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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
für die
Herstellung von vorreduziertem Eisenerz, direkt reduziertem Eisen (DRI),
oder ähnlichen,
in einer Eisenherstellungsanlage, worin das Reduktionsgas, das für die chemische
Reduktion der Eisenoxide verwendet wird, aus Erdgas in dem Reduktionsreaktorsystem
durch Reformieren der Kohlenwasserstoffe mit Oxidantien, wie z.
B. Wasser, Kohlendioxid und Sauerstoff, innerhalb des Reduktionsreaktors
hergestellt wird, der unter Gleichgewichtsbedingungen metallisches
Eisen enthält,
das als Reformationskatalysator agiert. Die Kohlenstoffmenge in
dem DRI kann dadurch eingestellt werden, dass die relativen Mengen
an Wasser, Kohlendioxid und Sauerstoff in der Zusammensetzung des
Reduktionsgases, das dem Reduktionsreaktor zugeführt wird, modifiziert wird.
Die Erfindung stellt ein Verfahren bereit, das DRI mit hoher Effizienz und
Verläßlichkeit
produziert, ohne den derzeit verwendeten Erdgasreformer außerhalb
des Reduktionsreaktorsystems zu verwenden, wodurch die Kapital- und die Betriebskosten
der Direktreduktionsanlagen vermindert werden.
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Hintergrund
der Erfindung
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Direktreduktionsanlagen
für die
Herstellung von direkt reduziertem Eisen, bekannt als DRI oder Eisenschwamm,
heiß brikettiertes
Eisen oder Ähnliches
(im allgemeinen vorreduzierte Materialien, die sich als Ausgangsmaterial
für Eisen
und Stahlherstellung eignen), stellen es derzeit durch Umsetzung eines
Reduktionsgases bei Temperaturen im Bereich von 750 bis 1.050°C und hauptsächlich zusammengesetzt
aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid mit einem Bett aus teilchenförmigem,
eisenhaltigem Material in der Form von Klumpen oder Granulaten her. Heutzutage
benutzen die meisten laufenden Direktreduktionsanlagen einen Fließbettreaktor,
in dem die Gase im Gegenstrom zu einem mit der Schwerkraft absteigenden
Bett aus Eisenerzpartikeln fließen,
die den Reaktor hinabfließen.
Beispiele solcher Verfahren sind in den US-Patenten Nrn. 3,749,386; 3,764,123;
3,816,101; 4,002,422; 4,046,557; 4,336,063; 4,375,983; 4,428,072;
4,556,417 und 5,078,787 beschrieben.
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Es
ist bekannt, dass DRI als Befüllung
oder Teil einer Befüllung
für einen
Ofen zur Stahlherstellung mit elektrischem Bogen (EAF) wünschenswerterweise
bestimmte Mengen an mit dem Eisen in dem DRI-Material chemisch gebundenen
Kohlenstoff enthalten sollte. Gebundener Kohlenstoff, im Gegensatz zu
freiem Kohlenstoff, der als Ruß in
dem DRI oder als Grafit zu dem geschmolzenen Eisenbad in dem EAF
gegeben werden kann, stellt eine Anzahl an Vorteilen für das Stahlherstellungsverfahren
bereit, z. B. bleibt ein größerer Anteil
des Kohlenstoffs (ungefähr 70
bis 85%) in dem flüssigen
Eisenbad und trägt durch
Bildung von Kohlenmonoxid weiter zur Reduktion des in dem DRI-Rohmaterial
enthaltenen Eisenoxid bei; die Reduktionsreaktion dieses Kohlenmonoxids
produziert Gasblasen, die eine "schaumige" Schlackeschicht über dem
geschmolzenen Eisenbad bilden mit der sehr gewünschten Wirkung des Schutzes
der EAF-Wände
gegenüber
der Strahlung des elektrischen Bogens; außerdem liefert das Kohlenmonoxid
dem EAF Energie, wenn es zu Kohlendioxid weiter oxidiert wird, und
führt zur
Ersparnis im Verbrauch elektrischer Energie.
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Es
wurde lange gewünscht,
ein direktes Reduktionsverfahren zu haben, bei dem das DRI-Produkt
die richtige Menge an chemisch gebundenem Kohlenstoff enthält, die
am besten an die speziellen Merkmale des Stahlherstellungsvorgangs
angepasst ist.
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Die
derzeit im Betrieb befindlichen Reduktionsverfahren stellen DRI
mit einer Kohlenstoffmenge in einem bestimmten engen Bereich her,
zwischen 0,8% bis 1,8%, abhängig
von der durchschnittlichen Zusammensetzung des Reduktionsgases,
da das Aufkohlen hauptsächlich
durch die Boudouard-Reaktion: 2CO --> C + CO2 beeinflusst
wird. Diese Reaktion ist exotherm und wird bei relativ niedrigen
Temperaturen, d. h. im Bereich von 500°C bis 700°C, gefördert; entsprechend war es üblich, diese
Aufkohlungsreaktion in solchen Verfahren zu fördern, bei denen das DRI-Produkt
vor dem Abführen
aus dem Reduktionsreaktor auf Umgebungstemperaturen dadurch abgekühlt wird,
dass CO-haltiges Gas durch den Kühlungs-Abführteil des
Reaktors zirkuliert wird.
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Ein
anderer Weg, um ein DRI-Produkt mit einer gewünschten Kohlenstoffmenge zu
erhalten, ist, das heiße
DRI-Produkt mit Erdgas in der Kühlzone des
Reaktors in Kontakt zu bringen. Die Kohlenwasserstoffe im Erdgas,
wie z. B. Methan, werden zu elementarem Kohlenstoff, der mit dem
metallischen Eisen kombiniert, und Wasserstoff plus Kohlenmonoxid gecrackt,
das in der Reduktionszone verwendet wird. Dies ist eine gut bekannte
Praxis, wie z. B. in US-Patent 4,046,557 und 4,054,444 gezeigt,
wobei das letztere Patent außerdem
vorschlägt,
das auf kohlende Erdgas in die Zwischenzone zwischen der Reduktionszone
und der Kühlzone
des Reduktionsreaktors einzuführen,
um die Hitze des DRI für
das Cracken der Kohlenwasserstoffe zu nutzen.
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Die
beteiligte Crackreaktion ist CH4 --> C + 2H2.
Da das Cracken von Kohlenwasserstoffen stark endotherm ist, wird
diese Reaktion meist in solchen Verfahren genutzt, die "kaltes" DRI-Produkt herstellen.
Aufgrund der obigen Reaktion wurde in manchen Verfahren Erdgas als
Kühlmittel
verwendet, z. B. in US-Patenten 3,765,872 und 5,437,708. Das letztere Patent
offenbart ein Verfahren, bei dem die Kohlenstoffmenge in dem DRI
dadurch erhöht
wird, dass die Verweildauer des in der Reaktionszone hergestellten DRI
verlängert
wird. Dieses Verfahren ist allerdings nicht praktisch, da die Verweildauer
von 5 bis 6 Stunden auf 9 bis 15 Stunden erhöht wird. Das erfordert einen
größeren Reaktor,
um dieselbe Produktionsgeschwindigkeit zu erhalten.
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Genaue
und verlässliche
Kontrolle der Aufkohlung von DRI wird etwas schwieriger, wenn das DRI-Produkt
herkömmlich
von dem Reduktionsreaktor bei hohen Temperaturen abgeführt wird
(z. B. oberhalb von 550°C)
für die
direkte Nutzung in einem EAF mit großen Vorteilen in Energieersparnis
und Produktivität
im Stahlherstellungsverfahren oder für die Herstellung von heißem, brikettiertem
Eisen (HBI) mit seinen Vorteilen, seinem Transport über Land oder
See und seiner Verwendung im Stahlherstellungsofen. Es gab einige
Vorschläge,
um die gewünschte
Menge an Kohlenstoffkombination in einem Verfahren zur Herstellung
von heißem
DRI zu erreichen. Ein solches Verfahren ist in US-Patent 4,834,792
und 4,734,128 beschrieben. Diese Patente beschreiben Verfahren,
worin ein Reduktionsgas mit einer vorbestimmten Reduktionsleistung
in einem separaten Reformationsofen hergestellt wird, wobei Kohlenwasserstoffe
im Erdgas in dem Reformationsofen zu H2 und
CO umgewandelt werden und die aufgekohlten Kohlenwasserstoffe zu
dem Reduktionsgas zugegeben werden, das in den Reaktor eingeführt wird.
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Ein
anderer Vorschlag für
die Herstellung von "heißem" DRI mit einer hohen
Kohlenstoffmenge ist in
DE
44 37 679 A1 offenbart, worin Erdgas zu dem Abführteil des
Reduktionsreaktors zugeführt wird,
um die Kohlenwasserstoffe unter Verwendung der Hitze des DRI, das
von der Reduktionszone abwärts
fließt,
zu cracken. Dieses Aufkohlungsverfahren ist dasselbe wie oben beschrieben
mit dem einzigen Unterschied, dass das Reduktionsgas in dem Reaktor
produziert wird. Dieses Patent besitzt allerdings den Nachteil,
dass wiederum die für
die Ausführung
der endothermen Aufkohlungsreaktion zur Verfügung stehende Energie die Wärme des
DRI ist; und wenn das DRI bei hoher Temperatur abgeführt werden
soll, wird die Aufkohlungsmenge sehr beschränkt sein.
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Die
vorliegende Erfindung ist eine Verbesserung gegenüber den
Verfahren aus dem Stand der Technik und offenbart im besonderen
eine Verbesserung gegenüber
US-Patent 5,110,350 von Villarreal-Trevino et al. Dieses Patent
beschreibt ein direktes Reduktionsverfahren ohne einen externen
Erdgasreformer, bei dem die Reduktionsgase durch Reformation von
Erdgas mit Wasser hergestellt werden, das zu dem Reduktionsgas zugegeben
wird, bevor der Reduktionsgasstrom durch Sättigung mit heißem Wasser
erwärmt
wird, das aus dem Abgaskühler
entnommen wird. Die Mischung aus Erdgaswasser und recycliertem Gas
wird in einem Gasheizer erwärmt und
in den Reduktionsreaktor eingeführt,
in dem die Reformationsreaktionen, die Reduktionsreaktionen und
die Aufkohlungsreaktionen alle stattfinden. Dieses Patent nutzt
allerdings nicht Sauerstoff für
teilweise Verbrennung des Reduktionsgases, bevor dieses Gas in den
Reduktionsreaktor eingeführt
wird, um die für
die Aufkohlung des DRI auf einen gewünschten vorbestimmten Grad
notwendige Energie bereitzustellen.
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Andere
verwandte Patente aus dem Stand der Technik sind US-Patent 3,375,099
von W. E. Marshall, das ein Reduktionsverfahren für Eisenoxide
offenbart, worin Erdgas oder Methan teilweise mit Sauerstoff in
einer Verbrennungskammer verbrannt wird, um Wasserstoff und Kohlenmonoxid
auf bekannte Weise herzustellen. Nur ein geringer Teil des regenerierten
Gases kann wieder dem Reaktor zugeführt werden, da die Temperatur
des in den Reaktor eintretenden Gases stark abfallen würde, da
kein Gasheizer für
den recyclierten Strom vorgesehen ist. Der Verbrauch an frischem
Erdgas ist deshalb groß und wertvolles
Reduktionsgas muss wegen dieser Einschränkung verschwendet werden.
Der Verbrauch an Sauerstoff ist ebenfalls hoch, da die gesamte Wärme, die
für das
Anheben der Temperatur des Reduktionsgases auf den Reduktionslevel
notwendig ist, durch partielle Verbrennung des Erdgases mit Sauerstoff bereitgestellt
werden muss.
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US-Patent
5,064,467 von Dam et al. offenbart ein direktes Reduktionsverfahren, ähnlich zu dem
aus
DE 44 37 679 , worin
die Reduktionsgase durch teilweise Verbrennung von recycliertem
Gas und Erdgas mit Luft oder Luft plus Sauerstoff hergestellt werden,
wodurch die Kohlenwasserstoffe des Erdgases innerhalb des Reduktionsreaktors,
wie im Stand der Technik bekannt, reformiert werden. Dieses Verfahren
nutzt allerdings nicht einen guten Grad an Feuchtigkeit für die Reformation
des Erdgases, sondern verwendet Kohlendioxid und Sauerstoff für die Reformation.
Da dieses Verfahren keine CO
2-Entfernungseinheit
für die
Regeneration des recyclierten Gases umfasst, ist die Menge des aus
dem System exportierten Gases in der Größenordnung von 30% des aus
dem Reaktor ausfließenden
Gases.
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US-Patent
4,528,030 von Martinez Vera et al. offenbart ein Reaktionsverfahren
ohne externen Reformer, worin Erdgas mit Dampf als hauptsächlichem
Oxidans in dem Reduktionsreaktor reformiert wird. Dieses Patent
schließt
allerdings nicht die Zugabe von Sauerstoff ein, um die Temperatur
des in den Reaktor eintretenden Reduktionsgases zu erhöhen und
um die für
die Aufkohlung des DRI notwendige Energie und die Flexibilität für das Einstellen
der Kohlenstoffmenge wie in der vorliegenden Erfindung bereitzustellen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine
Vorrichtung bereitzustellen, um DRI mit einer vorbestimmten Menge
an Kohlenstoff durch Einstellen der Zugabe von Wasser und Sauerstoff
herzustellen, die mit dem Reduktionsgas, das in den Reduktionsreaktor
eintritt, gemischt werden.
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Es
ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung
bereitzustellen, um Eisenoxide mit hoher Effizienz in einem Reduktionsreaktorsystem
herzustellen, ohne den derzeit verwendeten Erdgasreformer zu benutzen.
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Weitere
Ziele und Vorteile der Erfindung werden den Fachleuten offensichtlich
sein oder werden in dieser Beschreibung der Erfindung und den anhängenden
Zeichnungen beschrieben werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden ihre Ziele dadurch erreicht, dass ein Verfahren
und eine Vorrichtung wie folgt bereitgestellt werden:
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Verfahren
zur Herstellung von direkt reduziertem Eisen (DRI) mit einer kontrollierten
Menge an Kohlenstoff in einem Reduktionssystem ohne Erdgasreformer
und worin das Reduktionsgas durch Reformation der Kohlenwasserstoffe
in dem Reduktionsgas mit Wasser und Sauerstoff in dem Reduktionssystem
hergestellt wird, das Verfahren in einem Fließbett-Reduktionsreaktor durchgeführt wird
mit einer Reduktionszone, worin eisenoxidhaltige teilchenförmige Materialien
zumindest teilweise chemisch zu metallischem Eisen mit einem Hochtemperatur-Reduktionsgas
reduziert werden, das Wasserstoff und Kohlenmonoxid als Reduktionsmittel
umfasst, wobei das Verfahren umfasst: Einführen des eisenoxidhaltigen
teilchenförmigen
Materials in den oberen Teil der Reduktionszone des Reaktors; Zuführen eines
ersten Stroms von Reduktionsgas bei einer Temperatur im Bereich
von 900°C
bis 1.150°C
und Bewirken, dass das heiße
Reduktionsgas aufwärts
durch die Reduktionszone fließt,
um die Eisenoxide darin zumindest teilweise zu metallischem Eisen
zu reduzieren, Aufkohlen des metallischen Eisens mit in den Reaktor
eingeführtem
Reduktionsgas, dadurch Herstellen von DRI, das chemisch gebundenen
Kohlenstoff in einem kontrollierten und vorbestimmten Grad enthält; Abziehen
eines zweiten Stroms von verbrauchtem Reduktionsgas aus der Reduktionszone bei
einer Temperatur im Bereich von 250°C bis 450°C; Durchleiten des zweiten Stroms
durch einen Wärmetauscher,
wobei Wärme
aus dem zweiten Strom zurückgewonnen
wird; Abkühlen
des zweiten Stroms in einer Kühl-
und Wascheinheit durch direktes Inkontaktbringen des Gasstroms mit
flüssigem Wasser,
um den zweiten Strom zu entwässern
und zu säubern;
Entfernen von Kohlendioxid aus zumindest einem Teil des zweiten
Stroms, was in einem dritten Strom, der nicht mehr als 10% Kohlendioxid
enthält, resultiert;
Mischen des dritten Stroms mit Erdgas, um einen vierten Strom von
Reduktionsgas zu bilden; Erhöhen
des Wassergehalts in dem vierten Strom durch Inkontaktbringen des
Gases mit heißem
Wasser, das aus der Kühl-Wascheinheit
fließt;
Einstellen des Wassergehalts in dem vierten Strom auf einen Wert
im Bereich von 5% bis etwa 12%; Aufwärmen des vierten Stroms auf
eine Temperatur im Bereich von 850°C bis 1.000°C; Mischen des heißen vierten Stroms
mit einem sauerstoffhaltigen Gas, um die Temperatur des vierten
Stroms auf einen Bereich von 950°C
bis 1.150°C
zu erhöhen,
um den ersten Strom zu bilden; und Abführen des DRI mit einer kontrollierten
und vorbestimmten Menge an Kohlenstoff aus dem Reaktor.
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Eine
Vorrichtung für
die Herstellung von DRI, die einen Reduktionsreaktor, eine Pumpvorrichtung und
ein Leitungssystem enthält,
um zumindest einen Teil des aus dem Reaktor ausströmenden Gichtgases
in einen Reduktionskreislauf zu zirkulieren, das den Reduktionsreaktor,
eine Kühl-
und Wascheinheit für
das Kühlen
und Aufreinigen des ausströmenden Gichtgases,
eine Kohlendioxid-Entfernungseinheit, einen Gaserhitzer, der in
der Lage ist, die Temperatur des Gasstroms, der durch den Kreislauf
zirkuliert, auf den Bereich zwischen 850°C und 980°C zu erhöhen, Mittel zum Mischen von
Erdgas mit dem aus dem Reduktionsreaktor ausströmenden Gichtgas vor dem Durchströmen durch
den Gaserhitzer und Mittel für das
Mischen und Kontrollieren der Menge an sauerstoffhaltigem Gas mit
dem recyclierten Gas, bevor das Gas in den Reaktor eintritt, umfasst,
wodurch ein DRI-Produkt mit vorbestimmter Menge an Kohlenstoff erhalten
wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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In
dieser Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen sind einige
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung gezeigt und beschrieben und verschiedene Alternativen
und Modifikationen davon vorgeschlagen worden. Es ist zu verstehen, dass
diese nicht dazu gedacht sind, erschöpfend zu sein, und dass viele
andere Änderungen
und Modifikationen innerhalb des Umfangs der Erfindung gemacht werden
können.
Die Vorschläge
hierin sind ausgewählt
und für
den Zweck der Illustration eingeschlossen worden, damit andere Fachleute
die Erfindung und ihre Prinzipien besser verstehen und dadurch in
die Lage versetzt werden, sie in einer Vielfalt von Formen zu modifizieren,
die jeweils am besten für
die Bedingungen einer bestimmten Verwendung geeignet sind.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Mit
Bezug auf 1 bezeichnet Nr. 5 im
allgemeinen ein Reduktionssystem, das einen Fließbett-Reduktionsreaktor 10 für die chemische
Reduktion von Eisenoxiden umfasst mit einer Reduktionszone 12 und
einer Abführzone 14.
Erdgas wird in das Reduktionssystem 5 aus einer geeigneten
Quelle 16 eingeführt
und mit recycliertem und regeneriertem Reduktionsgas aus Reaktor 10 durch
Leitung 18 gemischt. Die Mischung aus Erdgas und recycliertem Gas
wird dann durch einen Befeuchter 20 geleitet, in dem heißes Wasser
bei einer Temperatur im Bereich von ungefähr 60°C bis ungefähr 90°C in Kontakt gebracht wird mit
dem Gasstrom, der in einem Gasstrom mit einem Wassergehalt im Bereich
von ungefähr
5 bis ungefähr
12 Vol.-% resultiert, der durch Leitung 22 fließt. Dieses
Wasser wird als Oxidans für
die Reformation der Kohlenwasserstoffe verwendet, die im Erdgas
in dem Reduktionsreaktor 10 vorhanden sind. Die befeuchtete
Mischung aus Erdgas und recycliertem Gas wird im Wärmeaustauscher 24 auf
eine Temperatur von ungefähr
300°C bis
ungefähr
400°C vorgewärmt durch
Wärmerückgewinnung
aus dem noch heißen
Gasstrom, der aus Reaktor 10 durch Leitung 26 ausströmt, und
fließt
durch Leitung 28 zum Gaserhitzer 30, wo seine
Temperatur auf einen Bereich von ungefähr 850°C bis ungefähr 960°C erhöht wird. Gasheizer 30 wird
durch Verbrennung eines geeigneten Brennstoffes aus einer Quelle 32 auf bekannte
Art und Weise befeuert. Das heiße
Reduktionsgas fließt
dann durch die Transferleitung 34 und wird mit einem sauerstoffhaltigen
Gas aus Quelle 36 gemischt. Da ein Hauptteil des Gases,
das durch den Reaktor 10 durchgeleitet wird, wieder zum
Reaktor zurückgeleitet
wird, ist es bevorzugt, reinen Sauerstoff anstelle von Luft oder
Sauerstoff-angereicherter Luft zu verwenden, da der Stickstoff der
Luft sich in dem recyclierten Gas anreichern würde. Die teilweise Verbrennung
des Reduktionsgases mit Sauerstoff erhöht seine Temperatur auf den
Bereich von ungefähr 1.000°C bis ungefähr 1.100°C. Diese
teilweise Verbrennung produziert neben der Bereitstellung von Energie
für die
Durchführung
der endothermen Aufkohlungsreaktionen des DRI auch Wasserstoff und Kohlenmonoxid
aus den Kohlenwasserstoffen, die in dem Erdgas enthalten sind, das
dem Reduktionssystem 5 zugeführt wird. Das Reduktionsgas,
das in den Reaktor eintritt und ebenfalls Kohlenwasserstoff aus dem
Erdgas enthält,
reduziert die Eisenoxide innerhalb des Reaktors, und zur selben
Zeit wandeln die Oxidantien, die in dem Reduktionsgas enthalten
sind, das Methan und andere Kohlenwasserstoffe zu Wasserstoff und
Kohlenmonoxid unter Ausnutzung der katalytischen Eigenschaften des
im Reduktionsreaktor hergestellten DRI (Schwammeisen) um. Das Reduktionsgas
wird bei einer Temperatur im Bereich von ungefähr 250°C bis ungefähr 400°C aus dem Reaktor 10 durch
eine Leitung 26 abgezogen, die es zu einem Wärmeaustauscher 24 leitet,
und fließt
dann durch Leitung 38 zu einer Kühl-Wascheinheit 40,
worin das Reduktionsgas durch direkten Kontakt mit dem Kühlwasser
abgekühlt
wird. Das durch die Kühl-Wascheinheit 40 hergestellte
heiße
Wasser kann verwendet werden, um das zum Reaktor recyclierte Reduktionsgas
zu befeuchten, wie beschrieben in US-Patent 5,110,350. Nachdem es
abgekühlt
wurde und entwässert
wurde, fließt
das Reduktionsgas durch Leitung 42 und wird dann in mindestens
zwei Teile geteilt. Ein kleiner Teil fließt durch Leitung 44 mit einem
Druckkontrollventil 46, durch das etwas Gas aus dem System
abgelassen wird, um den Systemdruck beizubehalten und zu kontrollieren
und um ungewünschte
Ansammlungen von Inertgasen zu eliminieren. Der Hauptteil des Reduktionsgases
fließt durch
Leitung 48 und wird durch Pumpvorrichtung 50 bewegt,
die ein Gebläse
oder Kompressor sein kann, um das Gas zum Reaktor 10 zurückzuführen. Nach der
Pumpvorrichtung 50 fließt das Gas durch Leitung 52 und
wird dann durch eine geeignete Kohlendioxid-Entfernungseinheit 54 geleitet,
in dem Kohlendioxid von den anderen Bestandteilen des Reduktionsgasstroms
durch geeignete Mittel, wie z. B. flüssige Absorberlösungen (heiße Carbonatlösungen,
Aminlösungen
oder ähnliche),
PSR (Druckwechselabsorptionseinheiten) oder bevorzugt VSA (Volumenwechselabsorptionseinheiten),
getrennt wird. Kohlendioxid wird abgetrennt und fließt durch
Leitung 56, um auf verschiedene Weisen verwendet zu werden.
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Nach
dem Entfernen des Kohlendioxids fließt das recyclierte Gas durch
Leitung 18, wodurch der Zyklus vervollständigt wird.
Eisenoxiderz 60 in Form von Klumpen oder Granulat wird
in den Reaktor 10 durch den oberen Teil der Reduktionszone 12 eingeführt und
reagiert mit dem heißen
Reduktionsgas, das entgegengesetzt zu dem Gas fließt, und
wird schließlich
als DRI 62 mit der gewünschten
Kohlenstoffmenge abgeführt.
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Falls
gewünscht,
kann DRI aus dem Reduktionsreaktor 10 bei hoher Temperatur,
z. B. oberhalb von ungefähr
500°C abgeführt werden,
oder es kann bei einer Temperatur unterhalb von ungefähr 100°C abgeführt werden,
dadurch, dass das DRI in dem unteren Teil des Reaktors durch Zirkulieren
eines Stroms an Kühlgas,
gewöhnlich
Erdgas, in Kontakt mit dem DRI gekühlt wird. Für diesen Zweck wird ein Strom
an Erdgas aus einer geeigneten Quelle 64 in die Abführzone 14 eingeführt und
kann, falls notwendig, wieder zur Kühlzone zurückgeführt werden oder kann andererseits
dadurch für
Reduktionszwecke verwendet werden, dass das Gas durch Leitung 66 zu
dem Reduktionskreislauf des Gases transferiert wird, das der Reduktionszone 12 des
Reaktors 10 zugeführt
wird. Für
Kühlzwecke
kann ebenfalls ein Teil des Reduktionsgases, das durch Kompressor 50 recycliert
wird, aus Leitung 52 entnommen werden und veranlasst werden,
durch Leitung 68 zu fließen, die schließlich zu
der Kühlungs-Abführzone 14 geleitet wird,
ohne mit Erdgas 64 gemischt zu werden oder mit dem Erdgas
kombiniert zu werden.
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Ein
Beispiel des beanspruchten Verfahrens, wie in einer Vorführanlage
praktiziert, mit einer Produktionsrate im Bereich von 23 bis 25
metrischen Tonnen an DRI pro Tag ist wie folgt: Reduktionsgas mit
einer Volumenzusammensetzung an Wasser zwischen 5% bis 9,5% und
einer Temperatur im Bereich zwischen 935°C und 969°C wurde mit Sauerstoff gemischt
und seine Temperatur auf den Bereich zwischen 1.013°C und 1.057°C erhöht. Dieses
Gas wurde dann in den Reduktionsreaktor eingeleitet und mit Eisenoxiden
umgesetzt, um DRI mit einem konstanten Metallisierungsgrad zwischen
93,18% und 93,18% herzustellen, und der Kohlenstoffgehalt in dem
DRI-Produkt war umgekehrt proportional zu der Menge an Wasser in
dem Reduktionsgas und war in dem Bereich zwischen 1,15% und 3,64%.
Die Menge an Kohlendioxid in dem Reduktionsgas vor Mischung mit
Sauerstoff war 4,97% bis 5,46 Vol.-%. Diese Menge an Kohlendioxid
wird als praktisch konstant angenommen. Die durchschnittliche Flussrate
an Reduktionsgas vor dem Mischen mit Sauerstoff war 2207 NCM/TonFe
und die durchschnittliche Flussrate an Sauerstoff, gemischt mit
dem Reduktionsgas, war 57 NCM/TonFe. Die Menge an Erdgas, die dem
Reduktionssystem als Zusatz zugeführt wurde, war 265 NCM/TonFe.
In einer Arbeitsperiode der Anlage war die Zusammensetzung des Reduktionsgases
vor Mischen mit Sauerstoff in Vol.-%: Wasserstoff 48,25; Kohlenmonoxid
14,52; Kohlendioxid 5,02; Methan 25,62; Stickstoff 0,97; Wasser
4,97; Ethan 0,61 und Propan 0,06. Mit der obigen Zusammensetzung
war der Kohlenstoff in dem DRI-Produkt 3,64% und seine Metallisierung
93,18%.
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Aus
der vorangehenden Beschreibung sollte offensichtlich sein, dass
die vorliegende Erfindung ein Verfahren bereitstellt, das in der
Lage ist, die verschiedenen, oben angegebenen Ziele der Erfindung zu
erreichen. Deshalb stellt es ein neues und außergewöhnlich effizientes Verfahren
für die
Herstellung von DRI mit einer vorbestimmten und fein kontrollierbaren
Menge an Kohlenstoff bereit, ohne einen Reformationsofen für die Herstellung
des Reduktionsgases zu verwenden, und durch Bereitstellen der Energie
für die
DRI-Aufkohlung durch
partielle Verbrennung mit Sauerstoff des in den Reduktionsreaktor eintretenden
Reduktionsgases.