EP3581663A1 - Preparation of carburised sponge iron by hydrogen-based direct reduction - Google Patents
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- EP3581663A1 EP3581663A1 EP18177161.9A EP18177161A EP3581663A1 EP 3581663 A1 EP3581663 A1 EP 3581663A1 EP 18177161 A EP18177161 A EP 18177161A EP 3581663 A1 EP3581663 A1 EP 3581663A1
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Definitions
- the application relates to a method for producing direct-reduced sponge iron from iron oxide material, direct reduction using an at least predominantly H2 gas.
- top gas Used reducing gas - called top gas - emerging from the reduction unit after direct reduction can be recirculated very easily for reduction purposes, since to a significant extent practically only dust and water have to be separated from the reducing component hydrogen H2.
- the top gas may also contain some CO2 due to the calcination of the iron oxide material used.
- nitrogen used for sealing purposes, the top gas can also contain some nitrogen when charging iron oxide material into the reduction unit and / or when iron sponge is discharged, for example in the form of a cyclic material lock system or dynamic lock system.
- This task is solved by a Process for the production of carburized, directly reduced iron sponge from iron oxide material, first reducing directly by means of a reducing gas consisting at least predominantly of H2, characterized in that then the carbon content in the sponge iron is increased by means of a carburizing gas supplied, whereupon the carburizing gas consumed is at least partially withdrawn while largely avoiding mixing with the reducing gas.
- Iron oxide material is to be understood as any material which contains iron oxide and is suitable as a feedstock for direct reduction in the production of sponge iron.
- Direct reduction processes can be lumpy material such as ore pellets, lump ore, oxide briquettes, or fine particulate material.
- Lumpy material is suitable, for example, for direct reduction in fixed bed reactors.
- Fine particulate material is suitable, for example, for direct reduction in fluidized bed reactors.
- the carbon content is at least 0.5% by weight, and up to 5.0% by weight, preferably between 1.0 and 3.5% by weight, the two limits being included.
- the carbon can be bound as iron carbide Fe3C and / or be freely available as graphitic carbon C. Chemically bound carbon as Fe3C iron carbide is better and more effective for operating an electric arc furnace (EAF).
- the iron oxide material is first directly reduced by means of a reducing gas consisting at least predominantly of H2, for example in a reduction zone.
- the hydrogen content of the reducing gas can be up to 100 vol%.
- a hydrogen content of at least 80 vol% is preferred, particularly preferably at least 90 vol%, the remainder being 100 vol%, for example nitrogen N2, carbon monoxide CO, carbon dioxide CO2, water vapor H2O, methane CH4.
- the carbon content of the sponge iron obtained in this direct reduction is then increased, for example in a carburizing zone.
- a carbon-containing gas called a carburizing gas is fed to increase it.
- the carburizing gas contains carbon in carbon-containing molecules.
- the carburizing gas can be, for example, natural gas, methane CH4, ethane C2H6, propane C3H8, butane C4H10, carbon monoxide CO.
- the carbon-containing molecules react with the sponge iron to form iron carbide Fe3C, or they react with the release of carbon C.
- carburizing with methane works as follows 3 Fe + CH4 ⁇ Fe3C + 2 H2
- elemental carbon is formed by cracking methane CH4 ⁇ C + 2 H2
- H2O water vapor
- CH4 methane
- CO also creates CO2 and water vapor FeO + CO ⁇ Fe + CO2 3 Fe + 2 CO ⁇ Fe3C + CO2 3 Fe + CO + H2 ⁇ Fe3C + H2O CO + H2 ⁇ C + H2O CO + H2O ⁇ CO2 + H2 2 CO ⁇ C + CO2
- the product of this carburizing step with a higher carbon content than the product of the first step - the direct reduction - sponge iron - is called carburized sponge iron in the context of this application.
- carburization or carburization - carburizing gas is partially converted.
- Mixing non-hydrogen H2 gaseous products such as CO2, CO, the reactions leading to carburization, or unconverted portions of the carburizing gas such as N2, with the reducing gas consisting mainly of H2 introduced into the reduction unit may make effort when recirculating top gas necessary for separation.
- the carburizing gas used is at least partially withdrawn while largely avoiding mixing with the reducing gas.
- the so-called spent carburizing gas which is at least partially, preferably completely, drawn off, contains both gaseous products of the carburizing reactions and unreacted portions of the carburizing gas.
- the withdrawal is carried out in such a way that mixing of the carburizing gas used with the reducing gas is largely, preferably completely, avoided.
- the proportion of carbon-containing gases - such as CO, CO2, CH4 or higher hydrocarbons - in the top gas is overall less than 20 vol%, preferably less than 10 vol%, particularly preferably less than 5 vol%.
- the used carburizing gas is therefore at least partially, preferably completely, drawn off before it is mixed with the reducing gas.
- the goal is to have very little or no gas flows from the carburizing zone to the reduction zone. This can be achieved, for example, by withdrawing so much used carburizing gas from the carburizing zone and separating so much used carburizing gas from a circuit of the carburizing gas that an upward flow from the carburizing zone into the reduction zone does not take place.
- the spent carburizing gas is practically led out laterally, for example, from an upper area of the carburizing zone before it reaches the reduction zone above it.
- a CO2 reduction in the top gas intended for recirculation for example by means of CO2 scrubbing or CO2 / H2O reformer, is dispensed with.
- the process is also carried out without reducing the CO2 in the top gas intended for recirculation if the top gas also contains some CO2 due to the calcination of the iron oxide material used.
- a first subset of the top gas is excluded from the recirculation and discharged from the circuit. If appropriate, this first subset is used, for example for use as fuel gas. The less the carburizing waste gas mixes with the reducing gas, the less top gas has to be excluded from recirculation - and the more energy-efficient it is to produce the carburized, direct-reduced sponge iron.
- a first subset of the used carburizing gas after processing - such as dedusting - combined with fresh carburizing gas components is used again as carburizing gas to increase the carbon content of the sponge iron.
- the carburization can be carried out in a more resource-efficient and economical manner, since unreacted components present in the used carburizing gas once again have the opportunity to contribute to the carburization.
- the carburizing gas or the processed spent carburizing gas is heated before or after being combined with fresh carburizing gas components before it comes into contact with the sponge iron.
- the carburization reactions run better at higher temperatures. Accordingly, the efficiency of the carburization is increased by the temperature increase.
- the reducing gas is heated before it comes into contact with the iron oxide material.
- a second subset of the carburizing gas used possibly after dedusting, is used as a fuel gas for heating the reducing gas.
- Components with a calorific value in the carburizing gas used are used within the process; this reduces the necessary use of resources and increases the cost-effectiveness of the process.
- the use within the method can also include a steam generator or a power plant, for example.
- the reducing gas is preferably heated to over 700 ° C. by indirect heat exchange.
- a one-stage heating is preferably carried out by indirect heat exchange, that is to say heating while maintaining the reduction potential of the reducing gas, or without oxidative destruction of the reducing potential of the reducing gas.
- the reduction gas can also be heated in several stages, in which one stage is indirect heat exchange.
- one stage is indirect heat exchange.
- first stage of heating be heated to a temperature above 700 ° C by indirect heat exchange, and then in a second stage direct heating by means of another type of heating - for example by partial oxidation - to achieve an even higher temperature.
- a further subset of the used carburizing gas is used as a fuel gas for heating the carburizing gas.
- Components with a calorific value in the carburizing gas used are used within the process; this reduces the necessary use of resources and increases the cost-effectiveness of the process.
- the heating of the reducing gas and the heating of the carburizing gas are carried out in the same heating unit. This requires less equipment and makes the process easier to carry out.
- used reducing gas is withdrawn as top gas, and a first portion of the top gas is used for use as fuel gas for heating the reducing gas and / or the carburizing gas.
- Components with a calorific value in the top gas are used within the process; this reduces the necessary use of resources and increases the cost-effectiveness of the process.
- the carburizing gas contains components which react exothermally with the directly reduced sponge iron.
- the carburization reactions run better at higher temperatures. Accordingly, the efficiency of the carburization is increased by the temperature increase.
- the sponge iron is heated before and / or while the carburizing gas is being supplied.
- the carburization reactions run better at higher temperatures. Accordingly, the efficiency of the carburization is increased by the temperature increase.
- solid carbon C is added to the sponge iron before and / or during and / or after the carburizing gas is supplied. This complements the increase in carbon content using the carburizing gas.
- the solid carbon can be anthracite, for example.
- elemental carbon can be added in a metered form - for example by means of a metering screw or cellular wheel.
- it can also be mixed with the sponge iron - for example in a mixing chamber or a mixer in order to obtain thorough mixing and an increased proportion of iron carbide.
- a mixer is understood to mean an assembly with moving internals, whereas a mixing chamber has no moving internals.
- the size of the second subset of the carburizing gas used is regulated as a function of the CO2 and / or CO and / or CH4 content in the top gas.
- the regulation preferably takes place as a function of the content at the outlet from the reduction zone.
- Mixing of the used carburizing gas with the circuit of the reducing gas should largely, preferably completely, be avoided.
- Monitoring the top gas for components that indicate mixing has taken place - CO2 and / or CO and / or CH4 - warns of mixing.
- Increasing the second subset of the carburizing gas used helps to prevent any mixing that may take place.
- the size of the first portion of the top gas is regulated as a function of N2 and / or CO2 and / or CO and / or CH4 content in the top gas.
- An enrichment of these components in the recirculated top gas would be disadvantageous for the efficiency of the direct reduction. Such components should therefore at least partially be removed from the recirculation cycle.
- Monitoring of the top gas for components that are due to a mixing of used carburizing gas and Indicating reducing gas - CO2 and / or CO and / or CH4 - warns of mixing.
- the negative effects of any mixing of carburizing gas or carburizing gas used with the reducing gas can be reduced by increasing the first portion of the top gas.
- the use of the discharged gas as the first subset allows it to be used for heating purposes. Components with a calorific value in the top gas are used within the process; this reduces the necessary use of resources and increases the cost-effectiveness of the process.
- a gas heating device is present in the carburizing gas supply line and / or in the recirculation line.
- the carburization reactions run better at higher temperatures. Accordingly, the efficiency of the carburization is increased by the temperature increase.
- a reducing gas heating device is present in the reducing gas feed line. It is preferably a one-stage reduction gas heating device. It is preferably an indirect heat exchanger. However, it can also be a multi-stage heating device in which one stage is an indirect heat exchanger.
- the carburizing exhaust gas line and / or the recirculation device starts with a fuel gas line opening into the reducing gas heating device.
- the carburizing exhaust gas line and / or the recirculation device starts with a fuel gas supply line which opens into the gas heating device. It is preferably a single-stage gas heating device. It is preferably an indirect heat exchanger. Components with a calorific value present in the used carburizing gas can then be used within the process; this reduces the necessary use of resources and increases the cost-effectiveness of the process.
- the reducing gas heating device and the gas heating device are both integrated in a heating device, and the fuel gas line and / or the fuel gas supply line and / or open into the heating device. This requires less equipment.
- the plant for the production of carburized, direct-reduced sponge iron from iron oxide material comprises a top gas line for withdrawing used reducing gas from the reduction zone.
- the top gas line opens into a recycling device for processing and recycling top gas into the reducing gas feed line.
- a recycling device can, for example, contain at least one dedusting device for processing - preferably a dry dedusting device, since in this case, in comparison to a likewise possible wet dedusting device, there is no need for complex cleaning of process waste water from the wet dedusting.
- Such a recycle device comprises a recirculation line which opens into the reducing gas supply line in order to make processed top gas available as a subset of the reducing gas.
- the plant for producing carburized, direct-reduced sponge iron from iron oxide material also comprises one of the Topgastechnisch and / or the recycle device outgoing fuel line, which opens into the reducing gas heating device and / or into the gas heating device and / or the heating device. Components with a calorific value in the top gas can then be used within the process; this reduces the necessary use of resources and increases the cost-effectiveness of the process.
- the fuel line viewed in the flow direction of the top gas, extends from the reduction zone after the dedusting device. This saves parts of the system that have passed through later, such as compressors.
- a heating system for heating the directly reduced product is present in the carburizing zone.
- a carbon addition device is present between the reduction zone and the carburization zone.
- a carbon addition device is present in the carburizing zone.
- a carbon addition device is present behind the carburizing zone, viewed from the reduction zone in the direction of flow of the directly reduced product.
- the carbon addition device is suitable for adding solid carbon. It can include metering devices such as a metering screw or cellular wheel. According to a preferred embodiment, it also comprises mixing devices such as, for example, a mixing chamber or mixer, in order to enable thorough mixing and an increased proportion of iron carbide.
- the system according to the invention also comprises a regulating device for regulating the gas flow in the fuel gas line and / or the fuel gas feed line as a function of measured values obtained from the top gas.
- a control device can be one of the devices for avoiding mixing of reducing gas with carburizing gas and / or used carburizing gas.
- the system according to the invention also includes a regulating device for regulating the gas flow in the fuel line as a function of measured values obtained from the top gas.
- the system according to the invention does not include a device for reducing the CO2 of the top gas intended for recycling.
- the system according to the invention comprises a discharge line for discharging top gas from the recycling.
- the reduction zone and the carburization zone are accommodated within one unit.
- the aggregate can be a shaft in the upper part of which the reduction zone is located and in the lower part of which the carburizing zone is located. Iron oxide material is fed into the shaft at the top and travels downward due to gravity. It is reduced directly. After passing through the reduction zone, the directly reduced product enters the carburizing zone. After passing through the carburizing zone, it emerges from the shaft.
- the reduction zone and the carburization zone are accommodated in different units.
- the direct reduced product can be from a product containing the reduction zone Direct reduction unit are removed and then introduced into a separate carburizing unit containing the carburizing zone.
- the directly reduced product is sponge iron.
- Direct reduction unit and carburizing unit are connected via a delivery line for the delivery of sponge iron into the carburizing unit.
- the at least one device for avoiding mixing of reducing gas with carburizing gas and / or used carburizing gas can be present in the delivery line, for example. It can also be present in the end of the direct reduction unit on the delivery line side. It can also be present in the end of the carburizing unit on the delivery line side, it can also be present on the end of the delivery line facing the direct reduction unit, or on the end of the delivery line facing the carburizing unit.
- Figure 1 schematically shows a variant of a system 1 according to the invention for producing carburized, direct-reduced sponge iron from iron oxide material 2. It comprises a reduction zone 3 for the direct reduction of input iron oxide material 2 to the directly reduced product by means of reducing gas consisting predominantly of H2. It also includes a reduction gas gas feed line 4 opening into the reduction zone 3. It also comprises a carburizing zone 5 for carburizing the directly reduced product.
- a carburizing gas supply line 6 opens into the carburizing zone 5.
- a carburizing exhaust gas line 7 extends from the carburizing zone 5 for withdrawing used carburizing gas from the carburizing zone 5.
- the system also includes at least one device for avoiding mixing of reducing gas with carburizing gas and / or spent carburizing gas, here a blower 8 in the carburizing exhaust gas line 7.
- the blower 8 transports used carburizing gas at least partially out of the carburizing zone and thereby mixing it with the reducing gas largely avoided.
- the direct reduced product sponge iron enters the carburizing zone 5 following the force of gravity, where the carbon content in the direct reduced product sponge iron is increased by means of a supplied carburizing gas, while it is passed from top to bottom following the force of gravity.
- Carburizing gas consumed in the process is withdrawn from the carburizing zone 5 via the carburizing exhaust gas line and conducted out, at least partially, by mixing with the reducing gas. Removal of carburized sponge iron from the carburizing zone is indicated by a block arrow.
- Figure 2 shows schematically another variant of a system 1 according to the invention for producing carburized, direct-reduced sponge iron from iron oxide material 2.
- carburization zone 5 and reduction zone 3 are accommodated in different units.
- the direct reduced product sponge iron is removed from a direct reduction unit containing the reduction zone - in the case shown a fixed bed reactor 9 - and then introduced via the delivery line 10 into a separate carburizing unit 11 containing the carburizing zone.
- the delivery line 10 there may also be an additional conveying element, such as a cellular wheel sluice, or a dynamic gas barrier.
- an additional conveying element such as a cellular wheel sluice, or a dynamic gas barrier.
- the device for avoiding mixing of reducing gas with carburizing gas and / or spent carburizing gas - represented by the blower 8 in the illustrated case - could be present in the delivery line instead of or in addition to the arrangement shown in the carburizing exhaust gas line, or in the delivery line end of the direct reduction unit, or be present in the end of the carburizing unit on the delivery line side, or on the end of the delivery line facing the direct reduction unit, or on the end of the delivery line facing the carburizing unit. For better clarity, these variants are not shown. Removal of carburized sponge iron from the carburizing zone is indicated by a block arrow.
- Figure 3 shows an example of a section of the Figure 2 largely analogous representation, such as the carburizing exhaust gas line 7 Figure 2 in a recirculation device 12 for processing - such as cleaning, compression, heating - and recirculation of used carburizing gas opens into the carburizing gas supply line 6.
- a first subset of the used carburizing gas is used again after processing - such as for example dedusting - combined with fresh carburizing gas components via the recirculation line 13 as carburizing gas to increase the carbon content of the sponge iron.
- the feed of the fresh carburizing gas components is indicated by the arrow 14. Removal of carburized sponge iron from the carburizing zone is indicated by a block arrow.
- Figure 4 shows one example Figure 1 largely analogous representation of how a reducing gas heating device is present in the reducing gas feed line, in the illustrated case an indirect heat exchanger 16 for the one-stage heating of the Reduction gas before it comes into contact with the iron oxide material 2.
- a second subset of the used carburizing gas is supplied after processing for use as fuel gas for heating the reducing gas.
- the recirculation device 12 starts with a fuel gas line 17 opening into the reducing gas heating device 16.
- Figure 5 shows in a modification of the representation in Figure 4 how a recirculation device 12 emanates a fuel gas supply line 18 opening into the gas heating device 15.
- a further subset of the carburizing gas used is supplied for use as fuel gas for heating the carburizing gas.
- Figure 6 points to one Figure 1 largely analogous representation of how a top gas line 19 proceeds for withdrawing used reducing gas from the reduction zone.
- a fuel line 20 starts from it and can - for better clarity not shown separately - in a gas heating device 15 or a reducing gas heating device such as in the Figures 3 and 4 shown lead to supply a first portion of the top gas for use as a fuel gas for heating the reducing gas and / or the carburizing gas.
- Figure 7 indicates based on Figure 2 schematically, how can be heated by means of a heating system 21 in the delivery line 21 sponge iron before entering the carburizing zone.
- Figure 8 indicates based on Figure 2 schematically how carbon can be entered into the carburizing zone 5 by means of a carbon addition device 22.
- Figure 9 shows schematically a conventional method for producing direct-reduced sponge iron from iron oxide material, wherein direct reduction is carried out by means of a reducing gas consisting of H2.
- the H2 reduction gas is introduced into the reduction reactor 24 via the reduction gas feed line 23.
- Sponge iron 25 is removed from the reduction reactor 24 below.
- Reducing gas consumed after the reduction is removed as top gas via the top gas line 26 from the top of the reduction reactor 24.
- the top gas is largely recirculated in a scrubber 27 after condensation of water and cleaning, while a subset is used as fuel Reduction gas furnace 28 is fed.
- Fresh hydrogen 29 is mixed into the recirculated top gas. After preheating with exhaust gas from the reduction gas furnace 28, heating is carried out in the reduction gas furnace 28 and then introduced into the reduction unit. CO2 removal is not necessary in the recirculation cycle.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von karburiertem direktreduzierten Eisenschwamm aus Eisenoxidmaterial (2). Zuerst wird mittels eines zumindest überwiegend aus H2 bestehenden Reduktionsgases direktreduziert, danach mittels eines zugeleiteten Karburierungsgases der Kohlenstoffgehalt im Eisenschwamm erhöht, wonach dabei verbrauchtes Karburierungsgas unter weitgehender Vermeidung einer Vermischung mit dem Reduktionsgas zumindest teilweise abgezogen wird. Die Anlage (1) zur Herstellung von karburiertem direktreduzierten Eisenschwamm aus Eisenoxidmaterial (2) umfasst eine Reduktionszone (3) zur Direktreduktion von eingegebenem Eisenoxidmaterial (2) zu direktreduziertem Produkt mittels überwiegend aus H2 bestehendem Reduktionsgas, und eine in die Reduktionszone (3) mündende Reduktionsgaszuleitung (4). Sie umfasst auch eine Karburierungszone (5) zur Karburierung des direktreduzierten Produktes, mit einer in die Karburierungszone (5) mündenden Karburierungsgaszuleitung (6) und einer von der Karburierungszone (5) ausgehenden Karburierungsabgasleitung (7) zum Abziehen von verbrauchtem Karburierungsgas aus der Karburierungszone (5), sowie zumindest eine Vorrichtung zur Vermeidung einer Vermischung von Reduktionsgas mit Karburierungsgas und/oder verbrauchtem Karburierungsgas.The invention relates to a method for producing carburized, directly reduced iron sponge from iron oxide material (2). First, a reduction gas consisting at least predominantly of H2 is used for direct reduction, then the carbon content in the sponge iron is increased by means of a carburizing gas that is fed in, after which the carburizing gas used is at least partially withdrawn while largely avoiding mixing with the reducing gas. The plant (1) for producing carburized, direct-reduced sponge iron from iron oxide material (2) comprises a reduction zone (3) for the direct reduction of input iron oxide material (2) to the directly reduced product by means of reducing gas consisting predominantly of H2, and a reducing gas feed line which opens into the reducing zone (3) (4). It also comprises a carburizing zone (5) for carburizing the direct reduced product, with a carburizing gas feed line (6) opening into the carburizing zone (5) and a carburizing exhaust gas line (7) extending from the carburizing zone (5) for withdrawing used carburizing gas from the carburizing zone (5 ), and at least one device for avoiding mixing of reducing gas with carburizing gas and / or spent carburizing gas.
Description
Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von direktreduzierten Eisenschwamm aus Eisenoxidmaterial, wobei mittels eines zumindest überwiegend aus H2 bestehenden Reduktionsgases direktreduziert wird.The application relates to a method for producing direct-reduced sponge iron from iron oxide material, direct reduction using an at least predominantly H2 gas.
Es ist bekannt, Eisenschwamm durch Direktreduktion von Eisenoxidmaterial mit Wasserstoff herzustellen. Derartige Verfahren werden beispielsweise in
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die es auf einfache Weise mit wenig Aufwand erlauben, bei Direktreduktion von Eisenoxidmaterial mit überwiegend wasserstoffhaltigem Reduktionsgas einen Eisenschwamm zu gewinnen, der einen für weitere Verarbeitung günstigen Kohlenstoffgehalt aufweist.It is the object of the present invention to provide a method and a device which, in a simple manner and with little effort, allow an iron sponge to be obtained with direct reduction of iron oxide material with predominantly hydrogen-containing reducing gas and which has a carbon content favorable for further processing.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein
Verfahren zur Herstellung von karburiertem direktreduzierten Eisenschwamm aus Eisenoxidmaterial,
wobei zuerst mittels eines zumindest überwiegend aus H2 bestehenden Reduktionsgases direktreduziert wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
danach mittels eines zugeleiteten Karburierungsgases der Kohlenstoffgehalt im Eisenschwamm erhöht wird,
wonach dabei verbrauchtes Karburierungsgas unter weitgehender Vermeidung einer Vermischung mit dem Reduktionsgas zumindest teilweise abgezogen wird.This task is solved by a
Process for the production of carburized, directly reduced iron sponge from iron oxide material,
first reducing directly by means of a reducing gas consisting at least predominantly of H2,
characterized in that
then the carbon content in the sponge iron is increased by means of a carburizing gas supplied,
whereupon the carburizing gas consumed is at least partially withdrawn while largely avoiding mixing with the reducing gas.
Unter Eisenoxidmaterial ist jedes als Einsatzmaterial für Direktreduktion zur Herstellung von Eisenschwamm geeignete eisenoxidhaltige Material zu verstehen. Je nach eingesetztem Verfahren zur Direktreduktion kann es sich um stückiges Material wie beispielsweise Erzpellets, Stückerz, Oxidbriketts, handeln oder um feinteilchenförmiges Material. Stückiges Material eignet sich beispielweise zur Direktreduktion in Festbettreaktoren. Feinteilchenförmiges Material eignet sich beispielsweise zur Direktreduktion in Wirbelschichtreaktoren.Iron oxide material is to be understood as any material which contains iron oxide and is suitable as a feedstock for direct reduction in the production of sponge iron. Depending on the used Direct reduction processes can be lumpy material such as ore pellets, lump ore, oxide briquettes, or fine particulate material. Lumpy material is suitable, for example, for direct reduction in fixed bed reactors. Fine particulate material is suitable, for example, for direct reduction in fluidized bed reactors.
In karburiertem Eisenschwamm beträgt der Kohlenstoffgehalt zumindest 0,5 Gewichts%, und bis zu 5,0 Gewichts%, bevorzugt liegt er zwischen 1,0 und 3,5 Gewichts%, wobei die beiden Grenzen dabei mit umfasst sind. Der Kohlenstoff kann gebunden als Eisenkarbid Fe3C vorhanden sein, und/oder frei als graphitischer Kohlenstoff C vorliegen. Chemisch gebundener Kohlenstoff als Eisenkarbid Fe3C ist besser und effektiver für den Betrieb eines Lichtbogenofens (electric arc furnace EAF).In carburized sponge iron, the carbon content is at least 0.5% by weight, and up to 5.0% by weight, preferably between 1.0 and 3.5% by weight, the two limits being included. The carbon can be bound as iron carbide Fe3C and / or be freely available as graphitic carbon C. Chemically bound carbon as Fe3C iron carbide is better and more effective for operating an electric arc furnace (EAF).
Das Eisenoxidmaterial wird zuerst mittels eines zumindest überwiegend aus H2 bestehenden Reduktionsgases direktreduziert, beispielsweise in einer Reduktionszone. Der Wasserstoffgehalt des Reduktionsgases kann bis zu 100 Vol% betragen. Bevorzugt ist ein Wasserstoffgehalt von zumindest 80 Vol%, besonders bevorzugt von zumindest 90 Vol%, wobei der Rest auf 100 Vol% beispielsweise Stickstoff N2, Kohlenmonoxid CO, Kohlendioxid CO2, Wasserdampf H2O, Methan CH4 ist. Der Kohlenstoffgehalt des bei dieser Direktreduktion erhaltenen Eisenschwamms wird danach erhöht, beispielsweise in einer Karburierungszone. Zur Erhöhung wird ihm ein kohlenstoffhaltiges Gas, genannt Karburierungsgas, zugeleitet. Das Karburierungsgas enthält Kohlenstoff in kohlenstoffhaltigen Molekülen. Das Karburierungsgas kann beispielsweise Erdgas, Methan CH4, Ethan C2H6, Propan C3H8, Butan C4H10, Kohlenmonoxid CO sein. Die kohlenstoffhaltigen Moleküle reagieren mit dem Eisenschwamm zu Eisencarbid Fe3C, oder sie reagieren unter Freisetzung von Kohlenstoff C.The iron oxide material is first directly reduced by means of a reducing gas consisting at least predominantly of H2, for example in a reduction zone. The hydrogen content of the reducing gas can be up to 100 vol%. A hydrogen content of at least 80 vol% is preferred, particularly preferably at least 90 vol%, the remainder being 100 vol%, for example nitrogen N2, carbon monoxide CO, carbon dioxide CO2, water vapor H2O, methane CH4. The carbon content of the sponge iron obtained in this direct reduction is then increased, for example in a carburizing zone. A carbon-containing gas called a carburizing gas is fed to increase it. The carburizing gas contains carbon in carbon-containing molecules. The carburizing gas can be, for example, natural gas, methane CH4, ethane C2H6, propane C3H8, butane C4H10, carbon monoxide CO. The carbon-containing molecules react with the sponge iron to form iron carbide Fe3C, or they react with the release of carbon C.
Beispielsweise läuft die Aufkohlung mit Methan wie folgt ab
3 Fe + CH4 → Fe3C + 2 H2
For example, carburizing with methane works as follows
3 Fe + CH4 → Fe3C + 2 H2
Oder es entsteht beispielsweise durch Cracken von Methan elementarer Kohlenstoff
CH4 → C + 2 H2
Or, for example, elemental carbon is formed by cracking methane
CH4 → C + 2 H2
Aufgrund der nachfolgenden Reduktionsreaktion des entstandenen Wasserstoffs H2 mit Eisenerz entsteht Wasserdampf (H2O) nach der folgenden Reaktion und dieser reagiert auch mit dem beispielsweise vorhandenen Methan (CH4) über Reformierungsreaktion:
FeO + H2 → Fe + H2O
CH4 + H2O → CO + 3 H2
Due to the subsequent reduction reaction of the hydrogen H2 formed with iron ore, water vapor (H2O) is produced after the following reaction and this also reacts with the methane (CH4) present, for example, via a reforming reaction:
FeO + H2 → Fe + H2O
CH4 + H2O → CO + 3 H2
Aus dem CO entsteht in der Folge auch CO2 und Wasserdampf
FeO + CO → Fe + CO2
3 Fe + 2 CO → Fe3C + CO2
3 Fe + CO + H2 → Fe3C + H2O
CO + H2 → C + H2O
CO + H2O ⇔ CO2 + H2
2 CO → C + CO2
As a result, CO also creates CO2 and water vapor
FeO + CO → Fe + CO2
3 Fe + 2 CO → Fe3C + CO2
3 Fe + CO + H2 → Fe3C + H2O
CO + H2 → C + H2O
CO + H2O ⇔ CO2 + H2
2 CO → C + CO2
Das Produkt dieses Aufkohlungsschrittes mit gegenüber dem Produkt des ersten Schrittes - dem Direktreduktion - Eisenschwamm - erhöhtem Kohlenstoffgehalt, wird im Rahmen dieser Anmeldung karburierter Eisenschwamm genannt. Bei der Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes - hier Karburierung oder Aufkohlung genannt - wird Karburierungsgas teilweise umgesetzt. Vermischung von nicht-Wasserstoff H2 gasförmigen Produkten wie beispielsweise CO2, CO, der zur Karburierung führenden Reaktionen, beziehungsweise von nicht umgesetzten Teilmengen des Karburierungsgases wie beispielsweise N2, mit dem überwiegend aus H2 bestehenden in das Reduktionsaggregat eingeleiteten Reduktionsgas macht bei einer Rezirkulierung von Topgas gegebenenfalls Aufwand zur Abtrennung notwendig.The product of this carburizing step with a higher carbon content than the product of the first step - the direct reduction - sponge iron - is called carburized sponge iron in the context of this application. When the carbon content is increased - here called carburization or carburization - carburizing gas is partially converted. Mixing non-hydrogen H2 gaseous products such as CO2, CO, the reactions leading to carburization, or unconverted portions of the carburizing gas such as N2, with the reducing gas consisting mainly of H2 introduced into the reduction unit may make effort when recirculating top gas necessary for separation.
Um diesen Aufwand gering zu halten beziehungsweise um ihn zu vermeiden, wird verbrauchtes Karburierungsgas unter weitgehender Vermeidung einer Vermischung mit dem Reduktionsgas zumindest teilweise abgezogen. Das sogenannte verbrauchte Karburierungsgas, das zumindest teilweise - bevorzugt vollständig - abgezogen wird, enthält sowohl gasförmige Produkte der zur Karburierung führenden Reaktionen, als auch nicht umgesetzte Teilmengen des Karburierungsgases. Das Abziehen erfolgt so, dass Vermischung des verbrauchten Karburierungsgases mit dem Reduktionsgas weitgehend, bevorzugt vollständig, vermieden wird.
Eine weitgehende Vermeidung einer Vermischung mit dem Reduktionsgas ist gegeben, wenn der Anteil kohlenstoffhaltiger Gase - wie beispielsweise CO, CO2, CH4 oder höhere Kohlenwasserstoffe - im Topgas insgesamt unter 20 Vol% liegt, bevorzugt unter 10 Vol%, besonders bevorzugt unter 5 Vol%. Diese Werte beziehen sich auf Messungen nach einer Kühlung des Topgases und einer Kondensation von Wasserdampf aus dem Topgas. Insgesamt bedeutet, dass die Anteile der einzelnen kohlenstoffhaltigen Gase aufsummiert werden; beispielswiese wäre bei 8 Vol% CO, 7 Vol% CO2 und 4 Vol% CH4 insgesamt 19 Vol% gegeben und damit unter der geforderten Grenze von 20 Vol%.In order to keep this effort low or to avoid it, the carburizing gas used is at least partially withdrawn while largely avoiding mixing with the reducing gas. The so-called spent carburizing gas, which is at least partially, preferably completely, drawn off, contains both gaseous products of the carburizing reactions and unreacted portions of the carburizing gas. The withdrawal is carried out in such a way that mixing of the carburizing gas used with the reducing gas is largely, preferably completely, avoided.
There is extensive avoidance of mixing with the reducing gas, if the proportion of carbon-containing gases - such as CO, CO2, CH4 or higher hydrocarbons - in the top gas is overall less than 20 vol%, preferably less than 10 vol%, particularly preferably less than 5 vol%. These values refer to measurements after cooling the top gas and condensing water vapor from the top gas. Overall means that the proportions of the individual carbon-containing gases are added up; For example, 8 vol% CO, 7 vol% CO2 and 4 vol% CH4 would give a total of 19 vol% and thus below the required limit of 20 vol%.
Das verbrauchte Karburierungsgas wird also zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, abgezogen, bevor es zu einer Vermischung mit dem Reduktionsgas kommt. Das Ziel ist dabei, nur sehr geringe oder keine Gasflüsse aus der Karburierungszone in die Reduktionszone zu haben. Das kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass aus der Karburierungszone so viel verbrauchtes Karburierungsgas abgezogen wird und so viel verbrauchtes Karburierungsgas aus einem Kreislauf des Karburierungsgases ausgeschieden wird, dass eine Aufwärtsströmung von der Karburierungszone in die Reduktionszone nicht stattfindet. Das verbrauchte Karburierungsgas wird dabei praktisch beispielsweise seitlich aus einem oberen Bereich der Karburierungszone hinausgeleitet, bevor es die darüber liegende Reduktionszone erreicht.The used carburizing gas is therefore at least partially, preferably completely, drawn off before it is mixed with the reducing gas. The goal is to have very little or no gas flows from the carburizing zone to the reduction zone. This can be achieved, for example, by withdrawing so much used carburizing gas from the carburizing zone and separating so much used carburizing gas from a circuit of the carburizing gas that an upward flow from the carburizing zone into the reduction zone does not take place. The spent carburizing gas is practically led out laterally, for example, from an upper area of the carburizing zone before it reaches the reduction zone above it.
Entsprechend wird im erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise auf eine CO2-Verminderung des für Rezirkulierung vorgesehenen Topgases, beispielsweise per CO2-Wäsche oder CO2/H2O-Reformer, verzichtet. Das Verfahren wird auch dann ohne CO2-Verminderung in für Rezirkulierung vorgesehenem Topgas durchgeführt, falls das Topgas aufgrund Kalzinierung von eingesetztem Eisenoxidmaterial auch etwas CO2 enthält. Zur Vermeidung einer Anreicherung von diesem CO2 oder von anderen gegebenenfalls im Topgas enthaltenen bei der Rezirkulierung unerwünschten Gaskomponenten wird eine erste Teilmenge des Topgases von der Rezirkulierung ausgeschlossen und aus dem Kreislauf ausgeleitet. Gegebenenfalls wird diese erste Teilmenge einer Nutzung zugeführt, beispielsweise einer Nutzung als Brenngas.
Je weniger Vermischung des Karburierungsabgases mit dem Reduktionsgas stattfindet, desto weniger Topgas muss von der Rezirkulierung ausgeschlossen werden - und desto energieeffizienter kann die Herstellung des karburierten direktreduzierten Eisenschwamms erfolgen.Accordingly, in the method according to the invention, for example, a CO2 reduction in the top gas intended for recirculation, for example by means of CO2 scrubbing or CO2 / H2O reformer, is dispensed with. The process is also carried out without reducing the CO2 in the top gas intended for recirculation if the top gas also contains some CO2 due to the calcination of the iron oxide material used. In order to avoid an accumulation of this CO2 or of other gas components that may be undesirable in the recirculation, a first subset of the top gas is excluded from the recirculation and discharged from the circuit. If appropriate, this first subset is used, for example for use as fuel gas.
The less the carburizing waste gas mixes with the reducing gas, the less top gas has to be excluded from recirculation - and the more energy-efficient it is to produce the carburized, direct-reduced sponge iron.
Durch die erfindungsgemäße Durchführung der Karburierung nach der Direktreduktion und das daran anschließende Abziehen von verbrauchtem Karburierungsgas kann Aufwand zur Abtrennung von ungewünschten Komponenten aus einem zu rezirkulierenden Topgas vermieden werden.By carrying out the carburization after the direct reduction according to the invention and the subsequent removal of the used carburizing gas, efforts to separate undesired components from a top gas to be recirculated can be avoided.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird eine erste Teilmenge des verbrauchten Karburierungsgases nach einer Aufbereitung - wie beispielsweise einer Entstaubung - mit frischem Karburierungsgaskomponenten vereinigt wieder als Karburierungsgas zur Erhöhung des Kohlenstoffgehalts des Eisenschwamms verwendet.
Auf diese Weise kann die Karburierung resourcenschonender und wirtschaftlicher durchgeführt werden, da im verbrauchten Karburierungsgas vorhandene nicht umgesetzte Komponenten erneut die Möglichkeit bekommen, zur Karburierung beizutragen.According to a preferred embodiment, a first subset of the used carburizing gas after processing - such as dedusting - combined with fresh carburizing gas components is used again as carburizing gas to increase the carbon content of the sponge iron.
In this way, the carburization can be carried out in a more resource-efficient and economical manner, since unreacted components present in the used carburizing gas once again have the opportunity to contribute to the carburization.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird das Karburierungsgas oder das aufbereitete verbrauchte Karburierungsgas vor oder nach einer Vereinigung mit frischen Karburierungsgaskomponenten erhitzt, bevor es mit dem Eisenschwamm in Kontakt tritt. Die Karburierungsreaktionen laufen bei höheren Temperaturen besser ab. Entsprechend wird durch die Temperaturerhöhung die Effizienz der Karburierung gesteigert.According to a preferred embodiment, the carburizing gas or the processed spent carburizing gas is heated before or after being combined with fresh carburizing gas components before it comes into contact with the sponge iron. The carburization reactions run better at higher temperatures. Accordingly, the efficiency of the carburization is increased by the temperature increase.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Erhitzung des Reduktionsgases durchgeführt, bevor es mit dem Eisenoxidmaterial in Kontakt tritt. Vorteilhafterweise wird dabei eine zweite Teilmenge des verbrauchten Karburierungsgases, gegebenenfalls nach Entstaubung, einer Nutzung als Brenngas für die Aufheizung des Reduktionsgases zugeführt. Im verbrauchten Karburierungsgas vorhandene Komponenten mit einem Brennwert werden innerhalb des Verfahrens genutzt; das mindert den notwendigen Ressourceneinsatz und steigert die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens. Die Nutzung innerhalb des Verfahrens kann beispielsweise auch einen Dampferzeuger oder ein Kraftwerk mit umfassen. Vorzugsweise wird das Reduktionsgas durch indirekten Wärmetausch auf über 700°C aufgeheizt. Bevorzugt erfolgt eine einstufige Erhitzung durch indirekten Wärmetausch, also Erhitzung unter Beibehaltung des Reduktionspotentials des Reduktionsgases, beziehungsweise ohne oxidative Vernichtung von Reduktionspotential des Reduktionsgases.
Es kann aber auch eine mehrstufige Erhitzung des Reduktionsgases erfolgen, bei der eine Stufe indirekter Wärmetausch ist. Beispielsweise kann in einer ersten Stufe der Erhitzung durch indirekten Wärmetausch auf eine Temperatur über 700°C aufgeheizt werden, und danach in einer zweiten Stufe eine direkte Erhitzung mittels einer anderen Erhitzungsart - beispielsweise durch partielle Oxidation - zur Einstellung einer noch höheren Temperaturerfolgen.According to a preferred embodiment, the reducing gas is heated before it comes into contact with the iron oxide material. Advantageously, a second subset of the carburizing gas used, possibly after dedusting, is used as a fuel gas for heating the reducing gas. Components with a calorific value in the carburizing gas used are used within the process; this reduces the necessary use of resources and increases the cost-effectiveness of the process. The use within the method can also include a steam generator or a power plant, for example. The reducing gas is preferably heated to over 700 ° C. by indirect heat exchange. A one-stage heating is preferably carried out by indirect heat exchange, that is to say heating while maintaining the reduction potential of the reducing gas, or without oxidative destruction of the reducing potential of the reducing gas.
However, the reduction gas can also be heated in several stages, in which one stage is indirect heat exchange. For example, in a first stage of heating be heated to a temperature above 700 ° C by indirect heat exchange, and then in a second stage direct heating by means of another type of heating - for example by partial oxidation - to achieve an even higher temperature.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird eine weitere Teilmenge des verbrauchten Karburierungsgases, gegebenenfalls nach Entstaubung, einer Nutzung als Brenngas für die Aufheizung des Karburierungsgases zugeführt. Im verbrauchten Karburierungsgas vorhandene Komponenten mit einem Brennwert werden innerhalb des Verfahrens genutzt; das mindert den notwendigen Ressourceneinsatz und steigert die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens.According to a preferred embodiment, a further subset of the used carburizing gas, possibly after dedusting, is used as a fuel gas for heating the carburizing gas. Components with a calorific value in the carburizing gas used are used within the process; this reduces the necessary use of resources and increases the cost-effectiveness of the process.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird die Aufheizung des Reduktionsgases und die Aufheizung des Karburierungsgases im selben Heizaggregat durchgeführt. Das benötigt weniger apparativen Aufwand und macht die Durchführung des Verfahrens einfacher.According to a preferred embodiment, the heating of the reducing gas and the heating of the carburizing gas are carried out in the same heating unit. This requires less equipment and makes the process easier to carry out.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird verbrauchtes Reduktionsgas als Topgas abgezogen, und eine erste Teilmenge des Topgases einer Nutzung als Brenngas für die Aufheizung des Reduktionsgases und/oder des Karburierungsgases zugeführt. Im Topgas vorhandene Komponenten mit einem Brennwert werden innerhalb des Verfahrens genutzt; das mindert den notwendigen Ressourceneinsatz und steigert die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens.According to a preferred embodiment, used reducing gas is withdrawn as top gas, and a first portion of the top gas is used for use as fuel gas for heating the reducing gas and / or the carburizing gas. Components with a calorific value in the top gas are used within the process; this reduces the necessary use of resources and increases the cost-effectiveness of the process.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Karburierungsgas exotherm mit dem direktreduzierten Eisenschwamm reagierende Komponenten. Die Karburierungsreaktionen laufen bei höheren Temperaturen besser ab. Entsprechend wird durch die Temperaturerhöhung die Effizienz der Karburierung gesteigert.According to a preferred embodiment, the carburizing gas contains components which react exothermally with the directly reduced sponge iron. The carburization reactions run better at higher temperatures. Accordingly, the efficiency of the carburization is increased by the temperature increase.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird der Eisenschwamm aufgeheizt, bevor und/oder während das Karburierungsgas zugeleitet wird. Die Karburierungsreaktionen laufen bei höheren Temperaturen besser ab. Entsprechend wird durch die Temperaturerhöhung die Effizienz der Karburierung gesteigert.According to a preferred embodiment, the sponge iron is heated before and / or while the carburizing gas is being supplied. The carburization reactions run better at higher temperatures. Accordingly, the efficiency of the carburization is increased by the temperature increase.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird dem Eisenschwamm fester Kohlenstoff C zugemengt, bevor und/oder während und/oder nachdem das Karburierungsgas zugeleitet wird. Das ergänzt die Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes mittels des Karburierungsgases.According to a preferred embodiment, solid carbon C is added to the sponge iron before and / or during and / or after the carburizing gas is supplied. This complements the increase in carbon content using the carburizing gas.
Das unterstützt auch gegebenenfalls angestrebte Konstanthaltung des Kohlenstoffgehalts im Eisenschwamms - beispielsweise bei späterer Verwendung in einem EAF ist konstanter Kohlenstoffgehalt gewünscht.
Beispielsweise erfolgt
3 Fe + C → Fe3C
This also supports the desired goal of keeping the carbon content in the sponge iron constant - for example, when using it later in an EAF, constant carbon content is desired.
For example,
3 Fe + C → Fe3C
Der feste Kohlenstoff kann beispielsweise Anthrazit sein.The solid carbon can be anthracite, for example.
Zur Einstellung eines möglichst konstanten C Gehaltes im Eisenschwamm kann elementarer Kohlenstoff in dosierter Form - beispielsweise mittels Dosierschnecke oder Zellenrad - zugegeben werden. Optional kann zusätzlich zur Zugabe auch noch mit dem Eisenschwamm vermischt werden - beispielsweise in einer Mischkammer oder einem Mischer um eine Durchmischung und einen erhöhten Anteil an Eisenkarbid zu erhalten. Dabei ist unter einem Mischer ein Aggregat mit bewegten Einbauten zu verstehen, wohingegen eine Mischkammer keine bewegten Einbauten aufweist.In order to adjust the C content in the sponge iron to be as constant as possible, elemental carbon can be added in a metered form - for example by means of a metering screw or cellular wheel. Optionally, in addition to the addition, it can also be mixed with the sponge iron - for example in a mixing chamber or a mixer in order to obtain thorough mixing and an increased proportion of iron carbide. A mixer is understood to mean an assembly with moving internals, whereas a mixing chamber has no moving internals.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird die Größe der zweiten Teilmenge des verbrauchten Karburierungsgases in Abhängigkeit von CO2 und/oder CO und/oder CH4 Gehalt im Topgas geregelt.
Bevorzugt erfolgt die Regelung in Abhängigkeit des Gehaltes am Austritt aus der Reduktionszone.
Eine Vermischung des verbrauchten Karburierungsgases mit dem Kreislauf des Reduktionsgases soll weitgehend, bevorzugt vollständig, vermieden werden.
Eine Überwachung das Topgases auf Komponenten, die auf eine erfolgte Vermischung hinweisen - CO2 und/oder CO und/oder CH4 - warnt vor einer Vermischung. Vergrößerung der zweiten Teilmenge des verbrauchten Karburierungsgases trägt dazu bei, eine gegebenenfalls stattfindende Vermischung zu unterbinden.According to a preferred embodiment, the size of the second subset of the carburizing gas used is regulated as a function of the CO2 and / or CO and / or CH4 content in the top gas.
The regulation preferably takes place as a function of the content at the outlet from the reduction zone.
Mixing of the used carburizing gas with the circuit of the reducing gas should largely, preferably completely, be avoided.
Monitoring the top gas for components that indicate mixing has taken place - CO2 and / or CO and / or CH4 - warns of mixing. Increasing the second subset of the carburizing gas used helps to prevent any mixing that may take place.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird die Größe der ersten Teilmenge des Topgases in Abhängigkeit von N2 und/oder CO2 und/oder CO und/oder CH4 Gehalt im Topgas geregelt.
Eine Anreicherung dieser Komponenten im rezirkulierten Topgas wäre für die Effizienz der Direktreduktion nachteilig. Daher sollen solche Komponenten zumindest teilweise aus dem Rezirkulationskreislauf ausgeschleust werden. Überwachung das Topgases auf Komponenten, die auf eine erfolgte Vermischung von verbrauchtem Karburierungsgas und Reduktionsgas hinweisen - CO2 und/oder CO und/oder CH4 - warnt vor einer Vermischung. Die negativen Auswirkungen einer gegebenenfalls erfolgten Vermischung von Karburierungsgas beziehungsweise verbrauchtem Karburierungsgas mit dem Reduktionsgas können mittels Vergrößerung der ersten Teilmenge des Topgases vermindert werden.
Die Nutzung des ausgeschleusten Gases als erste Teilmenge erlaubt seine energetische Nutzung bei der Erhitzung. Im Topgas vorhandene Komponenten mit einem Brennwert werden innerhalb des Verfahrens genutzt; das mindert den notwendigen Ressourceneinsatz und steigert die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens.According to a preferred embodiment, the size of the first portion of the top gas is regulated as a function of N2 and / or CO2 and / or CO and / or CH4 content in the top gas.
An enrichment of these components in the recirculated top gas would be disadvantageous for the efficiency of the direct reduction. Such components should therefore at least partially be removed from the recirculation cycle. Monitoring of the top gas for components that are due to a mixing of used carburizing gas and Indicating reducing gas - CO2 and / or CO and / or CH4 - warns of mixing. The negative effects of any mixing of carburizing gas or carburizing gas used with the reducing gas can be reduced by increasing the first portion of the top gas.
The use of the discharged gas as the first subset allows it to be used for heating purposes. Components with a calorific value in the top gas are used within the process; this reduces the necessary use of resources and increases the cost-effectiveness of the process.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist eine Anlage zur Herstellung von karburiertem direktreduzierten Eisenschwamm aus Eisenoxidmaterial,
umfassend eine Reduktionszone zur Direktreduktion von eingegebenem Eisenoxidmaterial zu direktreduziertem Produkt mittels überwiegend aus H2 bestehendem Reduktionsgas, und umfassend eine in die Reduktionszone mündende Reduktionsgaszuleitung,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Anlage auch umfasst
eine Karburierungszone zur Karburierung des direktreduzierten Produktes, mit einer in die Karburierungszone mündenden Karburierungsgaszuleitung und einer von der Karburierungszone ausgehenden Karburierungsabgasleitung zum Abziehen von verbrauchtem Karburierungsgas aus der Karburierungszone,
sowie zumindest eine Vorrichtung zur Vermeidung einer Vermischung von Reduktionsgas mit Karburierungsgas und/oder verbrauchtem Karburierungsgas.
Es können auch mehrere Vorrichtungen zur Vermeidung einer Vermischung von Reduktionsgas mit Karburierungsgas und/oder verbrauchtem Karburierungsgas vorhanden sein.
Eine Vorrichtung zur Vermeidung einer Vermischung von Reduktionsgas mit Karburierungsgas und/oder verbrauchtem Karburierungsgas kann beispielsweise so ausgeführt sein:
- Regelorgan, wie beispielsweise ein Regelventil, in der Karburierungsabgasleitung,
- ein Kompressor beziehungsweise ein Gebläse, zur Ausschleusung aus der Karburierungszone und damit zur Vermeidung des Eintrags von Karburierungsgas in den Reduktionsgaskreislauf
- Reduktionszone und Karburierungszone getrennt durch eine mit Eisenschwamm gefüllte Leitung - beispielsweise mit oder ohne Gasschleuse , mit oder ohne Materialflussaggregat wie ein Lock-hopper-System z, einen Hot Rotary Feeder, oder eine Schwerkraftförderung.
Eine derartige Rezirkulierungsvorrichtung kann zur Aufbereitung beispielsweise zumindest eine Entstaubungsvorrichtung enthalten.
Eine derartige Rezirkulierungsvorrichtung umfasst eine Rezirkulatleitung, die in die Karburierungsgaszuleitung mündet, um aufbereitetes verbrauchtes Karburierungsgas als Teilmenge des Karburierungsgases zur Verfügung zu stellen.
Auf diese Weise kann die Karburierung resourcenschonender und wirtschaftlicher durchgeführt werden, da im verbrauchten Karburierungsgas vorhandene nicht umgesetzte Komponenten erneut die Möglichkeit bekommen, zur Karburierung beizutragen.Another object of the present application is a plant for producing carburized, direct-reduced sponge iron from iron oxide material,
comprising a reduction zone for the direct reduction of input iron oxide material to the directly reduced product by means of reducing gas consisting predominantly of H2, and comprising a reducing gas feed line opening into the reduction zone,
characterized in that
the facility also includes
a carburizing zone for carburizing the directly reduced product, with a carburizing gas supply line opening into the carburizing zone and a carburizing exhaust gas line extending from the carburizing zone for withdrawing used carburizing gas from the carburizing zone,
and at least one device for avoiding mixing of reducing gas with carburizing gas and / or spent carburizing gas.
There may also be several devices for avoiding mixing of reducing gas with carburizing gas and / or spent carburizing gas.
A device for avoiding mixing of reducing gas with carburizing gas and / or spent carburizing gas can be designed, for example:
- Control element, such as a control valve, in the carburizing exhaust gas line,
- a compressor or a blower for discharging from the carburizing zone and thus to prevent carburizing gas from entering the reducing gas circuit
- The reduction zone and carburization zone are separated by a line filled with sponge iron - for example with or without a gas lock, with or without a material flow unit such as a lock-hopper system z, a hot rotary feeder, or gravity feed.
Such a recirculation device can contain, for example, at least one dedusting device for processing.
Such a recirculation device comprises a recirculation line which opens into the carburizing gas feed line in order to provide processed, used carburizing gas as a subset of the carburizing gas.
In this way, the carburization can be carried out in a more resource-efficient and economical manner, since unreacted components present in the used carburizing gas once again have the opportunity to contribute to the carburization.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist in der Karburierungsgaszuleitung und/oder in der Rezirkulatleitung eine Gaserhitzungsvorrichtung vorhanden. Die Karburierungsreaktionen laufen bei höheren Temperaturen besser ab. Entsprechend wird durch die Temperaturerhöhung die Effizienz der Karburierung gesteigert.According to a preferred embodiment, a gas heating device is present in the carburizing gas supply line and / or in the recirculation line. The carburization reactions run better at higher temperatures. Accordingly, the efficiency of the carburization is increased by the temperature increase.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist in der Reduktionsgaszuleitung eine Reduktionsgaserhitzungsvorrichtung vorhanden. Bevorzugt handelt es sich um eine einstufige Reduktionsgaserhitzungsvorrichtung. Bevorzugt handelt es sich um einen indirekten Wärmetauscher. Es kann sich aber auch eine mehrstufige Erhitzungsvorrichtung handeln, bei der eine Stufe ein indirekter Wärmetauscher ist.According to a preferred embodiment, a reducing gas heating device is present in the reducing gas feed line. It is preferably a one-stage reduction gas heating device. It is preferably an indirect heat exchanger. However, it can also be a multi-stage heating device in which one stage is an indirect heat exchanger.
Vorteilhafterweise geht von der Karburierungsabgasleitung und/oder der Rezirkulierungsvorrichtung eine in die Reduktionsgaserhitzungsvorrichtung mündende Brenngasleitung aus. Vorteilhafterweise geht von der Karburierungsabgasleitung und/oder der Rezirkulierungsvorrichtung eine in die Gaserhitzungsvorrichtung mündende Brenngaszuleitung aus. Bevorzugt handelt es sich um eine einstufige Gaserhitzungsvorrichtung. Bevorzugt handelt es sich um einen indirekten Wärmetauscher. Im verbrauchten Karburierungsgas vorhandene Komponenten mit einem Brennwert können dann innerhalb des Verfahrens genutzt werden; das mindert den notwendigen Ressourceneinsatz und steigert die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens. Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die Reduktionsgaserhitzungsvorrichtung und die Gaserhitzungsvorrichtung beide in einer Heizvorrichtung integriert, und die Brenngasleitung und/oder die Brenngaszuleitung und/oder münden in die Heizvorrichtung. Das benötigt weniger apparativen Aufwand.Advantageously, the carburizing exhaust gas line and / or the recirculation device starts with a fuel gas line opening into the reducing gas heating device. Advantageously, the carburizing exhaust gas line and / or the recirculation device starts with a fuel gas supply line which opens into the gas heating device. It is preferably a single-stage gas heating device. It is preferably an indirect heat exchanger. Components with a calorific value present in the used carburizing gas can then be used within the process; this reduces the necessary use of resources and increases the cost-effectiveness of the process. According to a preferred embodiment, the reducing gas heating device and the gas heating device are both integrated in a heating device, and the fuel gas line and / or the fuel gas supply line and / or open into the heating device. This requires less equipment.
Die Anlage zur Herstellung von karburiertem direktreduzierten Eisenschwamm aus Eisenoxidmaterial umfasst eine Topgasleitung zum Abziehen von verbrauchtem Reduktionsgas aus der Reduktionszone. Nach einer bevorzugten Ausführungsform mündet die Topgasleitung in eine Recyclevorrichtung zur Aufbereitung und Rezyklierung von Topgas in die Reduktionsgaszuleitung.
Eine derartige Recyclevorrichtung kann zur Aufbereitung beispielsweise zumindest eine Entstaubungsvorrichtung - bevorzugt eine Trockenentstaubungsvorrichtung, da in diesem Fall im Vergleich zu einer ebenfalls möglichen Nassentstaubungsvorrichtung auf aufwändige Reinigung von Prozessabwasser aus der Nassentstaubung verzichtet werden kann - enthalten.
Eine derartige Recyclevorrichtung umfasst eine Rezirkulatleitung, die in die Reduktionsgaszuleitung mündet, um aufbereitetes Topgas als Teilmenge des Reduktionsgases zur Verfügung zu stellen.
Auf diese Weise kann die Direktreduktion resourcenschonender und wirtschaftlicher durchgeführt werden, da im Topgas vorhandene nicht umgesetzte Komponenten erneut die Möglichkeit bekommen, zur Direktreduktion beizutragen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Anlage zur Herstellung von karburiertem direktreduzierten Eisenschwamm aus Eisenoxidmaterial auch eine von der Topgasleitung und/oder der Recyclevorrichtung ausgehende Brennstoffleitung, die in die Reduktionsgaserhitzungsvorrichtung und/oder in die Gaserhitzungsvorrichtung und/oder die Heizvorrichtung mündet. Im Topgas vorhandene Komponenten mit einem Brennwert können dann innerhalb des Verfahrens genutzt werden; das mindert den notwendigen Ressourceneinsatz und steigert die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens.
Wenn eine Entstaubungsvorrichtung in der Recyclevorrichtung vorhanden ist, ist es bevorzugt, dass die Brennstoffleitung in Strömungsrichtung des Topgases von der Reduktionszone gesehen nach der Entstaubungsvorrichtung ausgeht. Das schont später durchlaufene Anlagenteile wie beispielsweise Kompressoren.The plant for the production of carburized, direct-reduced sponge iron from iron oxide material comprises a top gas line for withdrawing used reducing gas from the reduction zone. According to a preferred embodiment, the top gas line opens into a recycling device for processing and recycling top gas into the reducing gas feed line.
Such a recycling device can, for example, contain at least one dedusting device for processing - preferably a dry dedusting device, since in this case, in comparison to a likewise possible wet dedusting device, there is no need for complex cleaning of process waste water from the wet dedusting.
Such a recycle device comprises a recirculation line which opens into the reducing gas supply line in order to make processed top gas available as a subset of the reducing gas.
In this way, the direct reduction can be carried out in a more resource-efficient and economical manner, since unconverted components in the top gas again have the opportunity to contribute to the direct reduction.
According to a preferred embodiment, the plant for producing carburized, direct-reduced sponge iron from iron oxide material also comprises one of the Topgasleitung and / or the recycle device outgoing fuel line, which opens into the reducing gas heating device and / or into the gas heating device and / or the heating device. Components with a calorific value in the top gas can then be used within the process; this reduces the necessary use of resources and increases the cost-effectiveness of the process.
If a dedusting device is present in the recycling device, it is preferred that the fuel line, viewed in the flow direction of the top gas, extends from the reduction zone after the dedusting device. This saves parts of the system that have passed through later, such as compressors.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Reduktionszone und der Karburierungszone eine Heizanlage zur Aufheizung des direktreduzierten Produktes vor Eintritt in die Karburierungszone vorhanden. Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist in der Karburierungszone eine Heizanlage zur Aufheizung des direktreduzierten Produktes vorhanden.According to a preferred embodiment, between the reduction zone and the carburizing zone there is a heating system for heating the directly reduced product before entering the carburizing zone. According to a preferred embodiment, a heating system for heating the directly reduced product is present in the carburizing zone.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Reduktionszone und der Karburierungszone eine Kohlenstoffzugabevorrichtung vorhanden. Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist in der Karburierungszone eine Kohlenstoffzugabevorrichtung vorhanden. Nach einer bevorzugten Ausführungsform von der Reduktionszone aus in Strömungsrichtung des direktreduzierten Produktes gesehen hinter der Karburierungszone eine Kohlenstoffzugabevorrichtung vorhanden.
Die Kohlenstoffzugabevorrichtung ist geeignet zur Zugabe von festem Kohlenstoff. Sie kann Dosiervorrichtungen wie beispielsweise Dosierschnecke oder Zellenrad umfassen. Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfasst sie auch Mischvorrichtungen wie beispielsweise Mischkammer oder Mischer um eine Durchmischung und einen erhöhten Anteil an Eisenkarbid zu ermöglichen.According to a preferred embodiment, a carbon addition device is present between the reduction zone and the carburization zone. According to a preferred embodiment, a carbon addition device is present in the carburizing zone. According to a preferred embodiment, a carbon addition device is present behind the carburizing zone, viewed from the reduction zone in the direction of flow of the directly reduced product.
The carbon addition device is suitable for adding solid carbon. It can include metering devices such as a metering screw or cellular wheel. According to a preferred embodiment, it also comprises mixing devices such as, for example, a mixing chamber or mixer, in order to enable thorough mixing and an increased proportion of iron carbide.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Anlage auch eine Regelvorrichtung zur Regelung des Gasflusses in der Brenngasleitung und/oder der Brenngaszuleitung in Abhängigkeit von aus dem Topgas gewonnenen Messwerten. So eine Regelvorrichtung kann eine der Vorrichtungen zur Vermeidung einer Vermischung von Reduktionsgas mit Karburierungsgas und/oder verbrauchtem Karburierungsgas sein.According to a preferred embodiment, the system according to the invention also comprises a regulating device for regulating the gas flow in the fuel gas line and / or the fuel gas feed line as a function of measured values obtained from the top gas. Such a control device can be one of the devices for avoiding mixing of reducing gas with carburizing gas and / or used carburizing gas.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Anlage auch eine Regelvorrichtung zur Regelung des Gasflusses in der Brennstoffleitung in Abhängigkeit von aus dem Topgas gewonnenen Messwerten.According to a preferred embodiment, the system according to the invention also includes a regulating device for regulating the gas flow in the fuel line as a function of measured values obtained from the top gas.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Anlage keine Vorrichtung zur CO2-Verminderung des für Rezyklierung vorgesehenen Topgases.According to a preferred embodiment, the system according to the invention does not include a device for reducing the CO2 of the top gas intended for recycling.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Anlage eine Ausschleusleitung zum Ausschleusen von Topgas aus der Rezyklierung.According to a preferred embodiment, the system according to the invention comprises a discharge line for discharging top gas from the recycling.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die Reduktionszone und die Karburierungszone innerhalb eines Aggregats untergebracht. Beispielsweise kann das Aggregat ein Schacht sein, in dessen oberem Teil sich die Reduktionszone befindet, und in dessen unteren Teil sich die Karburierungszone befindet. Eisenoxidmaterial wird oben in den Schacht eingegeben und durchwandert ihn der Schwerkraft folgend nach unten. Dabei wird es direktreduziert. Nach Durchlaufen der Reduktionszone tritt direktreduziertes Produkt in die Karburierungszone ein. Nach Durchlaufen der Karburierungszone tritt es aus dem Schacht aus.According to a preferred embodiment, the reduction zone and the carburization zone are accommodated within one unit. For example, the aggregate can be a shaft in the upper part of which the reduction zone is located and in the lower part of which the carburizing zone is located. Iron oxide material is fed into the shaft at the top and travels downward due to gravity. It is reduced directly. After passing through the reduction zone, the directly reduced product enters the carburizing zone. After passing through the carburizing zone, it emerges from the shaft.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die Reduktionszone und die Karburierungszone in unterschiedlichen Aggregaten untergebracht. Beispielsweise kann das direktreduzierte Produkt aus einem die Reduktionszone enthaltenden Direktreduktionsaggregat entnommen werden und danach in ein separates, die Karburierungszone enthaltendes Karburierungsaggregat eingeführt werden. Das direktreduzierte Produkt ist Eisenschwamm. Direktreduktionsaggregat und Karburierungsaggregat sind über eine Lieferleitung zur Lieferung von Eisenschwamm in das Karburierungsaggregat verbunden.
Die zumindest eine Vorrichtung zur Vermeidung einer Vermischung von Reduktionsgas mit Karburierungsgas und/oder verbrauchtem Karburierungsgas kann beispielsweise in der Lieferleitung vorhanden sein. Sie kann auch im lieferleitungsseitigen Ende des Direktreduktionsaggregates vorhanden sein. Sie kann auch im lieferleitungsseitigen Ende des Karburierungsaggregates vorhanden sein, Sie kann auch am dem Direktreduktionsaggregat zugewandten Ende der Lieferleitung, oder am dem Karburierungsaggregat zugewandten Ende der Lieferleitung vorhanden sein.According to a preferred embodiment, the reduction zone and the carburization zone are accommodated in different units. For example, the direct reduced product can be from a product containing the reduction zone Direct reduction unit are removed and then introduced into a separate carburizing unit containing the carburizing zone. The directly reduced product is sponge iron. Direct reduction unit and carburizing unit are connected via a delivery line for the delivery of sponge iron into the carburizing unit.
The at least one device for avoiding mixing of reducing gas with carburizing gas and / or used carburizing gas can be present in the delivery line, for example. It can also be present in the end of the direct reduction unit on the delivery line side. It can also be present in the end of the carburizing unit on the delivery line side, it can also be present on the end of the delivery line facing the direct reduction unit, or on the end of the delivery line facing the carburizing unit.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand mehrerer schematischer Figuren beispielhaft beschrieben.
-
Figur 1 zeigt schematisch eine Variante einer erfindungsgemäßen Anlage zur Herstellung von karburiertem direktreduzierten Eisenschwamm aus Eisenoxidmaterial . -
zeigt schematisch eine andere Variante einer erfindungsgemäßen Anlage zur Herstellung von karburiertem direktreduzierten Eisenschwamm aus Eisenoxidmaterial.Figur 2 -
zeigen in Anlehnung an dieFiguren 3bis 8Figuren 1 und2 diverse Varianten. -
zeigt schematisch ein herkömmliches Verfahren zur Herstellung von direktreduzierten Eisenschwamm aus Eisenoxidmaterial, wobei mittels eines aus H2 bestehenden Reduktionsgases direktreduziert wird.Figur 9
-
Figure 1 shows schematically a variant of a plant according to the invention for the production of carburized direct reduced iron sponge from iron oxide material. -
Figure 2 shows schematically another variant of a plant according to the invention for the production of carburized direct reduced iron sponge from iron oxide material. -
Figures 3 to 8 show following theFigures 1 and2 various variants. -
Figure 9 shows schematically a conventional method for producing direct-reduced sponge iron from iron oxide material, wherein direct reduction is carried out by means of a reducing gas consisting of H2.
Sie umfasst eine Reduktionszone 3 zur Direktreduktion von eingegebenem Eisenoxidmaterial 2 zu direktreduziertem Produkt mittels überwiegend aus H2 bestehendem Reduktionsgas. Sie umfasst auch eine in die Reduktionszone 3 mündende Reduktiongasgaszuleitung 4. Sie umfasst auch eine Karburierungszone 5 zur Karburierung des direktreduzierten Produktes. In die Karburierungszone 5 mündet eine Karburierungsgaszuleitung 6. Von der Karburierungszone 5 geht eine Karburierungsabgasleitung 7 zum Abziehen von verbrauchtem Karburierungsgas aus der Karburierungszone 5 aus. Die Anlage umfasst auch zumindest eine Vorrichtung zur Vermeidung einer Vermischung von Reduktionsgas mit Karburierungsgas und/oder verbrauchtem Karburierungsgas, hier ein Gebläse 8 in der Karburierungsabgasleitung 7. Durch das Gebläse 8 wird verbrauchtes Karburierungsgas zumindest teilweise aus der Karburierungszone herausbefördert und dadurch eine Vermischung mit dem Reduktionsgas weitgehend vermieden. Zur Herstellung von karburiertem direktreduzierten Eisenschwamm aus Eisenoxidmaterial 2 wird es zuerst mittels des zumindest überwiegend aus H2 bestehenden Reduktionsgases direktreduziert, während es die Reduktionszone 3 der Schwerkraft folgend von oben nach unten durchwandert. Danach tritt das direktreduzierte Produkt Eisenschwamm der Schwerkraft folgend in die Karburierungszone 5 ein, wo mittels eines zugeleiteten Karburierungsgases der Kohlenstoffgehalt im direktreduzierten Produkt Eisenschwamm erhöht wird, während sie der Schwerkraft folgend von oben nach unten durchlaufen wird. Dabei verbrauchtes Karburierungsgas wird unter weitgehender Vermeidung einer Vermischung mit dem Reduktionsgas zumindest teilweise mittels des Gebläses 8 aus der Karburierungszone 5 über die Karburierungsabgasleitung abgezogen und hinausgeleitet. Entnahme von karburiertem Eisenschwamm aus der Karburierungszone ist mit einem Blockpfeil angedeutet.
It comprises a
In
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.Although the invention has been illustrated and described in detail by the preferred exemplary embodiments, the invention is not restricted by the disclosed examples and other variations can be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the scope of protection of the invention.
- 11
- Anlage zur Herstellung von karburiertem direktreduzierten Eisenschwamm aus EisenoxidmaterialPlant for the production of carburized, direct reduced iron sponge from iron oxide material
- 22
- Eisenoxidmaterialiron oxide material
- 33
- Reduktionszonereduction zone
- 44
- ReduktionsgaszuleitungReducing gas supply line
- 55
- Karburierungszonecarburizing
- 66
- KarburierungsgaszuleitungKarburierungsgaszuleitung
- 77
- KarburierungsabgasleitungKarburierungsabgasleitung
- 88th
- Gebläsefan
- 99
- FestbettreaktorFixed Bed Reactor
- 1010
- Lieferleitungdelivery line
- 1111
- KarburierungsaggregatKarburierungsaggregat
- 1212
- RezirkulierungsvorrichtungRezirkulierungsvorrichtung
- 1313
- RezirkulatleitungRezirkulatleitung
- 1414
- Zuspeisungfeeding in
- 1515
- GaserhitzungsvorrichtungGas heating apparatus
- 1616
- Indirekter WärmetauscherIndirect heat exchanger
- 1717
- BrenngasleitungFuel gas line
- 1818
- BrenngaszuleitungFuel gas supply line
- 1919
- Topgasleitungtop gas
- 2020
- Brennstoffleitungfuel line
- 2121
- Heizanlageheating system
- 2222
- KohlenstoffzugabevorrichtungCarbon addition equipment
- 2323
- ReduktionsgaszuleitungReducing gas supply line
- 2424
- Reduktionsreaktorreduction reactor
- 2525
- Eisenschwammsponge iron
- 2626
- Topgasleitungtop gas
- 2727
- Wäscherwasher
- 2828
- ReduktionsgasofenReducing gas oven
Claims (15)
wobei zuerst mittels eines zumindest überwiegend aus H2 bestehenden Reduktionsgases direktreduziert wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
danach mittels eines zugeleiteten Karburierungsgases der Kohlenstoffgehalt im Eisenschwamm erhöht wird,
wonach dabei verbrauchtes Karburierungsgas unter weitgehender Vermeidung einer Vermischung mit dem Reduktionsgas zumindest teilweise abgezogen wird.Process for the production of carburized, directly reduced iron sponge from iron oxide material (2),
first reducing directly by means of a reducing gas consisting at least predominantly of H2,
characterized in that
then the carbon content in the sponge iron is increased by means of a carburizing gas supplied,
whereupon the carburizing gas consumed is at least partially withdrawn while largely avoiding mixing with the reducing gas.
wobei vorzugsweise die Größe der zweiten Teilmenge des verbrauchten Karburierungsgases in Abhängigkeit von CO2 und/oder CO und/oder CH4 Gehalt im Topgas geregelt wird.Method according to one of claims 1 to 6, wherein used reducing gas is withdrawn as top gas, and the reducing gas is heated before it comes into contact with the iron oxide material, characterized in that a second subset of the spent carburizing gas is used as fuel gas for heating the reducing gas is fed
wherein preferably the size of the second subset of the carburizing gas used is regulated as a function of CO2 and / or CO and / or CH4 content in the top gas.
wobei vorzugsweise die Größe der ersten Teilmenge des Topgases in Abhängigkeit von N2 und/oder CO2 und/oder CO und/oder CH4 Gehalt im Topgas geregelt wird.Method according to one of claims 1 to 7, wherein used reducing gas is withdrawn as top gas, and the reducing gas is heated before it comes into contact with the iron oxide material, characterized in that a first subset of the top gas is used as fuel gas for heating the reducing gas and / or the carburizing gas is supplied;
wherein the size of the first subset of the top gas is preferably regulated as a function of N2 and / or CO2 and / or CO and / or CH4 content in the top gas.
umfassend eine Reduktionszone (3) zur Direktreduktion von eingegebenem Eisenoxidmaterial (2) zu direktreduziertem Produkt mittels überwiegend aus H2 bestehendem Reduktionsgas,
und umfassend eine in die Reduktionszone (3) mündende Reduktionsgaszuleitung (4), dadurch gekennzeichnet, dass
die Anlage (1) auch umfasst
eine Karburierungszone (5) zur Karburierung des direktreduzierten Produktes, mit einer in die Karburierungszone (5) mündenden Karburierungsgaszuleitung (6) und einer von der Karburierungszone (5) ausgehenden Karburierungsabgasleitung (7) zum Abziehen von verbrauchtem Karburierungsgas aus der Karburierungszone (5),
sowie zumindest eine Vorrichtung zur Vermeidung einer Vermischung von Reduktionsgas mit Karburierungsgas und/oder verbrauchtem Karburierungsgas.Plant (1) for the production of carburized, direct reduced iron sponge from iron oxide material (2),
comprising a reduction zone (3) for direct reduction of input iron oxide material (2) to direct reduced product by means of reducing gas consisting predominantly of H2,
and comprising a reducing gas feed line (4) opening into the reduction zone (3), characterized in that
the system (1) also includes
a carburizing zone (5) for carburizing the direct reduced product, with an in the carburizing gas feed line (6) opening into the carburizing zone (5) and a carburizing exhaust gas line (7) extending from the carburizing zone (5) for withdrawing spent carburizing gas from the carburizing zone (5),
and at least one device for avoiding mixing of reducing gas with carburizing gas and / or spent carburizing gas.
und/oder
in der Karburierungszone (5) eine Kohlenstoffzugabevorrichtung (22) vorhanden ist, und/oder
von der Reduktionszone (3) aus in Strömungsrichtung des direktreduzierten Produktes gesehen hinter der Karburierungszone (5) eine Kohlenstoffzugabevorrichtung (22) vorhanden ist.Plant according to one of Claims 9 to 12, characterized in that a carbon addition device (22) is present between the reduction zone (3) and the carburizing zone (5),
and or
a carbon addition device (22) is present in the carburizing zone (5), and / or
From the reduction zone (3), as seen in the direction of flow of the directly reduced product, a carbon addition device (22) is present behind the carburizing zone (5).
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113373274A (en) * | 2021-06-15 | 2021-09-10 | 中冶赛迪工程技术股份有限公司 | Coal gas treatment process for full hydrogen shaft furnace |
WO2022253683A1 (en) * | 2021-06-02 | 2022-12-08 | Thyssenkrupp Steel Europe Ag | Method for the direct reduction of iron ore |
SE2150742A1 (en) * | 2021-06-11 | 2022-12-12 | Hybrit Dev Ab | Process for the production of carburized sponge iron |
WO2023043358A1 (en) * | 2021-09-20 | 2023-03-23 | Plagazi Ab | Method for producing steel |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SE2050508A1 (en) * | 2020-05-04 | 2021-11-05 | Hybrit Dev Ab | Process for the production of carburized sponge iron |
US20230167516A1 (en) | 2020-05-14 | 2023-06-01 | Nippon Steel Corporation | Method for producing reduced iron |
JPWO2021241272A1 (en) | 2020-05-28 | 2021-12-02 | ||
SE544421C2 (en) | 2020-06-26 | 2022-05-17 | Greeniron H2 Ab | Method and device for producing direct reduced metal |
SE2150126A1 (en) | 2021-02-03 | 2022-08-04 | Hybrit Dev Ab | Bleed-off gas recovery in a direct reduction process |
SE545625C2 (en) | 2021-07-07 | 2023-11-14 | Hybrit Dev Ab | Iron briquettes |
SE545863C2 (en) * | 2022-02-21 | 2024-02-27 | Hybrit Dev Ab | A method and an arrangement for the production of sponge iron from iron ore |
SE2250421A1 (en) | 2022-04-01 | 2023-10-02 | Luossavaara Kiirunavaara Ab | Method for producing steel and sponge iron manufacturing process |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999024625A1 (en) | 1997-11-06 | 1999-05-20 | Metallgesellschaft Aktiengesellschaft | Method for producing a mixture of iron carbide and granular, directly reduced iron |
WO2007088166A1 (en) * | 2006-01-31 | 2007-08-09 | Danieli & C. Officine Meccaniche S.P.A. | Reduction process and plant |
WO2011012964A2 (en) * | 2009-07-31 | 2011-02-03 | Hyl Technologies, S.A. De C.V. | Method for producing direct reduced iron with limited co2 emissions |
WO2014040989A2 (en) | 2012-09-14 | 2014-03-20 | Voestalpine Stahl Gmbh | Method for producing steel |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4150972A (en) * | 1977-11-17 | 1979-04-24 | Fierro Esponja, S.A. | Controlling carburization in the reduction of iron ore to sponge iron |
US10316376B2 (en) * | 2015-06-24 | 2019-06-11 | Midrex Technologies, Inc. | Methods and systems for increasing the carbon content of sponge iron in a reduction furnace |
JP2017057445A (en) * | 2015-09-15 | 2017-03-23 | 株式会社神戸製鋼所 | Reduced iron manufacturing apparatus |
WO2018078477A1 (en) * | 2016-10-26 | 2018-05-03 | Sabic Global Technologies B.V. | Carbon injection with the charged iron oxide inside direct reduction plant (drp)-shaft furnaces |
CN107858471A (en) * | 2017-12-01 | 2018-03-30 | 江苏省冶金设计院有限公司 | A kind of system and method for gas-based shaft kiln production sponge iron |
-
2018
- 2018-06-12 EP EP18177161.9A patent/EP3581663A1/en not_active Withdrawn
-
2019
- 2019-06-12 AU AU2019286552A patent/AU2019286552A1/en active Pending
- 2019-06-12 WO PCT/EP2019/065283 patent/WO2019238720A1/en unknown
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- 2019-06-12 CA CA3103187A patent/CA3103187A1/en active Pending
- 2019-06-12 EP EP19728718.8A patent/EP3807426A1/en active Pending
- 2019-06-12 US US16/972,916 patent/US20210246521A1/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999024625A1 (en) | 1997-11-06 | 1999-05-20 | Metallgesellschaft Aktiengesellschaft | Method for producing a mixture of iron carbide and granular, directly reduced iron |
WO2007088166A1 (en) * | 2006-01-31 | 2007-08-09 | Danieli & C. Officine Meccaniche S.P.A. | Reduction process and plant |
WO2011012964A2 (en) * | 2009-07-31 | 2011-02-03 | Hyl Technologies, S.A. De C.V. | Method for producing direct reduced iron with limited co2 emissions |
WO2014040989A2 (en) | 2012-09-14 | 2014-03-20 | Voestalpine Stahl Gmbh | Method for producing steel |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022253683A1 (en) * | 2021-06-02 | 2022-12-08 | Thyssenkrupp Steel Europe Ag | Method for the direct reduction of iron ore |
SE2150742A1 (en) * | 2021-06-11 | 2022-12-12 | Hybrit Dev Ab | Process for the production of carburized sponge iron |
SE545624C2 (en) * | 2021-06-11 | 2023-11-14 | Hybrit Dev Ab | Process for the production of carburized sponge iron |
CN113373274A (en) * | 2021-06-15 | 2021-09-10 | 中冶赛迪工程技术股份有限公司 | Coal gas treatment process for full hydrogen shaft furnace |
WO2023043358A1 (en) * | 2021-09-20 | 2023-03-23 | Plagazi Ab | Method for producing steel |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20210246521A1 (en) | 2021-08-12 |
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