DE3138145A1 - Process for the direct reduction of iron ore - Google Patents
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Abstract
Description
Verfahren zur Direkreducktion von Eisenerz Process for direct credit of iron ore
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zu Direktreduktion von Eisenerz nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for the direct reduction of iron ore according to the preamble of claim 1.
Bei der Direktreduktion von Eisenerz ist es bekannt, das hierfür erforderliche Reduktionsgas in einem Reformer durch Spalten von Erdgas (Methan) zu erzeugen. Das so hergestellte Reduktionsgas - aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff bestehend - wird einem Reduktionsschacht zugeleitet, der mit Eisenerzpellets gefüllt ist. Das bei der Reduktion entstehende Gichtgas wird dann dem Reformer zugeführt und zur Spaltung des Erdgases verwendet. Dieses Verfahren ist energieaufwendig und aufgrund ständig steigender Erdgaspreise kostspielig.In the direct reduction of iron ore, it is known that this is necessary Generating reducing gas in a reformer by cracking natural gas (methane). That thus produced reducing gas - consisting of carbon monoxide and hydrogen - is fed to a reduction shaft which is filled with iron ore pellets. That at The furnace gas resulting from the reduction is then fed to the reformer and used for cleavage of natural gas is used. This process is energy consuming and due to constant rising natural gas prices costly.
Bekannt ist ferner die Vergasung von Kohle mit Sauerstoff in flüssigem Eisen, wobei beispielsweise in einen ein Eisenbad enthaltenden Konverter Sauerstoff und feinteilige Kohle etwa über bodenblasende Düsen eingeblasen wird. Hierbei erhält man ein sehr kohlendioxidarmes Kohlenmonoxid mit etwas Wasserstoff - letzterer aus den flüchtigen Bestandteilen der Kohle -, wobei dieses Gas zugleich einen äußerst niedrigen Schwefelgehalt aufweist, da der durch die Kohle eingebrachte Schwefel in der Schlacke verbleibt, die sich auf dem Eisenbad befindet und mit dieser Schlacke von Zeit zu Zeit aus dem Reaktionsgefäß entfernt wird.The gasification of coal with oxygen in liquid is also known Iron, for example oxygen in a converter containing an iron bath and finely divided coal is blown in via bottom-blowing nozzles, for example. Here receives a very low-carbon carbon monoxide with a little hydrogen - the latter the volatile constituents of coal - this gas at the same time being extremely has a low sulfur content, as the sulfur brought in by the coal remains in the slag that is on the iron bath and with this slag is removed from the reaction vessel from time to time.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, das weniger energieaufwendig und kostengUnstiger ist.The object of the invention is to provide a method according to the preamble of To create claim 1 that is less energy-consuming and cheaper.
Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.This task is according to the characterizing part of the claim 1 solved.
Hierdurch wird zugleich eine ökonomische Lösung für das Problem der Klärschlammbeseitigung geliefert, dessen Vernichtung vielerorts Problume bereitet. Die Lösung, den bei der Städtentwässerung anfallenden Klärschlamn im Meer zu versenken,.zeigt nämlich mehr und mehr nachteilige Folgen infolge Meeresverschmutzung und muß daher auf Dauer eingestellt werden.This also provides an economical solution to the problem of Sewage sludge disposal supplied, the destruction of which is preparing Problume in many places. The solution to sink the sewage sludge from urban drainage in the sea, shows namely more and more adverse consequences as a result of marine pollution and must therefore can be set permanently.
Der verwendete Klärschlamm wird in dem Eisenbad bei Temperaturen über 1000° C in Anwesenheit von geringen Mengen Wasser sowie von Sauerstoff in gasförmiges Kohlenmonoxid und Wasserstoff zersetzt, wobei die zur Aufheizung der Reaktionsteilnehmer auf diese Temperaturen und zur Zersetzung des Klärschlamns durch die Reaktion C + 1/2 O2 # Co - 26.420 kcal/Mol (bei Raumtemperatur) aufgebracht wird. Das so entstehende Kohlennonoxid dient ebenfalls anschließend zur Reduktion von Eisenerz.The sewage sludge used is in the iron bath at temperatures above 1000 ° C in the presence of small amounts of water and oxygen in gaseous form Carbon monoxide and hydrogen decompose, with the heating of the reactants to these temperatures and to the decomposition of the sewage sludge by reaction C + 1/2 O2 # Co - 26,420 kcal / mol (at room temperature) is applied. The resulting Carbon monoxide is then also used to reduce iron ore.
Der Klärschlamm wird vor dem Einbringen in das flüssige Eisen gegebenenfalls zusammen mit der Kohle getrocknet, und zwar vorzugsweise auf einen W8ssergehalt von 5 bis 25 %.The sewage sludge is optionally before being introduced into the liquid iron dried together with the coal, preferably to a water content from 5 to 25%.
Bei der Erzeugung des Reduktionsgases ist es wichtig, daß die Gasumsetzung im flüssigen Eisen, bei der erhebliche Gasmengen entstehen, sehr gleichmäßig erfolgt. Verzögerrngen in der Gasentwicklung - Siedeverzüge - können durch dann erfolgende plötzliche, sehr starke Gasentwicklungen schwerwiegende Betriebsstörungen zur Folge haben. Zur Vermeidung hiervon wird Kalk eingesetzt, der zweckmäßigerweise zusammen mit dem Sauerstoff eingeblasen wird. Durch das Einbringen des Kalks wird zugleich eine basische Schlacke gebildet, die den mit dem Klärschlamm und der Kohle eingebrachten Schwefel aufnürrnt. Diese Schlacke hat beispielsweise Gehalte von 40% CaO, 40% SiO2, 15% A1203 und 58 MgO sowie einen Schmelzpunkt im Bereich von 1250 bis 1350° C. Durch die Bildung einer derartigen Schlacke ist die Reaktionstemperatur auf etwa 1300 bis 1400° C definiert.When generating the reducing gas, it is important that the gas conversion occurs very evenly in liquid iron, which produces considerable amounts of gas. Delays in the development of gas - boiling delays - can be caused by then occurring Sudden, very strong gas developments result in serious operational disruptions to have. To avoid this, lime is used, which is expediently combined with which oxygen is blown in. By introducing the lime, at the same time a basic slag is formed, which is brought in with the sewage sludge and the coal Sulphurous. This slag has, for example, contents of 40% CaO, 40% SiO2, 15% A1203 and 58 MgO as well as a melting point in the range from 1250 to 1350 ° C. Avg the formation of such a slag is the reaction temperature to about 1300 defined up to 1400 ° C.
Die Einstellung dieser Reaktionstemperatur des flüssigen Eisenhades erfolgt durch die zugegebene Menge an Klärschlamm. Bei steigender Tem- peratur wird die Klärschlammzugabe verstärkt, bei fallender Temperatur verringert.The setting of this reaction temperature of the liquid iron had takes place through the added amount of sewage sludge. When the temperature rises temperature the addition of sewage sludge is increased and decreased with falling temperature.
Wenn beispielsweise keine genügenden Mengen an Klärschlamm zur Verfügung stehen, kann die Temperatur auch durch Einblasn von Gicltgas aus der Direktreduktionsanlage geregelt werden. Dieses Gichtgas hat einen CO2-Gehalt von etwa 30%. Die Umsetzung dieses CO2-Gehalts mit dem Kohlenstoff des Eisenbades entsprechend C + C02 # 2 Co + 41.210 kcal/Mol (bei Raumtemperatur) ist eine stark wärmeverbrauchende Reaktion, so daß die Temperatur des Eisenbades durch Einblasen von Gichtgas geregelt werden kann.For example, if there are insufficient quantities of sewage sludge available the temperature can also be set by blowing in nitrogen gas from the direct reduction plant be managed. This furnace gas has a CO2 content of around 30%. The implementation this CO2 content with the carbon of the iron bath corresponding to C + C02 # 2 Co + 41,210 kcal / mol (at room temperature) is a very heat consuming reaction, so that the temperature of the iron bath can be regulated by blowing in furnace gas can.
Das Eisenbad ist eine mit Kohlenstoff gesättigte Eisen-Kohlenstofflegierung mit ca. 4% Kohlenstoff Eventuell durch den Klärschlamm eingebrachtes Kupfer und Chrom reichern sich allmählich in dieser Eisen-Kohlenstofflegierung an und werden mit dem flüssigen Eisen nach längerer Eetriebszeit abgestochen.The iron bath is an iron-carbon alloy saturated with carbon with approx. 4% carbon, possibly copper introduced by the sewage sludge and Chromium gradually accumulates and becomes in this iron-carbon alloy tapped with the liquid iron after a long period of operation.
Das in dem Eisenbadreaktor entstehende Reduktionsgas im wesentlichen bestehend aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff besitzt eine Temperatur von etwa 1300 bis 14000 C und wird daher auf etwa 9000 C - zweckmäßig unter Erzeugung von Dampf oder sonstiger Nutzung der dabei entstehenden Abwärme - abgekhhlt und dann direkt ohne Zwischenbehandlung in ein Gefäß zur Eisenerzreduktion, vorzugsweise einen Reduktionsschacht, e ingeblasen.Essentially the reducing gas produced in the iron bath reactor consisting of carbon monoxide and hydrogen has a temperature of about 1300 up to 14000 C and is therefore to about 9000 C - expediently with the generation of steam or other use of the resulting waste heat - cooled and then directly without intermediate treatment in a vessel for iron ore reduction, preferably a reduction shaft, e blown in.
Der das Eisenbad enthaltende Vergaser arbeitet zweckmäßigerweise mit einem Überdruck, der zum Transport des Reduktionsgases durch die Eisen erzschüttung in dem Gefäß zur Eisenerzreduktion ausreicht.The gasifier containing the iron bath expediently works with it an overpressure that is used to transport the reducing gas through the iron ore bed in the vessel is sufficient for iron ore reduction.
Das bei der Eisenerzreduktion entstehende Gichtgas, das etwa 60% der' chemischen Energie des eingeblasenen Reduktionsgases enthält, wird zweckmäßig zur Beheizung von Industrieöfen, etwa Vorwärmöfen für Walzwerke o.dgl., eingesetzt.The furnace gas produced during iron ore reduction, which accounts for about 60% of the ' contains chemical energy of the injected reducing gas, is expedient for Heating of industrial furnaces, such as preheating furnaces for rolling mills or the like. Used.
Klärschlamm enthält in der Regel in nicht unerheblicher Menge Schwermetalle wie Kupfer, Chrom, Quecksilber, Blei, Zink und Cadmium, wobei letzteres von besonderer Bedeutung ist. Durch das Abkühlen und Reini- gen des aus der Direktreduktionsanlage stammenden Gichtgases mit Hilfe eines Wäschers wird Cadmium zu Cadmiumoxid in diesem Wäscher oxidiert. Bei Anwesenheit von S@@-Ionen in genügender Menge kann sich ferner schwarlösliches Cadmiumsulfid bilden, das im Wäscherschlamm aufgenommen wird. Dann ist es nicht notwendig, den pH-Wert des Wäscherwassers zu kontrollieren, um zu vermeiden, daß Cadmiumoxid hierin gelöst wird. Der Cadmium-haltige Wäscherschlamm wird aus dem Wäscher entfernt, ausgepreßt und einer Verwendung zugeführt.Sewage sludge usually contains heavy metals in not inconsiderable amounts such as copper, chromium, mercury, lead, zinc and cadmium, the latter being of particular importance Meaning is. By cooling down and cleaning from the direct reduction plant cadmium is converted to cadmium oxide in the furnace with the help of a scrubber Washer oxidized. If S @@ ions are present in sufficient quantities, Form black soluble cadmium sulfide, which is absorbed in the scrubbing sludge. then it is not necessary to control the pH of the laundry water to avoid that cadmium oxide is dissolved therein. The cadmium-containing scrubbing sludge is turned off removed from the scrubber, squeezed out and put to use.
Ebenso sammelt sich Blei im Wäscherschlamm, während Zink bereits im Reduktionsschacht oxidiert, als Oxid im Wäscher ausgewaschen wird und sich ebenfalls im Wäscherschlamm sammelt.Lead also collects in the scrubbing sludge, while zinc is already in the Reduction shaft oxidizes, is washed out as oxide in the scrubber and likewise collects in the laundry sludge.
Wenn der Klärschlamm so hohe Quecksilbergekonzentrationen enthält, daß die gültigen Grenzwerte für Abgase überschritten werden, so kann hinter <1cm Wäscher ein Aktivkohlefilter zum Auffangen des Quecksilberdampfes vorgesehen werden.If the sewage sludge contains such high concentrations of mercury, that the valid limit values for exhaust gases are exceeded, can be behind <1cm Scrubber an activated carbon filter can be provided to collect the mercury vapor.
Beispiel In einem Reaktionsgefäß von 5,5 m Durchmesser und 4m Höhe befindet sich eine flüssige Eisen-Kohlenstofflegierung mit ca. 4t Kohlenstoff und gegebenenfalls anderen Legierungselementen. Die Temperatur beträgt 1350° C.Example In a reaction vessel with a diameter of 5.5 m and a height of 4 m there is a liquid iron-carbon alloy with approx. 4t carbon and possibly other alloying elements. The temperature is 1350 ° C.
In dieses Eisenbad werden stündlich t3.ooo kg feinteilige Kohle mit einem C-Gehalt von 84%, 7.400 kg Klärschlamm mit einem Wassergehalt von 15% sowie 10.200 Nm3 Sauerstoff mit 1170 kg Kalk eingehlasen. Es entstehen stündlich 30.ooo Nm3 eines Gases bestehend aus 79% CO, o,24 % CO2, 20% H2, 0,06% H2O und 0,7% N2.Every hour, t3,000 kg of finely divided coal are added to this iron bath a C content of 84%, 7,400 kg sewage sludge with a water content of 15% and 10,200 Nm3 of oxygen blown in with 1,170 kg of lime. There are 30,000 every hour Nm3 of a gas consisting of 79% CO, o, 24% CO2, 20% H2, 0.06% H2O and 0.7% N2.
Dieses Reduktionsgas wird in einem Dampfkessel auf 850°C abgekehrt und einem Reduktionsschacht zugeführt. Der Reduktionsschacht wird stündlich mit 36,4 t hämatitisches Eisenerz in Form von Pellets beschickt und erzeugt daraus 25,2 t Eisenschwamm mit einer Metallisierung von 93%. Das aus der Gicht des Reduktionsschachtes austretende Gichtgas wird in einem Wäscher auf 400 C abgekühlt. In dem Wäscher scheiden sich die mit dem Redukticnsgas aus dem Klärschlamm mitgeführten Schwermetalle als Oxide oder Sulfide ab.This reducing gas is turned off in a steam boiler to 850 ° C and fed to a reduction shaft. The reduction shaft is hourly with 36.4 t of hematitic iron ore in the form of pellets is charged and produces 25.2 t t sponge iron with a metallization of 93%. That from the gout of the reduction shaft Exiting furnace gas is cooled to 400 ° C. in a washer. Divorce in the washer the heavy metals carried along with the reducing gas from the sewage sludge are found to be Oxides or sulfides.
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