SE448552B - Sett vid reduktion av finkornig jernmalm till jernsvamp i reaktor med staende schakt - Google Patents

Description

\- 448 552 ß Vid tidigare föreslagna förfaranden har den reducerande gasen, som användes vid direkt reduktion av järnmalmer, kommit från ett stort antal källor, t.ex. katalytisk reformering av kolväten och ånga.

System som använder naturgas och ånga för att alstra en reduceran- de gas kräver användning av katalytiska reformeringsenheter. Vid tidigare processer där fasta eller flytande bränslen användes för att alstra den reducerande gasen i motsats till de processer som använder naturgas, har ytterligare utrustning krävts för att anri- ka gasen, så att den effektivt kan användas för reduktionsändamål.

Föreliggande uppfinning avser därmed att åstadkomma ett sätt vid reduktion av metallmalm, där en metallmalm, t.ex. järnmalm, redu- ceras till svampmetall, t.ex. järnsvamp, medelst en reducerande gas, som framställts genom förgasning av fasta eller flytande fossila bränslen, som reformeras inom reaktorn för att öka dess reduceran- de effektivitet.

Uppfinningen avser vidare att åstadkomma en reducerande gas från en förgasningsenhet, vilken gas reformeras inom reaktorn och behand- las innan den användes för att reducera metallmalmen.

Vidare avser uppfinningen att åstadkomma en reducerande gas med ett önskat förhållande mellan väte och kolmonoxid, vilket förhållande väsentligen ökar reaktionshastigheten vid reduktion av metallmal- men och därigenom minskar malmens uppehållstid genom reaktorn.

Andra ändamål med uppfinningen kommer att delvis framträda som själv- klara och delvis särskilt påpekas i det följande.- Sålunda avser uppfinningen ett sätt vid reduktion av finkornig järnmalm till järnsvamp i en reaktor med rörlig bädd med stående schakt, som i undre delen uppvisar en kylzon för avkylning av järn- svampen och över densamma en reduktionszon för reducering av järn- malmen till järnsvamp, varvid en reducerande gas framställes genom förgasning av fasta och flytande fossila bränslen med syre och vat- tenånga och en del av den däri innehållna koloxiden avskiljes och den återstående gasen användes för reduktion av järnmalm i reak- torns reduktionszon, vilket sätt utmärkas av att den reducerande gasen blandas med vattenånga, den erhållna blandningen värmes till en temperatur i området från 300°C till 600°C, den uppvärmda bland- ningen ledes genom en i reaktorns överdel över reduktionszonen an- 1, 448 552 ordnad reformeringszon och därvid bringas i kontakt med det där befintliga järnbärande materialet för reformering för att höja för- hållandet mellan väte och koloxid och att i anslutning därtill en avskiljning av koldioxid ur den ur reformeringszonen uttagna refor- merade reduktionsgasen sker.

I reformeringszonen höjes förhållandet mellan H2 och CO som repre- sentativt ligger ilområdet av omkring 0,5:1 till 1:1 till ett lämp- ligt värde för järnmalmsreduktion, t.ex. i omrâdet av omkring 2,5:1 till 5:1 medelst vattengasutbytesreaktionen CO + H20 --F H2 + co2_ Det järnhaltiga materialet i reaktorn verkar som en särskilt effek- tiv katalysator för denna reaktion. Sammansättningen på en represen- tativ utgående gas från en förgasningsenhet för ett flytande fos- silt bränsle såsom beskrives i S.C. Singer, Jr. och L.W. Ternhaar “Reducing Gases by Partial Oxidation of Hydrocarbons", Chemical Engineering Progress, vol. 57, nr. 7, (juli 1961), sid. 68-74 är följande: Volymprocent, torr bas H2 46,1 CO 46,9 C02 4,3 N2 1,4 CH4 0,4 H20 0,9 100,0 Sammansättningen på en representativ utgående gas frân en förgas- ningsenhet för ett fast bränsle såsom anges i "Institute of Gas Technology Hydrogen Production from Coal Interim Report Project 8963“ som presenterats vid N.A.S.A. Marshall Space Flight Center, Alabama, april 24, 1975, och som utsänts av N.T.I.S. N75-24113 är följande: Volymprocent, torr bas H2 30,4 co . 58,3 1 O C02 0.

N2 1,0 0 CH4 0, H20 013 100,0 448 552 Detta högre förhållande mellan H2 och CO är önskvärt, emedan re- duktionshastigheten vid användning av väte är högre än motsvarande för kolmonoxid, varigenom man minskar uppehållstiden för malmen i reaktorn. Dessutom eftersom en högre mängd CO tenderar att avsätta elementarkol på malmen, kommer den ökade andelen väte att minime- ra sådan avsättning. Ändringen i CO-halten medger även bättre reg- hrhg av uppkolning.

Den reformerade gasen som alstras i övre delen av reaktorn avlägs- nas frân reformeringszonen i reaktorn till en yttre slinga där den kyles, komprimeras och bringas att strömma genom ett absorptions- torn för att avlägsna koldioxid. Den reformerade och behandlade ga- sen överföres sedan till en uppvärmningsanordning, där den uppvär- mes till en förhöjd temperatur i området av omkring 750°C till 1000°C, varefter den insprutas i reduktionszonen som en reduceran- de gas. Den reducerande gasen passerar genom reduktionszonen i reaktorn i beröring med metallmalmen och åstadkommer därigenom en reduktion av malmen, varefter den avlägsnas från reduktionszonen och kyles för att avlägsna vatten därur. Den kylda reducerande ga- sen kombineras sedan med den reformerade och behandlade gasström- men, som recirkuleras till reduktionszonen i reaktorn.

Under det att det är känt att använda en reducerande gas, som fram- ställts i ett förgasningssystem för kol vid direkt reduktion av me- tallmalmer, har en reformering av gasen inom reaktorn för att öka väteandelen i förhållande till CO-andelen ej tidigare visats. På liknande sätt är det med sättet att reformera den reducerande ga- sen, som tillföres från en förgasningsenhet för ett fast eller fly- tande fossilt_bränsle inom rektorn följd av behandling även sådan gas före insprutning i reduktionszonen på reaktorn, ej varit känt tidigare inom den tidigare tekniken. Uppfinningen erbjuder ett sätt varvid en reducerande gas, som alstrats i ett bränsleförgasnings- system mer effektivt och ekonomiskt kan utnyttjas för reduktion av metallmalmer. Dessutom reformeras den reducerande gasen genom den- na uppfinning inom reaktorn och därvid elimineras behovet för en separat reformeringsenhet eller reaktorn, vilket medför en bespa- ring i energi och kapitalkostnad.

De många ändamålen och fördelen med föreliggande uppfinning kan 'nu 448 552 bäst förstås och uppskattas genom att hänvisa till den bifogade ritningen, som visar ett system för framställning av järnsvamp i vilket ingår flera modifieringar av uppfinningen och omfattar en _ vertikal schaktugn med en däri sig rörande bädd med en reformerings- zon placerad i dess övre del. Vid denna beskrivning alstras den reducerande gasen i en kolförgasningsenhet.

Pâ den bifogade ritningen betecknar hänvisningsbeteckningen 10 all- mänt en vertikal schaktreaktor med rörlig bädd, som uppvisar en reformeringszon 12 i dess övre del, en kylzon 16 i dess nedre del och en reduktionszon 14 placerad mellan reformerings- och kylzoner- na. Reaktorn 10 är lämpligt värmeisolerad och invändigt fodrad med ett eldfast material på ett sätt som är känt inom tekniken.

Malmen i form av enskilda korn, som skall behandlas, införes i re- aktorn 10 genom en chargeringsledning 18. Malmen som chargeras i reaktorn kan föreligga i form av antingen stycken, förformade pel- lets eller blandningar därav. Nära botten av reformeringszonen 12 är reaktorn försedd med en ringformig samlingskammare 38, som sträc- ker sig omkring reaktorns periferi för att åstadkomma medel, vari- genom en uppvärmd gasblandning av reducerande gas och ånga inmatas i reaktorn. Den vertikala skärmen 40 tillsammans med reaktorns vägg begränsar ett ringformigt utrymme 38. Malmen rör sig nedåt genom reformeringszonen, där den uppvärmes och delvis reduceras av den uppåt strömmande reformerade gasen.

Järnmalmen som lämnar reformeringszonen och inträder i reduktions- zonen 14 består väsentligen av järn(III)oxid. Nära botten på reduk- tionszonen 14 finnes en andra ringformig samlingskammare 46, lik- nande samlingskammaren 38, genom vilken reformerad och behandlad reducerande gas kan inmatas i reaktorn. En stympat konisk skärm 48 finns även, som tillsammans med reaktorns vägg begränsar det ring- formiga utrymmet 46.

Järnmalmen som rör sig nedåt genom reduktionszonen 14 reduceras av den reducerande gasen som passerar genom reduktionszonen. Den re- ducerande gasen lämnar reaktorn genom den ringformiga samlingskam- maren 42. Samlingskammaren 42 och den stympat koniska skärmen 44 liknar samlingskammaren 46 och skärmen 48. “x b 448 552 Till följd av reduktionen som uppnås i reduktionsgonen är malmen, som lämnar denna zon och som inträder i kylzonen 16, i hög grad metalliserad och har låg kolhalt. Nära botten på kylzonen 16 fin- nes en annan ringformad samlingskammare 54, genom vilken i huvud- sak inert kylande gas kan matas in i reaktorn om så önskas. En ko- niskt stympad skärm 56 finns även liknande skärmarna 44 och 48.

Då järnsvæqæn rör sig nedåt genom kylzonen 16, kyles den av den kylande gasen som strömmar därigenom och utmatas genom reaktorut- matningsöppningen 58.

Med hänsyn till gasflödena i föreliggande system alstras den redu- cerande gasen i en kolförgasningsenhet 20 och strömmar genom led- ningen 22 med en hastighet, som regleras av flödesregleraren 21 och in i ledningen 24. Ångan, som strömar genom ledningen 28 och som regleras av flödesregleraren 26, blandas med gasen från kolförgas- ningsenheten 20 och inträder i ledningen 30» Gasblandningen ström- mar genom ledningen 30 till en uppvärmningsspole 34 i en uppvärm- ningsanordning 32, där den uppvärmes till en temperatur i omrâdet av omkring 300-600°C. Den uppvärmda blandningen lämnar uppvärm- ningsanordningen 32 genom ledningen 36 och strömmar in i samlings- kammaren 38. Gasen som strömmar genom samlingskammaren 38 inträder i reaktorn nära botten på reformeringszonen 12. Vid inträde i re- aktornslreformeringszon reformeras den uppvärmda blandningen så att den erhåller en högre och mera önskvärd vätehalt i förhållande till koloxidhalten. Den reformerade gasen strömmar uppåt genom reforme- ringszonen och uttages nära reaktorns översta del genom en utmat- ningsanslutning 60 och ledning 62.

Vid en modifiering av uppfinningen insprutas en del av den reduce- rande gasen, som framställts i kolförgasningsenheten 20 vid låg temperatur, i kylzonen på reaktorn för att hjälpa till med kylning- en av järnsvampen. Om emellertid en låg kolhalt i järnsvampen öns- kas, kan en i huvudsak inert gas från en lämplig källa användas som kylande gas. Om all eller del av den kylande gasen, som tillföres till kylzonen i reaktorn, tillföres från kolförgasningsenheten, kan då en del av den utströmmande kylgasen från kylzonen i reak- torn även överföras till reduktionsslingan.

Den reformerade gasen som lämnar reaktorn genom ledningen 62 inträ- der i en snabbkylare 64, i vilken vatten införes genom ledning 66 448 552 för att kyla och åstadkomma uttag av vatten därifrån. Gasen lämnar kylaren 64 genom ledningen 68 och strömmar in i ledningen 74, som är ansluten till sugsidan på pumpen 76. En del av gasströmmen som strömmar genom ledningen 68 kan strömma genom ledningen 72 till en lämplig användningspunkt (ej visad).Ledningen 72 är försedd med en backtrycksregulator 70, som är försedd med en inställbar inställ- ningspunkt, så att den kan inställas för att upprätthålla ett öns- kat positivt och konstant tryck i systemet för att förbättra re- 'aktorns 10 effektivitet.

Gasblandningen som strömmar till pumpen 76 utmatas genom ledningen 78 och inträder i en koldioxidabsorptionsanordning 80. Koldioxiden i flöde som inträder i absorptionsanordningen 80 avlägsnas genom ett inom tekniken känt förfarande genom lämpligt absorptionsmedium, som inträder i absorptionsanordningen 80 genom ledningen 82. Gasen som lämnar absorptionsanordningen genom ledningen 84 innehåller en- dast små mängder koldioxid. Gas som strömmar genom ledningen 84 inträder i ledningen 86 och strömmar genom ledningen 88 till upp- värmningsspolen 92 i uppvärmningsanordningen 90. Gasen uppvärmes i uppvärmningsanordningen 90 till en temperatur i området av omkring 850-1000OC och företrädesvis i området 850-9009C. Den uppvärmda gasen lämnar uppvärmningsanordningen 90 och strömmar genom lednin- gen 94 in i samlingskammaren 46, genom vilken den inträder i reak- torn nära botten på reduktionszonen 14.

Den reducerande gasen passerar uppåt genom reduktionszonen och strömmar in i samlingskammaren 42 genom vilken den lämnar reaktorn.

Den reducerande gasströmmen lämnar reaktorn genom ledningen 96 och inträder i snabbkylaren 100 in i vilken vatten införes genom lednin- gen 98 för att kyla och åstadkomma avlägsnandet av vatten från den reformerade gasen. Gasen lämnar kylaren 100 genom ledningen 102 och en del strömmar genom ledningen 108 till pumpens 110 sugsida.

En del av gasen som strömmar genom ledningen 102 strömmar genom ledningen 106 till ett lämpligt användningsställe. Ledningen 106 är försedd med en backtrycksregulator 104, och är försedd med en in- stälfiæm inställningspunkt, så att den kan inställas för att upprätt- hålla ett önskat positivt och konstant tryck i systemet för att förbättra reaktorns 10 effektivitet.

Gasen strömmar genom pumpen 110 in i utmatningsledningen 112 och .__-........__._...._.__._.__. .hur .__ . ___.._....,_._._._..._.. ...__ 448 552 blandas med den reformerade gasen, som lämnar koldioxidabsorptions- anordningen 80 genom ledningen 84. Den kombinerade gasströmmen strömmar sedan genom ledningarna 86 och 88, uppvärmningsanordning- en 90 och ledningen 94 från vilken den matas tillbaka in i botten på reduktionszonen 14.

Den inerta utfyllnadsgasen, företrädesvis kväve, kan tillföras från en lämplig källa (ej visad) genom ledningen 120 med en hastighet reglerad av flödesregleraren 122. Den inerta gasen som strömmar ge- nom ledningen 120 strömmar sedan genom ledningen 124 in i samlings- kammaren 54 och in i reaktorn nära kylzonens 16 botten. En koniskt stympad skärm 56 tillsammans med reaktorns vägg begränsar den ring- formiga kammaren 54. Den inerta utfyllnadsgasen strömmar uppåt ge- nom kylzonen 16 i reaktorn och avlägsnas genom den ringformiga kam- maren 50. Den utgående kylande gasen strömmar genom ledningen 106 in i snabbkylaren 130, in i vilken vatten införes genom ledningen 128 för att kyla och åstadkomma avlägsnande av vatten i den utgåen- de gasen. Gasen lämnar kylaren 130 genom ledningen 132 och strömmar in i ledningen 138, som är ansluten till pumpens 140-sugsida. En del av gasströmmen, som strömmar genom ledningen 132, kan strömma genom ledningen 134 till ett lämpligt användningsställe, som ej är visat. Ledningen 134 är även försedd med en backtrycksregulator 136, som är försedd med en justerbar inställningspunkt, så att den kan inställas för att upprätthålla ett önskat positivt och konstant tryck i systemet för att förbättra reaktorns 10 effektivitet.

Gasen utmatas sedan medelst pumpen 140 genom ledningen 142, där den kan blandas med utfyllande inert gas, som strömmar genom ledningen 120 för att inträda i ledningen 123. Denna gasström recirkuleras sedan tillbaka genom ledningen 124 och samlingskammaren 54 in i kylzonen 16 på reaktorn. Alternativt ledes en del av gasen som strömmar genom ledningen 142 till reduktionsslingan via ledning 150 med en hastighet som regleras av flödesregleraren 152 och blan- das med den reformerade och behandlade gasen, som strömmar genom ledningen 86. .

Det inses att den ovanstående beskrivningen endast är avsedd att vara illustrativ och att utföringsformerna som beskrivits kan modi- fieras på olika sätt inom uppfinningens ram. T.ex. kan en del av gasen från kolförgasningsenheten 20 bringas att strömma genom led- O.. 448 552 ningen 144 med en hastighet som regleras av flödesregleraren 146.

Gasen strömmar sedan genom ledningen 124 in i samlingskammaren 54 och in i botten på kylzonen 16.

Benämningarna och uttrycken som har använts användes som beskrivan- de uttryck och ej i någon begränsande betydelse och det föreligger ingen avsikt med användandet av sådana benämningar och uttryck för att därmed utesluta nâgra som helst likvärdiga särdrag, som visats och beskrivits eller delar därav, varvid det inses att olika modi- fieringar är möjliga inom uppfinningens ram.

Claims (3)

I0 448 552 Patentkrav

1. Sätt vid reduktion av en finkornig järnmalm till järnsvamp i en reaktor med rörlig bädd med stående schakt. som i undre delen uppvisar en kylzon för avkylning av järnsvampen och över 'f densamma en reduktionszon för reducering av järnmalmen till järnsvamp. varvid en reducerande gas framställes genom förgas- ning av fasta och flytande fossila bränslen med syre och “ vattenånga och en del av den däri innehållna koloxiden av- skiljes och den återstående gasen användes för reduktion av järnmalm i reaktorns reduktionszon. k ä n n e t e c k n a t av att den reducerande gasen blandas med vattenånga, den er- hållna blandningen värmes till en temperatur i området från 300°C till 600°C. den uppvärmda blandningen ledes genom en i reaktorns överdel över reduktionszonen anordnad reformerings- zon och därvid bringas i kontakt med det där befintliga järn- bärande materialet för reformering för att höja förhållandet mellan väte och koloxid och att i anslutning därtill en av- skiljning av koldioxid ur den ur reformeringszonen uttagna reformerade reduktiunsgasen sker.

2. Sätt enligt krav l. k ä n n e t e c k n a t av att för att avkyla den reducerade malmen en del av den ännu ej reformerade reduktionsgasen ledes från förgasningsanordningen vid lägre temperatur direkt in i reaktorns kylzon och ledes uppåt i den- samma.

3. Sätt enligt krav 1 och 2. k ä n n e t e c k n a t av att den ur reformeringszonen uttagna reformerade gasen kyles för avlägsnande av vatten. varvid en väsentligen av väte. koloxid och koldioxid bestående gasström bildas och att därefter kol- dioxiden avlägsnas ur denna gasström under bildning av en rekonditionerad reduktionsgas och den senare uppvärmes före fm inledning i reaktorns reduktíonszon.