DE3529226A1 - Verfahren zum reformieren von hoeheren kohlenwasserstoffen und zur reduktion von metalloxiden - Google Patents
Verfahren zum reformieren von hoeheren kohlenwasserstoffen und zur reduktion von metalloxidenInfo
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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
Cn- 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 (6)
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
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.
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