WO2001053544A1 - Wirbelbettaggregat zur reduktion von oxidhältigem material - Google Patents

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WO2001053544A1
WO2001053544A1 PCT/EP2000/010966 EP0010966W WO0153544A1 WO 2001053544 A1 WO2001053544 A1 WO 2001053544A1 EP 0010966 W EP0010966 W EP 0010966W WO 0153544 A1 WO0153544 A1 WO 0153544A1
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WO
WIPO (PCT)
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fluidized bed
line
reactor
solids
introducing
Prior art date
Application number
PCT/EP2000/010966
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English (en)
French (fr)
Inventor
Leopold Werner Kepplinger
Johann Zirngast
Original Assignee
Voest-Alpine Industrieanlagenbau Gmbh & Co
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Publication date
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Publication of WO2001053544A1 publication Critical patent/WO2001053544A1/de

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0033—In fluidised bed furnaces or apparatus containing a dispersion of the material

Definitions

  • the invention relates to a fluidized bed unit for reducing oxide-containing solid material by means of a reducing gas, with at least one fluidized bed reactor for receiving a fluidized bed above an open nozzle grate, with at least one line for introducing the reducing gas and at least one line for discharging an exhaust gas, and in each case at least one line for introducing the oxide-containing solids, and in each case at least one line for discharging the at least partially reduced solids, and a method for operating a fluidized bed unit of this type.
  • a fluidized bed unit here designates a set of interacting individual machines, apparatuses or parts, in particular one or more fluidized bed reactors that work separately from one another or are connected to one another.
  • a fluidized bed reactor in turn designates a device in which a physical or chemical reaction takes place, whereby by definition a fluidized bed reactor in each case accommodates a fluidized bed as a closed device.
  • open nozzle grate denotes a plate with recesses, in particular bores, which are made according to requirements, for use in a fluidized bed reactor. This nozzle grate is used in particular to produce the fluidized bed.
  • the raw material in particular the metallic ore
  • a carrier and reducing gas in a so-called fluidized bed in a suitably prepared form. Due to the movement of the solid particles in the reaction gas and the associated constant contact of the particles with the reducing medium on the one hand a high reaction speed and on the other hand a high process efficiency is achieved.
  • a device of the type mentioned for reducing oxide-containing material is known according to AT405057B.
  • This is a fluidized bed reactor with the features mentioned, which is operated individually or in a column and provides a reducing gas feed at the lower end of the reactor, that is to say through the bottom of the reactor.
  • the fluidized bed collapses, whereupon the solid particles fall through the open nozzle grate, collect in the lower part of the reactor, and the further supply of reducing gas, and thus impede further operation of the fluidized bed.
  • a device in the prior art aim to improve the flow conditions in the fluidized bed unit.
  • WO98552108 for example, a device is designed with an air chamber which is improved by various means to meet fluidic requirements and which essentially achieves a more uniform fluidized bed. Apart from the fact that this device costs significantly more to buy than a conventional construction, the problematic behavior in view of a massive drop in pressure, although to a limited extent, remains.
  • US3428446A deals with a further process for the direct reduction of iron oxides, wherein again a reactor contains several fluidized beds. When the pressure of the relevant reducing gas supply line drops, the unit again fails.
  • US5149062A teaches a fluidized bed unit, the reducing gas being introduced laterally below the nozzle grate into a wind chamber. This system proves to be unsuitable in operation, especially if the pressure in the reducing gas supply line drops.
  • the invention is therefore based on the object of developing a device according to the preamble of claim 1 that enables the joint supply of fine ore and reducing gases to produce a fluidized bed, and trouble-free operation of the fluidized bed.
  • At least one line for introducing the reducing gas is provided at the side of the fluidized bed reactor below the open nozzle grate, and at least one auxiliary line for discharging solids at the lower end of the fluidized bed reactor.
  • reducing gas is supplied to the side of the fluidized bed reactor below the open nozzle grate to produce a fluidized bed, and accumulated solids are discharged below the open nozzle grate at the lower end of the fluidized bed reactor.
  • an open nozzle grate enables a common supply of fine ore and reducing gases, as is customary in fluidized bed reactors, particularly when operating in the column.
  • the proportion of solids that accumulates in the lower part of the fluidized bed reactor below the open nozzle grate and agglomerates there is fed to a further utilization by an auxiliary line for discharging solids at the lower end of the fluidized bed reactor.
  • one or more lines for introducing a reducing gas can be provided.
  • These two lines advantageously divide the circumference of the reactor cross-section, which depending on the circumstances is preferably approximately circular, elliptical or polygonal, into two parts of equal size.
  • the lines are attached in such a way that they advantageously open into the reactor either approximately radially or approximately tangentially. In the first case, an approximately radial gas flow (with solids) is produced in the second case, an approximately tangential gas flow (with solids).
  • a particularly preferred embodiment of the subject matter of the invention is also an embodiment with four lines for introducing reducing gas laterally below the nozzle grate.
  • the lines advantageously divide the circumference of the reactor into four approximately equal parts.
  • the lines are again attached in such a way that they advantageously open into the reactor either approximately radially or approximately tangentially.
  • an approximately radial gas flow (with solids) is produced in the second case, an approximately tangential gas flow (with solids).
  • the auxiliary line for discharging solids at the lower end of the fluidized bed reactor is provided with a line for introducing solids, also called internal line, connected to the same fluidized bed reactor.
  • a line for introducing solids also called internal line
  • This design proves to be particularly useful if, due to a pressure drop in the reducing gas supply line, some of the, for example partially reduced, solids falls through the nozzle grate, collects in the lower part of the fluidized bed reactor, and is subsequently no longer exposed to the fluidized bed. In this case, the partially reduced solids collected are discharged via the auxiliary line for discharging solids, and returned to the fluidized bed through said internal line.
  • the fluidized bed reactor described in the subject matter of the invention is suitable for operation in the column, ie. that is, several interconnected reactors are operated together.
  • the line for discharging the waste gases of one reactor is connected to the line for introducing the reducing gases of another reactor, and / or the line for discharging solids of one reactor is connected to the line for introducing solids of another reactor.
  • the exhaust gases from a fluidized bed reactor are used further as reducing gases from another fluidized bed reactor, and on the other hand, the (partially) reduced solids are subjected to a further reduction.
  • a shut-off device and / or a conveying device which is actuated by a suitable mechanism is attached to at least one auxiliary line for discharging solids at the lower end of the fluidized bed reactor.
  • a means for introducing transport gas in the area of the auxiliary line for discharging solids is provided, whereby the material carried away by the auxiliary line can be conveyed further, in particular returned to the reactor.
  • the transport gas used is characterized by a low degree of oxidation. Said return can be carried out through a specially provided line, or by introducing the material into an existing line for introducing oxide-containing solids.
  • this means for introducing transport gas can also perform the function of a lock, and in this way control the flow of the material carried away by the auxiliary line.
  • the discharge of solids by the auxiliary line is simplified if the reactor in the area below the nozzle grate is at least partially funnel-shaped and the auxiliary line for discharging the reduced or partially reduced solids is arranged in the area of the lowest point of this funnel shape, the inclination of the funnel-shaped Section is granted so large that the solid material automatically flows into the line by gravity, preferably the reactor walls form an angle greater than 120 degrees with the funnel-shaped part of the reactor.
  • the invention provides for the attachment of one or more gas feed lines to the line for discharging the partially reduced solids, which improves the flow behavior of the solids to be discharged and thus facilitates removal.
  • Fig. 1 shows schematically a fluidized bed unit with a fluidized bed reactor for the reduction of oxide-containing solid material, equipped with a line for returning partially reduced solid parts of the fluidized bed reactor
  • Fig. 2 schematically shows a selection of options for the lateral introduction of reducing gases
  • 3 schematically shows a fluidized bed unit with two fluidized bed reactors for reducing oxide-containing solid material, the waste gases from a first reactor being used as reducing gases for a second reactor
  • An embodiment of a fluidized bed unit 1 shown in Fig. 1 comprises a fluidized bed reactor 2, with a fluidized bed 3, an open nozzle grate 4 located in the lower third of the fluidized bed reactor, two lines 5 for introducing a reducing gas, an auxiliary line 6 for discharging solids at the lower end of the Fluidized bed reactor, two or more gas supply lines 7 for improving the flow behavior of the solids in the area of the auxiliary line 6 for discharging solids, a shut-off device or a conveying device, for example a rotary valve 8, for discharging the solids from the fluidized bed reactor, a line 9, also called an external line , to transport the solids into another fluidized bed reactor, a line 10, also called a dump line, to transport the solids to a further, in particular metallurgical, treatment, furthermore a line 11, also called an internal line, to return the solids to the original ngliche fluidized bed 3, a conduit 12 for discharging the exhaust gases, a line 21 for introducing the solids
  • oxide-containing material is introduced into the fluidized bed reactor.
  • a reducing gas By introducing a reducing gas through a line 5, this material is subjected to a reduction.
  • the introduced reducing gas generates a so-called fluidized bed 3 by means of a nozzle grate 4 specially designed for this purpose, whereby the characteristic contact of the oxide-containing material with the reducing gas is achieved.
  • the reduced material is discharged via line 20.
  • material which is mostly only partially reduced and contains oxide is collected below the open nozzle grate 4.
  • a means for introducing transport gas 22 is used to introduce transport gas which is characterized by a low degree of oxidation, for example inert gas, which serves to transport the material carried away via the auxiliary line.
  • the means for introducing transport gas also performs the function of a sluice, which enables the material flow to be controlled in a targeted manner.
  • the material that is transported away, in particular partially reduced is returned to the fluidized bed exclusively by the internal line 11, whereas, in a second setting, the material that is transported away, in particular partially reduced, by transport gas is fed exclusively to another fluidized bed by the external line 9 further reduction is supplied, or the material is fed to a further utilization via a dump line 10 when this means is set a third time.
  • Flushing agents preferably flushing gases, are also supplied via gas feed lines 7 to improve the fluidity of the solid particles.
  • FIG. 3 shows an embodiment of a fluidized bed assembly which comprises two reactors 2.
  • exhaust gas is transferred from a first reactor 19 to a second reactor 2 via a line 17 for use as a reducing gas.
  • the process sequence and the interaction of the individual components of the fluidized bed unit do not otherwise differ significantly from the manner described for FIG. 1.
  • FIG. 2 shows various embodiments of the lateral introduction of reducing gas in a vertical cross section of the fluidized bed reactor.
  • a lateral introduction of reducing gas is possible in various ways, the goal in each case being to achieve a fluid bed that is as homogeneous as possible.
  • a distinction is essentially made between embodiments depending on the number of reducing gas lines, and embodiments with the same number of reducing gas lines but different arrangement of the same on the circumference of the fluidized bed reactor (see FIG. 2).
  • Radial arrangements of the reducing gas inlets are particularly advantageous, as a result of which a radial flow is generated in the inlet region of the reducing gas.
  • a single gas feed as in FIG. 14, two gas feeds as in FIG. 16, or four gas feeds as in FIG. 13 can be provided.
  • a higher number of reducing gas inlets, as well as inlets at different levels, can be realized.
  • a further exemplary embodiment shows a tangential reduction gas inlet 15.
  • a tangential gas flow is generated, at least in the inlet region of the reduction gas.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wirbelbettaggregat (1) zur Reduktion von oxidhältigem Feststoff-Material mittels einem Reduktionsgas, mit mindestens einem Wirbelbettreaktor (2) zur Aufnahme jeweils eines Wirbelbettes (3) oberhalb eines offenen Düsenrostes (4), mit jeweils mindestens einer Leitung (5) zum Einleiten des Reduktionsgases und jeweils mindestens einer Leitung (12) zum Ableiten eines Abgases, und jeweils mindestens einer Leitung (21) zum Einleiten der oxidhältigen Feststoffe, und jeweils mindestens einer Leitung (20) zum Ableiten der zumindest teilweise reduzierten Feststoffe, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Wirbelbettaggregates (1), wobei mindestens eine Leitung (5) zum Einleiten des Reduktionsgases seitlich am Wirbelbettreaktor unterhalb des offenen Düsenrostes, und mindestens eine Hilfsleitung (6) zum Ableiten von Feststoffe am unteren Ende des Wirbelbettreaktors vorgesehen ist. Damit wird auch bei plötzlichem Druckabfall der Reduktionsgaszuführung ein Verlegen der Reduktionsgaszuführungen verhindert, und ein unproblematischer Weiterbetrieb des Wirbelbettaggregates gewährleistet.

Description

Wirbelbettaggregat zur Reduktion von oxidhältigem Material
Die Erfindung betrifft ein Wirbelbettaggregat zur Reduktion von oxidhältigem Feststoff- Material mittels einem Reduktionsgas, mit mindestens einem Wirbelbettreaktor zur Aufnahme jeweils eines Wirbelbettes oberhalb eines offenen Düsenrostes, mit jeweils mindestens einer Leitung zum Einleiten des Reduktionsgases und jeweils mindestens einer Leitung zum Ableiten eines Abgases, und jeweils mindestens einer Leitung zum Einleiten der oxidhältigen Feststoffe, und jeweils mindestens einer Leitung zum Ableiten der zumindest teilweise reduzierten Feststoffe, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Wirbelbettaggregates dieser Art.
Ein Wirbelbettaggregat bezeichnet dabei einen Satz von zusammenwirkenden einzelnen Maschinen, Apparaten oder Teilen, insbesondere einen oder mehrere getrennt von einander arbeitende, oder miteinander verbundene Wirbelbettreaktoren.
Ein Wirbelbettreaktor wiederum bezeichnet eine Vorrichtung in der eine physikalische oder chemische Reaktion abläuft, wobei definitionsgemäß jeweils ein Wirbelbettreaktor als geschlossene Einrichtung ein Wirbelbett aufnimmt.
Der Begriff offener Düsenrost bezeichnet eine Platte mit je nach Erfordernis ausgeführten Ausnehmungen, insbesondere Bohrungen, zum Einsatz in einem Wirbelbettreaktor. Dieser Düsenrost dient insbesondere der Erzeugung des Wirbelbettes.
Mit zunehmender Bedeutung einer umweltgerechten Erzeugung von Industriemetallen, sowie einer Abkehr vom Hochofen als alleinigem Aggregat zur Roheisenerzeugung wurden alternative Verfahren zur Behandlung metallischer, insbesondere oxidischer, Erze entwickelt. Einen besonderen Stellenwert in einer Vielzahl von Verfahren zur Metallerzeugung nimmt hierbei das Konzept der Direktreduktion mittels Wirbelbett ein.
Hierbei wird der Rohstoff, insbesondere das metallische Erz, in einer entsprechend aufbereiteten Form durch ein Träger- und Reduktionsgas in einem sogenannten Wirbelbett geführt. Durch die Bewegung der Feststoffteilchen im Reaktionsgas, und einem damit verbundenen steten Kontakt der Teilchen mit dem reduzierenden Medium wird einerseits eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit, sowie andererseits ein hoher Prozeßwirkungsgrad erreicht.
Eine Einrichtung erwähnter Art zur Reduktion von oxidhältigem Material ist nach AT405057B bekannt. Es handelt sich hierbei um einen Wirbelschichtreaktor mit erwähnten Merkmalen, der einzeln oder in einer Kolonne betrieben wird, und eine Reduktionsgaszuführung am unteren Ende des Reaktors, also durch den Boden des Reaktors, vorsieht. Im Betrieb treten jedoch Schwierigkeiten bei einem plötzlichen Druckabfall in der Reduktionsgaszuführung auf. In diesem Fall bricht das Wirbelbett zusammen, worauf die Feststoffteilchen durch den offenen Düsenrost fallen, sich im unteren Teil des Reaktors ansammeln, und die weitere Reduktionsgaszuführung, und damit einen weiteren Betrieb des Wirbelbettes behindern.
Verschiedene Einrichtungen im Stand der Technik zielen auf eine Verbesserung der Strömungsverhältnisse im Wirbelbettaggregat hin. So wird in WO9855218 eine Einrichtung mit einer durch verschiedene Mittel auf strömungstechnische Bedürfnisse hin verbesserten Luftkammer ausgeführt, die im wesentlichen ein gleichmäßigeres Wirbelbett erreicht. Abgesehen davon, dass diese Einrichtung in ihrer Anschaffung bedeutend mehr Kosten verursacht als eine herkömmliche Konstruktion, bleibt das problematische Verhalten, angesichts eines massiven Druckabfalls, zwar in beschränktem Ausmaß, aber weiterhin bestehen.
Gemäß US3205065A ist ein Prozess zur Reduktion von Eisenoxiden bekannt, welcher sich eines neuartigen Reduktionsreaktors bedient. Dabei befinden sich innerhalb eines Reaktors mehrere Wirbelbetten, wobei der metallische Rohstoff diese Wirbelbetten, vereinfacht dargestellt, sequentiell durchläuft. Bei Druckabfall in der maßgeblichen Reduktionsgaszuleitung tritt jedoch auch in diesem Fall ein Versagen des Aggregates ein.
US3428446A hat einen weiteren Prozess zur Direktreduktion von Eisenoxiden zum Inhalt, wobei abermals ein Reaktor mehrere Wirbelbetten enthält. Bei Druckabfall der maßgeblichen Reduktionsgaszuleitung tritt dabei wiederum ein Versagen des Aggregates ein. US5149062A lehrt ein Wirbelbettaggregat, wobei das Reduktionsgas seitlich unterhalb des Düsenrostes in eine Windkammer eingeleitet wird. Diese Anlage erweist sich im Betrieb, insbesondere bei einem Druckabfall in der Reduktionsgaszuleitung als nicht zweckmäßig.
Der Vollständigkeit halber sei an dieser Stelle ein nach US4934282A bekannter Verbrennungsreaktor erwähnt. Dieser Verbrennungsreaktor besitzt spezielle für diesen Zweck geeignet mit einer Abdeckung versehene Düsen, wodurch eine gravierende Behinderung der Gaszuführung unmöglich wird. Durch die Anbringung einer derartigen Abdeckung können jedoch keine staubbeladenen Gase, wie bei einem Direktreduktionsreaktor üblich, durch diese Düsen eingeblasen werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu entwickeln, dass die gemeinsame Zuführung von feinem Erz und Reduktionsgasen zur Erzeugung einer Wirbelschicht, und einen störungsfreien Betrieb des Wirbelbettes ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens eine Leitung zum Einleiten des Reduktionsgases seitlich am Wirbelbettreaktor unterhalb des offenen Düsenrostes, und mindestens eine Hilfsleitung zum Ableiten von Feststoffen am unteren Ende des Wirbelbettreaktors vorgesehen ist.
Ebenso ist ein Verfahren beschrieben, bei welchem zur Erzeugung eines Wirbelbettes Reduktionsgas seitlich am Wirbelbettreaktor unterhalb des offenen Düsenrostes zugeführt wird, und am unteren Ende des Wirbelbettreaktors unterhalb des offenen Düsenrostes angesammelte Feststoffe abgeleitet werden.
Die Verwendung eines offenen Düsenrostes ermöglicht eine gemeinsame Zuführung von feinem Erz und Reduktionsgasen, wie bei Wirbelbettreaktoren insbesondere bei Betrieb in der Kolonne üblich. Dadurch, dass die Leitungen zum Einleiten des Reduktionsgases seitlich am Wirbelbettreaktor unterhalb des offenen Düsenrostes vorgesehen sind, und aus diesem Grund nicht verlegt werden können, wird ein längerfristiger Stillstand des Aggregates bei plötzlichem Druckabfall in der Reduktionsgaszuleitung verhindert. Der Anteil von Festkörpern, der sich bei Druckabfall im unteren Teil des Wirbelbettreaktors unterhalb des offenen Düsenrostes ansammelt und dort agglomeriert, wird durch eine Hilfsleitung zum Ableiten von Feststoffen am unteren Ende des Wirbelbettreaktors einer weiteren Verwertung zugeführt.
Abgestimmt auf die technischen Erfordernisse können eine oder mehrere Leitungen zum Einleiten eines Reduktionsgases vorgesehen werden. Besonders vorteilhaft ist diesbezüglich die Anbringung zweier Leitungen seitlich unterhalb des Düsenrostes. Diese beiden Leitungen teilen in vorteilhafter Weise den Umfang des Reaktorquerschnittes, der je nach Begebenheit vorzugsweise annähernd kreisrund, elliptisch oder polygon ausgeführt ist, in zwei gleich große Teile. Dabei sind die Leitungen in einer Weise angebracht, daß sie in vorteilhafter Weise entweder annähernd radial oder annähernd tangential in den Reaktor einmünden. So wird im ersten Fall ein annähernd radialer Gasstrom (mit Feststoffanteilen) im zweiten Fall ein annähernd tangentialer Gasstrom (mit Feststoffanteilen) bewirkt.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist weiters eine Ausführung mit vier Leitungen zum Einleiten von Reduktionsgas seitlich unterhalb des Düsenrostes. In diesem Fall teilen die Leitungen in vorteilhafter Weise den Umfang des Reaktors in vier annähernd gleiche Teile. Dabei sind die Leitungen abermals in einer Weise angebracht, daß sie in vorteilhafter Weise entweder annähernd radial oder annähernd tangential in den Reaktor einmünden. So wird im ersten Fall ein annähernd radialer Gasstrom (mit Feststoffanteilen) im zweiten Fall ein annähernd tangentialer Gasstrom (mit Feststoffanteilen) bewirkt.
Durch die Möglichkeiten zur Gaseinleitung wie im vorigen Absatz ausgeführt, wird eine homogene und für den Betrieb überaus günstige Strömungscharakteristik im Wirbelbett erzeugt. Neben den angeführten gibt es eine Anzahl von weiteren Möglichkeiten die Leitungen am Reaktor seitlich zu positionieren, beispielsweise in unterschiedlichen Höhen am Reaktor.
Einem Merkmal der Erfindung zufolge ist die Hilfsleitung zum Ableiten von Feststoffen am unteren Ende des Wirbelbettreaktors mit einer Leitung zum Einleiten von Feststoffen, auch interne Leitung genannt, desselben Wirbelbettreaktors verbunden. Diese Bauform erweist sich insbesondere dann als nützlich, wenn durch einen Druckabfall in der Reduktionsgaszuleitung ein Teil der, beispielsweise teilreduzierten, Feststoffe durch den Düsenrost fällt, sich im unteren Teil des Wirbelbettreaktors sammelt, und in weiterer Folge dem Wirbelbett nicht weiter ausgesetzt ist. In diesem Fall werden die gesammelten teilreduzierten Feststoffe über die Hilfsleitung zum Ableiten von Feststoffen abgeleitet, und durch besagte interne Leitung an das Wirbelbett rückgeführt.
Grundsätzlich muß an dieser Stelle festgestellt werden, dass sich der im Erfindungsgegenstand geschilderte Wirbelbettreaktor für einen Betrieb in der Kolonne, d. h., dass mehrere miteinander verbundene Reaktoren gemeinsam betrieben werden, eignet. Dabei wird beispielsweise die Leitung zum Ableiten der Abgase eines Reaktors mit der Leitung zum Einleiten der Reduktionsgase eines weiteren Reaktors, und/oder die Leitung zum Ableiten von Feststoffen eines Reaktors mit der Leitung zum Einleiten von Feststoffen eines weiteren Reaktors verbunden. Auf diese Weise werden einerseits die Abgase eines Wirbelbettreaktors als Reduktionsgase eines weiteren Wirbelbettreaktors weiter verwendet, und andererseits die bereits (teil-)reduzierten Feststoffe einer weiteren Reduktion unterzogen.
Es sind hierbei sowohl Möglichkeiten zum vollständigen oder teilweise seriellen oder parallelen Betrieb der Reaktoren gegeben.
Gemäß einem weiteren Merkmal ist an mindestens einer Hilfsleitung zum Ableiten von Feststoffen am unteren Ende des Wirbelbettreaktors ein Absperrorgan und/oder eine Fördereinrichtung angebracht, das/die durch einen geeigneten Mechanismus betätigt wird. Durch diese Einrichtung ist es möglich den Wirbelbettreaktor von unterhalb des offenen Düsenrostes angesammeltem Material zu entleeren, und je nach Erfordernis und den anlagentechnischen Möglichkeiten zu entscheiden, ob die Feststoffe in den Reaktor rückgeführt, in einen weiteren Wirbelbettreaktor zur weiteren Reduktion eingebracht, oder einem nächsten Schritt der Metallherstellung zugeführt werden.
Dabei ist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ein Mittel zur Einbringung von Transportgas im Bereich der Hilfsleitung zum Ableiten von Feststoffen vorgesehen, wodurch das durch die Hilfsleitung abtransportierte Material weiterbefördert, insbesondere in den Reaktor ückgeführt, werden kann. Das verwendete Transportgas zeichnet sich durch einen niedrigen Oxidationsgrad aus. Die besagte Rückführung kann dabei durch eine speziell dafür vorgesehene Leitung, oder durch Einschleusen des Materials in eine vorhandene Leitung zum Einleiten von oxidhältigen Feststoffen durchgeführt werden. Daneben kann dieses Mittel zur Einbringung von Transportgas auch die Funktion einer Schleuse erfüllen, und auf diese Weise den Fluß des durch die Hilfsleitung abtransportierten Materials steuern.
Weiters wird die Ableitung von Feststoffen durch die Hilfsleitung vereinfacht, wenn der Reaktor im Bereich unterhalb des Düsenrostes zumindest teilweise trichterförmig ausgebildet ist und die Hilfsleitung zum Ableiten der reduzierten bzw. teilreduzierten Feststoffe im Bereich der tiefsten Stelle dieser Trichterform angeordnet ist, wobei die Neigung des trichterförmigen Abschnittes so groß gewährt wird, daß das Feststoff- Material durch die Schwerkraft selbsttätig in die Leitung abfließt, vorzugsweise schließen die Reaktorwände mit dem trichterförmigen Teil des Reaktors einen Winkel grösser als 120 Grad ein.
Die Erfindung sieht in einer weiteren Ausführungsform die Anbringung von einer oder mehreren Gaszuleitungen an der Leitung zum Ableiten der teilreduzierten Feststoffe vor, wodurch das Fließverhalten der abzuleitenden Feststoffe verbessert, und damit ein Abtransport erleichtert wird.
Im folgenden werden nicht einschränkende Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch ein Wirbelbettaggregat mit einem Wirbelbettreaktor zur Reduktion von oxidhältigem Feststoff-Material, ausgestattet mit einer Leitung zur Rückführung von teilreduzierten Feststoffanteilen des Wirbelbettreaktors
Fig. 2 schematisch eine Auswahl an Möglichkeiten zur seitlichen Einbringung von Reduktionsgasen Fig. 3 schematisch ein Wirbelbettaggregat mit zwei Wirbelbettreaktoren zur Reduktion von oxidhältigem Feststoff-Material, wobei die Abgase eines ersten Reaktors als Reduktionsgase für einen zweiten Reaktor verwendet werden
Ein in Fig. 1 dargestelltes Ausführungsbeispiel eines Wirbelbettaggregates 1 umfasst einen Wirbelbettreaktor 2, mit einem Wirbelbett 3, einen im unteren Drittel des Wirbelbettreaktors befindlichen offenen Düsenrost 4, zwei Leitungen 5 zum Einleiten eines Reduktionsgases, eine Hilfsleitung 6 zum Ableiten von Feststoffen am unteren Ende des Wirbelbettreaktors, zwei oder mehrere Gaszuleitungen 7 zur Verbesserung des Fließverhaltens der Feststoffe im Bereich der Hilfsleitung 6 zum Ableiten von Feststoffen, ein Absperrorgan oder eine Fördereinrichtung, beispielsweise eine Zellenradschleuse 8, zur Ableitung der Feststoffe aus dem Wirbelbettreaktor, eine Leitung 9, auch externe Leitung genannt, zum Transport der Feststoffe in einen weiteren Wirbelbettreaktor, eine Leitung 10, auch Dump-line genannt, zum Transport der Feststoffe zu einer weiteren, insbesondere metallurgischen, Behandlung, weiters eine Leitung 11, auch interne Leitung genannt, zum Rücktransport der Feststoffe in das ursprüngliche Wirbelbett 3, eine Leitung 12 zum Ableiten der Abgase, eine Leitung 21 zum Einleiten der Feststoffe in den Wirbelbettreaktor, und eine Leitung 20 zum Ableiten der Feststoffe aus dem Wirbelbettreaktor. Die senkrechten Wände des Reaktors schließen mit dem trichterförmigen Teil des Reaktors einen Winkel α, der vorzugsweise größer als 120 Grad ist, ein.
Die dargestellten Komponenten des Wirbelbettaggregates wechselwirken nun auf folgende Art und Weise miteinander:
Durch eine Leitung 21 zum Einleiten der Feststoffe in den Wirbelbettreaktor wird oxidhältiges Material in den Wirbelbettreaktor eingebracht. Durch Einleiten eines Reduktionsgases durch eine Leitung 5 wird dieses Material einer Reduktion unterzogen. Dabei erzeugt das eingeleitete Reduktionsgas mittels einem speziell für diesen Zweck ausgeführten Düsenrost 4 ein sogenanntes Wirbelbett 3, wodurch der charakteristische Kontakt des oxidhältigen Materials mit dem Reduktionsgas erreicht wird. Ist die Reduktion des oxidhältigen Materials in diesem Wirbelbettreaktor abgeschlossen, wird das reduzierte Material über die Leitung 20 abgeleitet. Bei Ausfall oder massivem Druckabfall der Reduktionsgaszuführung sammelt sich unterhalb des offenen Düsenrostes 4, zumeist nur teilweise reduziertes oxidhältiges, Material an. Ist die Reduktion des oxidhältigen Materials auf diese Weise unterbrochen, wird das Material über eine Hilfsleitung 6 durch ein Absperrorgan und/oder eine Fördereinrichtung 8 und je nach Erfordernis entweder über eine Leitung 10 ausgebracht, oder über eine Leitung 9 einem weiteren Wirbelbettreaktor zugeführt, oder aber mittels einer Leitung 11 wieder an das ursprüngliche Wirbelbett rückgeführt. Dabei wird über ein Mittel zur Einbringung von Transportgas 22 Transportgas, das durch einen niedrigen Oxidationsgrad gekennzeichnet ist, beispielsweise Inertgas, eingebracht, welches zum Transport des über die Hilfsleitung abtransportieren Materials dient. Außerdem erfüllt das Mittel zur Einbringung von Transportgas auch die Funktion einer Schleuse, wodurch man den Stofffluss gezielt steuern kann. So wird beispielsweise bei einer Einstellung das abtransportierte, insbesondere teilreduzierte, Material durch Transportgas ausschließlich durch die interne Leitung 11 an das Wirbelbett rückgeführt, wohingegen bei einer zweiten Einstellung das abtransportierte, insbesondere teilreduzierte, Material durch Transportgas ausschließlich durch die externe Leitung 9 einem weiteren Wirbelbett zur weiteren Reduktion zugeführt wird, oder aber es wird bei einer dritten Einstellung dieses Mittels das Material über eine Dump-line 10 einer weiteren Verwertung zugeführt. Über Gaszuleitungen 7 werden weiters Spülmittel, vorzugsweise Spülgase, zur Verbesserung der Fluidität der Feststoffpartikel zugeführt.
Fig. 3 stellt eine Ausführungsform eines Wirbelbettaggregates, welches zwei Reaktoren 2 umfaßt, dar. Insbesondere wird dabei Abgas aus einem ersten Reaktor 19 in einen zweiten Reaktor 2 über eine Leitung 17 zur Verwendung als Reduktionsgas überführt. Der Verfahrensablauf sowie die Wechselwirkung der einzelnen Komponenten des Wirbelbettaggregates unterscheiden sich sonst nicht wesentlich von der zu Fig. 1 ausgeführten Weise.
In Fig. 2 werden verschiedene Ausführungsformen der seitlichen Reduktionsgaseinleitung in einem Höhenquerschnitt des Wirbelbettreaktors dargestellt. Grundsätzlich ist eine seitliche Reduktionsgaseinleitung auf verschiedene Arten möglich, wobei als Ziel jeweils die Erreichung eines möglichst homogenen Wirbelbettes im Vordergrund steht. Dabei unterscheidet man im wesentlichen zwischen Ausführungsformen in Abhängigkeit von der Anzahl der Reduktionsgasleitungen, und Ausführungsformen mit gleicher Anzahl von Reduktionsgasleitungen, aber anderer Anordnung derselben am Umfang des Wirbelbettreaktors (siehe Fig. 2).
Besonders vorteilhaft sind radiale Anordnungen der Reduktionsgaseinleitungen, wodurch im Einlaßbereich des Reduktionsgases eine radiale Strömung erzeugt wird. Dabei kann beispielsweise eine einzelne Gaszuführung wie in 14, können zwei Gaszuführungen wie in 16, oder vier Gaszuführungen, wie in 13 vorgesehen werden. Jedoch auch eine höhere Anzahl von Reduktionsgaseinleitungen, sowie Zuleitungen auf verschiedenen Höhenebenen sind verwirklichbar.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt eine tangentiale Reduktionsgaseinleitung 15. Dabei wird, zumindest im Einlaßbereich des Reduktionsgases eine tangentiale Gasströmung erzeugt.

Claims

Patentansprüche:
1. Wirbelbettaggregat (1) zur Reduktion von oxidhältigem Feststoff-Material mittels einem Reduktionsgas, mit mindestens einem Wirbelbettreaktor (2) zur Aufnahme jeweils eines Wirbelbettes (3) oberhalb eines offenen Düsenrostes (4), mit jeweils mindestens einer Leitung (5) zum Einleiten des Reduktionsgases und jeweils mindestens einer Leitung (12) zum Ableiten eines Abgases, und jeweils mindestens einer Leitung (21) zum Einleiten der oxidhältigen Feststoffe, und jeweils mindestens einer Leitung (20) zum Ableiten der zumindest teilweise reduzierten Feststoffe, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Leitung (5) zum Einleiten des Reduktionsgases seitlich am Wirbelbettreaktor unterhalb des offenen Düsenrostes, und mindestens eine Hilfsleitung (6) zum Ableiten von Feststoffen am unteren Ende des Wirbelbettreaktors vorgesehen ist.
2. Wirbelbettaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von Leitungen (5) zum Einleiten des Reduktionsgases vorgesehen sind, die in mindestens einer Höhenebene über den Umfang des Wirbelbettreaktors (2) verteilt sind.
3. Wirbelbettaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (5) zum Einleiten des Reduktionsgases in regelmäßigen Abständen zueinander über den Umfang des Wirbelbettreaktors (2) verteilt sind.
4. Wirbelbettaggregat nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (5) zum Einleiten des Reduktionsgases bezüglich des horizontalen Querschnittes des Wirbelbettreaktors im wesentlichem in radialer Richtung in den Wirbelbettreaktor (2) einmünden.
5. Wirbelbettaggregat nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (5) zum Einleiten des Reduktionsgases bezüglich des horizontalen Querschnittes des Wirbelbettreaktors im wesentlichen in tangentialer Richtung in den Wirbelbettreaktor (2) einmünden.
6. Wirbelbettaggregat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entleerung des Wirbelbettreaktors (2) von unterhalb des Düsenrostes angesammeltem Material durch eine Hilfsleitung (6) zum Ableiten von Feststoffen, mindestens ein Absperrorgan und/oder eine Fördereinrichtung (8) vorgesehen sind/ist.
7. Wirbelbettaggregat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einer Hilfsleitung (6) zum Ableiten von Feststoffen eine oder mehrere Gaszuleitungen (7), zur Verbesserung des Fließverhaltens der Feststoffe beim Ableiten vorgesehen sind.
8. Wirbelbettaggregat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wirbelbettaggregat (1 ) aus mindestens zwei Wirbelbettreaktoren (2, 19) besteht.
9. Wirbelbettaggregat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung zum Ableiten der Abgase (18) eines Reaktors mit der Leitung (17) zum Einleiten der Reduktionsgase eines weiteren Reaktors verbunden ist.
10. Wirbelbettaggregat nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsleitung (6) zum Ableiten von Feststoffen eines Reaktors mit der Leitung (21) zum Einleiten von Feststoffen eines weiteren Reaktors verbunden ist.
11. Wirbelbettaggregat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsleitung (6) zum Ableiten von Feststoffen eines Reaktors mit einer Leitung (11) zum Einleiten von Feststoffen desselben Reaktors verbunden ist.
12. Wirbelbettaggregat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (2) im Bereich des Düsenrostes (4) zumindest teilweise trichterförmig ausgebildet ist, und die Hilfsleitung (6) zum Ableiten von Feststoffen im Bereich der tiefsten Stelle dieser Trichterform angeordnet ist.
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