das erfindungsgemäße Verfahren bei der direkten Reduzierung von
Eisenerz nach dem Midrex-Verfahren zeigt, näher erläutert.
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Der Schachtofen 1, in den das Erz vorzugsweise in Form von Pellets
von oben zugeführt wird, welche Pellets fertig reduziert vom Unterteil des Ofens
1 als metallisches Eisen entfernt werden, weist zwei Zonen 2, 3 mit
unterschiedlichen
Gaskreisläufen auf, t. zw. die eigentliche Reduktionszone 3, in der das Erz.erhitzt
und reduziert wird,im oberen Teil des Schachtofens und die Kühlzone 2, in der das
reduzierte Erz durch einen Kühlgaskreislauf 4, welcher durch eine Leitung 5 mit
eingebautem Verdichter 6 und Kühler 7 dargestellt ist, stark abgekühlt wird, im
unteren Teil des Schachtofens. Das in die Reduktionszone 3 des Schachtofens 1 einströmende
Reduktionsgas wird in einem Reformer 8 erzeugt, der zu einem Teil mit Erdgas, welches
durch eine Leitung 9 der Reformerbeheizung 10 zugeführt wird und zum anderen Teil
mit etwa 1/3 der Menge des Gichtgases, welches an dem oberen Ende des Schachtofens
1 entweicht und nach Durchströmen eines Gichtgaswäschers 11 über eine Leitung 12
der Reformerbeheizung 10 zugeleitet wird, beheizt wird. Sowohl in der Leitung 9
für das Erdgas als auch inder Leitung 12 für das Gichtgas ist jeweils ein Absperrorgan
13, 14 eingebaut, wobei das Absperrorgan 14 zur Temperaturregelung des Reformers
auch als Regelorgan fungiert. Der Hauptteil des Gichtgases (etwa 2/3 der Gesamt-Gichtgasmenge)
wird, nachdem er den Gichtgaswäscher 11 durchströmt hat, in einem Verdichter 15
verdichtet. Anschließend gelangt das verdichtete Gichtgas durch eine Leitung 16,
in welche eine Erdgas zuführende Leitung 17 mündet, in Reformerrohre 18, von denen
eines in der Zeichnung symbolisch für eine Mehrzahl von Reformerrohren schematisch
dargestellt ist. In diesen Reformerrohren 18 findet unter Anwesenheit eines Katalysators
die Spaltung des Einsatzgases, d.h. des mit Erdgas vermischten Gichtgases, gemäß
folgenden Reaktionsgleichungen statt: CH4 + C02 CH4 + H20
2CO + 2H2 3H2 + CO Außerdem findet eine Erhöhung der Temperatur des Einsatzgas von
ca.400 auf 9000C statt. Das aus den Reformer-
rohren 18 austretende
gespaltene Einsatzgas, also das Reduktionsgas, wird über einen Wäscher 19, der zur
genauen Temperatureinstellung des Reduktionsgases dient, dem Schachtofen 1 über
eine Verbindungsleitung 20 zugeleitet.
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Die in dem Reformer durch Verbrennung von Gichtgas und Erdgas entstehenden
Rauchgase werden über eine Leitung 21, in der ein Rekuperator 22 zur Vorwärmung
der zur Verbrennung notwendigen Luft- die über die Leitung 23 der Heizung 10 zugeführt
wird - anschließend ein Rekuperator 24 zur Vorwärmung des Einsatzgases und weiters
ein Rekuperator 25 zur Vorwärmung des als Einsatzgas verwendeten Erdgases eingebaut
sind, einem Kamin 26 mit vorgeschaltetem Saugzuggebläse 27 zugeleitet.
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Die nachstehende Tabelle gibt einen Überblick über die Menge und die
Temperatur der am Reduktionsprozeß beteiligten Gase (Richtwerte).
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Tabelle 1
| Bezeichnung Normalbetrieb |
| Menge Temp. |
| m3/tFe OC |
| Gichtgas (nach Austritt aus |
| dem Ofen) trocken 1750 -400 |
| Gichtgas zur Reformerheizung 530 40 |
| Erdgas zur Reformerheizung 14 25 |
| vorgewärmte Luft zur Reformer- |
| heizung 1150 1 600 |
| Gichtgas für Spaltung 1220 ! 50 |
Fortsetzung von Tabelle 1:
| Bezeichnung Normalbetrieb |
| Menge Temp. |
| m °C |
| Erdgas für Spaltung 190 20 |
| Einsatzgas für Reformer 1410 400 |
| Reduktionsgas ca. 1750 900 |
| Rauchgas (beim Austritt aus |
| Reformer) 1870 1100 |
| Rauchgas (nach Rekuperator 25) 1870 440 |
Erfindungsgemäß ist die Rauchgasableitung 21 nach dem a 25 Fe-SauqXvsEpXLLät+Xis-eiDeeüberbrückungsleitung
28 mit der Leitung 16 für das Einsatzgas leitungsmäßig verbunden, wobei die Überbrückungsleitung
28 in den das Gichtgas vom Schachtofen 1 zum Wäscher 11 führenden Leitungsabschnitt
29 der Leitung 16 einmündet. Die Überbrückungsleitung 28 könnte auch direkt in den
Gichtgaswäscher 11 münden. In die Überbrückungsleitung 28 ist ein Absperrorgan 30
eingebaut, mit welchem die Überbrückungsleitung im Normalbetrieb abgesperrt wird.
Die Rauchgasableitung 21 kann mittels eines Absperrorganes 31 ganz oder teilweise
stillgelegt werden, sodaß das Rauchgas, nachdem es die Rekuperatoren 22, 24, 25.passiert
hat, gezwungen ist, über die überbrückungsleitung 28 in den Leitungsabschnitt 29
zu strömen.
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Weiters ist erfindungsgemäß an die Verbindungsleitung 20, durch welche
das Reduktionsgas vom Reformer 8 zum Schachtofen 1 strömt, eine ins Freie mündende
Leitung 32 angeschlossen, die durch ein AbsperroEan33, welches im Normalbetrieb
geschlossen ist, absperrbar ist. Die Verbindungsleitung 20 für die Reduktionsgase
weist nach der Abzweigung der ins Freie mündenden Leitung 32 ebenfalls ein Absperrorgan
34 auf. In dem Leitungsabschnitt 29 ist das Absperrorgan 35 eingebaut.
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Ist der Schachtofenbetrieb aus irgendeinem Grund unterbrochen, sodaß
der Gichtgasstrom ausfällt, werden die Absperrorgane 13, 31, 34 und 35 geschlossen
und die Absperrorgane 30 und 33 geöffnet. Dadurch wird erreicht, daß das Rauchgas
nach Durchströmen der Rekuperatoren 22, 24, 25 über den Gichtgaswäscher 11 und den
Verdichter 15 zusammen mit Erdgas aus der Leitung 17 als Einsatzgas den Reformerrohren
18 zugeleitet wird. In den Reformerrohren kommt es zu einem endothermen Spaltungsprozeß
und zu einer Aufwärmung der gespaltenen Gase. Die Innentemperatur der Reformerrohre
18 bleibt im wesentlichen aufrecht, da die durch die Refo rheizung zugeführte Wärmemenge
zur Spaltung und Aufwärmung des aus Rauch-und Erdgas gebildeten Einsatzgases verwendet
wird; d.h.
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die Reformerrohre 18 werden durch dieses Einsatzgas gekühlt, eine
Überhitzung wird vermieden. Mit Hilfe des Regelventiles 14 kann die Erdgaszufuhr
zur Reformerheizung geregelt werden, wodurch die Wandtemperatur der Reformerrohre
konstant gehalten werden kann. Das anfallende Spaltgas wird über die ins Freie führende
Leitung 32 abgefackelt, da es weder für den Reduktionsprozeß noch für die Reformerbeheizung
Verwendung finden.
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kann.
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In der nachstehenden Tabelle sind Temperatur und Menge der bei Unterbrechung
des Schachtofenlcern -^c ver-
wendeten Gase angeführt.
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Tabelle 2
| Bezeichnung bei Unterbrechung des |
| Schachtofenbetriebes |
| Menge Temp. |
| /tFe oC |
| Erdgas zur Reformerheizung 164 25 |
| vorgewärmte Luft zur |
| Reformerheizung 1560 600 |
| Rauchgas für Spaltung |
| (nach Wäscher 11) 1200 100 |
| Erdgas für Spaltung 168 150 |
| Einsatzgas für Reformer 1728 100 |
| Spaltgas 1810 900 |
| Rauchgas (beim Austritt aus |
| Reformer) 2217 1100 |
bedingt durch Prozeßgasverdichter Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch
bei von Midrex-Verfahren unterschiedlichen Direktreduktionsverfahren anwenden, soferne
im Normalbetrieb Gichtgas als Einsatzgas für den Reformer verwendet wird.