DE880491C

DE880491C - Verfahren fuer die gasfoermige Reduktion von Metalloxyden

Info

Publication number: DE880491C
Application number: DEB15693A
Authority: DE
Inventors: William Brassert; C V Ing Schwarz
Original assignee: Brassert & Co
Current assignee: Brassert & Co
Priority date: 1949-07-21
Filing date: 1951-07-05
Publication date: 1953-06-22

Description

Zierfahren für die gasförmige Reduktion von Metalloxyden Die Reduktion von Metalloxyden durch Kohlendioxyd, Wasserstoff und andere Reduktionsmittel ist auf verschiedene Arten durchgeführt worden. Bei allen bekannten Verfahren wird ein aus CO und H2 zusammengesetztes Gas in eine Erzschicht zwecks Reduktion des Erzes eingeleitet. Bekanntlich besteht bei allen Verfahren, bei denen an Kohlenoxyd reiche Gase zur Verwendung gelangen, die Neigung zur Bildung einer Kohlenstoffablagerung. Um diese Ablagerung zu vermeiden, ist vorgeschlagen worden, bei Temperaturen von iooo° C und mehr zu arbeiten. Diese Temperaturen sind deswegen sehr unvorteilhaft, weil das Erz zum Verglasen und Sintern neigt, wodurch die kontinuierliche Beschickung gehemmt und das Eindringen des Reduktionsgases zwischen die Erzteilchen verhindert wird. Außerdem ist das Gleichgewicht CO-C02 Metall bei hoher Temperatur ungünstiger, was eine Herabsetzung des Ertrags je Rauminhalt des Reduktionsofens zur Folge hat.
Die mit reinem Wasserstoff arbeitenden Verfahren liefern das reinste Erzeugnis, ergeben die geringsten Arbeitsschwierigkeiten und ermöglichen die Verwendung der einfachsten Anlage. Dagegen erfordert die Herstellung des Wasserstoffs einen Energieaufwand von 3ooo kWh je Tonne Eisen, wenn der Wasserstoff auf elektrolytischem Wege gewonnen wird, was das Verfahren gegenwärtig in den meisten Fällen sehr kostspielig macht.
Die Herstellung von Wasserstoff aus Kohle und Sauerstoff ist gleichfalls teuer, da die Anlage eine hohe Kapitalanlage erfordert. Aus diesen Gründen ist angestrebt worden, möglichst wenig Wasserstoff zu verwenden und Reduktionsmittel heranzuziehen, die C O enthalten, insbesondere für die Reduktionen der höheren- Oxyde Beispielsweise ist im Fall der Reduktion von Fezd, in Fe304 oder von Fe304 in Fe0 das Reduktionsvermögen von 'CO größer als im Fall der Reduktion von Fe0 in* Fe..- -Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren für gasförmige Reduktion von Metalloxyden, däß die Reduktion der höheren Oxyde in niedrigere Oxyde mittels- eines Kohlenstoff enthaltenden gasförmigen Reduktionsmittels und anschließend die Reduktion der niedrigeren Oxyde mittels Wasserstoff durchgeführt wird.
Die Vorteile dieses Verfahrens bestehen darin, daß C 0-reiche Gase für die Reduktion der höheren Oxyde verwendet und diese Gase mittels Wasserdampf nach bekannten Verfahren in Wasserstoff umgewandelt werden können und daß demzufolge die den Reduktionsofen verlassenden Gase in Wasserstoff umgewandelt werden können,- weil der Gehalt an C02. die für die Umwandlungsreaktion erforderliche.Wasserdampfmenge herabsetzt. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß der Wasserstoff zur Kühlung des teilweise oder ganz reduzierten Erzes ausgenutzt werden kann, wodurch Kohlenstoffablagerungen vermieden Werden, die auftreten könnten, wenn zu diesem Zweck eine Mischung auf CO-Grundlage verwendet würde. Aus diesem Grunde ist bei einer gewissen Anzahl von Verfahren die Kühlung des teilweise oder vollständig reduzierten heißen Erzes mit Hilfe von äußeren Wassermänteln vorgesehen, so daß ein beachtlicher Teil der Wärme des reduzierten. Gutes verlorengeht und diese Verfahren eine- ungünstige Wärmebilanz besitzen.
Ferner hat sich gezeigt, daß es bei den bekannten Verfahren unmöglich ist, das Erz mittels CO bis auf einen sehr geringen Gehalt an 'rückständigem Sauerstoff zu reduzieren. Ganz anders verhält es sich bei Wasserstoff, durch .-den das Erz-bis auf einen sehr geringen Rückstand an Sauerstoff reduziert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet ferner den Vorteil, daß es die Beeinflussung des in dem reduzierten Metall zurückgehaltenen Kohlenstoffs ermöglicht, da die Bildung von Karbiden nur mit dem entstandenen reinen Metall und nicht in den höheren Oxyden stattfindet, die somit vorteilhafter durch den in den Reduktionsgasen enthaltenen Kohlenstoff reduziert werden können. Infolgedessen kann der zurückgehaltene- Kohlenstoff dadurch geregelt werden, daß der Anteil des dem Austrittsende des Ofens zugeführten Wasserstoffs verändert wird.
Die Möglichkeit des Arbeitens bei niedrigen Temperaturen (beispielsweise von 7oo bis goo° C) läßt die Ausnutzung der Wärme der gasförmigen Reduktionsprodukte in einem Wärmeaustauscher zu, der aus einem Stahl bestehen kann, der den verhältnismäßig niedrigen Temperaturen dieser Gase widersteht.
Es ist ferner möglich, eine kleine Menge Luft in die Austrittsgase einzuleiten und auf diese Weise die Temperatur so weit zu erhöhen, daß ein befriedigender Wärmeaustausch mit den Eintrittsgasen gewährleistet wird, so daß eine äußere Heizung des Reduktionsofens unterbleiben kann, vorausgesetzt, daß das Erz, mit dem der Ofen beschickt wird, auf die Reduktionstemperatur-vorgewärmt wird. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber den bekannten Verfahren besteht darin, daß derjenige Teil der Gase vollständig zurückgewonnen werden kann, der nicht in Reaktion getreten ist, weil die Gleichgewichtsbedingungen niemals im Ofen anzutreffen waren.
Das Verfahren nach der Erfindung hat ferner den Vorteil, daß in dem Reduktionsofen ein hoher Druck zur Anwendung gelangen kann, ohne eine Kohlenstoffablagerung zu verursachen, was bei Abwesenheit von Wasserstoff eintreten würde.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Anlage dargestellt, die die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung veranschaulicht.
Der Reduktionsofen i wird in seinem oberen Teil 2 mit dem zu reduzierenden Metalloxyd beschickt. Das -reduzierte Metall tritt im unteren Teil 3 des Ofens aus.
Nahe der Sohle des Ofens i ist eine Zuführungsringleitung q. angeordnet. Eine weitere Zuführungsringleitung 5 befindet sich im mittleren Teil des Ofens. Außerdem ist in dem Bereich unmittelbar unter der Beschickungsöffnung 2 eine Zuführungsringleitung 6 vorgesehen.
Die weiteren Einzelheiten der Anlage ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der Arbeitsweise.
Nachdem das Metalloxyd bei 2 eingesetzt ist, wird eine Mischung aus Luft, die aus einem Ventilator kommt, und aus brennbarem Gas, das einer Leitung 8 entnommen wird, der Ringleitung 6 zugeführt, um durch Verbrennung eine Vorwärmung des Oxyds zu bewirken, das alsdann in den Schacht des Ofens i gelangt. Ein an C O reiches Reduktionsgas wird durch die Leitung g der Ringleitung 5 zugeführt. Dieses Gas besitzt bei seinem Eintritt in den Ofen eine Temperatur von beispielsweise 8oo°. Es dient der teilweisen Reduktion der höheren Oxyde, wie des Fe203 in Fe304, und dann der Reduktion des letzteren in Fe 0 im Falle von Eisenoxyd.
Wasserstoff von Umgebungstemperatur wird durch eine Leitung =o in die Ringleitung q. eingeführt, um die abschließende Reduktion vorzunehmen, etwa die des Fe0 in Fe im Falle des Eisenoxyds.
Die Gase von hoher Temperatur werden im oberen Teil- des Reduktionsofens in einem Sammler =i aufgefangen. Diese Gase enthalten eine gewisse Menge CO; die an der Reaktion nicht teilgenommen hat. Der Sammler =i mündet in eine Leitung 12, an die die erwähnte Leitung 8 angeschlossen ist. Wie ersichtlich, wird also das rückständige CO mittels der vom Venti= lator 7 eingeführten Luft verbrannt, um die Vorwärmung des Erzes bei 6 zu bewirken.
Die Leitung =z führt zu einem Wärmeaustauscher 13. Diese Gase, die sich auf einer Temperatur von beispielsweise 7oo bis 8oo° beim Verlassen des Ofens befinden, erfahren eine Temperaturerhöhung, beispielsweise auf goo°, durch Einblasen von Luft über eine Leitung 14 kurz vor dem Wärmeaustauscher 13. Das an CO reiche Reduktionsgas wird dem Wärmeaustauscher durch eine Leitung 15 zugeführt und verläßt denselben durch die Leitung g. Die Erhitzung dieses Reduktionsgases erfolgt demnach durch die Wärmeabgabe der- die Leitung 12 durchströmenden Abgase. Diese Abgase verlassen den Wärmeaustauscher mit einer Temperatur von beispielsweise 3oo bis 35o° durch eine Leitung 12' und gelangen in einen Konverter 16 von bekannter Bauart, in dem die Umwandlung C O '-, 11,0 -> CO, -;- HZ stattfindet, wobei zu diesem Zweck die Wärme der aus dem Wärmeaustauscher 13 austretenden Gase ausgenutzt wird. Der hierbei gewonnene Wasserstoff verläßt den Konverter 16 durch die Leitung io. Durch eine Leitung 17 wird der im Konverter 16 nicht verwendete Gasüberschuß abgeführt, der zu verschiedenen Zwecken dienen kann.
Das bei 15 zugeführte Reduktionsgas kann sich auf einem Druck von beispielsweise 2,5 bis 6 atü befinden. In diesem Falle herrscht dieser Druck in der ganzen Anlage.
Für die Abführung der Verbrennungsgase aus der Zone 6 ist ein Sammler 18 vorgesehen.
Für die Regelung der Arbeitsweise der Anlage sind verschiedene Schieber bzw. Ventile vorgesehen, deren Aufzählung im einzelnen nicht erforderlich scheint.
An Stelle des an CO reichen Reduktionsgases kann als Reduktionsmittel ein anderes kohlenstoffhaltiges Gas, beispielsweise Methan, verwendet werden; auch kann vergastes 01 benutzt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur gasförmigen Reduktion von Metalloxyden, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktion der höheren Oxyde in niedrigere Oxyde mittels eines kohlenstoffhaltigen gasförmigen Reduktionsmittels und alsdann die Reduktion der niedrigeren Oxyde mittels Wasserstoff durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Reduktionsmittel ein an Kohlenoxyd reiches Gasgemisch verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch:[, dadurch gekennzeichnet, daß auf das dem Reduktionsofen zugeführte Mengenverhältnis des Wasserstoffs zum Reduktionsmittel eingewirkt wird, um die Kohlenstoffmenge zu regeln, die das Metall aus kohlenstoffhaltigen Gasen zurückbehält. q..
Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktion der Metalloxyde bei tiefer Temperatur und unter Druck erfolgt und Kohlenstoffabscheidung durch Regelung der zugeführten Wasserstoffmenge unterbunden wird.
5. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme der oben aus dem Reduktionsofen austretenden Gase zur Vorwärmung des Reduktionsmittels verwendet wird und der im Wärmeaustauscher notwendige Temperaturüberschuß durch Einführung einer verhältnismäßig geringen Menge von Verbrennungsluft in diese Gase vor ihrem Eintritt in den Wärmeaustauscher erzeugt wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme der den Wärmeaustauscher verlassenden Gase für die Durchführung der Umwandlung CO -f- H20 -+ C02 -E- H2 ausgenutzt wird.