DE963278C - Anlage zum Reduzieren von Erzen - Google Patents

Anlage zum Reduzieren von Erzen

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DE963278C
DE963278C DEL12528A DEL0012528A DE963278C DE 963278 C DE963278 C DE 963278C DE L12528 A DEL12528 A DE L12528A DE L0012528 A DEL0012528 A DE L0012528A DE 963278 C DE963278 C DE 963278C
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DEL12528A
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English (en)
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Dipl-Ing Robert Von Linde
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21BMANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0073Selection or treatment of the reducing gases
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B5/00General methods of reducing to metals

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anlage zum Reduzieren von Metalloxyden, insbesondere- in Erzen, mit Hilfe von Generatorgasen, von denen ein zwischen einem Gaserzeuger und einem Reduktionsschacht umlaufender Teil -durch einen Absorber zum Entfernen des Kohlendioxyds strömt, dadurch gekennzeichnet, d-aß im Strömungsweg mindestens eines Teiles des aus dem Reduktionsschacht entweichenden Gasgemisches eine Konvertierungskammer (2o) angeordnet ist, in der der Kohlenmonoxydgehalt des zur Wiederverwendung in andere Teile der Anlage zurückzuführenden Gasgemisches mit Wasserdampf in Kohlendioxyd und Wasserstoff umgesetzt wird.
  2. 2. Anlage nach Anspruch i, gekennzeichnet durch einen Wärmeaustauscher (2i), in dem das zur Konvertierungskammer (2o) strömende Gasgemisch durch das konvertierte Gas vorgewärmt wird.
  3. 3. Anlage nach Anspruch i oder 2, in der das Gasgemisch zwecks Entfernung des Kohlendioxyds auf einen erheblichen Druck verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Verdichter (i5) eine Entspannungsmaschine (3o) gekuppelt ist, in der die Druckenergie des verdichteten @ Gases unter erheblicher Temperaturerniedrigung in Antriebsleistung umgesetzt wird.
DEL12528A 1952-06-07 1952-06-07 Anlage zum Reduzieren von Erzen Expired DE963278C (de)

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