DE3119282A1

DE3119282A1 - Verfahren zur herstellung von reduziertem eisen

Info

Publication number: DE3119282A1
Application number: DE19813119282
Authority: DE
Inventors: Yasuo Hiroshima Fukada; Kimiaki Ohtawa; Masahiro Tokuda
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1980-12-04
Filing date: 1981-05-14
Publication date: 1982-07-01
Also published as: AU524903B2; JPS5811484B2; JPS5794508A; AU7049981A; US4376648A

Description

Henkel, Kern, Feiler ä-Hänzel t Patentanwälte

Registered Representatives

before the

European Patent Office

Möhlstraße 37 D-8000 München 80

Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Tel, 089/982085-87

Tokio, Japan Telex: 0529802 hnkl d

Telegramme: ellipsoid

FP/MHI-2462

4. Ma/

Verfahren zur Herstellung von reduziertem Eisen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von reduziertem Eisen durch Kontaktierung von Eisenerz mit einem reduzierenden Gas in einem Schachtofen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von reduziertem Eisen in einer Direktreduktionsanlage mit einem Schachtofen zum Reduzieren des Eisenerzes durch Kontaktierung (desselben) mit einem reduzierenden Gas sowie mit einem Dampfumformer (steam reformer) , der zur Erzeugung eines reduzierenden Gases aus gasförmigen Kohlenwasserstoffverbindungen dient und mit einer Einrichtung zum Erwärmen des gesamten oder eines Teils des dem Schachtofen zuzuführenden reduzierenden Gases ausgerüstet ist.

Bei einem derartigen Verfahren werden eine Verbesserung der Produktionsgeschwindigkeit bzw. -leistung an reduziertem Eisen pro Volumeneinheit des Schachtofens und eine Herabsetzung der pro Mengeneinheit an reduziertem Eisen benötigten Menge an reduzierendem' Gas ("Gasnutzungsgrad") angestrebt, weil dies

wesentliche, für die Wirtschaftlichkeit der Anlage ausschlaggebende Faktoren darstellen.

Im allgemeinen lassen sich Produktionsleistung und Gasnutzungsgrad eines Schachtofens durch Erhöhung seiner Arbeitstemperatur und seines Arbeitsdrucks verbessern. Normalerweise liegt die industrielle Arbeitstemperatur eines Schachtofens , bezogen auf die Temperatur des ihm zugeführten Gases, bei 750° - 900⁰C, während sein Arbeitsdruck bei 1 - 4 bar (atmospheres) im Schachtofen-Oberteil liegt.

Die zulässige Betriebs- oder Arbeitstemperatur eines Schachtofens hängt- jedoch von der Erweichungs- bzw. Verklurrpungstemperatur (tackifying temperature) des zu verarbeitenden Eisenerz ab. Wenn ein Eisenerz mit niedrigem Verklumpungstemperaturpunkt bei einer diesen übersteigenden Temperatur verarbeitet wird, verbindet es sich zu Klumpen (clusters) bzw. sintert zusammen; im Falle einer starken Klumpenbildung ist dann der normale Betrieb des Schachtofens nicht mehr durchführbar.

Der Betriebs- bzw. Arbeitsdruck eines Schachtofens wird andererseits durch bautechnische Probleme eingeschränkt; eine Erhöhung dieses Drucks erfordert nämlich eine Erhöhung der Druckfestigkeit und anderer, einschlägiger Faktoren. Bei höherem Druck wird es zudem schwierig, einen Austritt des reduzierenden Gases aus dem betreffenden Gassystem über die Eisenerz-Beschickungsvorrichtung und die -Austragungsvorrichtung des Schachtofens zu verhindern; außerdem tritt dabei in erhöhtem Maße eine Ausscheidung oder Absetzung von Kohlenstoff vom reduzierenden Gas im Schachtofen auf. Aus den genannten Gründen kann der Arbeitsdruck nicht über eine bestimmte Größe hinaus erhöht werden.

Neben Arbeitstemperatur und -druck sind die Betriebsparameter eines Schachtofens bezüglich Produktionsleistung und

• 1 * *

Gasnutzungsgrad auch von der Zusammensetzung des reduzierenden Gases abhängig. Das reduzierende Gas besteht normalerweise aus Wasserstoff (H₂) und Kohlenmonoxid (CO) als Hauptkomponenten sowie kleinen Mengen an Wasserdampf (H₂O), Kohlendioxid (CO₂), Methan (CH₄) und Stickstoff (N₂).

Die Reduktion von Eisenerz durch Kontaktierung desselben mit einem reduzierenden Gas in einem Schachtofen läuft beispielsweise nach folgenden Reaktionsgleichungen ab:

Fe₂O₃ + 3H₂ = 2Fe + 3H₂O
Fe₂O₃ + 3CO = 2Fe + 3CO₂

Genauer gesagt: Eisenerz wird durch H₃ und CO im reduzierenden Gas bzw. Reduktionsgas zu reduziertem Eisen reduziert, wobei gleichzeitig H₂ und CO anfallen. Wenn daher die Konzentration an H- und CO des Reduktionsgases möglichst groß und diejenige an H₃O und CO₂ möglichst niedrig gewählt werden/ können die Reduktionsgeschwindigkeit des Eisenerzes maximiert und eine große Eisenerzmenge mit einer kleinen Reduktionsgasmenge reduziert werden. Dies bedeutet, daß Produktionsleistung und Gasnutzungsgrad des Schachtofens verbessert werden können, je höher die H₃- und CO-Konzentration des Reduktionsgases und je niedriger seine H₃O- und C0₂-Konzentration sind.

Wenn jedoch ein Schachtofen mit einem Reduktionsgas hoher H₂- und CO-Konzentration und niedriger H₃O- und CO -Konzentration betrieben wird, ergibt sich die Schwierigkeit, daß im Schachtofen eine erhebliche Kohlenstoffabtrennung bzw. -abscheidung auftritt. Im Fall einer größeren Kohlenstoff abscheidung erhöht sich der Strömungswiderstand für das Reduktionsgas im Schachtofen. Dies führt zu bautech-

nischen Schwierigkeiten in Verbindung mit einer Erhöhung der Förderleistung für das Reduktionsgas sowie einer Erhöhung des Ofen-Innendrucks, und in manchen Fällen wird sogar die normale Betriebsdurchführung des Schachtofens unmöglich.

Es wird angenommen, daß die Kohlenstoffabtrennung oder -abscheidung (carbon separation) in einem Schachtofen hauptsächlich nach der folgenden Boudouardschen Gleichgewichts gleichung abläuft:

2CO = C + CO₂

Wenn daher die Konzentration des Reduktionsgases an C0_ und H₂O ("Oxidationsgrad") verringert wird, erhöht sich die Kohlenstoffabtrennung entsprechend; im normalen Betriebstemperaturbereich des Schachtofens von 750 - 900⁰C ist die Kohlenstoffabtrennung um so größer, je niedriger die Temperatur und je höher der Arbeitsdruck sind. Wie sich aus obiger Reaktionsgleichung ergibt, führt eine Zunahme der Kohlenstoffabtrennung zu einer Vergeudung an Reduktionsgas und zu einer Erhöhung des Oxidationsgrads des Reduktionsgases .

Wenn ein Eisenerz mit besonders niedriger Verklumpungstemperatur (stickifying temperature) einer Direktreduktionsbehandlung unterworfen wird, wird derzeit üblicherweise nur mit einem Reduktionsgas mit verbessertem Oxidationsgrad gearbeitet. Dies bedeutet eine unwirtschaftliche Arbeitsweise zu Lasten der Produktionsleistung und des Nutzungsgrads des Reduktionsofens.

Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von reduziertem Eisen, welches die vorstehend geschilderten Schwierigkeiten, nämlich

daß zur Unterdrückung der Kohlenstoffabtrennung im Schachtofen· mit einem Reduktionsgas mit verbessertem Oxidationsgrad, jedoch auf Kosten der Produktionsleistung und des Gasnutzungsgrads des Schachtofens gearbeitet wird, völlig vermeidet und die höchst wirtschaftliche Herstellung von reduziertem Eisen mittels eines Reduktionsgases mit niedrigem Oxidationsgrad unter Vermeidung des Problems der Kohlenstoffabtrennung im Schachtofen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im beigefügten Patentanspruch gekennzeichneten Maßnahmen gelöst.

Mit der Erfindung wird also ein Verfahren zur Herstellung (Erzeugung) von reduziertem Eisen in einer Direktreduktionsanlage mit einem Schachtofen als Reduktionsofen und einem Dampfumformer zur Erzeugung eines Reduktionsgases aus gasförmigen Kohlenwasserstoffverbindungen und mit einer Einrichtung zum teilweisen oder vollständigen Erwärmen des dem Schachtofen zuzuführenden Reduktionsgases geschaffen, bei dem von außerhalb des Systems entweder H₃S oder ein in einem Reduktionsgas H-S liefernder Stoff zusätzlich in das Reduktionsgas eingeführt wird, derart, daß die Schwefelwasserstoff- bzw. ^S-Konzentration im Reduktionsgas an einem Einlaß am Schachtofen bei 10-100 Volumen-ppm (Volumenteile pro Million Teile) liegt; vorzugsweise erfolgt die Einführung in das Reduktionsgas, bevor dieses in der Heizeinrichtung erwärmt wird.

Bei der Durchführung des vorstehend umrissenen Verfahrens können Produktionsleistung und Gasnutzungsgrad des Schachtofens, welche die Wirtschaftlichkeit einer Direktreduktionsanlage bestimmen, verbessert werden, während die den Betrieb der Direktreduktionsanlage erschwerende Kohlenstoffabtrennung im Schachtofen und in der Reduktionsgas-Heizeinrichtung unterdrückt werden kann.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zum Stand der Technik und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer für die experimentielle Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens angewandten Versuchsanlage.

Zunächst ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zum Stand der Technik anhand der in Fig. 1 schematisch dargestellten Direktreduktionsanlage beschrieben.

Gemäß Fig. 1 ist ein Dampfumformer bzw. -reformierer 1 zur Erzeugung eines Reduktionsgases vorgesehen, wie er in der chemischen Industrie verbreitet verwendet wird. Im Dampfumformer 1 ist eine Reformierröhre 2 vorgesehen, die mit einem Katalysator zum Reformieren bzw. Umformen von gasförmigen Kohlenwasserstoffverbindungen gefüllt ist. Ein über ein Speiserohr 3 zugeführtes Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial wird mit dem über ein Dampf-Speiserohr 4 zugeführten Wasserdampf vermischt und dann in die Reformierröhre 2 eingeleitet, in welcher das Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial mit dem Wasserdampf zu einem reduzierenden bzw. Reduktionsgas umgesetzt wird. Da außerdem mit dem Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial Kohlendioxid (CO₂) unter Erzeugung eines Reduktionsgases reagiert, kann ein Teil des über das Speiserohr 4 der Reformierröhre 2 zugeführten Wasserdampfes durch CO, ersetzt werden und gemeinsam mit dem Kohlenwasserstoff und dem Wasserdampf in die Reformierröhre 2 eingeführt werden.

Die für die Reformierung bzw. Umformung erforderliche Wärme wird durch Verbrennung eines Brennstoffs, der über ein entsprechendes Speiserohr 5 zugeführt wird, und erforderlichenfalls eines Teils des über eine Leitung 13 zugeführten Ofengases geliefert.

Das im Dampfumformer 1 erzeugte Reduktionsgas wird über eine Leitung 6 abgezogen und nach dem Vermischen mit einem reproduzierten, über eine Leitung 21 umgewälzten Reduktionsgas über eine Leitung 7 in einen Schachtofen 8 eingespeist.

Das in den Schachtofen 8 eingespeiste Reduktionsgas kontaktiert im Gegenstrom das Eisenerz, das in Richtung des Pfeils B über einen Erzförderer 9 eingegeben wird und den Schachtofen 8 in Abwärtsrichtung durchströmt. Auf diese Weise wird das Eisenerz reduziert. Dabei bewirkt ein Teil des im Reduktionsgas enthaltenen H- und CO die Reduzierung des Eisenerzes unter Umwandlung zu H-O und CO-. Nach der Reduzierung des Eisenerzes wird das Reduktionsgas als Ofengas über ein entsprechendes Abziehrohr 11 abgezogen und in einen Wäscher 12 eingeführt.

Das reduzierte Eisenerz wird seinerseits in Richtung des Pfeils C mittels einer Produkt-Austragvorrichtung 10 ausgetragen .

Das in den Wäscher 12 eingeleitete Ofengas wird in diesem mit Wasser gespült bzw. gewaschen, wobei ihm der größte Teil der Staubanteile, wie Eisenerzpulver, und des Dampfes entzogen wird. Ein Teil des aus dem Wäscher 12 austretenden Ofengases wird über eine Leitung 16 mittels eines Gasumwälz-Kompressors 15 einem CO_-Abscheider 17 zugeführt, um erneut als Reduktionsgas wieder^jverwendet zu werden, wobei der größte Teil der im Ofengas enthaltenen sauren Gase, wie Kohlendioxid (CO-) und Schwefelwasserstoff (H-S), durch

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den CO--Abscheider 17 abgetrennt wird. Der CO₂-Abscheider 17 kann nach den üblichen MEA-Verfahren unter Verwendung einer wässrigen Monoäthanolamin-Lösung als absorbierende Flüssigkeit sowie Benfield-Verfahren unter Verwendung eines wässrigen Lösungsgemisches aus K CO. und Diäthanolamin als absorbierende Flüssigkeit arbeiten. Das im Abscheider 17 von sauren Gasen, wie CO-» EUS usw., befreite Ofengas wird als reproduziertes Reduktionsgas über eine Leitung 18 in einen Reduktionsgas-Heizofen 20 eingeleitet. In letzerem wird dieses Reduktionsgas mittels der Verbrennungswärme, die von dem über das Speiserohr 22 zugeführten Brennstoff und einem Teil des über die Leitung 14 zugeführten Ofengases geliefert wird, erwärmt und sodann über eine Leitung 21 abgezogen, um gemeinsam mit dem über die Leitung 6 vom Dampfumformer 1 gelieferten Reduktionsgas dem Schachtofen 8 zugeführt zu werden.

Wie eingangs erwähnt, war es bei der beschriebenen Direktreduktionsanlage zur Verhinderung einer Kohlenstoffabtrennung im Schachtofen 8 erforderlich, den Ojcidationsgrad des dem Schachtofen 8 zugeführten Reduktionsgases einzustellen. Dies erfolgte bisher durch unmittelbare Umwälzung eines Teils des Ofengases in das Reduktionsgas über eine Überbrückungsleitung 19 für den CO₃-Abscheider 17 oder durch unmittelbare Einblasung von Wasserdampf oder Kohlendioxid in das Reduktionsgas. Wie erwähnt, geht eine derartige Erhöhung des Oxidationsgrades des Reduktionsgases zu Lasten der Produktionsleistung und des Gasnutzungsgrads des Schachtofens

Für die Unterdrückung der Kohlenstoffabtrennung bzw. -abscheidung an einer Heizrohrwand einer Direktreduktionsanlage unter Verwendung eines Reduktionsgases, das durch Verarbeitung eines Rohmaterials für Kohlenwasserstoffverbindungen mit Schwefelgehalt, z.B. Schweröl, nach einem Partial- bzw. Teiloxidationsverfahren erhalten wurde, ist beispielsweise ein Verfahren bekannt, bei dem dem Reduktions-

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gas ein gewisser Schwefelgehalt erteilt wird, in_wdem die Entschwefelungsrate in einer für das Reduktionsgas vorgesehenen Entschwefelungsanlage variiert wird (vergleiche z.B. JA-AS 54-40203).

Bei diesem Verfahren erfolgt die Einstellung der Schwefelkonzentration im Reduktionsgas durch Änderung der Entschwefelungsrate in der Entschwefelungsanlage mittels einer Änderung der Spülflüssigkeitsmenge oder der Verweilzeit in der Entschwefelungsanlage, so daß bei diesem Verfahren auch der Beseitigungsgrad für saure Gase, wie Kohlendioxidgas, das im wesentlichen entfernt werden sollte, in Abhängigkeit vom Entschwefelungsgrad in der Entschwefelungsanlage ebenfalls variiert. Mit anderen Worten: Wenn einem Reduktionsgas nach diesem Verfahren ein Schwefelgehalt erteilt werden soll, wird natürlicherweise sein Oxidationsgrad verbessert, so daß dieses Verfahren der Erfindungsaufgabe der Verbesserung von Produktionsleistung und Gasnutzungsgrad eines Schachtofens zuwiderläuft.

Bei einer Direktreduktionsanlage unter Verwendung eines Dampfumformers ist es andererseits auf noch zu erläuternde Weise unmöglich, einem Ausgangsmaterial-Kohlenwasserstoffgas in einem Reduktionsgas einen Schwefelgehalt zu erteilen.

Die genannte Aufgabe der Erfindung wird also dadurch gelöst, daß einem in einem entsprechenden System enthaltenen Reduktionsgas von ,außen her Schwefel zugeführt wird, ohne dabei den Oxidationsgrad des Reduktionsgases zu erhöhen. Vorzugsweise wird auch angestrebt, gleichzeitig die Kohlenstoffabtrennung bzw. -abscheidung auf einer Heizrohrwand im Heizofen dadurch zu unterdrücken, daß die Lage, in welcher der Schwefel von außerhalb des Systems zugeführt wird, in eine dem Heizofen für das Reduktionsgas vorgeschaltete Position verlegt wird.

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Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird insbesondere ein Reduktionsgas mit niedrigem Oxidationsgrad verwendet, in das von außerhalb des Reduktionsgassystem^{s H}2^{S oder} ein im Reduktionsgas H₃S erzeugender Stoff eingeführt wird, so daß das in den Schachtofen einzublasende Reduktionsgas H„S in einer Konzentration von 10 Volumenteilen pro Million Teile oder mehr und vorzugsweise 10 - 100 Volumenteile pro Million Teile enthält. Die Reduktion des Eisenerzes kann somit ohne jede Störung durch Kohlenstoffabtrennung bzw. -abscheidung mittels eines Reduktionsgases mit niedrigem Oxidationsgrad erfolgen, das bisher wegen einer stärkeren Kohlenstoffabtrennung im Schachtofen nicht verwendet werden konnte, wobei außerdem die Reduktionsgeschwindigkeit des Eisenerzes erheblich vergrößert werden kann. Wenn hierbei das Reduktionsgas vor seiner Erwärmung i^m Heizofen H₀S oder ein H^S lieferndes Material enthält, insbesondere bevor das Reduktionsgas bei der Erwärmung im Heizofen eine Temperatur von 500⁰C erreicht, kann auch die Abtrennung oder Ab scheidung von Kohlenstoff auf einer Reduktionsgas-Heizrohrwand verhindert werden, die sich bisher als problematisch erwies. (Es ist darauf hinzuweisen, daß bei einer Erwärmung des Reduktionsgases auf bis zu 500⁰C oder darunter nur eine geringe Kohlenstoffabtrennung bzw. -abscheidung auftritt.)

Gemäß Fig. 1 wird über ein Zufuhrrohr A entweder H₃S oder ein Stoff, der in einem Reduktionsgas ohne weiteres H-S abzugeben vermag, beispielsweise CS₂, (NH.)_S usw., in einer solchen Menge in ein Reduktionsgas eingeführt, daß dieses am Einlaß des Schachtofens 8 eine H₂S-Konzentration von 10 Volumenteilen pro Million Teile oder mehr, vorzugsweise 10 - 100 Volumenteile pro Million Teile besitzt. Hierdurch läßt sich folgendes erreichen:

1. Elsenerz kann mit einem bisher nicht geeigneten Reduktionsgas niedrigen Oxidationsgrads reduziert werden,

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so daß sich Produktionsleistung und Gasnut2ungsgrad des Schachtofens 8 erheblich verbessern lassen, und

2. eine Abtrennung bzw. Abscheidung von Kohlenstoff auf einer Heizrohrwand im Reduktionsgas- bzw. Heizofen 20 kann vermieden werden.

Die Gründe dafür, weshalb H₃S oder ein schwefelhaltiger Stoffj wie CS₂, (NH₄J₃S o. dgl., von außen her in ein Reduktionsgassystem eingeführt wird, um dem Reduktionsgas einen H₃S-GeIIaIt zu verleihen, bestehen darin, daß in dem als Reduktionsgas-Erzeugungsanlage verwendeten Dampfumformer 1 der darin enthaltene ümform- bzw. Reformierkatalysator unter Herabsetzung seiner Aktivität durch den Schwefelgehalt verunreinigt werden würde, was eine ernstliche Beeinträchtigung der Erzeugung von Reduktionsgas nach sich ziehen würde; normalerweise ist nämlich die zulässige Schwefelkonzentration in einem Ausgangsgas für die Erzeugung von Reduktionsgas auf etwa 10 Volumenteile pro Million Teile oder darunter begrenzt. Aus diesem Grund ist es praktisch unmöglich, die Erfindungsaufgäbe dadurch zu lösen, daß dem im Ausgangsstoff enthaltenen Kohlenwasserstoff ein Schwefelgehalt erteilt wird. Bei der Verwendung von H₃S, das bei der Reduktion von Eisenerz bei der Reaktion zwischen dem im Eisenerz enthaltenen Schwefel und H- im Reduktionsgas erzeugt wird, muß ein Teil des Ofengases·unter Umgehung des CO„-Abscheiders 17 in das Reduktionsgas rückgeführt werden, weil das erzeugte H₃S anderenfalls im CO₃-Abscheider 17 zusammen mit dem CO₃ abgetrennt werden würde. Hierbei würde, ähnlich wie bei der vorher genannten JA-AS, zwangsläufig der Oxidationsgrad des Reduktionsgases ansteigen, so daß in diesem Fall die Erfindungsaufgabe nicht mehr gelöst werden würde.

Tatsächlich wurde bisher bei einer Direktreduktionsanlage unter Verwendung eines DampfUmformers zur Erzeugung von

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Reduktionsgas angestrebt, dem Reduktionsgas einen möglichst geringen Schwefelgehalt zu erteilen, um eine Verunreinigung des Reformierkatalysators und eine Verschlechterung der Güte des Endprodukts aufgrund eines vergrößerten Schwefelgehalts im hergestellten reduzierten Eisen zu verhindern.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird andererseits der Umform- bzw. Reformierkatalysator durch den Schwefelgehalt überhaupt nicht verunreinigt, und wenn die H^S-Konzentration im Reduktionsgas auf höchstens 100 Volumenteile pro .Million Teile begrenzt wird, steigt der Schwefelgehalt bzw. die Schwefelkonzentration im hergestellten reduzierten Eisen nicht wesentlich an. Eine Erhöhung der H₂S-Konzentration im Reduktionsgas auf 100 Volumenteile pro Million Teile oder darüber führt zu der Gefahr einer Erhöhung des Schwefelgehalts im hergestellten reduzierten Eisen. Eine derartige unnötige Erhöhung der H^S-Konzentration würde außerdem zu einer Vergrößerung der in das Reduktionsgassystem einzuführenden Menge an schwefelhaltigem Stoff führen, was vom wirtschaftlichen Standpunkt aus unvorteilhaft ist.

Wenn der schwefelhaltige Stoff gemäß Fig. 1 über die Leitung A in das Reduktionsgassystem eingeleitet wird, bevor das Reduktionsgas in der Heizanlage 20 erwärmt wird und etwa 500⁰C erreicht, kann auf vorher erwähnte Weise neben den vorstehend beschriebenen Wirkungen auch eine Abtrennung bzw. Ab scheidung von Kohlenstoff auf einer Heizrohrwandfläche in der Reduktionsgas-Heizanlage 20 verhindert werden.

Wie sich aus den vorstehenden Ausführungen ergibt, ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, das gesamte, über den Gasumwälζ-Verdichter bzw. -Kompressor 15 geleitete Ofengas in den CO₂-Abscheider 17 einzuführen, um dem Ofengas CO₂ praktisch vollständig zu entziehen. Das bisher verwendete überbrückungsrohr 19 wird somit überflüssig.

Das zur Einstellung der H₂S-Konzentration des Reduktionsgases

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in das Reduktionsgassystem eingeführte schwefelhaltige Material kann H-S selbst/ das leicht verfügbar ist und sich einfach handhaben läßt, oder ein beliebiger anderer Stoff sein/ der in einer Reduktionsgasatmosphäre ohne weiteres H₃S freizusetzen vermag. Geeignete derartige Stoffe sind CS₃ und (NH₄)₂S/ die ohne weiteres verfügbar sind und sich leicht handhaben lassen.

Neben der Direktreduktionsanlage mit dem Aufbau gemäß Fig. ist das erfindungsgemäße Verfahren auch auf die im folgenden beschriebene Anlage anwendbar.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist beispielsweise auf die Direktreduktionsanlage mit dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Aufbau anwendbar. Dabei wird das Reduktionsgas nach der Kühlung in einem in die Leitung 6 am Auslaß des Dampfumformers 1 eingeschalteten Kondensator zwecks Beseitigung des größten Teils seines Feuchtigkeitsgehalts am Auslaß des Dampfumformers 1 im Heizofen 20 wieder erwärmt und dann dem Schachtofen 8 zugeführt. Wahlweise kann die Anlage so aufgebaut sein, daß das Reduktionsgas zur Beseitigung des größten Teils seines Feuchtigkeitsgehaltes in einem am Auslaß des DampfUmformers 1 vorgesehenen Kondensator gekühlt, sodann im Heizofen 20 zusammen mit dem reproduzierten bzw. erneuerten, über das Rohr 18 umgewälzten Reduktionsgas erwärmt und anschließend dem Schachtofen 8 zugeführt wird.

Es wurde eine versuchsweise Herstellung von reduziertem Eisen mittels einer in kleinem Maßstab gehaltenen Versuchsanlage mit dem Ziel der industriellen Nutzbarmachung der Direktreduktionsanlage gemäß Fig. 1 durchgeführt.

Die bei diesen Versuchen verwendete Anlage ist in Fig. 2 schematisch veranschaulicht.

Bei diesen Versuchen wurde ein rechteckiger Schachtofen

mit einem Beschickungs- bzw. Füllvolumen an Eisenerz von etwa 125J1 verwendet. Der Austrag des reduzierten Eisens aus einer Reduktionszone des Schachtofens 108 erfolgte mittels pendelnder Bewegung einer Rüttelschiene (shuffle bar) 130, und die Eisenerzzufuhr erfolgte über eine Leitung B mittels eines Erzspeisers 109 in den Schachtofen 108 entsprechend der Austragmenge an reduziertem Eisen.

Nachdem ein Ofengas in einem Rieselturm 112 mit Wasser gespült bzw. berieselt worden ist, wird ein Teil des Ofengases mittels eines mit konstantem Volumen arbeitenden Gasverdichters in eine Monoäthanolamin-Reinigungssäule 117 eingeführt, um dem Ofengas den größten Teil der sauren Gasanteile zu entziehen, worauf das Ofengas in ein auf konstanten Druck und konstante Temperatur eingestelltes Wasserbad 131 eingeführt wird, um die Feuchtigkeitskonzentration des Reduktionsgases einzustellen.

Weiterhin werden CH«-Gas und Wasserdampf, durch einen Strömungsmengenregler 133 bzw. 134 jeweils auf vorbestimmte Durchsatzmenge eingestellt, in einen Dampfreformierer bzw. -umformer 101 zur Erzeugung eines Reduktionsgases eingeleitet, der an einen Auslaß eines Elektroofens 120 angeschlossen ist, worauf das Gasgemisch zusammen mit einem reproduzierten, im Elektroofen 120 erwärmten Reduktionsgas dem Schachtofen 108 eingespeist wird.

Der im Wasserbad 131 herrschende Druck wird mittels eines Druckreglers 132 geregelt, während der Arbeitsdruck im Schachtofen 108 durch einen Druckregler 135 so geregelt wird, daß der Druck im Rieselturm 112 konstant bleibt.

Zum Einsatz kommt folgendes Eisenerz:

Eisenerz:

schwedisches Erzeugnis (Handelsbezeichnung: MPR-Pellets)

Erζzusammensetzung:

Gesamteisengehalt
FeO-Konzentration

Gesamt-Matrixkonzentration

Schwefelgehalt
Phosphorgehalt

Gehalt an gebundenem
Wasser

67,9 Gew.-% 1,1 Gew.-%

2,82 Gew.-% 0,007 Gew.-% 0,015 Gew.-%

0,17 Gew.-%

Erzteilchengröße:

kugelförmige Pellets mit einer Größe von weniger als 31,5 mm sowie mit größeren Abmessungen gemäß Siebanalyse,

Versuch 1

Versuchsweise wurde ein dem bisherigen Verfahren ähnliches Verfahren durchgeführt, bei dem lediglich der Oxidationsgrad des Reduktionsgases erhöht wurde, ohne daß dem in einen Schachtofen 108 einzublasenden Reduktionsgas ein Schwefelgehalt verliehen wurde. Versuchsbedingungen und -ergebnisse sind nachstehend zusammengefaßt:

Reduktionsgastemperatur: 802⁰C - 806⁰C Schachtofen-Arbeitsdruck: 1 ,45 - 1,5 bar

Reduktionsgas-Zusammen-

setzung: H₂ 50,0 Vol.-%

CO 35,9 Vol.-%

CO₂ 2,8 Vol.-%

H₂O 9,4 Vol.-%

CH. 1,9 Vol.-%

Verwendete Reduktionsgasmenge :

Produktionsleistung des Schachtofens:

Zusammensetzung des hergestellten redu-

2,280 Nm /t reduziertes Eisen

4,5 t reduziertes Eisen/m

pro Tag

zierten Eisens: Metallanteil 92,28 %

Schwefelgehalt 0,006 %

Druckabfall im

Schachtofen: 810 - 835 mm Wassersäule /m

Nach Abschluß des Versuchs wurden die Heizrohre eines als Heizofen für das Reduktionsgas verwendeten Elektroofens 120 geöffnet und untersucht. Hierbei zeigte es sich, daß sich eine geringfügige Kohlenstoffmenge auf den Heizrohr-Wandflächen abgesetzt hatte.

Versuch 2

Es wurde ein Versuch entsprechend dem bisherigen Verfahren durchgeführt, bei dem ein niedriger Oxidationsgrad des Reduktionsgases gewählt und dem Reduktionsgas kein zusätzlicher Schwefelgehalt verliehen wurde. Die Versuchsbedingungen sind nachstehend zusammengefaßt:

Reduktionsgastemperatur: 803 bis 805⁰C Schachtofen-Arbeitsdruck: 1,45 bis 1,5 bar

Reduktionsgas-Zusammensetzung:

H₂	53,8
CO	40,4
co₂	0,5
H₂O	3,2
CH₄	2,1

Bei diesem Versuch stieg einige Stunden nach Versuchsbeginn der Druck am Einlaß des Schachtofens 108 auf einen hohen Wert any außerdem trat im Schachtofen 108 ein Hängen von Eisenerz (in der Gicht) auf, so daß sich die weitere Beschickung des Schachtofens 108 mit Eisenerz als unmöglich erwies. Darüber hinaus setzte sich an den Heizrohr-Wandflächen des Reduktionsgas-Heizofens 120 eine beträchtliche Kohlenstoffmenge ab.

- 18 Versuch 3

Es wurde ein Versuch durchgeführt/ bei dem H₃S über eine Leitung A in den als Heizofen für das Reduktionsgas benutzten Elektroofen 120 eingeblasen wurde, um die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielten Ergebnisse zu belegen. Versuchsbedingungen und -ergebnisse sind nachstehend zusammengefaßt:

Reduktionsgastemperatur: 801 - 807⁰C Schachtofen-Arbeitsdruck: 1,45 - 1,5 bar

Reduktionsgas-Zusammen- setzung: H₂	56,7	VoI.-%
CO	38,5	Vol.-%
co₂	0,7	VoI.-%
H₂O	2,6	Vol.-%
CH₄	1,5	Vol.-%
H-S	10,5	Vol.-%

Verwendete Reduktionsgasmenge: 1,970 Nm /t reduziertes

Eisen

Produktionsleistung des

Schachtofens: 6,8 t reduziertes Eisen/m

pro Tag

Zusammensetzung des hergestellten reduzierten Eisens: Metallgehalt 91,6 % ·

Schwefelgehalt 0,006%

Druckabfall im Schachtofen: 625 - 630 mm Wassersäule/m

Es stellte sich heraus, daß sich bei diesem Versuch nur eine geringfügige Menge an Kohlenstoff an den Rohrwänden des Reduktionsgas-Heizofens 120 abgesetzt hatte.

Versuch 4

Reduktionsgastemperatur: 804 - 806⁰C Schachtofen-Arbeitsdruck: 1,45 -1,5 bar

Reduktionsgas-Zusammensetzung: H- 56,3 Vol.-%

co ·	39,0	Vol.-%
Co₂	0,6	VoI.-%
	2,5	Vol.-%
CH₄	1,6	Vol.-%
H₂S	97 Volumenteile pro Million Teile

Verwendete Reduktionsgasmenge :

Produktionsleistung des Schachtofens:

2,130 Nm /t reduziertes Eisen

7,4 t reduziertes Eisen/m pro Tag

Zusammensetzung des hergestellten reduzierten Eisens: Metallgehalt 92,1 %

Schwefelgehalt 0,007 %

Druckabfall im Schachtofen:

632 - 641 mm Wassersäule/m

Eine Kohlenstoffablagerung auf den Rohrwänden des Reduktionsgas-Heizofens 120 war praktisch nicht zu beobachten.

Wie aus den vorstehenden Versuchen hervorgeht, kann beim erfindungsgemäßen Verfahren die für die Erzeugung einer Mengeneinheit an reduziertem Eisen benötigte Reduktionsgasmenge verringert werden (Verbesserung des Gasnutzungsgrads), die pro Volumeneinheit des Schachtofens erzeugte Menge an reduziertem Eisen kann vergrößert werden (Verbesserung der Produktionsleistung des Schachtofens), und zusätzlich wird der Druckabfall im Schachtofen verringert, wobei sich eine verringerte Kohlenstoffabtrennung bzw. -abscheidung im Schachtofen ergibt. Darüber hinaus kann auch eine Kohlenstoffabsetzung auf den Heizrohr-Wandflächen im Reduktionsgas-Heizofen unterdrückt werden.

Obgleich die Erfindung vorstehend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele erläutert ist, sind dem Fachmann selbstverständlich verschiedene Änderungen und Abwandlungen möglich, ohne daß vom Rahmen der Erfindung abgewichen wird.

Claims

Verfahren zur Herstellung von reduziertem Eisen Patentanspruch

1. Verfahren zur Herstellung von reduziertem Eisen in einer Direktreduktionsanlage mit einem Schachtofen zum Reduzieren von Eisenerz und einem Dampfumformer zur Erzeugung eines reduzierenden Gases bzw. Reduktionsgases aus gasförmigen Kohlenwasserstoffverbindungen sowie mit einer Einrichtung zum Erwärmen zumindest eines Teils eines dem Schachtofen zuzuführenden Reduktionsgases/ dadurch gekennzeichnet, daß entweder Schwefelwasserstoff oder ein in einem Reduktionsgas Schwefelwasserstoff erzeugender oder freisetzender Stoff zusätzlich in ein Reduktionsgassystem von dessen Außenseite her eingeführt wird, derart, daß die Schwefelwasserstoffkonzentration im Reduktionsgas an einem Einlaß des Schachtofens im Bereich von 10 - 100 Volumenteilen pro Million Teile liegt.