DE905974C - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Gasen mit einem bestimmten Kohlenoxyd-Wasserstoff-Verhaeltnis, insbesondere fuer die Erzreduktion - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Gasen mit einem. bestimmten Kohlenoxyd -Wasserstoff -Verhältnis, insbesondere für die Erzreduktion Für verschiedene Zwecke, beispielsweise für die I?rzeugti@ng von Eisenschwamm oder sonstigem metallischen Eisen aus oxvdiachen Eisenerzen, ist es erforderlich, ein Reduktionsgas anzuwenden, welches Kohlenoxvd und Wasserstoff in bestimniten Mengen enthält. Die Notwendigkeit hierzu ist in diesem Falle beispielsweise dadurch gegeben, daß die Reduktion von Eisenoxyd mit Hilfe von Kohlenoxv,d exotherm verläuft, während sie mit Hilfe von Wasserstoff stark endotherm ist. Um die W ärmebilanz in einem zur Reduktion des Eisenerzes verwendeten Schacht oder Drehofen auszugleichen, ist daher ein besonderes Verhältnis CO : H2 (beispielsv#ei,se 3 : i) einzuhalten. Es ist bereits bekannt, daß man ein solches Reduktionsgas ohne -,veiteres durch Vergasung voii Kohle, Koks oder ähnlichen kohlenstoffreichen Stoffen herstellen kann, indem man dem Unterwind für den Gaserzeuger entsprechende Mengen Wasserdampf zusetzt. Es ist ferner aus einem anderen Verfahren bekannt, daß das durch den Reduktionsschacht gegangene Gas im Kreislauf wieder durch einen Rekarburierungsofen geschickt wird, welcher mit Koks, Holz'ko'hle usw. gefüllt und durch einen elektrischen Lichtbogen beheizt ist, uni das gebildete Wasser und die gebildete Kohlensäure in einer stark endothermen Reaktion wieder zu H2 + C O zu reduzieren. Dieses Gas wird mit oder ohne entsprechenden Zusatz von frisch herbestelltem Gas wieder in den Reduktionsschacht eingeleitet. Die Herstellung eines so zusammengesetzten Reduktions- oder Synthesegases in ähnlicherWeise aus Erdölrückständen, sonstigen Ölen oder anderen kohlenstöff- und wasserstoffenthaltenden Stoffen ist nicht ahne weiteres möglich, wenn .der Wasserstoffgehalt der zu vergasenden Stoffe so hoch liegt, d@aß .das resultierende Gas erheblich zu reich an Wasserstoff ist.
• Das Ziel der Erfindung ist es, auch aus den erwähnten Stoffen, wie beispielsweise Heizöl, Teer, Asphalt, Masut usw., eine ,den Anforderungen, beispielsweise der Eisenschwammherstellung, entsprechende Gaszusammensetzung zu erzielen.
• Der Erfindungsgedanke geht .dabei von folgender Beobachtung aus: Bei der Reduktion von Eisenerz zu Fe wird nicht nur ;das Kohlenoxyd, sondern auch der Wasserstoff oxydiert, so d.aß ein großer Teil .des ursprünglich vorhanden gewesenen Wasserstoffs nach Verlassen des Reduktionsschachtes in Form von Wasserdampf vorliegt. Zum Zwecke der Wärmeersparnis wird . dieses Kreislaufgas nach den bisherigen Verfahren unter möglichster Erhaltung seines Wärmegehaltes dem Rekarburator wieder zugeleitet. Nach dem Vorschlag vorliegender Erfindung wird nunmehr jedoch das Rückgas vor dem Eintritt in den Rekarburator so weit niedergekühlt bzw. notfalls unter Verwendung von Kältemaschinen, Kieselgel oder anderen Hilfsmitteln so weit getrocknet, daß es beim Karburieren mit dem in Frage kommenden Öl oder sonstigen Stoff ein Reduktionsgas von der gerade erforderlichen Zusammensetzung bezüglich des Verhältnisses C O : H2 ergibt.
• Es hat sich weiterhin gezeigt, daß die Aufbringung der Wärmemenge, die zum Reduzieren des im Rückgas vorhandenen C 02 benötigt wird, vorteilhafterweise auch in einem indirekt mit Gas, 01 oder sonstigem brennbaren Stoff beheizten Reaktionsraum erfolgen kann, ohne daß man gezwungen ist, die in vielen Ländern teure Elektrizität anzuwenden. In diesem Falle werden zweckmäßig Heizelemente in Form von Rohrbündeln oder innenbefeuerten Strahlrohren verwendet.
• Es hat sich weiterhin als dienlich erwiesen, das Rückgas nicht nur an einer Stelle aus dem Reduktionsschacht oder sonstigen Reaktionsraum abzuziehen, sondern an zwei oder eventuell sogar an mehr Stellen. Hierdurch wird es. möglich, auch Gasanteile in das Kreislaufgas hereinzubringen, welche fast gar keinen Wasserstoff mehr enthalten und praktisch nur noch aus CO, bestehen. Dieses Verfahren kann beispielsweise angewendet werden, wenn die zu vergasenden kohlen- und wasserstoffhaltigen Substanzen besonders viel Wasserstoff enthalten, da sich dann. ein wesentlich größerer Anteil an Wasserstoff in Form von Wasser aus ,dem Gas abscheiden läßt. Ein solches C O'2-haltiges Gas wird beispielsweise im oberen Teil des Eisenreduktionsschachtes in oder über der Vorreduktionszone gewonnen. Man kann aber auch dem Rückgas weitere Mengen Wasserstoff entziehen, indem man ihn nach Zusatz entsprechender MengenSauerstoff oderLuft katalytisch verbrennt.
• Ein Hauptanwendungsgebiet der Erfindung ist die Reduktion von Erzen., insbesondere Eisenerzen, in Reduktionsschächten unter Zuhilfenahme von Reduktionsgasen, welche sowohl Kohlenoxyd als auch Wasserstoff enthalten. Eine entsprechende Anlage ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.
• In einem Schacht i wird Eisenerz bei 2 durch eine übliche Begichtung eingeführt und durchläuft nacheinander die Zonen I bis IV, und zwar so; daß in .der Zone I .das Erz vorerhitzt wird, während in der Zone II eine Vor redukt=ion vor-,genommen wird, in welcher das Eisenerz, z. B. Fee 03, im wesentlichen in Fe 0 umgewandelt wird. In der En.dreduktionszone III erfolgt die LTmw andlung des größten Teiles des Fe O, worauf in der Kühlzone IV die Abkühlung und an deren Unterende der Abzug des Eisens in Form von Eisenschwamm erfolgt.
• Die Vorredu`ktion erfolgt im wesentlichen unter Wärmeaufnahme, die Reduktion unter Wärmeentwicklung.
• Das Reduktionsgas. wird bei 3 in den Schacht i eingeführt. Es besteht beispielsweise aus etwa 75 % CO, 24% H2, o,6% C02, 0,4% H20-Dieses Gas wird mit etwa iooo° in den Schacht eingeführt. Mit ihm erfolgt die Reduktion des Fe 0 zu Fe. Der größere Teil des Gases verläßt am oberen Ende der Reduktionszone be=i 4 den Schacht und hat -dann: bei einer Temperatur von Soo° etwa folgende Zusammensetzung: 5o % CO, io% H@, 25% C'0'2, Rest H20. Der übrige Teil des Gases durchläuft auch die Vorreduktionszone 1I und wird zu einem kleinen Teil bei 5 abgezogen. Er entweicht bei einer Temperatur von etwa i,ooö° und hat einen wesentlich höheren Anteil von C 02 nach etwa folgender Zusammensetzung : 72% C02, 3 % C O, 25 % H2 O. Der übrige Teil des ;Gases wird mit Hilfe der bei 6 eingeführten Luft in der Vorwärmezone I verbrannt, um :dann bei 7 als Abgas den Schacht zu verlassen. Sofern die zur Vorerhitzung erforderliche Wärme dadurch nicht gedeckt werden kann, wird bei 6 auch noch zusätzlich Heizgas verbrannt.
• Die bei 4 und 5 aus dem Schacht abgezogenen Gasmengen werden in der Leitung io vereinigt und gelangen dann zunächst in einen Abhitzkessel i i oder einen sonstigen Wärmeaustauscher zur Verwertung ihrer fühlbaren Wärme. Danach werden die Gase in einem indirekten oder direkten Kühler i2 bis auf die gewünschte Kondensationstemperatur abgekühlt, so daß der Wasserdampf zu einem wesentlichen Teil ausgeschieden wird. Gegebenenfalls kann ein Trockner 13, z. B. eine Kieselgeltrocknungsanlage, nachgeschaltet werden. Nach der Kühlung und Trocknung des Gases wird es wieder erhitzt, und zwar in einem Vorerhitzer 1.9, der z. B. als Röhrenerhitzer ausgebildet ist. Nach dieser Wiedererhitzung gelangt das Gas in den Rekarburator 16. In den Schacht des Rekarburators wird das zur Vergasung dienende 01 bei 17 eingedüst. Die Kohlensäure des bei 18 ein.-geführten Rückgases wird mit- Hilfe des im Öl enthaltenen Kohlenstoffs nach der Bruttoreaktion C +: C 0g =-2 C O urilgewandelt. - . Der aus dem 01 abgespaltene Wasserstoff bleibt als solcher erhalten, so daß das den Rekarburator bei i9 verlassende Gas die anfangs erwähnte Zusammensetzung aufweist.
• In Sonderfällen kann dem Rekarburator auch noch Kohlensäure aus anderen Quellen zugeführt werden, was bei --o angedeutet ist.
• Die Beheizung des Rekarburators wird gemäß der weiteren Erfindung durch dasselbe Öl vorgenommen, und zwar zweckmäßig, indem das Öl zunächst in eitler besonderen .Anlage teilvergast wird, worauf das entstandene wasserstoffreiche Olgas bei 21 in die Heizrohre 22 eingeführt wird, wo es mit der bei 23 zugeführten Luft verbrannt wird. Die Beheizung wird durch bekannte Strahlrohre vorgenommen. Die Abgase werden durch die Leitung 25 in den Wiedererhitzer i5,eingeführt, der ihnen die fühlbare Wärme nur teilweise entzieht, so daß die weitere Ausnutzung der Wärme in einem Abhitzekessel 26 oder sonstigen Wärmeaustauscher vorgenommen wird.
• Wird, wie dargelegt, das Öl zur Beheizung des Rekarburators benutzt und zum Teil vergast, so wird der verbleibende, nicht vergaste Teil des Öls (Teer) zur Vergasung im Rekarburator benutzt, also bei 17 in diesen eingedüst.
• Die Erfindung kann statt bei der Eisenschwammerzeugung z. B. auch bei der Reduktion von Kupfererzen, Zinkerzen, Bleierzen u. dgl. verwendet «-erden. Ferner ist es möglich, mit Hilfe ,der Erfindung Synthesegas herzustellen für Kohlenwasserstoff- und andere Synthesen. Hierbei kann beispielsweise der Vorteil auftreten, daß nicht unbedingt ein sehr hoher oder vollständiger Umsatz der Gase in einer Stufe angestrebt werden muß, vielmehr ist es mit Hilfe wesentlich einfacherer und billigerer Apparaturen möglich, in den Reaktionskammern sich mit kleineren Umsätzen zu begnügen und das Gas in der geschilderten Art im Kreislauf zu verwenden. In der dargestellten Anlage würde dann im wesentlichen an die Stelle des Schachtes ein Svritheseofen treten.

Claims (12)

1. PATENTANSPRÜCHE: t. Verfahren zur Herstellung von Gasen mit einem bestimmten Kohlenoxvd-WaSSerstoff-Verhältnis aus Ausgangsstoffen mit höherem Wasserstoffgehalt für Prozesse, bei denen sowohl C O zu C OZ als auch insbesondere HZ zu H,,2 O umgesetzt «erden, insbesondere für die Erzreduktion, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gase nach ihrer Verwendung ganz oder zum Teil im Kreislauf führt, mit der 1-laßgal)e, daß sie von dem bei der Verwendung oder durch besondere Maßnahmen in Wasserdampf übergeführten Wasserstoff durch Kühlen und gegebenenfalls Trocknen teilweise befreit und anschließend, z. B. in einem Rekarburator, als Vergasungsmittel für die Ausgangsstoffe verwendet werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, gekennzeichnet durch die Verwendung von kohlenwasserstoffhaltigen Stoffen, wie Öl, Teer, Pech, Asphalt, Erdölverarbeitungsrückständen und Raffinationsabfällen, als Ausgangsstoff für die Vergasung.
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kreislaufgas nach der Kühlung und gegebenenfalls Trocknung und vor der Rekarburierung wieder erhitzt wird, insbesondere in einem Wärmeaustauscher, der durch die Rauchgase des Rekarburators beheizt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas des Rekarburators nach dem Durchmessen der Wiedererhitzungs vorrichtung für das Kreislaufgas einemWeiteren Wärmeaustauscher, insbesondere Abhitzkessel, zilg.eführt wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Brennstoff zunächst durch Teilvergasung in einem Vorschaltgaserzeuger ein verhältnismäßig wasserstoffreiches Heizgas für den Rekarburator hergestellt wird und der unvergaste, wesentlich kohlen-stoffreichere Rest des Brennstoffes zusammen mit frischem Brennstoff im Rekarburator vergast wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, d.aß das Kreislaufgas an verschiedenen Stellen des Reaktionsraumes (Reduktionsschacht, Syntheseofen) abgezogen wird, an welchen das Gas verschiedene Zusammensetzung in bezug auf den Kohlensäure- und Wasserdampfanteil aufweist, und die Teilströme des Gases zum Entzug des Wasserdampfes wieder zusammengeführt werden.
7. 7. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der im Kreislaufgas noch vorhandene elementare Wasserstoff vor dem Trocknen des Gases ganz oder teilweise katalytisch zu H.,0 verbrannt wird. B.
8. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Kreislaufgas vor dem Abkühlen und gegebenenfalls Trocknen in einem Wärmeaustauscher, z. B. in einem Abhitzkessel zur Dampferzeugung, verwendet wird. g.
9. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kreislaufgas vor oder im Rekarburator Kohlensäure aus beliebigen Quellen zugesetzt wird. io.
10. Rekarburator zur Ausübung des Verfahrens nach den vorhergehenden Ansprüchen, welchem einerseits der Brennstoff und das Kreislaufgas zugeführt wird, und aus welchem andererseits das in den Reaktionsraum einzuführende Gas abgezogen wird, gekennzeichnet durch Heizelemente, die innen durch Gas, Öl oder sonstige Brennstoffe erhitzt werden. und die gasdicht 1-om Rekarbürationsraum abgeschlossen sind. i i.
11. Rekarburator nach Anspruch io, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente als Strahlrohre ausgebildet sind.
12. 12. Rekarl)urator nach Anspruch i o und i t. gekennzeichnet durch einen schachtartigen Ofen beliebigen Querschnitts,- in dem die Kreislaufgase von unten nach oben strömen und in den die Heizelemente von oben her eingehängt sind.