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Anlage zum Reduzieren von Erzen Die Erfindung bezieht sich auf eine
Anlage zum Reduzieren von Metalloxyden, insbesondere in Erzen mit Hilfe von Generatorgasen,
von denen ein Teil zwischen einem Gaserzeuger und einem Reduktionsschacht umläuft.
Anlagen dieser Art sind beispielsweise zur Ausführung des Wiberg-Söderfors-Verfahrens
bekanntgeworden. Bei diesem Verfahren werden Eisenerze in einem Reduktionsschacht
zu Eisenschwamm reduziert. Beim Reduktionsvorgang wird nur ein Teil des im Gas enthaltenen
Kohlenmonoxyds zu Kohlendioxyd umgewandelt; das entstandene Gasgemisch enthält noch
etwa 5o"/o, reaktionsfähiger und wertvoller Bestandteile (Kohlenmonoxyd und Wasserstoff)
und kann daher zwecks Reduktion des Kohlendioxyds in .den Generator zurückgeführt
werden. Es ist auch bekannt, Vorrichtungen zum Entfernen des Kohlendioxyds im Strömungsweg
mindestens eines Teils des zur Wiederverwendung aus dem Reduktionsschacht entnommenen
Gasgemisches anzuordnen und mit Hilfe dieser Vorrichtungen den Kohlendioxydgehalt
im Gasgemisch in den zulässigen Grenzen zu halten. Hierdurch kann mindestens- ein
erheblicher Teil des bisher ungenutzt gebliebenen Überschußgases dem ProzeB nutzbar
gemacht werden.
Die Erfindung besteht nun darin, daß in einer Anlage
der genannten Art ein Konverter vorgesehen ist, in dem das Kohlenmonoxyd mit Wasserdampf
in Kohlensäure und Wasserstoff umgesetzt wird. Durch einen solchen Konverter kann
ein für die Durchführung des Verfahrens günstiger Wasserstoffgehalt auf besonders
wirtschaftliche Weise bereitgestellt werden. Bisher mußte zur Erzielung eines ausreichenden
Wasserstoffgehalts Wasser in den Gaserzeuger eingespritzt werden. Dieser Prozeß
erforderte einen beträchtlichen Aufwand an Verdampfungs- und Bindungswärme. Außerdem
bedingte auch die Bindung des im Wasser chemisch gebundenen Sauerstoffes einen zusätzlichen
Brennstoffverbrauch des Gaserzeugers. Durch die- Einschaltung einer Konvertierung
gemäß der Erfindung kann der Brennstoffverbrauch für die Wasserstoffgewinnung erheblich
herabgesetzt werden, zumal noch der bisher im Überschußgas verlorengehende Wasserstoffanteil
nutzbar gemacht wird. Besonders groß sind die dabei erzielten Vorteile, wenn gemäß
der Erfindung das beim Konvertieren entstehende Kohlendioxyd entfernt, beispielsweise
ausgewaschen wird. Es ist dann möglich, die gesamte Überschußgasmenge dem Prozeß
wieder zuzuführen, ohne daß eine unzulässige CO.-Anreicherung erfolgt.
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Weitere in den Ansprüchen gekennzeichnete Erfindungsmerkmale sind
der nachstehenden Beschreibung zu entnehmen, die sich auf das in der Zeichnung schematisch
dargestellte Ausführungsbeispiel bezieht. Es zeigt Fig. i eine Gesamtanlage und
Fig.2 den die Erfindung bildenden Teil dieser Anlage.
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In einem durch Elektroden q. elektrisch geheizten Gaserzeuger 3 (Karburator)
wird aus festem Brennstoff, wie Koks oder Holzkohle, ein Gasgemisch erzeugt, das
im wesentlichen aus Kohlenmonoxyd und Wasserstoff besteht. Dieses Gasgemisch wird
durch eine Leitung 6 dem unteren Teil eines Reduktionsschachtes 5 zugeführt, der
oben mit Eisenerz beschickt wird. Das Gasgemisch reduziert das im unteren Schachtteil
enthaltene Eisenoxydul zu metallischem Eisen. Hierbei verbrennt ein Teil des im
Gemisch enthaltenen Kohlenmonoxyds zu Kohlendioxyd. Eine Teilmenge des dabei entstehenden
Gasgemisches wird durch einen Ventilator 8 über eine Leitung 7 in den Gaserzeuger
zurückgeführt, wo sein Kohlendioxydgehalt wieder mit dem glühenden Koks oder der
Holzkohle zu Kohlenmonoxyd reduziert wird. Eine andere Teilmenge durchläuft die
im- mittleren Schachtteil befindliche Vorreduktion.szone und reduziert dort den
Eisenoxydgehalt des Erzes zu Eisenoxydul.
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In den oberen Schachtteil wird durch einen Ventilator 9 Verbrennungsluft
eingebläsen, mit der der Restteil des Gemisches vollständig verbrannt wird. Dieser
Restteil enthält nämlich außer dem bei den Reduktionsvorgängen anfallenden Kohlendioxyd
noch genügend brennbare Bestandteile, um das Erz auf eine angemessene Temperatur
von etwa 9$o° C vorzuheizen. Um die Temperatur in dieser Höhe aufrechtzuerhalten,
darf aber nur eine Teilmenge des dem oberen Schachtteil zuströmenden Gemisches verbrannt
werden. Eine recht beträchtliche überschußrnenge muß durch eine Leitung io aus dem
Schacht abgeleitet werden, ehe sie die Verbrennungszone erreicht. Diese Überschußmenge
konnte bisher für den Prozeß nicht nutzbar verwendet werden; in der Regel wurden
die darin enthaltenen wertvollen Bestandteile (Kohlenrnonooxyd und Wasserstoff)
nutzlos abgeführt.
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Zur nutzbaren Erschließung dieser Bestandteile dient nun die an die
Leitung io zweckmäßig unter Einschaltung eines nicht dargestellten Staubabscheiders
angeschlossene und in Fig. 2 im einzelnen dargestellte Anlage 2, die den Gegenstand
der Erfindung bildet. Diese Anlage enthält zunächst einen Wärmeaustauscher i i,
in dem ein wesentlicher Teil der im Überschußgas enthaltenen fühlbaren Wärme ausgenutzt
wird, sowie einen Waschkühler 12 an sich bekannter Art, dem durch eine Berieselungsvorrichtung
13 Wasser zugeführt wird. Das gereinigte Gasgemisch wird in einem Verdichter 15
auf etwa 15 bis 25 atü verdichtet und in ein Waschgefäß 16 geleitet, dem durch eine
Berieselungsvorrichtung 17 kalte Waschflüssigkeit zugeführt wird. Bei dem höhen
Druck besitzt diese Waschflüssigkeit ein- hohes Lösungsvermögen für das im Gemisch
enthaltene Kohlendioxyd. Die zurückbleibenden wertvollen Gasbestandteile können
durch eine an das Waschgefäß anzuschließende Leitung den Gasumlaufwegen der in Fig.
i dargestellten Anlage, beispielsweise der Leitung 7 oder 6 zugeführt und damit
für den Arbeitsprozeß nutzbar gemacht werden.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist jedoch noch in weiterer
Ausgestaltung der Erfindung die Tatsache berücksichtigt worden, daß für den Reduktionsvorgang
im Schacht 5 ein hoher Wasserstoffgehalt von großem Vorteil ist. Die für derartige
Zwecke zur Verfügung stehenden festen Brennstoffe können auf Grund ihrer Zusammensetzung
im Gaserzeuger 3 einen solchen Gehalt nicht liefern. Bisher mußte dieser Gemischbestandteil
durch Einführung einer nicht unbeträchtlichen Dampf- oder Wassermenge in den Gaserzeuger
3 (vgl. gestrichelte Leitung i9 :n Fig. i) erzeugt werden. Hiermit waren außer einem
erheblichen Energieaufwand auch noch die weiteren bereits erwähnten Nachteile verbunden.
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Diese Nachteile werden durch die in Fig. 2 dargestellte Konvertierungskammer
2o vermieden, der die im Waschgefäß 16 vom Kohlendioxyd befreiten Gase über die
Leitung 18 und einen Wärmeaustauscher 2 i zugeführt werden. In dieser Konvertierungskammer
befindet sich ein Kontaktstoff 22, der eineUmsetzung des im Gemisch enthaltenen
Kohlenmonoxydes mit Wasserdampf entsprechend der Gleichung C O -I- H20 = CO2 -f-
H2 bewirkt. Die zu dieser Umsetzung erforderliche Feuchtigkeit wird durch eine Leitung
23 in flüssiger Form oder als Dampf zugeführt. Bei dem hohen Druck in der Anlage
ist die für den Umsetzungsvorgang benötigte Apparatur verhältnismäßig klein. Die
für die chemische Umsetzung anfangs erforderliche
Wärme kann durch
elektrische Heizkörper erzeugt oder durch Abwärme geliefert werden, die beim Betrieb
der Anlage aus dem Gaserzeuger 3 oder aus dem Reduktionsschacht 5 anfällt. An Stelle
der Wasserdampfmenge, die bisher in den Gaserzeuger 3 eingeblasen wurde und außer
hohem Wärmebedarf zur Umsetzung auch noch eine Reihe weiterer Unzuträglichkeiten
brachte, 'wird also beim Erfindungsgegenstand in dem Konverter wesentlich weniger
Wasserdampf mit erheblich geringerem Energieaufwand umgesetzt, wobei der dabei anfallende
Sauerstoffgehalt in Gestalt von Kohlendioxyd auf einfachem Wege entfernt werden
kann. Eine Konvertierung des im überschtiß enthaltenen Kohlenmonoxyds, ist also
bei allen Anlagen der genannten Art von besonderem Vorteil, und zwar bereits auch
dann, wenn keine Vorrichtungen zum Entfernen des Kohlendioxyds angewendet werden.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 gelangt das in der Konvertierungskammer
entstehende C02-H2-Gemisch, nachdem es seine Wärme im Austauscher 2i an das dem
Konverter zuströmende Gemisch abgegeben hat, durch eine Leitung 2,4 in einen Wäscher
26 und gibt seinen Kohlendioxydgehalt an das durch eine Berieselungsvorrichtung
25 zugeführte Lösungsmittel (Wasser) ab. Das im wesentlichen aus Wasserstoff bestehende
Gas wird durch eine Leitung 27 einer Entspannungsmaschine 30 zugeführt, die
mit dem Verdichter 15 gekuppelt ist. Dadurch wird das hohe Druckpotential dieses
Gases in Antriebsleistung umgesetzt; die (nicht gezeichnete) Antriebsmaschine hat
also eine kleinere Leistung aufzubringen. Das in der Entspannungsmaschine stark
abgekühlte Gas wird durch eine Leitung 28 in das Kernrohr 31 des Wärmeaustauschers
i i eingeführt und kühlt dort das aus der Leitung io zuströmende Gas. Der Wärmeaustauscher
11, 31 ist für den Wärmehaushalt der Anlage gemäß der Erfindung ebenso wertvoll
wie der Austauscher 21 für die wirtschaftliche Durchführung des Konvertierungsvorganges.
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Die an das Rohr 31 angeschlossene Entnahmeleitung 32 kann entweder
mit der Leitung 7 oder, wie in Fig. i mit strichpunktierten Linien angedeutet, durch
eine Leitung 33 mit der Leitung 6 verbunden werden. Das am Boden der Druckwäscher
16 und 26 sich ansammelnde, stark mit Kohlendioxyd gesättigte Wasser fließt in ein
druckfestes Sammelgefäß 35 ab und wird durch eine von einem Schwimmerventil 36 beherrschte
Ablaufleitung 37 in eine Entgasungswanne 38 geleitet. Da hier bei dem niedrigen
Atmosphärendruck der größteTeil des unter hohem Druck aufgenommenen Kohlendioxyds
entweicht, kann das Wasser zu erneuter Verwendung von einer Druckpumpe q.o entnommen
und über eine Leitung 41 den Berieselungsvorrichtungen 25 und 17 zugeführt werden.
Eine Nebenleitung 39 ermöglicht auch eine Frischwasserzufuhr zur Pumpe 40. Die Abführung
der Kohlensäure gemäß der Erfindung kann an Stelle der beschriebenen Wäsche mit
Wasser unter Druck auch mit Hilfe alkalischer Flüssigkeiten erfolgen, z. B. mit
Alkazidlaugen oder Äthanolaminen, die nach teilweiser Sättigung durch Erwärmen unter
Abgabe der Kohlensäure regeneriert werden. Eine solche alkalische C 02 Wäsche könnte
an Stelle der in Fig. 2 dargestellten Einrichtung treten, wobei in ähnlicher Weise
eine Konvertierung erfolgen könnte.
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Erfindungsgemäß kann die C 02 Entfernung auch mit festen Bindemitteln
erfolgen z. B. bei 4oo bis 5oo° C an Dolomit, der nicht nur die Kohlensäure bindet,
sondern gleichzeitig eine Konvertierung des Kohlenoxyds mit Wasserdampf unter gleichzeitiger
Bindung der entstehenden Kohlensäure bewirkt. Nach Sättigung werden diese Absorber
durch Erwärmen auf etwa iooo° C wieder von Kohlensäure befreit. Im Wechselbetrieb
mit zwei oder besser drei Türmen ist so eine Entfernung von Kohlensäure aus dem
Prozeß möglich. Die Entfernung der Kohlensäure mit Dolomit hätte noch den Vorzug,
daß eine Abkühlung des überschußgases unter 500° C nicht erfolgen muß und daß die
Entfernung der Kohlensäure mit verhältnismäßig einfachen Mitteln und auf vollkommen
trockenem Wege möglich wäre.