SE429138B

SE429138B - Process and device for the preparation of iron sponge

Info

Publication number: SE429138B
Application number: SE8006814A
Authority: SE
Inventors: S Santen
Original assignee: Skf Steel Eng Ab
Priority date: 1980-09-29
Filing date: 1980-09-29
Publication date: 1983-08-15
Also published as: SE8006814L; PH16411A

Abstract

In the preparation of iron sponge by the continuous reduction of iron oxides in a shaft furnace, the reducing gas, which is passed into this furnace in counter-current to the iron oxides, is prepared from the recycled gas and an additional gas produced from a solid reducing agent such as coal with the aid of a plasma generator. The recycled gas is essentially freed of CO2 and H20. The resulting purified gas is introduced into a plasma generator as the first partial stream. The reducing agent and water are injected together into the hot gas stream leaving the plasma generator. The water is made to react with the reducing agent to form a mixture of essentially CO and H2. The temperature of the gas formed is kept within a temperature range in which the ash particles entering the solid reducing agent form a slag. The hot mixture of CO and H2 leaving the gas generator is mixed with at least one other partial stream of the purified recycled gas in such a ratio that the temperature of the resulting final gas mixture is suitable for use in the reduction process. <IMAGE>

Description

8Û068ﬂß-1 10 l5 20 25 30 direkt förgasa stenkol i fast form genom användning av en plasmagenerator. Svagheten hos denna metod är att den ställer mycket höga krav på noggrannhet och reglerbarhet i tillförsel av kol samt att man för flera kolkvalitëer har svårigheter med hanteringen av kolaskan. 8Û068 ﬂ ß-1 10 l5 20 25 30 directly gasify coal in solid form by using a plasma generator. The weakness of this method is that it places very high demands on accuracy and controllability in the supply of coal and that for several coal grades there are difficulties with the handling of the coal ash.

Till detta kommer att den genererade gasen har en väte- halt som är lägre än vad som är optimalt ur reduktions- synpunkt.In addition, the generated gas has a hydrogen content that is lower than what is optimal from a reduction point of view.

Det har nu överraskande visat sig att ovanstående svårig- heter och olägenheter med hittills kända förfaranden nu kunna elimineras vid ett inledningsvis beskrivet för- farande huvudsakligen därigenom att recirkulationsgasen tvättas i en C02-tvätt, att den tvättade gasen i form av en första delström tillföres en plasmagenerator, att en blandning av vatten och reduktionsmedel i form av en slurry injiceras i den från plasmageneratorn utgåen- de heta gasströmmen, att temperaturnivån på den utgående gasströmmen hålles inom ett temperaturområde, företrä- aesvis inom intervallet 1300 - 1soo°c, så att i det fasta reduktionsmedlet ingående askdelar bildar en slagg, och att den i plasmageneratorn behandlade del- strömmen blandas med åtminstone en andra delström av den tvättade recirkulationsgasen i sådana proportioner, att den erhållna slutgasblandningens temperatur blir den för reduktionsprocessen lämpliga, d v s 700 - l000°C, företrädesvis 825°C, varefter slutgasbland- ningen införes i schaktugnens nedre del. ,_.___.._-..It has now surprisingly been found that the above difficulties and inconveniences with hitherto known methods can now be eliminated in an initially described method mainly by washing the recirculation gas in a CO 2 wash, that the washed gas in the form of a first partial stream is fed to a plasma generator, that a mixture of water and reducing agent in the form of a slurry is injected into the hot gas stream emanating from the plasma generator, that the temperature level of the outgoing gas stream is kept within a temperature range, preferably in the range 1300 - 1000 ° C, so that in the ash particles contained in the solid reducing agent form a slag, and that the partial stream treated in the plasma generator is mixed with at least a second partial stream of the washed recirculation gas in such proportions that the temperature of the final gas mixture obtained becomes suitable for the reduction process, i.e. 700-1000 ° C. preferably 825 ° C, after which the final gas mixture is introduced into the shaft lower part of the gnens. , _.___.._- ..

(Il 10 15 20 25 30 8006814-1 Uppfinningen omfattar också en anläggning för utförande av det enligt uppfinningen föreslagna sättet som huvudsakligen kännetecknas av att qenereringssystemet för reduktionsgas innefattar en C02 -tvätt för den ur reaktionsutrymmet avgående reaktionsgasen samt ett därtill anslutet genere- ringsschakt för en delström av den så erhållna renade reduk- tionsgasen omfattande en plasmagenerator och tillförselan- ordningar för ett kontrollerat införande av reduktionsmedel och vatten i den här bildade plasmagasen jämte en regler- bar blandningsanordning för blandning av den så bearbetade första delströmmen med en andra, obehandlad delström av den renade reduktionsgasen jämte inblåsningsorgan för den så erhållna slutgasblandningen i reaktionsutrymmets nedre del.The invention also comprises a plant for carrying out the method proposed according to the invention, which is mainly characterized in that the reduction gas generation system comprises a CO 2 scrubber for the reaction gas leaving the reaction space and a generation shaft connected thereto for a partial stream of the thus obtained purified reduction gas comprising a plasma generator and supply devices for a controlled introduction of reducing agent and water into the plasma gas formed here together with a controllable mixing device for mixing the first processed partial stream thus processed with a second, untreated partial stream of the purified reduction gas together with blowing means for the final gas mixture thus obtained in the lower part of the reaction space.

Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas närmare med hänvisning till ett på bifogade ritning visat utförings- exempel.The invention will be described in more detail below with reference to an exemplary embodiment shown in the accompanying drawing.

Reduktionen av styckeformig järnoxid sker i ett reduktions- schakt 1 genom att den styckeformiga järnoxiden 2 matas ge- nom en slussventil 3 in i schaktet l och behandlas i mot- ström med en varm reduktionsgas bestående huvudsakligen av koloxid och vätgas, som införes vid schaktets l bottendel 4. Den producerade järnsvampen utmatas genom en utmatnings- anordning 5 i schaktets l botten 4. Den till mellan 30 och 50% förbrukade reduktionsgasen uttages ur schaktets l övre del genom ett gasuttag 6. Den från schaktet l uttagna ga- 2 (50 - 70%) reaktionsprodukterna C02 och H20. Eftersom denna gas fort- sen innehåller förutom kvarvarande CO och H farande innehåller relativt höga halter CO och H2, åter- användes den i orocessen. För att kunna återanvändas 80068144 10 15 20 25 30 som reduktionsgas måste dock halten C02 och H20 nedbringas till under 5%. Detta sker därigenom, att gasen får passera en tvätt (C02/H20-tvätt) 7.Viä gasens passage genom denna tvätt uppnås inte enbart att gasen befrias från reaktions- produkterna C02 och H20 utan nämnda tvättförfarande ger också möjlighet till en balansering av gasmängden, vari- genom en avfackling av gas kan undvikas. Efter tvätten 7 passerar gasen en kompressor 8 för uppnående av den för processen erﬁoakrliga tryckökningen och uppdelas därefter i åtminstone två delströmmar 9, l0. Delströmmen 9, som har rumstemperatur, ledes in i en gasgenerator ll, där er- forderlig tillskottsgas genereras ur ett fast reduktions- medel, lämpligen kol och vatten. Gasströmmen 9, användes i gasgeneratorn ll som plasmagas och tillföres för gasre- genereringsprocessen erforderlig energimängd i en plasma- generator 12. Huvudenergislaget, som är kolpulver, behand- las med ett oxidationsmedel, företrädesvis vatten, och till- föres gasgeneratorn ll genom lansar 13, så att den penetre- rar den från plasmageneratorn l2 uströmmande heta gasström- men på sådant sätt, att kolpulver och oxidationsmedel' bringas att reagera till CO och H2. Energitillförseln i gasgeneratorn ll regleras så, att den i kolpulvret förefint- liga askan smältes till en slagg 14, som kan avlägsnas ur gasgeneratorns ll nedre del i flytande eller fast form. På grund av askans samansättning väljes temperaturen lämp- ligen inom intervallet 1300 - l500°C. Den så producerade reduktionsgasen innehåller förutom CO + H2 även det i kolet ingående svavlet och bringas därför att passera ett svavel- filter 15, exempelvis ett dolomitfilter, där svavelhalten nedbringas till en för järnsvampsprocessen acceptabel nivå, företrädesvis under 75 ppm.The reduction of piece iron oxide takes place in a reduction shaft 1 by feeding the piece iron oxide 2 through a lock valve 3 into the shaft 1 and treating it in countercurrent with a hot reduction gas consisting mainly of carbon monoxide and hydrogen gas, which is introduced at the shaft 1 bottom part 4. The produced iron sponge is discharged through a discharge device 5 in the bottom 4 of the shaft 1. The reduction gas consumed between 30 and 50% is taken out of the upper part of the shaft 1 through a gas outlet 6. The hole 2 taken out of the shaft 1 70%) the reaction products CO 2 and H 2 O. Since this gas still contains, in addition to the remaining CO and H, it contains relatively high levels of CO and H2, it was reused in the process. However, in order to be reusable as a reducing gas, the content of CO 2 and H 2 O must be reduced to below 5%. This is done by allowing the gas to pass through a wash (CO 2 / H 2 O wash). 7. During the passage of the gas through this wash, it is not only achieved that the gas is released from the reaction products CO 2 and H 2 O, but said washing method also allows a balancing of the gas quantity. whereby a flaring of gas can be avoided. After the washing 7, the gas passes a compressor 8 to achieve the pressure increase for the process and is then divided into at least two substreams 9, 10. The partial stream 9, which has a room temperature, is led into a gas generator 11, where the required additional gas is generated from a solid reducing agent, suitably coal and water. The gas stream 9 is used in the gas generator 11 as plasma gas and is supplied for the gas regeneration process amount of energy required in a plasma generator 12. The main energy layer, which is carbon powder, is treated with an oxidizing agent, preferably water, and supplied to the gas generator 11 through lances 13. so that it penetrates the hot gas stream flowing out of the plasma generator 12 in such a way that carbon powder and oxidizing agent are caused to react with CO and H 2. The energy supply in the gas generator 11 is regulated so that the ash present in the carbon powder is melted into a slag 14, which can be removed from the lower part of the gas generator 11 in liquid or solid form. Due to the composition of the ash, the temperature is suitably chosen in the range 1300 - 1500 ° C. The reduction gas thus produced contains, in addition to CO + H2, also the sulfur contained in the carbon and is therefore passed through a sulfur filter 15, for example a dolomite filter, where the sulfur content is reduced to a level acceptable for the iron fungus process, preferably below 75 ppm.

Tvätten 7 kan exempelvis som aktiv substans innehålla mono- etanolamin och vid genomgången av tvätten kan gasens halt av C02 nedbringas till lämpligen under 2%. ieooes14-1 Den ur svavelfiltret 15 utgående gasen ligger på en för järnsvampsprocessen alltför hög temperatur, och därför nedbringas gasens temperatur genom inblandning av kall, tvättad delströmsgas 10 till en för processen lämplig 5 temperatur, företrädesvis uppgående till 750 - l000°C, lämpligen sàs°c.The laundry 7 may, for example, contain monoethanolamine as active substance and during the washing, the gas content of CO 2 may be reduced to suitably below 2%. ieooes14-1 The gas leaving the sulfur filter 15 is at a temperature too high for the iron sponge process, and therefore the temperature of the gas is reduced by mixing cold, washed partial stream gas 10 to a temperature suitable for the process, preferably amounting to 750 - 1000 ° C, suitably ° c.

Genom det enligt uppfinningen föreslagna sättet erhålles följande processtekniska fördelar.By the method proposed according to the invention, the following process technical advantages are obtained.

A. Gasregenereringen kan ske vid sådan temperatur att 10 askan bildar en lätthanterlig slagg som tappas av utan att förorsaka igensättningsproblem i processen. Väte- halten i reduktionsgasen kan styras för en till reduk- tionen lämplig halt genom den genomförda tvättningen och efterföljande injiceringen av vatten i gasregene- 15 reingssteget. Dessutom ger gastvätten kombinerad med gasgenerering vid förhöjd temperatur överlägsna möjlig- heter till en balansering av gasmängden i systemet samt en reglering av reduktionstemperaturen. Härigenom vin- nes samtidigt en ur energisynpunkt optimal reduktions- 20 process samt ett lättreglerat gasregenereringssystem.A. The gas regeneration can take place at such a temperature that the ash forms an easy-to-handle slag which is discharged without causing clogging problems in the process. The hydrogen content of the reduction gas can be controlled for a content suitable for the reduction by the washing carried out and the subsequent injection of water in the gas regeneration step. In addition, the gas washing combined with gas generation at elevated temperature provides superior opportunities for balancing the amount of gas in the system and a regulation of the reduction temperature. In this way, an energy-optimal reduction process and an easily regulated gas regeneration system are achieved at the same time.

Vid försök i provskala har följande förbrukningsvärden per ton producerad järnsvamp uppnåtts.In tests on a sample scale, the following consumption values per tonne of iron fungus produced have been achieved.

Elenergi: 820 kWh Stenkolspulver: 172 kg B. Dessutom erhålles enligt uppfinningen en synnerligen 25 förenklad reglering av själva processen, varvid man också vid genereringen av plasmagasen genom att för- blanda kolpulver och vattentillsatsen i rätta propor- tioner lämpligen i stökiometriska proportioner kan upp- nå en enklare och effektivare styrmöjlighet för hela 30 7 processen. Genom denna förblandning av kolpulver och vatten kan blandningen också lätt injiceras såsom en kol-i-vattenemulsion. 80068111--1 10 Om svårigheter uppstår att binda det fasta reduktionsmed- lets aska i en slaggfas kan tillsatser, som påverkar slaggens egenskaper, såsom exempelvis smältpunkt, svavel- upptagning etc. göras, exempelvis kunna härtill alkali- föreningar och kalk användas. Lämpligen blandas dylika tillsatser med det fasta reduktionsmedlet.Electrical energy: 820 kWh Coal powder: 172 kg B. In addition, according to the invention, a very simplified control of the process itself is obtained, achieve a simpler and more efficient control option for the entire 30 7 process. Through this premix of carbon powder and water, the mixture can also be easily injected as a carbon-in-water emulsion. 80068111--1 10 If difficulties arise in binding the ash of the solid reducing agent in a slag phase, additives which affect the properties of the slag, such as melting point, sulfur uptake, etc., can be made, for example alkali compounds and lime can be used for this purpose. Suitably such additives are mixed with the solid reducing agent.

För att stabilisera kol-vattenblandningen kan också lämp- liga gelbildare tillsättas.To stabilize the carbon-water mixture, suitable gel formers can also be added.

Vidare kan syretillförseln i gasgeneratorn ll också åstad- kommas medelst syrgas istället för vatten.Furthermore, the oxygen supply in the gas generator 11 can also be effected by means of oxygen instead of water.

Claims

1. 800681 lf ~ 1 7 Patent claim 1. Method of producing iron sponge by continuous reduction of iron oxides in a shaft furnace by means of a reduction gas carried countercurrent to the iron oxide, mainly containing CO + H2, reaction gas leaving the shaft furnace and an additional gas, which wherein the reduction gas is produced from recycled, generated by means of a plasma generator from solid reducing agents, such as carbon, preferably coal, characterized in that the recycle gas is washed in a CO 2 wash, that the washed gas is supplied in the form of a first partial stream a plasma generator, that a mixture of water and reducing agent in the form of a slurry is injected into the hot gas stream leaving the plasma generator, that the temperature level of the outgoing gas stream is kept within a temperature range, preferably in the range 1300 - 150 ° C, so that the ash parts contained in the ae: fixing the reducing agent form a slag, and that the partial stream treated in the plasma generator is mixed with at least a second partial stream of the washed recirculation gas in such proportions that the temperature of the obtained final gas mixture becomes that suitable for the reduction process, i.e. 700 - 1000 ° C, preferably 825 ° C, after which the final gas mixture is introduced into the lower part of the shaft furnace.

2. A method according to claim 1, characterized in that the pressure required from the CO 2 process by means of a compressor. The purified recirculation gas is brought to a level of 3. A method according to claims 1-2, characterized in that carbon powder, preferably coal powder, with a particle size of less than 0.85 mm, preferably less than 0.15 mm is used as reducing agent. 4. A method according to claims 1 - 3, characterized in that the gas leaving the plasma generator is caused to pass a sulfur filter. 8006814-1 5. Plant for the production of iron sponge by continuous reduction of iron oxides in a shaft furnace by means of a reduction gas carried in countercurrent to the iron oxides mainly containing CO + H2, the reduction gas being produced from recycled reaction gas leaving the shaft furnace and an additional generated by means of a plasma generating solid reducing agent, such as carbon, preferably hard coal, for carrying out the process according to claim 1, comprising a reaction space (1) intended for the iron oxide-containing starting material and a reduction gas generation system, characterized in that the generating system for reduction gas comprises a CO 2 wash (7) for the reaction gas leaving the reaction space (1) and a gas generation shaft connected thereto (11) for a partial stream of the thus obtained purified reduction gas comprising a plasma generator (12) and supply devices (13 ) for a controlled introduction of reducing agents and v in the plasma gas formed here together with an adjustable mixing device for mixing the thus processed first substream with a second, untreated substream of the purified reduction gas together with blowing means for the final gas mixture thus obtained in the lower part of the reaction space (1). Plant according to claim 5, characterized in that the CO 2 wash contains monoethanolamine as active substance. Plant according to claims 5 - 6, characterized in that a compressor (8) is connected after the washing (7). The system according to claim 1, characterized in that the lower part of the gas generation shaft (11) is provided with a draining device for slag. Plant according to one or more of Claims 5 to 8, characterized in that a sulfur filter (15) is provided. arranged immediately after the gas generation shaft (11) 800681 / r1 10. Plant according to one or more of claims 5 - 9, characterized in that distribution means for the solid reducing agent and water open out in the area in front of the plasma generator (12).