DE3036920C2

DE3036920C2 - Verfahren zur Reduktion von feinteiligem Eisenerz zu Eisenschwamm

Info

Publication number: DE3036920C2
Application number: DE3036920A
Authority: DE
Inventors: Enrique Ramon Monterrey Nuevo Leon Martinez-Vera; Juan Federico Garza Garcia Nuevo Leon Price-Falcon
Original assignee: Hylsa Sa Monterrey Nl Mx
Current assignee: Hylsa Sa Monterrey Nl Mx
Priority date: 1979-10-15
Filing date: 1980-09-30
Publication date: 1985-08-29
Also published as: JPS5810965B2; PL227208A1; YU217980A; JPS5662912A; DE3036920A1; IT1150965B; ES8106939A1; YU42678B; GB2063303A; IT8024244A0; DD154025A5; BR8005797A; AU6165480A; FR2467241A1; SE448470B; US4253867A; PL124748B1; CA1153558A; GB2063303B; BE885707A

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion von feinteiligem Eisenerz zu Schwammeisenteilchen in einem stehenden Bewegtbettreaktor mit einer Reduktionszone im oberen Teil desselben, in der ein heißes Reduziergas durch einen Teil des Bettes hin· durchgeleitet wird, um darin befindliches Eisenerz zu Schwammeisen zu reduzieren, einer Kühlzone im unteren Teil des Reaktors zur Abkühlung des Schwammeisens und einer zwischen der Reduktionszone und der Kühlzone gelegenen Zone.

Typische Gasreduktionssysteme, bei denen Eisenerzreduktions-Bewegtbettreaktoren mit stehendem Schacht eingesetzt werden, sind in den US-PS 37 65 872, 37 70 421, 37 79 741 und 38 16 102 beschrieben. In solchen Systemen wird die Reduktion des Erzes üblicherweise mittels eines größtenteils aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff bestehenden und durch katalytisches Reformieren eines Gemisches aus Erdgas und Wasserdampf gewonnenen Reduziergases bewirkt Systeme dieser Art weisen in der Regel einen Reaktor mit stehendem Schacht mit einer Reduktionszone im oberen Teil und einer Kühlzone im unteren Teil auf. Das zu reduzierende Erz wird in den Oberteil des Reaktors gegeben und fließt abwärts, wobei es zunächst die Reduktionszone durchläuft in der es mit erhitztem Reduziergas aus der Reformieranlage in Berührung kommt, und anschließend eine Kühlzone passiert, in der es mittels eines gasförmigen Kühlmittels abgekühlt wird, ehe es am unteren Ende des Reaktors ausgetragen wird. Das Abgas aus der Reduktionszone wird zur Abscheidung des Wassers abgekühlt und in den meisten Fällen wird ein Großteil des abgekühlten Abgases wieder erwärmt und in die Reduktionszone zurückgeführt Auf ähnliche Weise wird in der Regel mindestens ein Teil des aus der Kühlzone entnommenen Kühlgases abgekühlt und in die Kühlzone zurückgeführt. Am unteren Ende des Reaktors ist eine Vorrichtung zur Regelung des Austrages des gekühlten Schwammeisens aus dem Reaktor vorgesehen, z. B. ein Auslaßdrehventil, eine Schwingrinne, ein Förderband oder dergleichen.

US-PS 40 54 444 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung des Kohlenmonoxidgehaltes bei der Reduktion von Eisenoxid, wobei hierfür der Einsatz einer katalytischer] Reförrnieraniage vorgesehen ist. im Gegensatz dazu erfolgt erfindungsgemäß die gesamte Reformierung im Reaktor, in welchem auch die genaue Einstellung von Gaszusammensetzung und Yemperatur vorgenommen wird. Gemäß US-PS 40 54 444 wird das zugegebene Methan dosiert, doch wird ais Wasserdampf das recyclisierte Gichtgas verwendet, dessen Wassergehalt in Abhängigkeit von einer Reihe von Parametern schwankt, wie z. B. dem Wassergehalt des Erzes, der Gaszusammensetzung in der Reduktionszone und der Temperatur der Reduktionszone. Gemäß der vorstehenden Entgegenhaltung erfolgt zwar eine Reformierung in signifikantem Ausmaß, jedoch keine quantitative Umwandlung von Methan und Wasserdampf zu Wasserstoff und Kohlenmonoxid.

DE-AS 12 01 377 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Eisenschwamm aus Eisenerz in einem Reduktionsschacht mittels Reduktionsgas und gibt hierfür ein geeignetes Verhältnis von Dampf zu Methan an. Dieses Gemisch dient jedoch der Beschickung einer externen Reformieranlage, während eine Gasreformierung innerhalb des Reduktionsreaktors nicht offenbart ist.

Es hat sich neuerdings als vorteilhaft erwiesen, das in einem solchen Reaktor erzeugte Schwammeisen als Teil der Beschickung eines Hochofens zu verwenden. Die Verwendung von Schwammeisen als Teil der Beschikkung gestattet es, die Produktivität des Hochofens bei gleichzeitiger Senkung des Koksbedarfs zu steigern. Dadurch lassen sich also bedeutende Einsparungen im Hochofenbetrieb erzielen.

Da Koks in Hochöfen nicht nur als Brennstoff, sondern auch als Reduktionsmittel Verwendung findet, und

zwar in beträchtlichen Mengen, befinden sich die Hochöfen meist in Nähe einer Koksofenbatterie, die sowohl Koks als auch reduzierende Bestandteile enthaltendes Koksofengas als Nebenprodukt liefert In Fällen, wo Schwammeisen als Teil der Hochofenbeschickung dienen soll, wäre es vom wirtschaftlichen Gesichtspunkt aus vorteilhaft, die Schwammeisenanlage nut dem Hochofen und der Kokerei zu integrieren, d.h. die Schwammeisenproduktionseinheit in Nähe des Hochofens zu errichten. Eine derartige örtliche Anordnung von Schwammeisenanlage und Hochofen würde eine Reihe von Vorteilen ergeben. So würde beispielsweise die erforderliche Handhabung und Abkühlung des erzeugten Schwammeiseas verringert Schwammeisen zeigt bei höheren Temperaturen bekanntlich eine Nei- is gung zur Wiederoxidierung, wenn es der Luft ausgesetzt wird. Daher ist in den Fällen, in denen das Produkt Schwammeisen während längerer Zeit gelagert oder über größere Entfernungen befördert werden soll, eine weitgehende Abkühlung des Schwammeisens von Bedeutung. Soll das Schwammeisen jedoch unverzüglich in einem Ofen oder dergleichen zum Einsatz kommen, so entfällt die Notwendigkeit des gründlichen Abkühlens.

Ein weiterer eventueller Vorteil einer solchen integrierten Anlage besteht in der Möglichkeit, das als Nebenprodukt anfallende Koksofengas als Quelle von reduzierenden Komponenten für den mit Gas arbeitenden Erzreduktionsreaktor zu verwenden. Ein dabei auftretendes Problem ist, daß rohes Koksofengas kein sehr wirksames Reduktionsmittel für Eisenerz darstellt Zwar läßt sich das Reduktionsvermögen von Koksofengas durch eine Behandlung — beispielsweise mittels eines katalytischen Reformierverfahrens — verbessern, doch erfordern die zur Verfügung stehenden katalytischen Reformieranlagen eine bedeutende Kapitalinvestition, die eine wesentliche Steigerung der Kosten des behandelten Gases zur Foige hat. Darüber hinaus weist Koksofengas einen verhältnismäßig hohen Schwefelgehalt auf, der sich ungünstig auf die üblicherweise in bekannten katilytischen Reformieranlagen eingesetzten Katalysatoren auswirkt. Wenn das Koksofengas in einer katalytischen Reformieranlage bekannter Art reformiert werden soll, muß der Schwefelgehalt des Gases daher zunächst auf einen sehr geringen Wert herabgesetzt werden. Es besteht also ein Bedürfnis nach einem verbesserten Verfahren zur Steigerung des Reduktionsvermögens von rohem Koksofengas.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Reduktion von Eisenerz bereitzustellen, das die Integration einer Schwammeisenproduktionsanlage mit einem oder mehreren Hochöfen und einer Koksofenbatterie erleichtert, um so eine Gesamtsteigerung der Produktivität der Hochöfen und eine Verbesserung der Brennstoffeinsparung zu erzielen, wobei sich der Einsatz eher besonderen katalytischen Gasreformieranlage zuf Verbesserung des Reduktionsvermögens von Koksofengas erübrigt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung iin Vorfahren der eingangs genannten Art zur Verfügung gestellt, wobei man einen regulierten Wasserdarr'pfstrOm und einen regulierten Gasstrom, welcher bis zu 30 Vol.-% Methan enthält, vermischt, das erhaltene Gemisch außerhalb des Reaktors auf eine Temperatur von 700 bis 900° C erwärmt, das heiße Gasgemisch dem Reaktor zuführt, wobei das Gegengemisch die Zwischenzone in 3erührung mit dem darin befindlichen eisenhaltigen Material passiert, um dieses Gas zu reformieren und den Anteil der darin enthaltenen Reduzierbestandteile zu erhohen, und das reformierte Gas der Reduktionszone zuführt

Es hat sich gezeigt, daß das als Einsatzgas verwendete Koksofengas im vorliegenden Verfahren nicht vollständig entschwefelt zu sein braucht, da die Ablagerung von Schwefel auf dem Schwammeisen in der Kühlzone dessen Aktivität nicht beeinträchtigt und das Schwammeisen ohnehin eine fortwährend erneuerte Katalysatormasse bildet Die auf dem Schwammeisen abgelagerte Schwefelmenge läßt sich während der anschließenden Stahlerzeugungsstufe ohne weiteres einstellen. Die Entschwefelungskosten werden also durch das vorliegende Verfahren gesenkt

Die Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung lassen sich am besten unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutern, die ein für die Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignetes System der direkten Reduktion in schematischer Darstellung zeigt

In der Zeichnung wird mit der Bezugsziffer 10 allgemein eine Bewegtbettreaktor mit üvihendem Schacht bezeichnet der eine Reduktionszone IX eine Reformierzone 14 und eine Kühlzone 16 aufweist Das zu reduzierende Eisenerz tritt in den Oberteil des Reaktors über einen Einlauf 18 ein und Schwammeisen wird im Unterteil des Reaktors über den Auslaß 20 ausgetragen. Das Koksofengas wird über eine ein Durchflußstrom-Stellglied 24 aufweisende Leitung 22 in das System eingeleitet und mit Wasserdampf vermischt der über eine mit einem Durchflußstrom-Stellglied 2& versehene Leitung 26 zugeführt wird. Der Wasserdampf wird in ausreichender Menge zugesetzt, um mit dem Methangehalt des Koksofengases reagieren und ihn nach der folgenden Gleichung in Kohlenmonoxid und Wasserstoff überführen zu können.

CH₄ + H₂O — CO + 3H₂.

Zweckmäßig wird dabei der Wasserdampf in stcchiometrischem Überschuß verwendet, um eine unerwünschte Kohlenstoffablagerung innerhalb des Reaktors zu unterdrücken. Das Molverhältnis von Wasserdampf zu Methan kann sich typisch zwischen 1 :1 und 1,5 :1 bewegen.

Das Gemisch aus Koksofengas und Wasserdampf strömt in eine Heizvorrichtung 30, in der es auf eine Temperatur von ungefähr 700 bis 900° erwärmt wird, und daraus über die Leitung 32 in den Reaktor 10. Im einzelnen ist der Reaktor 10 mit einer inneren kegelstumpfförmigen Leitfläche 34 versehen, die mit der Reaktorwand und einen ringförmigen Raum 36 bildet, in den das Gasgemisch strömt Aus dem Raum 36 ström*, das Gas um den unteren Rand der Leitfläche 34 herum und in die Reformierzone 14, in der es mit dem absinkenden Bett von eisenführendem Material, das auf dieser Höhe im Reakior größtenteils zu Schwammeisen reduziert ist, in Berührung kommt. Wie bereits erwähnt, katalysiert das Schwammeisen die Wasserdampf/Methan-Reaktion, diü Kohlenmonoxid und Wasserstoff ergibt, die beide wirksame Reduziermittel für Eisen darstellen, und das reformierte Gas strömt dann aufwärts in die Reduktionszone 12, in der es das einlaufende Eisenerz reduziert.

Zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit der Verwendung des Reduziertes wird ein Teil desselben im Kreislauf geführt. Das aus dem oberen Teil des eisenführenden Bettes im Reakior 10 austretende Gas wird daher über die Leitune 38 ab- und in einen Abschreck-

kühler 40 eingeführt, in dem es abgekühlt und entwässert wird. Das gekühlte Gas strömt dann über die Leitung 42, die Pumpe 44 und die Leitung 46 zur Heizvorrichtung 48, in der es auf eine Temperatur von ungefähr 750 bis 1000⁰C erwärmt wird. Aus der Heizvorrichtung 48 strömt das erwärmte Gas über die Leitung 50 in den von der inneren Leitfläche 54 und der angrenzenden Wandung des Reaktors gebildeten ringförmigen Raum 52 und dann um den unteren Rand der Leitfläche 54 herum zurück zur Reduktionszone 12. Das Reduziergas strömt also in einem geschlossenen Kreislauf, der den Kühler 4⁷V die Pumpe 44. die Wicderaufheizvorrichtung 48 und die Reduktionszone 12 des Reaktors umfaßt, wobei dem Kreislauf frisches Reduziergas aus der Reformierzone 14 zugeführt wird. H

Eine bestimmte Menge des im Kreislauf geführten Reduziergases wird dem Reduziergaskreislauf über die

56 entnommen und einem Kühlkreislauf zugeführt, wie aus dem unteren Teil der Zeichnung ersichtlich ist. Das gekühlte Gas aus der Leitung 56 strömt also in die Leitung 58 und dann in den unteren Teil der Kühlzone 16 des Reaktors. Im einzelnen tritt das durch die Leitung 58 strömende Gas in einen durch eine kegelstumpfförmige Leitfläche 62 und die angrenzende Wandung des Reaktors gebildeten ringförmigen Raum 60 ein. Das Kühlgas strömt dann um den unteren Rand der Leitfläche 62 herum und aufwärts durch das Schwammeisenbett innerhalb der Kühlzone hindurch. Nach Durchströmen der Kühlzone strömt das Gas in einen durch die kegelstumpfförmige Leitfläche 66 und die angrenzende Wandung des Reaktors gebildeten ringförmigen Raum 64 und dann über die Leitung 68 aus dem Reaktor hinaus und in einen A'oschreckkühler 70, in dem es abgekühlt und entwässert wird.

Aus dem Kühler 70 strömt das gekühlte Gas über die Leitungen 72 und 74 einer Pumpe 76 zu, die es in die Leitung 58 fördert, durch die es dann in die Kühlzone 16 zurückgeführt wird. Ein Teil des zurückgeführten Kühlgases wird uem Kühlkreislauf über die mit einem Durchflußstrom-Stellglied 80 versehene Leitung 78 entnommen und an einen geeigneten Speicherplatz oder an eine Stelle, an der es als Brennstoff verwendet werden kann, geleitet. Koksofengas kann gegebenenfalls der Leitung 22 über eine ein Durchflußstrom-Stellglied 84 enthaltende Leitung 82 entnommen und in die Leitung 58 eingespeist werden, um so den Kühlkreislauf mit Frischgas zu versorgen.

Wie sich aus der vorhergehenden Beschreibung ergibt, stellt die vorliegende Erfindung ein außerordentlieh wirksames Verfahren für die Aufbereitung und Verwendung eines reformierten Koksofengases bei der direkten Reduktion von Eisenerz zu Schwammeisen bereit Wie bereits erwähnt, läßt sich Schwammeisen bekanntlich vorteilhaft mit der Eisenerzbeschickung eines Hochofens vermischen, um dessen Produktivität zu verbessern. Hochöfen befinden sich zudem meist an Standorten, an denen Koksofengas als Nebenprodukt anfällt Zwar läßt sich Koksofengas als Brennstoff verwenden und findet zur Zeit auch als solcher Verwendung, doch wird im vorliegenden Verfahren seine Brauchbarkeit wesentlich gesteigert, indem es als einer der Ausgangsstoffe einer chemischen Reduktionsreaktion eingesetzt wird. Da die kataiytische Umsetzung des Wasserdampf/ Methan-Gemisches innerhalb der Reformierzone 14 des Reaktors 10 durchgeführt wird, erübrigt sich zudem der Einsatz einer separaten katalytischen Reformieranlage, so daß also eine außerordentlich wirtschaftliche Gasreformierstufe geboten wird.

Aus der vorhergehenden Beschreibung dürfte ersichtlich sein, daß die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitsteilt, die zur Lösung der eingangs aufgeführten Aufgaben geeignet ist. Damit steht also ein außerordentlich wirtschaftliches Verfahren für die Reformierung eines methanhaltigen Gases zwecks Steigerung seiner Wirksamkeit als Reduziermittel für Eisenerz zur Verfügung. In den Fällen, in denen Koksofengas verwendet wird, ist die gesteigerte Wirksamkeit teilweise darauf zurückzuführen, daß das Nebenprodukt Koksofengas, das sonst als Brennstoff dienen würde, als chemischer Rohstoff Verwendung findet und teilweise darauf, daß die Reformierreaktion innerhalb des Reduktionsreaktors statt in einer separaten katalytischen Reformieranlagc durchgeführt wird. Darüber hinaus erleichtert das vorliegende Verfahren die !ritegraiic" eines SchwarurriCiscnprodüküCmsbcincbcS mit vorhandenen Hochofen- und Koksofenanlagen, mit der sich eine Gesamtsteigerung der Hochofenproduktivität und eine Verbesserung der Wärmewirtschaft erzielen läßt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Reduktion von feinteiligem Eisenerz zu Schwammeisenteilchen in einem stehenden Bewegtbettreaktor mit einer Reduktionszone im oberen Teil desselben, in der ein heißes Reduziergas durch einen Teil des Bettes hindurchgeleitet wird, um darin befindliches Eisenerz zu Schwammeisen zu reduzieren, einer Kühlzone im unteren Teil des Reaktors zur Abkühlung des Schwammeisens und einer zwischen der Reduktionszone und der Kühlzone gelegenen Zone, dadurch gekennzeichnet, daß man

einen regulierbaren Wasserdampfstrom und einen regulierten Gasstrom, welcher bis zu 30 VoL-% Methan enthält, vermischt,

das erhaltene Gemisch außerhalb des Reaktors auf eine Temperatur von 700 bis 900⁰C erwärmt,
das heiße Gasgemisch dem Reaktor zuführt, wobei das Gasgemisch die Zwischenzone in Berührung mit dem darin befindlichen eisenhaltigen Material passiert, um dieses Gas zu reformieren und den Anteil der darin enthaltenen Reduzierbestandteile zu erhöhen, und das reformierte Gas der Reduk-ionszone zuführt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlzone einen Teil eines Kreislaufes bildet, durch den ein Kühlgas gepumpt wird. Kühlgas aus dem Kreislauf in geregelter Menge je Zeiteinheit zugelassen und ein bis zu ungefähr 30 Vol.-% Methan enthaltende". Gas dem Kreislauf als Frischgas zugeführt wird.

3. Verfahren nach Ansprach 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem methanhaltigen Gas um Koksofengas handelt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlzone einen Teil eines Kreislaufes bildet, durch den ein Kühlgas gepumpt wird, Kühlgas aus dem Kreislauf in geregelter Menge je Zeiteinheit abgelassen und dem Kühlkreislauf Frischgas zugeführt wird, wobei das Frischgas sowohl aus Koksofengas als auch aus gekühltem Reduziergas aus der Reduktionszone besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlzone einen Teil eines Kreislaufes bildet, durch den das Reduziergas gepumpt wird, Kühlgas aus dem Kreislauf in geregelter Menge je Zeiteinheit abgelassen und der Kühlzone Frischgas in einer solchen Menge je Zeiteinheit zugeführt wird, daß eine Gasströmung aus der Kühlzone aufwärts in die Zwischenzone entsteht.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Wasserdampf zu Methan im gasförmigen Gemisch zwischen 1 :1 und 1,5 :1 liegt.