LU508226B1 - Ein Direktreduktionsverfahren zur Herstellung von Eisenschwamm durch nichtkatalytische sauerstoffreiche Umwandlung von CH4 - Google Patents

Ein Direktreduktionsverfahren zur Herstellung von Eisenschwamm durch nichtkatalytische sauerstoffreiche Umwandlung von CH4 Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Direktreduktionsverfahren zur Herstellung von Eisenschwamm unter Verwendung der nicht-katalytischen Sauerstoffanreicherungskonversion von CH4. Der Verfahrensablauf ist wie folgt: Das gereinigte und druckgeregelte CH4-reiche Ausgangsgas und sauerstoffreiche Luft werden jeweils vorgewärmt und gelangen anschließend in den nicht-katalytischen Sauerstoffanreicherungskonverter, wo sie eine Verbrennungsreaktion durchlaufen und erhitzt werden, wobei das CH4 in CO und H2 umgewandelt wird, um ein Hochtemperaturumwandlungsgas zu bilden. Gleichzeitig wird das Gas vom Ofenkopf des Schachtofens nach Abkühlung, Entstaubung und Druckerhöhung in eine Wasserstoffreinigungsanlage geleitet, wo gereinigter Wasserstoff hergestellt wird. Der gereinigte Wasserstoff wird nach Vorwärmung in den unteren Teil des nicht-katalytischen Sauerstoffanreicherungskonverters eingespeist und mit dem durch die Verbrennungsreaktion erzeugten Hochtemperaturumwandlungsgas gemischt, um Reduktionsgas zu bilden. Dieses Reduktionsgas gelangt dann in den Schacht, um Eisenerz zu Eisenschwamm zu reduzieren. Das Direktreduktionsverfahren zeichnet sich durch einen kurzen Verfahrensablauf, Energieeinsparung und Emissionsminderung, eine lange Lebensdauer der Brenner sowie geringe Investitionskosten aus.

Description

BESCHREIBUNG
EIN DIREKTREDUKTIONSVERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON
EISENSCHWAMM DURCH NICHTKATALYTISCHE SAUERSTOFFREICHE
UMWANDLUNG VON CH4
TECHNISCHE BEREICHE
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Direktreduktionsverfahren zur Herstellung von
Eisenschwamm durch nichtkatalytische sauerstoffreiche Umsetzung von CH4 und gehört zum technischen Gebiet der Eisen- oder Stahlverhüttung.
TECHNOLOGIE IM HINTERGRUND
Die Eisen- und Stahlindustrie ist eine Grundindustrie der Volkswirtschaft und eine der
Schlüsselindustrien in China, was den Energie- und Ressourcenverbrauch und die
Schadstoffemissionen angeht. Um die strukturelle Anpassung und die industrielle
Modernisierung der Eisen- und Stahlindustrie zu beschleunigen, den Entwicklungsmodus der Eisen- und Stahlindustrie zu verändern und eine wirtschaftliche, saubere und nachhaltige Entwicklung zu fördern, schlug der Staat im "Plan zur Anpassung und
Wiederbelebung der Eisen- und Stahlindustrie" vor, "die Forschung und Entwicklung sowie die Erprobung der neuen, sauberen Prozesstechnologie für das Schmelzen ohne
Hochofen, die Stahlerzeugung, das Raffinieren und das Direktwalzen zu verstärken", um die gesamte Industrie zu fördern. Die Hauptaufgabe der Energieeinsparung und
Emissionsreduzierung ist die vollständige Umsetzung einer sauberen Produktion.
Als typischer Prozess der Eisenerzeugung ohne Hochofen ist das
Direktreduktionsverfahren ein wichtiger Teil des kurzen Stahlerzeugungsprozesses, d. h. das Schrott-/Spongeisen (DRI)-Elektroofenverfahren.
Das Rohstoffgas für den gasbasierten Direktreduktionsprozess im Schachtofen karlr}/508226
Erdgas, Koksofengas, Kohleflôzgas, kohlenstoffreiches Gas und anderes methanreiches
Gas sein. Angesichts der Tatsache, dass in China mehr Kohle und weniger Erdgas vorhanden ist, hat die Entwicklung der Verwendung von Koksofengas, Kohleflôzgas, kohlenstoffreichem Gas und anderem methanreichem Gas sowie des groftechnischen
Direktreduktionsprozesses im Schachtofen eine breitere Marktperspektive.
Gegenwärtig wurden für die Direktreduktion von gasbasierten Schachtôfen mit methanreichem Gas wie Koksofengas in China die folgenden technischen Verfahren vorgeschlagen: 1) Verwendung von Koksofengas und gereinigtem dekarbonisiertem Schachtofen-
Dachgas zusammen, befeuchtet und dann auf etwa 1000°C in der Schachtofen-
Reduktion von Eisenerz erhitzt, der Schlüssel zu dieser technischen Route liegt in der
Verwendung von hoher Temperatur und der katalytischen Wirkung von Eisenschwamm, so dass ein Teil der CH4-Reformierungsreaktion CO + H2 erzeugt, um das
Reduktionsgas zu ergänzen, aber die Prozessroute erfordert Dekarbonisierung und
Sauerstoffinjektion, um die Temperatur zu erhöhen, während bei einer Temperatur von etwa 1000°C, wenn die Reduktionsgasatmosphäre nicht gut kontrolliert wird, es zu einer
Überhitzung kommt. Wenn die Atmosphäre des Reduktionsgases nicht gut kontrolliert wird, entstehen leicht klebrige Defekte im Eisenschwamm; 2) Mit Sauerstoff, Koksofengas, Kohlendioxid, Wasserdampf in der Konvertierung Ofen, dann mit dem Top-Gas gemischt, nach Entschwefelung und Entkohlung, erhitzt auf 800 °
C in den Schachtofen Reduktion von Eisenerz, während H2/CO>1,5 erfordern; diese technische Route ist komplex, die Heizung Ofen zu vermeiden, Kohlenstoff-Niederschlag auf die Gaszusammensetzung hat strenge Beschränkungen, die Umwandlung von
Hochtemperatur-Gas erste Kühlung und dann Heizung, gibt es Rohstoff-Gas-Auslastung
Effizienz Die Mängel der geringeren Nutzungseffizienz und höheren Energieverbrauch;
3) Verwendung von Koksofengas gemischt mit gereinigtem und abgekühltem Dachgas/508226
Erhitzung auf 900°C ~ 950°C im Heizofen, um CH4 im Koksofengas mit CO2 und H20 im
Dachgas zu reagieren, um CO+H2 zu erzeugen und dann in den Schachtofen zu gelangen, um Eisenerz zu reduzieren; dieser technische Weg hat das Problem, dass der
Gehalt an H20, CO2 und anderen Oxidationsmitteln im gereinigten und abgekühlten
Dachgas gering ist, was nicht ausreicht, um mit CH4 im Koksofengas zu reagieren.
Gleichzeitig ist die Reaktion zwischen CH4 und H20 und CO2 bei einer Temperatur von 900°C bis 950°C nicht ausreichend. Nach dem Eintritt in den Schachtofen führen die hohe
Temperatur (900°C bis 950°C) und die katalytische Reaktion des Eisenschwamms leicht zu einer großen Menge an Kohlenstoffausfällung von CH4 und verursachen Adhäsion, was deutlicher ist, wenn der CH4-Gehalt des Koksofengases zu hoch ist oder das Rohgas
Erdgas ist. Dies ist offensichtlicher, wenn der CH4-Gehalt des Koksofengases zu hoch ist oder es sich bei dem Rohgas um Erdgas handelt. 4) Das CH4-reiche Gas wird mit gereinigtem und abgekihltem Dachgas gemischt, in einem Heizofen erhitzt und dann nichtkatalytisch mit reinem Sauerstoff zu CO+H2 umgesetzt, das dann mit gereinigtem und abgekühltem Dachgas gemischt und abgekühlt wird, bevor es in den Schachtofen zur Eisenerzreduktion geleitet wird. Die
Reaktionstemperatur ist hoch und die Brennerlebensdauer kurz. Um die
Brennerlebensdauer zu verlängern, muss dem Ofen Dampf zugeführt werden, was zu einer verstärkten Oxidation des Reduktionsgases führt und der Reduktion des Erzes nicht zutraglich ist.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die aktuellen inländischen technischen Weg für die direkte Reduktion von Erdgas, Kokereigas und anderen methanreichen Gas- basierten Schachtofen, gibt es lange Prozess-Flow, komplexe Umwandlung, unzureichende Umwandlung, der Schachtofen ist anfällig fur Adhäsion, Umwandlung
Brenner Leben ist kurz, hohe Oxidation der Umwandlung Gas und andere technische
Mängel.
INHALT DER ERFINDUNG LU508226
Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, die Mängel des Standes der Technik zu überwinden und ein Direktreduktionsverfahren zur Herstellung von Eisenschwamm unter
Verwendung einer nichtkatalytischen sauerstoffreichen Umsetzung von CH4 bereitzustellen, das nicht nur die Vorteile eines kurzen Prozessablaufs, einer
Energieeinsparung und Emissionsminderung, einer langen Brennerlebensdauer und geringer Investitionskosten aufweist, sondern auch das Anhaften von Eisenschwamm und die Ausfällung von Kohlenstoff verhindert.
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgende technische Lösung erreicht:
Direktreduktionsverfahren zur Herstellung von Eisenschwamm unter Verwendung der nicht-katalytischen sauerstoffreichen Konversion von CH4, wobei der Verfahrensweg folgender ist: Das CH4-reiche Rohgas und die sauerstoffreiche Luft werden nach
Reinigung und Druckeinstellung jeweils vorgewärmt und in den nicht-katalytischen sauerstoffreichen Konversionsofen eingespeist, und in diesem nicht-katalytischen sauerstoffreichen Konversionsofen findet eine Verbrennungsreaktion statt, die sich aufheizt und das darin befindliche CH4 in CO und H2 umwandelt, um ein
Hochtemperatur-Konversionsgas zu bilden; gleichzeitig wird der Schachtofen
Gleichzeitig wird das obere Gas des Schachtofens abgekühlt, entstaubt und unter Druck gesetzt, bevor es in die Wasserstoffreinigungsanlage eintritt, um gereinigtes
Wasserstoffgas zu erzeugen, das vorgewärmt wird und in den unteren Teil des katalytischen sauerstoffangereicherten Konverters eintritt und mit dem durch die
Verbrennungsreaktion erzeugten Hochtemperatur-Reformiergas gemischt wird, um
Reduktionsgas zu bilden; das Reduktionsgas tritt dann in den Schachtofen ein, um das
Eisenerz zu Eisenschwamm zu reduzieren.
Wobei LU508226
Aufgrund der niedrigen Reaktionstemperatur des CH4-reichen Einsatzgases und der sauerstoffreichen Luftreaktion kann in diesem nicht-katalytischen sauerstoffreichen
Reformierofen auf den Einsatz von Dampf zur Kühlung verzichtet werden. Auf diese
Weise haben die Düsen des Konverters eine lange Lebensdauer und gewährleisten die
Reduktion des Reduktionsgases.
Das CH4-reiche Einsatzgas ist vorzugsweise Kokereigas oder Erdgas.
Vorzugsweise wird das CH4-reiche Einsatzgas auf eine Temperatur von nicht mehr als 400°C, vorzugsweise 300°C bis 400°C, vorgewärmt.
Vorzugsweise hat die sauerstoffangereicherte Luft einen Sauerstoffanreicherungsgrad von 35 % bis 60 %.
Vorzugsweise wird die sauerstoffangereicherte Luft auf eine Temperatur von nicht mehr als 300 °C, vorzugsweise 200 °C bis 300 °C, vorgewärmt.
Vorzugsweise beträgt die Temperatur des aus der Verbrennungsreaktion resultierenden
Hochtemperatur-Reformiergases 1200°C bis 1450°C, und dieser Temperaturwert kann durch Steuerung des Volumenverhältnisses der sauerstoffangereicherten Luft zum CH4- angereicherten Einsatzgas eingestellt werden.
Vorzugsweise beträgt die Temperatur des durch das Mischen gebildeten reduzierten
Gases 850°C bis 1000°C.
Vorzugsweise beträgt das Verhältnis des Gesamtvolumens von CO und H2 zum Volumen von CO2 und H20 in dem gemischten gebildeten Reduktionsgas nicht weniger als 10, vorzugsweise 10 bis 13.
Vorzugsweise wird das Schachtofenkopfgas entstaubt und auf 40°C abgekühlt und auf 0,4 bis 0,8 MPa unter Druck gesetzt, um die Anforderungen der nachfolgenden
Wasserstoffreinigungseinheit zu erfüllen.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Wasserstoffreinigungsanlage um eine Vakuum-
Wasserstoffreinigungsanlage mit variabler Druckadsorption (VPSA).
Vorzugsweise betragt die Reinheit des von der VPSA-Wasserstoffreinigungsanlage erzeugten Wasserstoffs 85 % oder mehr.
Der in der Wasserstoffreinigungsanlage erzeugte Wasserstoff wird vorgewärmt und ntit/508226 dem durch Verbrennung erzeugten Hochtemperatur-Reformiergas gemischt und dann abgekühlt, bevor er in den Schachtofen gelangt, wobei die Durchflussmenge des vorgewärmten Wasserstoffs und die Vorwärmtemperatur entsprechend den tatsächlichen
Prozessbedingungen festgelegt werden.
Das von der VPS-Vakuum-Wasserstoffreinigungseinheit erzeugte Desorptionsgas enthält einige brennbare Gase wie CO, CH4 usw., die als Brenngas für den Rohrheizkörper und andere Verbraucher verwendet werden können.
Vorzugsweise werden das CH4-reiche Einsatzgas, die sauerstoffreiche Luft und der gereinigte Wasserstoff in demselben Röhrenheizgerät vorgewärmt.
Vorzugsweise kann das Heizmaterial für den Röhrenerhitzer CH4-reiches Einsatzgas und/oder Desorptionsgas aus der Vakuum-VDS-Wasserstoffreinigungseinheit sein.
Die technischen Effekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind: 1. die vorliegende Erfindung nutzt ein Direktreduktionsverfahren zur Herstellung von
Eisenschwamm durch nichtkatalytische sauerstoffreiche Umsetzung von CH4, wobei das CH4-reiche Einsatzgas zunächst in einem Rohrheizofen bei einer
Vorwärmtemperatur unter 400°C vorgewärmt wird und keine Kohlenstoffausfällung erfolgt. Die niedrige Vorwärmtemperatur des Rohrofens, die geringen externen
Rauchgasemissionen und die geringen Anforderungen an die Rohrleitungen führen dazu, dass die Investitionen in den Rohrofen gering sind und die Vorteile in Bezug auf
Investitionen und Emissionen im Vergleich zu anderen Verfahrenstechniken sehr deutlich sind. 2. das Rohstoffgas der vorliegenden Erfindung reagiert mit sauerstoffreicher Luft bei einer niedrigeren Temperatur, wodurch die Lebensdauer des Brenners des
Konversionsofens verlängert werden kann, ohne dass Dampf zu dessen Abkühlung verwendet werden muss, wobei der Reduktionsgrad des Reduktionsgases gewährleistet ist.
;
LU508226 3. Die Erfindung verwendet CH4 nicht-katalytischen sauerstoffreichen Umwandlung der
Produktion von Eisenschwamm direkte Reduktion Prozess ist einfach, die
Prozessparameter gesteuert werden können, durch die Steuerung der Strömung von
Wasserstoff durch VPSA produziert, um den Reduktionsgrad der reduzierenden Gas zu steuern, durch die Steuerung der Wasserstoff Vorwärmung Temperatur, um die
Temperatur des reduzierenden Gases zu steuern, für verschiedene Erze, um verschiedene Reduktionsgrad und reduzierende Gastemperatur einzustellen, effektiv zu verhindern, Eisenschwamm kleben. 4. Die Erfindung verwendet CH4 nicht-katalytische sauerstoffreiche Umwandlung der
Produktion von Eisenschwamm direkte Reduktion Prozess nicht verwenden
Katalysator, gibt es keine H2S zu Katalysatorausfall führen, gibt es keine strenge
Grenze fur den H2S-Gehalt in der CH4-reichen Speisegas, besonders geeignet fur
Koksofengas wie ein hoher H2S-Gehalt des Speisegases.
ILLUSTRATIONEN
Abbildung 1 VerfahrensflieBbild des Direktreduktionsverfahrens zur Herstellung von
Eisenschwamm durch nichtkatalytische sauerstoffangereicherte Umsetzung von CH4
Das nebenstehende Diagramm markiert: 1. Rohrheizofen; 2. nichtkatalytischer sauerstoffangereicherter Konversionsofen; 3.
Schachtofen; 4. Wärmetauscher; 5. Wäscherturm; 6. Druckhalter; 7. vakuumvariable
Druckadsorptions-Wasserstoffreinigungsanlage; (1) sauerstoffreiche Luft; (2) CH4-reiches Speisegas; (3) gereinigter Wasserstoff.
SPEZIFISCHE DURCHFÜHRUNG LU508226
Die technischen Lösungen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand von konkreten Beispielen erläutert. Es versteht sich, dass die Erwähnung eines oder mehrerer Verfahrensschritte der vorliegenden Erfindung das Vorhandensein anderer
Verfahrensschritte vor oder nach diesen kombinierten Schritten oder das Einfügen anderer Verfahrensschritte zwischen diesen ausdrücklich erwähnten Schritten nicht ausschließt; es versteht sich auch, dass diese Ausführungsbeispiele nur zur
Veranschaulichung der Erfindung dienen und den Umfang der Erfindung nicht einschränken sollen. Darüber hinaus ist die Nummerierung der Verfahrensschritte, sofern nicht anders angegeben, nur ein zweckmäßiges Hilfsmittel zur Identifizierung der
Verfahrensschritte und nicht dazu bestimmt, die Reihenfolge der Verfahrensschritte zu begrenzen oder den Anwendungsbereich der Erfindung einzuschränken, und
Änderungen oder Anpassungen in ihrer relativen Beziehung werden als innerhalb des
Anwendungsbereichs der Erfindung liegend angesehen, ohne den technischen Inhalt wesentlich zu verändern.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Direktreduktionsverfahren zur Herstellung von
Eisenschwamm durch nicht-katalytische sauerstoffreiche Umsetzung von CH4, wie in
Figur 1 dargestellt, bereit:
Koksofengas oder Erdgas usw. wird gereinigt und reguliert als CH4-reiches Einsatzgas und sauerstoffreiche Luft (35%-60% Sauerstoffanreicherung) werden getrennt durch einen Rohrheizofen vorgewärmt, wobei das CH4-reiche Einsatzgas auf eine Temperatur von nicht mehr als 400°C und die sauerstoffreiche Luft auf eine Temperatur von nicht mehr als 300°C vorgewärmt wird; nach dem Vorwärmen treten die beiden Gase in den nicht-katalytischen sauerstoffreichen Umwandlungsofen ein, WO eine
Verbrennungsreaktion stattfindet und sich erhitzt, wobei das CH4 darin in CO und H2 umwandelt, wobei ein Hochtemperatur-Konversionsgas mit einer Temperatur von 1200°C bis 1450°C entsteht.
Zur gleichen Zeit wie oben wird das Kopfgas aus dem Schachtofen für die Reduktion von
Eisenschwamm durch einen Wärmetauscher auf 200°C bis 220°C abgekühlt, tritt dann in einen Wäscherturm ein und wird durch Wasserwäsche und Staubentfernung auf 40°C abgekühlt, dann durch einen Druckerzeuger auf 0,4 bis 0,8 MPa unter Druck gesetzt und tritt in eine Wasserstoffreinigungsanlage mit variablem Vakuumdruck (VPSA) ein, um gereinigtes Wasserstoffgas mit einer Reinheit von 85% oder mehr zu erzeugen; das gereinigte Wasserstoffgas wird durch den Rohrheizungsofen vorgewärmt und tritt in die
Anlage ein. Nach dem Vorheizen in dem Réôhrenheizofen tritt das gereinigte
Wasserstoffgas in den unteren Teil des katalytischen sauerstoffreichen Konversionsofens ein, mischt sich mit dem durch die Konversionsreaktion erzeugten Hochtemperatur-
Konversionsgas, um Reduktionsgas zu bilden, und kühlt das gemischte Gas auf 850°C bis 1000°C ab. Das Verhältnis des Gesamtvolumens von CO und H2 zum Volumen von
CO2 und H20 in dem gemischten gebildeten Reduktionsgas beträgt nicht weniger als 10, und tritt dann in den Schachtofen ein, um Eisenerz zu Eisenschwamm zu reduzieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Heizmaterial des Röhrenheizers CH4- reiches Ausgangsgas und/oder Desorptionsgas sein, das von der Vakuum-VPS-
Wasserstoffreinigungseinheit erzeugt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt das Verhältnis des Gesamtvolumens von
CO und H2 zum Volumen von CO2 und H20 in dem gemischt gebildeten Reduktionsgas bis 13;
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das CH4-reiche Einsatzgas auf 300°C bis 400°C und sauerstoffreiche Luft auf 200-300°C vorgewärmt.
Die technischen Lösungen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand von konkreten Ausführungsbeispielen näher erläutert:
Beispiel 1: LU508226
Reduktion von Titan-Vanadium-Magnetit zu Eisenschwamm
Das Koksofengas wird gereinigt, unter Druck gesetzt und als CH4-reiches Einsatzgas verwendet, und sauerstoffreiche Luft wird in einem Rohrheizofen auf 400°C für das CH4- reiche Einsatzgas und 250°C für die sauerstoffreiche Luft vorgewärmt; nach dem
Vorwärmen treten die beiden Gase in den nichtkatalytischen sauerstoffreichen
Reformierofen ein, wo eine Verbrennungsreaktion stattfindet und sich erhitzt, wobei das darin enthaltene CH4 in CO und H2 umgewandelt wird, um ein Hochtemperatur-
Reformiergas mit 1340°C zu bilden.
Gleichzeitig wird das obere Gas aus dem Schachtofen für die Reduktion von
Eisenschwamm durch einen Wärmetauscher auf 210°C abgekühlt und tritt dann in einen
Wäscherturm ein, wo es durch Wasserwäsche und Entstaubung auf 40°C abgekühlt wird, dann durch einen Druckerzeuger auf 0,45 MPa verdichtet wird und in eine Vakuum-
Wasserstoff-Reinigungsanlage mit variablem Druck (VPSA) eintritt, um gereinigtes
Wasserstoffgas mit einer Reinheit von Uber 85% zu erzeugen; das gesamte gereinigte
Wasserstoffgas wird als Dotiergas verwendet, durch den besagten Rohrheizofen vorgewarmt und tritt dann in die VPSA ein. Das Gas wird mit dem durch die
Verbrennungsreaktion erzeugten Hochtemperatur-Reformiergas gemischt, um das
Reduktionsgas zu bilden, und das Verhaltnis des Gesamtvolumens von CO und H2 zum
Volumen von CO2 und H20 im Reduktionsgas wird durch Steuerung der
Durchflussmenge und der Vorwärmtemperatur des gereinigten Wasserstoffs für die
Dotierung auf 11 gesteuert, und das Gemisch wird auf 1000°C abgekühlt. Das Gas wird dann in den Schachtofen geleitet, um das darin enthaltene Vanadium-Titan-Magnetit zu
Eisenschwamm zu reduzieren. Anschließend wird das Gas in den Schachtofen geleitet, um den darin befindlichen Vanadium-Titan-Magnetit zu Eisenschwamm zu reduzieren.
Da das CH4-reiche Einsatzgas in diesem Beispiel auf 400°C vorgewärmt wird, wird die
Temperatur der Kohlenstoffausfallung nicht überschritten, so dass keine
Kohlenstoffausfällung auftritt. Die niedrige Vorwärmtemperatur des Rohrofens, die geringen externen Rauchgasemissionen und der geringe Rohrleitungsbedarf machen den Rohrofen zudem investitionsarm, was im Vergleich zu anderén/508226 verfahrenstechnischen Routen einen klaren Vorteil hinsichtlich Investitionen und
Emissionen darstellt.
Durch die Reaktion des Einsatzgases mit sauerstoffreicher Luft kann zudem die
Lebensdauer des Konverterbrenners ohne den Einsatz von Dampf zur Abkühlung verlängert und die Reduktion des Reduktionsgases sichergestellt werden.
Der Reduktionsgrad des Reduktionsgases wird durch die Regelung des von der VPSA erzeugten Wasserstoffstroms gesteuert, und die Temperatur des Reduktionsgases wird durch die Regelung der Vorwärmtemperatur des Wasserstoffs gesteuert, wobei der
Reduktionsgrad und die Temperatur des Reduktionsgases für verschiedene Erze eingestellt werden und ein Verkleben des Eisenschwamms wirksam verhindert wird.
Da bei dem Verfahren keine Katalysatoren verwendet werden, gibt es kein H2S, das zu
Katalysatorausfällen führt, und es gibt keine strenge Begrenzung des H2S-Gehalts in
CH4-reichem Einsatzgas, was besonders für Einsatzgas mit hohem H2S-Gehalt wie
Koksofengas geeignet ist.
Beispiel 2
Reduktion von normalem Eisenerz zu Eisenschwamm
Nach der Reinigung und Druckregulierung wird das Erdgas als CH4-reiches Einsatzgas auf 350°C und als sauerstoffreiche Luft auf 260°C in einem Rohrheizofen vorgewärmt; nach der Vorwärmung treten die beiden Gase in den nichtkatalytischen, sauerstoffreichen
Reformierofen ein und werden durch Verbrennungsreaktionen und Erhitzung unter
Umwandlung des CH4 in CO und H2 zu einem Hochtemperatur-Reformiergas von 1350°C umgewandelt.
Parallel dazu wird das obere Gas aus dem Schachtofen für die Reduktion von
Eisenschwamm durch einen Wärmetauscher auf 210°C abgekühlt und tritt dann in eindr}/508226
Wäscherturm ein, wo es durch Wasserwäsche und Entstaubung auf 40°C abgekühlt wird.
Anschließend wird es durch einen Druckerzeuger auf 0,8 MPa verdichtet und tritt in eine
Wasserstoffreinigungsanlage mit variablem Druck (VPSA) ein, um gereinigtes
Wasserstoffgas mit einer Reinheit von über 85% zu erzeugen; das gesamte gereinigte
Wasserstoffgas wird als Dotiergas verwendet und durch den besagten Rohrheizungsofen vorgewärmt und tritt dann in die besagte Anlage ein. Der reine Wasserstoff wird als
Dotiergas verwendet, durch den Rohrheizofen vorgewärmt und tritt dann in den unteren
Teil des katalytischen sauerstoffreichen Reformierofens ein, vermischt sich mit dem
Hochtemperatur-Reformiergas, das durch die Verbrennungsreaktion erzeugt wird, um ein
Reduktionsgas zu bilden, und das Verhältnis des Gesamtvolumens von CO und H2 zum
Volumen von CO2 und H20 im Reduktionsgas wird auf 10 gesteuert, indem die
Strömungsrate und die Vorwärmtemperatur des reinen Wasserstoffs, der zum Dotieren verwendet wird, gesteuert wird, und das Gemisch wird auf 900°C abgekühlt und tritt dann in den Schachtofen ein, um Eisenerz zu Eisenschwamm zu reduzieren.
Da das CH4-reiche Einsatzgas auf 350°C vorgewärmt wird, wird die Temperatur für die
Kohlenstoffausscheidung nicht überschritten, so dass keine Kohlenstoffausscheidung auftritt. Die niedrige Vorwärmtemperatur des Rohrofens, der geringe Rauchgasaustritt und der geringe Rohrleitungsbedarf machen zudem die Investition in den Rohrofen gering und die Vorteile in Bezug auf Investitionen und Emissionen im Vergleich zu anderen verfahrenstechnischen Wegen offensichtlich.
Darüber hinaus ermöglicht die Reaktion des Einsatzgases mit sauerstoffreicher Luft eine
Verlängerung der Lebensdauer des Konverterbrenners ohne Einsatz von Dampf zur
Abkühlung bei gleichzeitiger Reduktion des Reduktionsgases.
Der Reduktionsgrad des Reduktionsgases wird durch die Regelung des von der VPSA erzeugten Wasserstoffstroms gesteuert, und die Temperatur des Reduktionsgases wird durch die Regelung der Vorwärmtemperatur des Wasserstoffs gesteuert, wodurch der
Reduktionsgrad und die Temperatur des Reduktionsgases für verschiedene Er2d/508226 eingestellt und das Anhaften des Eisenschwamms wirksam verhindert wird.
Da bei dem Verfahren keine Katalysatoren verwendet werden, gibt es kein H2S, das zu einem Ausfall des Katalysators führt, und es gibt keine strenge Begrenzung des H2S-
Gehalts in CH4-reichem Einsatzgas, was besonders für Einsatzgas mit hohem H2S-
Gehalt wie Koksofengas geeignet ist.
Schließlich wird darauf hingewiesen, dass die oben genannten bevorzugten
Ausführungsformen nur dazu dienen, die technische Lösung der Erfindung zu veranschaulichen und sie nicht einzuschränken. Obwohl die Erfindung anhand der oben genannten bevorzugten Ausführungsformen detailliert beschrieben wurde, sollte dem
Fachmann klar sein, dass an ihr verschiedene Änderungen in Form und Detail vorgenommen werden können, ohne von dem durch die Ansprüche der Erfindung definierten Umfang abzuweichen.

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE LU508226
1. Direktes Reduktionsverfahren zur Herstellung von Eisenschwamm unter Verwendung einer nicht-katalytischen sauerstoffreichen Umwandlung von CH4, bei dem das CH4- reiche Rohgas und die sauerstoffreiche Luft vorgewärmt und nach Reinigung bzw. Druckeinstellung in den nicht-katalytischen sauerstoffreichen Konverter eingespeist werden und bei dem das CH4 durch Verbrennungsreaktion und Erhitzen in CO und H2 umgewandelt wird, um ein Hochtemperatur-Konversionsgas zu bilden, der gereinigte Wasserstoff wird dann vorgewärmt und in den unteren Teil des katalytischen sauerstoffangereicherten Konverters eingespeist, wo er mit dem durch die Verbrennungsreaktion erzeugten Hochtemperatur-Reformiergas gemischt wird, um Reduktionsgas zu bilden; das Reduktionsgas wird dann in den Schachtofen eingespeist, um Eisenerz zu Eisenschwamm zu reduzieren; die sauerstoffangereicherte Luft hat einen Sauerstoffanreicherungsgrad von 35-60%.
2. Direktreduktionsverfahren zur Herstellung von Eisenschwamm unter Verwendung einer nicht-katalytischen sauerstoffangereicherten Umwandlung von CH4 nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das CH4-angereicherte Einsatzgas Koksofengas oder Erdgas ist.
3. Direktreduktionsverfahren zur Herstellung von Eisenschwamm durch nichtkatalytische sauerstoffangereicherte Umwandlung von CH4 nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das CH4-angereicherte Einsatzgas auf eine Temperatur von nicht mehr als 400°C und die sauerstoffangereicherte Luft auf eine Temperatur von nicht mehr als 300°C vorgewärmt wird.
4. Direktreduktionsverfahren zur Herstellung von Eisenschwamm unter Verwendung einer nichtkatalytischen sauerstoffreichen Umwandlung von CH4 nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das durch die Verbrennungsreaktion erzeugte Hochtemperatur-Umwandlungsgas eine Temperatur von 1200°C bis 1450°C aufweist.
5. Direktreduktionsverfahren zur Herstellung von Eisenschwamm unter Verwendung einer nicht-katalytischen sauerstoffreichen Umwandlung von CH4 nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischen ein Reduktionsgas mit einer Temperatur von 850°C bis 1000°C bildet.
6. Direktreduktionsverfahren zur Herstellung von Eisenschwamm unter Verwendung einer nichtkatalytischen sauerstoffreichen Umwandlung von CH4 nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Gesamtvolumens von CO und H2 zum Gesamtvolumen von CO2 und H20 in dem gemischt gebildeten Reduktionsgas nicht weniger als 10 beträgt.
7. Direktreduktionsverfahren zur Herstellung von Eisenschwamm unter Verwendung einer nicht-katalytischen sauerstoffreichen Umwandlung von CH4 nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das CH4-reiche Einsatzgas, sauerstoffreiche Luft und gereinigter Wasserstoff in demselben rohrförmigen Heizofen vorgewärmt werden.
8. Direktreduktionsverfahren zur Herstellung von Eisenschwamm durch nichtkatalytische sauerstoffreiche Umwandlung von CH4 nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstoffreinigungsvorrichtung eine Vakuum-Adsorptions- Wasserstoffreinigungsvorrichtung mit variablem Druck ist.
9. Direktreduktionsverfahren zur Herstellung von Eisenschwamm unter Verwendung einer nicht-katalytischen sauerstoffreichen Umwandlung von CH4 nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizmaterial des Rohrheizofens CH4-reiches Speisegas und/oder Desorptionsgas aus der Vakuum-Adsorptions- Wasserstoffreinigungseinheit mit variablem Druck ist.
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