DE3529226A1

DE3529226A1 - Verfahren zum reformieren von hoeheren kohlenwasserstoffen und zur reduktion von metalloxiden

Info

Publication number: DE3529226A1
Application number: DE19853529226
Authority: DE
Inventors: Charles Walter Charlotte N.C. Sanzenbacher
Original assignee: Midrex International BV Rotterdam Zurich Branch
Current assignee: Midrex International BV Rotterdam Zurich Branch
Priority date: 1984-09-10
Filing date: 1985-08-14
Publication date: 1986-03-20
Also published as: CA1236982A; SE8504177L; AU4530285A; AT390081B; GB2164355A; GB8520684D0; ATA234085A; IT1187734B; GB2164355B; ZA856109B; JPS6173805A; IN164016B; BR8504028A; FR2570082A1; IT8522044A0; US4536213A; SE8504177D0

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reformieren von Kohlenwasserstoffen, Pentan und höheren Kohlenwasserstoffen, in die Reduktantien Kohlenmonoxid und Wasserstoff zur Verwendung als Reduktionsgas. Solche Gase werden üblicherweise zur direkten Reduktion von Metalloxiden in die metallisierte Form unter Verwendung von Reduktionsgasen verwendet. Die vorliegende Erfindung ist besonders gut für die direkte Reduktion von Eisen aus partikelförmigem Eisen oder Oxiden geeignet. Gegenwärtig verwenden die Verfahren, wie ein Verfahren zur direkten Reduktion von Eisen, Gase, wie Naturgas, welches hauptsächlich aus Methan (CH₁.) mit einigem Ethan (CpHg), Propan (CoHg) und Butan (CmH-q) besteht.

Naturgas enthält ebenfalls einige höhere Kohlenwasserstoffe, Pentan (0,-H-p), Hexan (C₇H../-), Heptan (CgH.n) usw..

Die zur Zeit in vielen Gebieten auf der Welt erhältlichen Naturgase zeigen erhöhte Konzentrationen dieser höheren Kohlenwasserstoffe (die in der vorliegenden Erfindung C_n- und mehr bedeuten). Bei diesen höheren Kohlenwasserstoffen ist ein stöchiometrisches Reformieren schwierig. Auch bei niedrigen Konzentrationen solcher höheren Kohlenwasserstoffe ist ein stöchiometrisches Reformieren ohne Ablagerung von Kohlenstoff auf dem Reformierkatalysator schwierig.

Es wurden geeignete Katalysatoren entwickelt,und im Handel sind Ausrüstungen erhältlich, welche höhere Kohlenwasserstoffe aus gasförmigen Brennstoffen extrahieren. Es besteht jedoch ein Bedürfnis danach, Naturgase, welche höhere Kohlenwasserstoffe enthalten, ohne spezielle Behandlung oder die Verwendung spezieller Katalysatoren für eine solche Behandlung zu verwenden.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur direkten Reduktion von Metalloxiden in einem Schachtofen-Direktreduktionsverfahren unter Verwendung von Gasen, welche

höhere Kohlenwasserstoffe enthalten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verwendung von Pentan und höheren Kohlenwasserstoffen in einem Direktreduktionsverfahren ohne spezielle Behandlung und ohne speziellen Reformierkatalysator zur Verfügung zu stellen.

Erfindungsgemäß wird ein Naturgas, welches höhere Kohlen-Wasserstoffe enthält, durch einen Teil der heißen Beschickung in einem Direktreduktions-Schachtofen geleitet, worauf das Gas entfernt und reformiert wird. Die höheren Kohlenwasserstoffe werden gecrackt und teilweise innerhalb des Ofens reformiert aufgrund der großen Oberfläche der Beschickung (burden), welche als Katalysator wirkt. Das Cracken der höheren Kohlenwasserstoffe verursacht ihre teilweise Reformierung in Kohlenmonoxid und Wasserstoff mit einer Kohlenstoffablagerung auf dem Material in der Beschickung. Dies ist vorteilhaft, weil zusätzlicher Kohlenstoff häufig in dem Endprodukt gewünscht wird. Der Hauptvorteil liegt jedoch darin, daß eine Kohlenstoffablagerung innerhalb des Reduktionsofen und nicht in dem Reformer angestrebt wird.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung und der Figuren näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Zeichnung eines erfindungsgemäßen Schachtofen-Direktreduktionsverfahrens, welches eine Heißproduktaustragung ergibt.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche eine Kaltproduktaustragung ergibt.

Mit Bezug auf Fig. 1 ist ein Schachtofen 10 mit einer Speiseeinrichtung, gezeigt als Speiserohre 12, an ihrem oberen Teil und einem Produktabzugs- oder Austragungsrohr 14

an ihrem unteren Teil versehen. Partikelförmige Oxide, wie Eisenoxid in Form von Klumpen oder Pellets, werden durch die Rohre 12 eingespeist, um eine Festbettbeschickung 16 innerhalb des Schachtofens zu bilden. Die Absinkgeschwindigkeit der Beschickung wird durch die Entfernung von behandeltem Beschickungsmaterial aus dem Unterteil des Ofens kontrolliert.

Zwischen den Enden des Ofens ist ein Heißblas- bzw. Heißwindgaseinlaß 20 (hot bustle gas inlet) angeordnet, welcher heißes Reduktionsgas durch eine Mehrzahl von Gaseinlaßöffnungen, die in der Ofenwand angeordnet sind, in den Ofen einführt. Oberhalb des Einlasses 20 des heißen Reduktionsgases ist ein zweiter Gaseinlaß 24 angeordnet, welcher mit einer Quelle 26 aus einem Prozeßgas und/oder Naturgas, enthaltend höhere Kohlenwasserstoffe, über Rohr 28 mit einem Kontrollventil 29 darin in Verbindung steht. Vorzugsweise werden vier solcher Rohre 28 verwendet, die jeweils einen Quadranten des Einlasses 20 (bustle) speisen. Die Gaseinlaßöffnungen 24 sind über die gesamte

äußere Begrenzung der Ofenwand auf solch eine Weise angeordnet, daß jedes Rohr 28 mit einem 90°-Sektor der Gaseinlaßöffnungen 24 verbunden ist. Die Ventile 29 werden zur Einführung von Gas in einen oder mehrere der 90°-Sektoren der Gaseinlaßöffnungen 24 auf aufeinanderfolgende Weise betrieben. Ein Heißgasabzug 30 ist am oberen Teil des Schachtofens angeordnet. Ein Gasrohr 32 steht in Verbindung mit einem Abzug 30 und einem Kühler-Skrubber 34, welcher mit einem Gasabzugsrohr 36 versehen

QQ ist. Ein zweiter, niedrigerer Gasabzug 38 zwischen dem oberen Teil der Beschickungsoberfläche 40 und der Höhe des oberen Abzugs 30 ist mit einem Rohr 42 verbunden, welches mit einem Skrubber 44 in Verbindung steht. Gas aus dem Skrubber 44 passiert durch ein Rohr 46, einen Kompressor 48 und ein Rohr 50 und wird dann in einen Reformer 54 geleitet, welcher eine Mehrzahl von Reformerrohre 56 aus einer wärmebeständigen Legierung enthält. Es wird nur ein Reformerrohr gezeigt. Jedes Rohr 56 ist

mit einem keramischen Reformierkatalysator, wie Aluminiumoxid, wovon wenigstens ein Teil im allgemeinen mit Nickel imprägniert ist, gefüllt. Die Rohre werden von dem feuerfest ausgekleideten Reformerofen 54 mit Heizbrennern 60, von denen nur einer gezeigt ist, umgeben, welche die Rohre und den Reformierkatalysator darin erwärmen.

Ein Rohr 64 für reformiertes Gas verbindet den Auslaß des Reformers 54 für reformiertes Gas mit dem Blas- bzw. Windgaseinlaß 20, um den Gaskreislauf zu vervollständigen.

Gichtgas bzw. Topgas (top gas)-Brennstoff kann aus dem System durch Leitung 67 abgezogen werden. Dies wird vorzugsweise als Hauptbrennstoff zum Erwärmen des Reformers verwendet.

Da der Schachtofen 10 keine Einrichtung zum Kühlen der Beschickung vor der Austragung einschließt, ergibt die Ausführungsform der Fig. 1 eine heiße Austragung der metallisierten Partikelteilchen durch ein Austragungsrohr 14.

Während des Betriebs wird ein Prozeßgas und/oder Naturgas, enthaltend höhere Kohlenwasserstoffe aus der Quelle 26 durch Leitung 28 in den Blas- bzw. Windgaseinlaß 24 eingespeist. Die Gasmischung, die höhere Kohlenwasserstoffe enthält, tendiert dazu, entlang der Wand des Ofens zu fließen und die reformierten Gase, welche durch die niedrigeren Einlasse 20 eingeführt werden, bewegen sich mehr durch die Mitte der Beschickung, wenn sie aufwärts in Gegenstrombewegung zu der abwärtssinkenden Beschickung fließen. Die Ventile 29 werden aufeinanderfolgend betrieben. Wenn ein Ventil 29 geschlossen wird, wird der obere Teil der Beschickung durch das ansteigende, heiße Reduktionsgas in dem 90°-Sektor des Ofens vorgewärmt. Wenn dieses Ventil 29 wieder geöffnet wird, fließt die Gasmischung, die die höheren Kohlenwasserstoffe enthält, durch die vorher vorgewärmte Beschickung und die höheren Kohlenwasserstoffe werden gecrackt, wobei ein thermisches Reformieren in Wasserstoff und Kohlenmonoxid unter BiI-

dung von einigem Wasser, Kohlendioxid und freiem Kohlenstoff, wobei der letztere auf den Teilchen der Beschickung abgelagert wird, beginnt. Die teilweise reformierten Gase werden durch den niedrigeren Gichtgasabzug 38 und das Rohr 42 abgezogen, dann gekühlt und in dem Skrubber 44 geskrubbt (scrubbed) bzw. gereinigt und in den Reformer 54 durch das Rohr 50 geleitet. Das heiße, verbrauchte, an höheren Kohlenstoffen arme Gichtgas wird durch den Abzug 30 entfernt und durch das Rohr 32 in den Kühler-Skrubber 34 geleitet, worauf es durch Leitung 36 entfernt wird und mit dem gekühlten, geskrubbten,

teilweise reformierten Prozeßgas aus Leitung 46 gemischt wird. Aufgrund einer Expansion in dem System wird eine gewisse Menge an Gichtgasbrennstoff gebildet, welche durch Leitung 67 entfernt und zu den Reformerbrennern 60 geleitet wird. Zusätzlicher Naturgasbrennstoff kann in Leitung 67 aus der Naturgasquelle 70, wenn benötigt, eingeführt werden.

Die in Fig. 2 gezeigte alternative Ausführungsform verwendet ein Kühlgassystem, um das metallisierte Produkt innerhalb des Schachtofens 110 vor der Austragung durch Rohr 114 zu kühlen. In diesem Fall wird das Prozeßgas und/oder Naturgas aus Quelle 126 in den Schachtofen zu einem Punkt unterhalb des Blas- bzw. Windgaseinlasses 120 eingeführt. Die Heißbeschickung reformiert teilweise und crackt die höheren Kohlenwasserstoffe, worauf diese Gase aus dem Ofen zusammen mit dem verbrauchten Kühlgas entfernt werden.

Mit Bezug auf Fig. 2 besitzt der Schachtofen 110 einen Blas- bzw. Windgaseinlaß 120 zum Einführen des heißen Reduktionsgases. Heißes, verbrauchtes Gichtgas wird aus dem oberen Teil des Ofens durch den Abzug 130, welcher zwischen der Beschickungsoberfläche 14O und dem oberen Teil des Ofens angeordnet ist, entfernt. Ein Rohr 132 steht mit einem Kühler-Skrubber 134 in Verbindung. Gereinigtes, gekühltes Gas aus dem Skrubber fließt durch einen Kompressor 148 und ein Rohr 150 und wird dann in

eine Kühlzone des Schachtofens über einen Kühlgasverteiler 152 eingeführt. Gaskollektoren 154 über dem Kühlgasverteiler entfernen die teilweise reformierten Gase und die verbrauchten Kühlgase aus dem Ofen. Diese Gasmischung wird durch einen Kühlgasabzug 158, einen Kühler 160, einen Kompressor 161 und dann in einen stöchiometrischen Reformer 162 geleitet.

Ein Prozeßgas oder Naturgas wird in den Ofen 110 durch die Blas- bzw. Windgaseinlässe 170 eingeführt.

Während des Betriebs wird das Prozeßgas durch die heiße, sinkende Beschickung erwärmt und durch die Kühlgaskollektoren 154 abwärts gezogen, wo es mit dem heißen Kühlgas gemischt wird. Dann wird die Mischung aus dem System durch einen Abzug 158 entfernt, gereinigt, in einem Skrubber-Kühler 160 gekühlt und in den Reformer 162 geleitet.

Aus der Ausführungsform der Fig. 2 ist ersichtlich, daß das Prozeßgas, das höhere Kohlenwasserstoffe enthält, zusammen mit dem verbrauchten Kühlgas reformiert wird. In beiden erfindungsgemäßen Ausführungsformen wird das Prozeßgas teilweise reformiert und durch das heiße Beschikkungsmaterial innerhalb des Schachtofens vor dem Einführen des Prozeßgases, welches höhere Kohlenwasserstoffe enthält, in den stöchiometrischen Reformer gecrackt.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Verwendung von Pentan und höheren Kohlenwasserstoffen in einem Direktreduktionsverfahren ohne spezielle Behandlung und ohne speziellen Reformierkatalysator zur Verfügung gestellt.

- Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Reduktion von Metalloxiden zu metallisiertem Material unter Verwendung eines Prozeßbrenngases, welches Kohlenwasserstoffe von Pentan oder höhere Kohlenwasserstoffe enthält, gekennzeichnet durch:

a) Bilden eines Gravitationsflusses von partikelförmigem Metalloxidmaterial durch einen im allgemeinen vertikalen Schachtofen durch Eintragen dieser Materialien in den oberen Teil des Schachtofens, um darin eine partikelartige Beschickung mit einer oberen Beschickungsoberfläche zu bilden, und Entfernen des metallisierten Produkts aus dem unteren Teil des Ofens;

b) Einführen einer Reduktionsgasmischung in den Gravitationsfluß des Materials in dem Schachtofen zwischen den Enden des Ofens;

c) Gegenstrorafließenlassen der Reduktionsgasmischung durch den Gravitationsfluß des Materials, wodurch das Oxidmaterial in metallisiertes Produkt reduziert und ein reagiertes Gichtgas bzw. Topgas gebildet wird;

d) Entfernen des reagierten Gichtgases aus dem oberen

Teil des Ofens;

e) Einführen eines Prozeßbrenngases, enthaltend höhere Kohlenwasserstoffe, in den Ofen in einer Höhe oberhalb

¹^ der Einführung des Reduktionsgases;

f) Aufwärtsfließenlassen des Prozeßbrenngases, enthaltend höhere Kohlenwasserstoffe, durch die Beschickung;

g) Entfernen eines wesentlichen Teils des Prozeßgases 15

mit den höheren Kohlenwasserstoffen in einer Höhe oberhalb der Beschickungsoberfläche, jedoch unterhalb der Höhe, in der das reagierte Gichtgas entfernt wird;

J₁) Reinigen und Skrubben des Gichtgases und des Prozeßgases;

e) Vereinigen des gereinigten und geskrubbten Gichtgases und Prozeßgases und Leiten der Mischung durch einen stöchiometrischen Reformer, um ein reformiertes Gas zu bilden; und

j) Einführen des reformierten Gases in den Schachtofen durch den Blas- bzw. Windgaseinlaß.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η 30

zeichnet daß ein Teil des gereinigten, gekühlten, verbrauchten Gichtgases, welches arm an höheren Kohlenwasserstoffen ist, als Brennstoff zum Erwärmen des stöchiometrischen Reformers verwendet wird.

3- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das

re Kohlenwasserstoffe, aufeinanderfolgend in der Peripherie des Ofens eingeführt wird.

4. Verfahren zur Reduktion von Metalloxiden zu gekühltem, metallisiertem Material unter Verwendung von Prozeßbrenngas, enthaltend Kohlenwasserstoffe von Pentan oder höhere Kohlenwasserstoffe, gekennzeichnet durch

a) Bilden eines Gravitationsflusses von parti-¹^ kelartigem Metalloxidmaterial durch einen im allgemeinen vertikalen Schachtofen durch Eintragen dieser Materialien in den oberen Teil des Schachtofens und Entfernen von metallisiertem Produkt aus dem

unteren Teil des Ofens;
15

b) Einführen eines heißen Reduktionsgases in den Gravitationsfluß des Materials in dem Schachtofen zwischen den Enden des Ofens; '

c) Gegenstromfließenlassen der Reduktionsgasmischung durch ^;i> den Gravitationsfluß der Materialien, wodurch das Oxidmaterial in metallisiertes Produkt reduziert und ein Gichtgas bzw. Topgas gebildet wird;

d) Reinigen und Kühlen des entfernten Gichtgases; 25

e) Einführen des gereinigten und gekühlten Gichtgases

in den Ofen in einer Höhe unterhalb der Einführung des Reduktionsgases als Kühlgas und Leiten des Kühlgases durch einen Teil des Ofens, welcher als Kühlzone bezeichnet wird;

f) Einführen von Naturgas, enthaltend höhere Kohlenwasserstoffe, in einer Höhe unterhalb der Einführung des Reduktionsgases, jedoch oberhalb der Kühlzone;

g) Abwärtsfließenlassen des Naturgases, enthaltend höhere Kohlenwasserstoffe, durch die Beschickung, Erwärmenlassen und dabei teilweises Reformieren und Cracken und Entfernen des Prozeßgases mit den höheren Kohlenwas- J>

serstoffen zusammen mit dem Kühlgas und Bilden einer Gasmischung;

h) Leiten der Mischung durch einen stöchiometrischen

_ Reformer, um eine heiße Reduktionsgasmischung zu 5

bilden; und

i) Einführen der heißen, reformierten Reduktionsgasmischung in den Schachtofen durch den Blas- bzw.

Windgaseinlaß. 10

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß ein Teil des gereinigten, gekühlten, verbrauchten Gichtgases als Brennstoff verwendet wird, um den stöchiometrischen Reformer zu erwärmen.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Prozeßgas, enthaltend höhere Kohlenwasserstoffe, aufeinanderfolgend in der Peripherie des Ofens eingeführt wird.