DD209849A5

DD209849A5 - Verfahren und vorrichtung zur kontrolle der metallisierung und zementierung bei der reduktion von eisenerz zu schwammeisen

Info

Publication number: DD209849A5
Application number: DD83251033A
Authority: DD
Inventors: Jorge O Becerra-Novoa; Francisco Cantu-Hernandez; Enrique R Martinez-Vera
Original assignee: Hylsa Sa
Priority date: 1983-05-18
Filing date: 1983-05-18
Publication date: 1984-05-23

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines vertikalen Bewegtbett-Reduktionsreaktor zum Reduzieren von Eisenerz zu Schwammeisen mit einer Reduktionszone im oberen Teil des Reaktors und einer Kuehlzone im unteren Teil des Reaktors, bei dem man den gewuenschten Grad der Metallisierung des reduzierenden Erzes in der Reduktionszone und den gewuenschten Grad der Zementierung in der Kuehlzone erhaelt, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass man in den Reaktor einen vorbestimmten Strom eines Reduktionsgases aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff zufuehrt und dass man das Verhaeltnis des Reduktionsgasstromes in der Reduktionszone zu dem Reduktionsgasstrom in der Kuehlzone so einstellt, dass wenigstens die in der Reduktionszone erfolgende Metallisierung und die in der Kuehlzone erfolgende Zementierung veraendert werden, wobei man die Kohlendioxidkonzentration in der Reduktionszone auf einen Wert einstellt, bei welchem man dort den gewuenschten Grad der Metallisierung erzielt und bei dem man den Kohlendioxidgehalt in der Kuehlzone auf einen Wert einstellt, bei dem man den gewuenschten Grad der Zementierung in der Kuehlzone erhaelt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Kontrolle der Metallisierung und Zementierung bei der Reduktion von Eisenerz zu Schwammeisen

ANWENDUNGSGEBIET DER ERFINDUNG:

Die Erfindung betrifft die gasförmige Reduktion von körnigem Metallerz zu Metall in körniger Form in einem Bewegtbettreaktor mit senkrechtem Schacht und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines "ausbalancierten" Schwaminmetallproduktes mit einem vorausgewählten und kontrollierten Niveau an Metallisierung und Zementierung. Die Erfindung besteht aus einem Verfahren, durch welches man eine höhere Verfahrensflexibilität und -kontrolle hinsichtlich der Metallisierung und Zementierung (Kohlung) des. Schwammeisenproduktes erzielt, indem man die Menge an Kohlendioxid in dem Verfahrensgas reguliert und indem man

die Verteilung des frischen Reduktionsgas in den Reduktionsund Kühlschleifen reguliert. Ausser dem ausbalancierten Schwanune,ta 1 !produkt, das man nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhält, wird der Verbrauch an Naturgas vermindert und die Gesamtenergieeffizienz des Reduktionsverfahrens verbessert. Dabei bleibt festzuhalten, dass die nachfolgende Beschreibung zwar ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduktion von Eisenerz zu Schwammeisen betrifft, es TO für den Fachmann aber klar.ist, dass die Erfindung

auch auf die Behandlung von anderen Erzen als Metallerzen anwendbar ist.

CHARAKTERISTIK DER BEKANNTEN TECHNISCHEN LÖSUNGEN: Typischerweise wird die Herstellung von Schwammeisen in einem Bewegtbettreaktor mit Vertikalschacht durchgeführt und zwar in zwei Hauptstufen: nämlich der Reduktion des Erzes in einer Reduktionszone, durch, welche ein geeignetes heisses Reduktionsgas, das sich hauptsächlich durch Kohlenmonoxid und Wasserstoff zusammensetzt, bei einer Temperatur im Bereich von 700 bis 1.000⁰C und vorzugsweise 750 bis 950⁰C geleitet wird, und der Kühlung des reduzierten Schwammeisens in einer Kühlzone, durch welche ein gasförmiges Kühlmittel bei einer Temperatur unterhalb etwa 200⁰C und vorzugsweise unterhalb 100⁰C geleitet wird. Systeme dieser allgemeinen Art werden in den US-PSen 3 765 872, 3 816 102 und 4 216 011 beschrieben, in denen ein senkrechter Reaktor mit einer Reduktionszone im oberen Teil und einer Kühlzone im unteren Teil verwendet wird. Das zu behandelnde Erz wird am Kopf des Reaktors aufgegeben und dort nach unten durch die Reduktionszone

fliessen gelassen, wo es durch heisses Reduktionsgas reduziert wird und anschliessend fliesst das reduzierte Erz in die Kühlzone nach unten, wo es durch Berührung mit einem Strom eines geeigneten Kühlgases abgekühlt und zementiert wird. Das gekühlte Schwammeisen wird dann am Boden des Reaktors entnommen. Typischerweise werden sowohl das Reduktionsgas als auch das Kühlgas im Kreislauf gefahren, gewünschtenfalls in geschlossenen Schleifen, zu denen Ströme von frischem (sogenanntem make-up) Reduktionsgas zugegeben wird und aus denen Ströme von verbrauchtem Gas abgezogen werden.

Bei einer Reihe von bekannten Direktreduktionsverfahren wird das zur Reduktion des Eisens benötigte Reduktionsgas in einer katalytischen Reformiereinheit durch Umwandlung von Naturgas gemäss den folgenden Gleichungen erzeugt:

CH₄ + H₂O » CO + 3H₂ (D

CH₄ + CO₂ > 2C0 + 2H₂ (2)

Bei den Reformierreaktionen von Naturgas, das sich hauptsächlich aus Methan zusammensetzt, wird dieses in Wasserstoff und Kohlenmonoxid in Gegenwart eines Oxidationsmittels aus entweder Wasser oder Kohlendioxid umgewandelt. Als Ergebnis erhält man ein Reformiergas, das sich im wesentlichen aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid zusammensetzt. In jüngerer Zeit ist es aufgrund der Abnahme der Verfügbarkeit und der zunehmenden Kosten

für Naturgas ausserordentlich wichtig und wünschenswert geworden, für ein Direktreduktionsverfahren die erforderliche Menge an Naturgas zu minimalisieren,

Das in die Reduktionszone des Reaktors eingeführte

Reduktionsgas hat typischerweise eine höhere Temperatur und berührt das nach unten strömende Eisenerz, wodurch das darin enthaltene Eisenoxid gemäss den folgenden Grundreaktionen reduziert wird: 10

₂O₃ + E₂/CO —-> 2Fe₃O₄ + H₂O/CO₂ (3)

Fe₃O₄ + H₂/CO 3FeO + H₂O/CO₂ (4) 15

' FeO + H₂/CO — > Fe + H₂0/C0 (5)

Das verbrauchte, den Reaktor verlassende Reduktionsgas wird gekühlt, um das durch die Reduktion des Eisenerzes mit Wasserstoff gebildete Wasser zu entfernen und anschliessend wird das entwässerte Abgas in die Reduktionsζone des Reaktors rezirkuliert. Die Rezierkulierung oder das Recycling des Abgases kann auf verschiedene Weise erfolgen: Zum Beispiel kann man das Gas direkt zurück in den Reaktor führen oder man kann das Gas zunächst durch den Reformer und eine Heizvorrichtung führen oder man kann das Gas nur durch die Heizvorrichtung im Kreislauf führen. In jedem Fall gibt man jedoch frisches Reduktionsgas zu dem im Kreislauf gefahrenen Abgas zu, bevor dieses in den Reaktor

eingeführt wird. Da die Menge an dem während des Reduktionsverfahrens gebildeten Kohlendioxid in dem Reaktor beachtlich ist, muss ein Teil des verbrauchten Gases abgelüftet oder gereinigt werden, um eine geeignete Gesamtkohlenstoffbilanz innerhalb der Reduktionszone aufrecht zu erhalten.

Wie vorher schon erwähnt, stellt das frische Reduktionsgas, das typischerweise durch katalytische Um-Wandlung von Methan in dem in das Verfahren zugeführten Naturgas erzeugt wird, die Nettokohlenstoffzufuhr zu dem Verfahren aufgrund des Kohlenstoffgehaltes des Naturgases dar. Um das Reduktionsverfahren unter konstanten Bedingungen und kontinuierlich durchführen zu können, ist es erforderlich, den Kohlenstoff aus dem System in einer solchen Menge zu entfernen, die im wesentlichen der Nettomenge der zugeführten Kohlenstoff menge äquivalent ist. Kohlenstoff kann aus dem System in kombinierter Form mit dem Schwammeisen in Form von Eisenkarbid oder in gasförmiger Form als CO, CO₂ und CH₄, das aus der Kreislaufschleife in Form von verbrauchtem Gas abgelüftet wird, aus dem System entfernt werden.

Ein geeignetes Gleichgewicht zwischen der Menge des in das Verfahren eintretenden und austretenden Kohlenstoffs ist erforderlich, um eine zu grosse Kohlenstoffabscheidung auf der Schwammeisen, das sich durch den Reaktor bewegt, zu vermeiden. Zwar kann man Kohlenstoff wirksam aus dem Verfahren eliminieren, indem man wenigstens einen Teil des

Abgases aus dem Reaktor ablüftet, jedoch geht bei diesem Verfahren auch der Wasserstoff, der ebenfalls im Abgas vorliegt und der besonders wirksam bei der Reduktion ist, verloren

5

Es besteht somit ein echtes Bedürfnis für ein direktes gasförmiges Reduktionsverfahren, bei dem man den Kohlenstoff aus dem Verfahren abziehen kann, ohne dass ein Verlust an wertvollen Reduktionskomponenten, wie Wasserstoff oder Methan, eintritt. Es besteht auch ein Bedürfnis für ein Reduktionsverfahren, welches flexibler ist hinsichtlich der Kontrolle des Niveaus der Metallisierung und Zementierung des Schwammeisenproduktes. Eine solche Verfahrensflexibilität wird wünschenswerterweise gleichzeitig mit einer Optimierung des Gesamtenergieverbrauchs des Direktreduktionsverfahrens erzielt.

ZIEL DER ERFINDUNG; Erfindungsgemäss wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, mittels welchen man eine grössere Verfahrensflexibilität hinsichtlich des Metallisierungs- und Zementierungsgrades des Schwammeisenproduktes erzielt und wobei man gleichzeitig den Verbrauch an Naturgas in dem Reduktionsverfahren minimalisiert und den Gesamtenergiebedarf optimiert. DARLEGUNG DES WESENS DER ERFINDUNG:

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein neues Verfahren und eine Vorrichtung zur Direktreduktion von Eisenerz zu Schwammeisen zur Verfügung zu stellen, bei welchem das gewünschte Niveau der Metallisierung und Zementierung des Schwammeisenproduktes ausgewählt und reguliert

werden kann.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Direktreduktionsverfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, worin der Naturgasverbrauch minimiert und der Gesamtenergieverbraucht optimiert wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein neues Verfahren und eine Vorrichtung zur Direktreduktion von Eisenerz zu Schwammeisen zur Verfügung zu stellen, bei dem die Gesamtkohlenstoffbilanz wirksam überwacht werden kann. Weitere Ziele der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor. 15

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird dargelegt, dass die Reduktion von FeO in der Reduktionszone des Reaktors durch eine Umsetzung des heissen Reduktionsgases, das sich hauptsächlich aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff zusammensetzt, wie folgt verläuft:

CO + FeO * Fe + CO₂ (6)

H₂ + FeO > Fe + H.,0 (7)

Die Zementxerungsreaktionen, die gleichzeitig im Reaktor mit den Reduktronsreaktionen ablaufen, können durch diefolgenden Gleichungen ausgedrückt werden:

2CO ^C + CO₂ (8)

3C + Fe > FeC₃ (9)

Es ist bekannt, dass die obigen Zementierungsreaktionen bei Temperaturen im Bereich von etwa 500 bis 700°C begünstigt werden und dass die Kohlenstoffabscheidung auf dem Schwämmeisen deshalb in viel grösserem Masse in der Kühlzone des Reaktors stattfindet. Aus der Gleichung (8) wird deutlich, dass die Zementierungsrate in der Reduktionszone und in der Kühlzone zu einem grossen Masse durch die Konzentration von in dem Reduktions- oder Kühlgas enthaltenen CO abhängig ist. In gleicher Weise kann man aus der Gleichung (6) entnehmen, dass die Reduktionsrate in erheblichem Masse durch die Konzentration von CO im Reduktionsgas bestimmt wird.

Wie vorher erwähnt, ist es bekannt, Kohlenstoff aus dem Reduktionsverfahren zu eliminieren, um die gewünschte Gesamtkohlenstoffbilanz zu erhalten, indem

man wenigstens einen Teil des verbrauchten Kreislaufes gases ablüftet. Die vorliegende Erfindung stellt eine alternative Methode und eine Vorrichtung zur selektiven Eliminierung von Kohlenstoff aus dem Reduktionssystem zur Verfügung , indem man kontrolliert Kohlendioxid aus dem im Kreislauf des Reaktors geführten verbrauchten Gas absorbiert. Durch die Absorption von Kohlendioxid aus dem Kreislaufgas kann man die erforderliche Menge an Kohlenstoff eliminieren, ohne dass ein Verlust an Wasserstoff in dem System stattfindet. Als Ergebnis muss man weniger Naturgas zum Kompensieren des Verlustes der Reduktionskapazität in dem Kreislaufgas, im Vergleich zu den bekannten Systemen, bei denen ein erheblicher Teil des Kreislaufgases gereinigt

oder abgelüftet wird, zufügen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines vertikalen Bewegtbett-Reduktionsreaktors zum Reduzieren von Eisenerz zu Schwammeisen, um den gewünschten Grad der Metallisierung des reduzierten Erzes und den gewünschten Grad der Zementierung zu erreichen/ indem man den Reaktor mit einem vorbestimmten Fluss des Reduktionsgases, das im wesentlichen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff zusammengesetzt ist, versorgt und.das Verhältnis des Reduktionsgasstroms in die Reduktionszone zu dem Reduktionsgasstrom in die Kühlzone variiert, um dadurch wenigstens die Menge der Metallisierung und die Menge der Zementierung zu verändern, während man die Kohlendioxidkonzentration sowohl in der Reduktionszone als auch in der Kühlzone bei einem Wert aufrecht erhält, bei dem man den gewünschten Grad der Metallisierung und Zementierung des Schwammetallproduktes erzielt. :

AUSFUHRUNGSBEISPIEL:

Die Ziele und die Vorteile der Erfindung werden am besten anhand der Zeichnungen verstanden.

Fig. 1 ist ein Diagramm eines Systems mit einem Bewegtbettreaktor mit senkrechtem Schaft

gemäss einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens,

Fig. 2 zeigt eine Kurve, in welcher der Prozentsatz der Metallisierung als Funktion des

relativen Gasstroms in die Reduktions- und

Kühlzonen gezeigt wird,

Fig. 3 zeigt eine Kurve für den Prozentsatz an Kohlenstoff auf dem Schwämmeisen, d.h. die Zementierung, als Funktion des relativen

Gasstroms in die Reduktionszonen und Kühlzonen, und

Fig. 4 zeigt eine Kurve für den Gesamtprozentsatz . des in Form von CO- absorbierten Kohlenstoffs als Funktion des relativen Gasflusses in die Redukti^ns- und Kühlzonen.

Bezugnehmend auf Fig. 1 wird eine katalytische Reformiereinheit 80 bekannter Art mit Naturgas durch eine Leitung 78 und mit Dampf, der durch eine Leitung 79 eingespritzt wird, versorgt. Der Dampf wird aus Wasser erzeugt, die durch eine Leitung 85 in einen Abwärmeofen 84 durch die Schlangen der Leitung 79 in den Schacht 81 eingeführt wird. Das Naturgas und das Dampfgemisch werden vorerhitzt, indem es durch Schlangen im Schachtteil 81 des Reformers 80 geleitet wird, worauf man es dann durch ein erhitztes Katalysatorbett im unteren Teil 82 des Reformers strömen lässt, wo es in eine Gasmischung umgewandelt wird, die hauptsächlich aus Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Wasserdampf besteht. Das reformierte Gas verlässt den Reformer 80 durch eine Leitung 83 und tritt in einen Abschreckkühler ein, wo das Gas gekühlt und entwässert wird. Beim Verlassen des Kühlers 90 strömt das Gas durch eine Leitung 92, die ein Durchflussstrom-Stellglied 94 aufweist

mit einer Fliessrate, die als Fq bezeichnet wird. Der Gasstrom F_Q teilt sich in zwei getrennte Ströme auf, nämlich in F-. / der durch die Leitung 95 f liesst und als Ergänzungsreduktionsgas in der Reduktionsschleife verwendet wird, und in F₄, der durch eine Leitung 96 fliesst und als Ergänzungskühlgas in der Kühlschleife verwendet wird.

Unter besonderer Bezugnahme auf die Reduktionsschleife, wie sie in Fig. 1 gezeigt wird, fliesst der Gasstrom F₁ durch eine Leitung 95, die mit einem Durchflussstrom-Stellglied 97 versehen ist und wird mit dem verbrauchten Gas aus dem Reaktor, das in die Reduktionszone zurückgeführt wird und das als F^ bezeichnet wird, vereint und bildet einen Reduktionsgasstrom F«, der

durch eine Leitung 98 in einen Erhitzer 100 strömt, worin das Gas in bekannter Weise auf eine Temperatur im Bereich von 700 bis 1.100⁰C, vorzugsweise etwa 900⁰C, erhitzt wird. Das erhitzte Reduktionsgas verlässt den 20 Erhitzer 100 durch eine Leitung 101 und tritt in die Reduktionszone 12 des mit 10 bezeichneten Reaktors ein. Das in die Reduktionszone 12 des Reaktors 10 eintretende Reduktionsgas lässt man darin nach oben in Kontakt mit dem absteigenden Eisenerz fliessen, um dadurch die Reduktion des darin enthaltenen Eisenerzes zu bewirken. Das verbrauchte Reduktionsgas verlässt den Reaktor 10 durch eine Leitung 18 und tritt in den Kühler 20 ein, wo es gekühlt und entwässert wird. Das gekühlte und entwässerte verbrauchte Gas verlässt den Kühler 20 durch eine Leitung 21, wobei ein Teil des Gases,der mit F_g bezeichnet wird, durch eine Leitung 22,

die mit einem Durchflussstrom-Stellglied 24 ausgerüstet ist/ abgelüftet oder zu einem Lagerraum transportiert wird. Der mit F_g bezeichnete Gasstrom kann auch als Brennstoff in dem Reformer 80 oder in dem Erhitzer 100 verwendet werden.

Der grössere Teil des verbrauchten Gases aus dem Reaktor fliesst durch eine Leitung 25 in die Ansaugseite des Kompressors 26. Das komprimierte verbrauchte Gas verlässt den Kompressor 26 durch eine Leitung 28 und fliesst in eine Kohlendioxid-Absorptionseinheit 30, worin das in dem verbrauchten Gas enthaltene Kohlendioxid entfernt wird. Nach der Entfernung des Kohlendioxids aus dem verbrauchten Gas fliesst der mit F₃ bezeichnete Gasstrom durch eine Leitung 32, die mit einem Durchflussstrom-Stellglied 34 versehen ist und wird, wie vorher angegeben, mit dem Gasstrom F₁ vereint.

20 Wie erwähnt, kann man einen Teil des Gasstroms F₀ durch eine Leitung 96 in die Kühlschleife des Reduktionssystems als Ergänzungskühlgas fHessen lassen. Das Ergänzungskühlgas Fi fliesst durch eine Leitung 96, die mit einem Durchflussstrom-Stellglied 98 versehen ist und vereint sich mit dem Kühlgas, das in der Kühlschleife des Reaktors 10 im Kreislauf geführt wird, unter Ausbildung eines mit F₅ bezeichneten Kühlgasstroms. Gasströme Fc fliessen durch eine Leitung 99 und werden in die Kühlzone 14 des Reaktors 10 eingeleitet. Man lässt das Kühlgas durch die Kühlzone in Kontakt mit dem absteigenden reduzierten Schwammeisen

kommen, mn das darin enthaltene Schwammeisen zu kühlen und zu zementieren. Das Kühlgas verlässt die Kühlzone 14 durch eine Leitung 103 und tritt in einen Kühler 110 ein, wo es gekühlt und entwässert wird. Der gekühlte und entwässerte Gasstrom fliesst durch eine Leitung 112 in die Ansaugseite des Kompressors 116, wo es zurück in die Kühlzone 14 durch eine Leitung 118 gepumpt wird, nachdem es mit dem Strom F. unter Ausbildung des Stroms F₅ vereint wurde. 10

Es bleibt festzuhalten, dass in der Kühlzone der in Fig. 1 beschriebenen Ausführungsform keine äussere Reinigung benötigt wird.

Ein Teil des Ergänzungsstroms F₄ wird durch die Reduktions- und Zementierungsreaktionen der vorerwähnten Art, die in der Kühlzone 14 ablaufen, verbraucht, während der restliche Teil des in die Kühlzone 14 eingeführten Erganzungskühlgases in die Reduktionszone 12 innerhalb des Reaktors 10 strömt. Durch die Absorption von Kohlendioxid in dem verbrauchten Kreislaufgas kann Kohlenstoff selektiv aus dem System entfernt werden, ohne dass die anderen reduzierenden Komponenten verlorengehen und dadurch wird die Menge des dem Verfahren zuzuführenden Naturgases minimalisiert. Im praktischen Betrieb werden die Gasströme F_Q, F₂ und Fjvorzugsweise bei einem konstanten Wert gehalten, weil diese Ströme die optimale Ausführung der Reformiereinheit, der Heizeinheit und des Kühlschleifenkompressors bestimmen. Eine typische Gaszusammensetzung des Stroms F_n ist die folgende:

- ,14 -

Vol.%

^H2	73,0
CO	14,2
CO₂	8,5
CH₄	3,5
H₂O	0,5
^N2	0,3

Das im Strom F_Q enthaltene Kohlenmonoxid wird als Reduktionsmittel gemäss den Gleichungen (3), (4) und

(5) oder als Zementierungsmittel gemäss der Gleichung (8) verwendet. Wie schon erwähnt, ist es bekannt, dass bei der Direktreduktion von Schwammeisen Kohlenmonoxid dazu neigt, Eisenoxid bei höheren Temperaturen zu reduzieren, während die Neigung zur Abscheidung von Kohlenstoff auf dem Schwammprodukt bei niederen Temperaturen besteht. Um sowohl die Metallisierung als auch den Kohlenstoffgehalt des Schwammeisenproduktes zu kontrollieren, um ein "ausgeglichenes" Produkt mit ent-

• 20 weder einer höheren Metallisierung und einer niedrigeren ν Zementierung oder einer niedrigeren Metallisierung und einem höheren Kohlenstoffgehalt zu erzielen, werden die ^relativen Mengen des ErgänzungsgasStroms F. zu der Kühlschleife und von F-, zu der Reduktionsschleife variabei kontrolliert. Das heisst mit anderen Worten, dass man durch Konstanthalten der Gasströme F_Q, F₂ und F₅ und durch Variation des Gasstromverhältnisses F./F_Q ein ausgeglichenes Schwammeisenprodukt erhält.

Fig. 2 zeigt die Wirkung der Metallisierung von Schwammeisen als Funktion der Veränderung des F//F -Verhältnisses,

In gleicher Weise zeigt Fig. 3 die Wirkung auf den prozentualen Kohlenstoffgehalt des Schwammeisenproduktes als Funktion des F₄/F_Q-Verhältnisses. Aus den Fig. 2 und 3 wird deutlich, dass dann, wenn das F₄/F_Q-Verhältnis sich Null nähert, ein Produkt mit sehr hoher Metallisierung und niedrigem Kohlenstoffgehalt erhalten wird, während dann, wenn das F₄/F_Q-Verhältnis sich 1,0 nähert, eine niedrigere Metallisierung und ein höherer Kohlenstoffgehalt erhalten werden. Um die wichtige Wirkung, welche die Veränderung des F./F₀-Verhältnisses auf die Metallisierung und Zementierung des Schwammeisenproduktes ausübt, zu nutzen, soll der Kohlendioxidgehalt im Strom F₃ annähernd Null sein. Um die gewünschte Kontrolle der Reduktions- und Zementierungsreaktionen, welche in den Reduktions- und Kühlzonen ablaufen, zu erzielen, soll wenig oder gar kein Kohlendioxid in dem dem Reaktorzugeführten Reduktions- oder Kühlgas vorhanden sein.

Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen dem Prozentsatz des als Kohlendioxid absorbierten Kohlenstoffs, berechnet auf Basis des Gesamtkohlenstoffs, welcher in das System als Naturgas eintritt, als Funktion des F₄/F_Q-Fliessverhältnisses. Die Kurve in Fig. 4 zeigt deutlich, dass dann, wenn das F./FQ-Verhältnis sich Null nähert, etwa 80 % des in das System eingeführten Kohlenstoffs als Kohlendioxid in dem Absorber entfernt werden. Dies zeigt an, dass die Menge des Kohlenstoffs in dem Produkt verhältnismässig niedrig ist. Wenn das F₄/F_Q-Verhältnis sich 1,0 nähert, dann werden etwa 62 %

des in das System eingeführten Kohlenstoffs als Kohlendioxid entfernt, während der Rest als Kohlenstoff auf dem Schwammeisen abgeschieden wird. In beiden Fällen wird die Gesamtkohlenstoffbilanz indem System in geeigneter Weise aufrechterhalten, ohne dass dia Notwendigkeit besteht, grosse Mengen an Gas abzulüften ; und dadurch wird die Gesamteffizienz des Reduktions-Verfahrens erhöht.

Die her verwendeten Ausdrücke und Begriffe sollen keineswegs limitierend ausgelegt werden und es ist selbstverständlich, dass man äquivalente Massnahmen zu den gezeigten durchführen kann.

Claims

ERFINDUNGSANSPRUCH

1. Verfahren zum Betreiben eines Bewegtbett-Reduktionsreaktors mit vertikalem Schacht zum Reduzieren von Eisenerz zu Schwammeisen mit einer Reduktionszone im oberen Teil und einer Kühlzone im unteren Teil des Reaktors, zur Erzielung des gewünschten Grades der Metallisierung des reduzierten Erzes in der Reduktionszone und des gewünschten Grades der Zementierung in der Kühlzone, g e k e η η ζ e i c h η et dadurch, dass man

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in den Reaktor einen vorbestimmten Strom eines Reduktionsgases einführt, das sich aus Kohlen™ monoxid und Wasserstoff zusammensetzt, dass man das Verhältnis des in die Reduktionszone,strömenden Reduktionsgases zu dem in die Kühlzone einströmenden Reduktionsgases zumindest in dem Masse verändert, dass dadurch die in der Reduktionszone erfolgte Metallisierung und die in der Kühlzone erfolgte Zementierung verändert wird, dass man die Kohlendioxidkonzentration in der Reduktiqnszone auf einem Wert hält, der den gewünschten Grad der Metallisierung ergibt und dass man die Kohlendioxidkonzentration in der Kühlzone auf einem Wert hält, bei dem man den gewünschten Grad der in der Kühlzone erfolgenden Zementierung erzielt,

2« Verfahren gemäss Punkt 1, gekennzeich-' ,-.η e t dadurch,, dass die Kohlendioxidkonzentration in der Reduktionszone und in der Kühlzone dadurch eingestellt wird, dass man im wesentlichen die Gesamtmenge an Kohlendioxid, die in dem Reduktionsgas enthalten ist, entfernt, bevor man das Reduktionsgas in den Reaktor einführt«

3. Verfahren gemäss Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, dass im wesentlichen die gesamte Menge des dem Reaktor zugeführten Reduktionsgases in die Reduktionszone eingeführt wird, unter Erhalt eines Schwammeisens mit einer Metallisierung von wenigstens 94 % und einem Kohlenstoffgehalt von wenigerals 1,0 %„

4, Verfahren gemäss Punkt 1, g e ke η η ζ e i c h net dadurch, dass man das Reduktionsgas durch die Reduktionszone leitet, um das darin enthaltene Eisenerz wenigstens zum Teil in Schwammmetall, zu überführen, dass man das Abgas aus dem Reduktionsreaktor zur Entfernung des darin enthaltenen Wasserdampfes kühlt, dass man das in dem Abgas enthaltene Kohlendioxid entfernt, dass man eine vorgewählte Menge frischen Reduktionsgases in das von Kohlendioxid befreite Abgas unter Ausbildung einer Reduktionsgasmischung zufügt, dass man die Gasmischung wieder erhitzt und durch die Reduktionszone unter Ausbildung einer Reduktionsgasschleife im Kreislauf fährt, und dass man eine ausgewählte Menge an frischem Reduktionsgas in eine geschlossene Kühlgasschleife aus einem in die Kühlzone zugeführten Kühlgas zugibt, wobei das Gas durch die Kühlzone geleitet wird, um in kontrollierbarer Weise die Zementierung des darin •20 enthaltenen Schwammeisens zu überwachen und wobei man eine konstante Menge des verbrauchten Kühlgases abzieht und das abgezogene Gas in seinem Wert verbessert und durch die Kühlzone im Kreislauf fährt unter Ausbildung einer Kühlgasschleife, wobei die jeweiligen Mengen des frischen, dem Abgas und der Kühlgasschleife zugeführten Reduktionsgases so kontrolliert eingestellt werden, dass man den gewünschten Grad der Metallisierung und Zementierung erzielt.

5. Verfahren gemäss Punkt 4, gekenn ze i.c h.— net dadurch, dass die vereinte Menge des frischen/ dem Abgas und der Kühlgasschleife züge» führten Reduktionsgases auf einem konstanten Wert gehalten wird.

6. Verfahren gemäss Punkt 5, gekennzeichnet dadurch, dass man dem Abgas kein frisches Reduktionsgas zuführt, wenn man ein Schwammeisen mit einer Metallisierung im Bereich von 80 bis 84 %

und einen Kohlenstoffgehalt im Bereich von 2,7 .. bis 3,2 % erhalten will.

7. Verfahren gemäss Punkt 5, g e k e η η ζ e. i c h .-net dadurch, .. dass man der Kühlzone kein

frisches Reduktionsgas zuführt, wenn man ein Schwammeisen mit einer Metallisierung von wenigstens 94 % und einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 1,0 % erzielen möchte.
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8. Vorrichtung zum Reduzieren von Metallerz zu Schwammmetall in einem senkrechten Schachtreaktor mit einem sich nach unten bewegenden Bett aus Teilchen des Metalls, mit einer Reduktionszone im oberen Teil, in welchem das erhitzte Reduktionsgas aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff durch einen Teil des Bettes unter Reduktion des darin enthaltenen Metallerzes zu Metall strömt und wobei man den gewünschten Grad der Metallisierung des reduzierten Erzes erzielt, und einer Kühlzone im unteren Teil des Reaktors, in welchem das Kühlgas fliessen

gelassen wird, um das reduzierte Metallerz zu reduzieren und wobei man den gewünschten Zementierungsgrad des reduzierten Erzes erhält, ge k e η η ζ e i c h net durch ' ; ' : ' -^:-.- ' ^: ' ' ' ^ ν·: -\ eine erste Leitung, die an dem Reaktor in der Nähe des Bodens der Reduktionszone vorgesehen 1st, um erhitztes Reduktionsgas in die Zone einzuführen, eine zweite Leitung, die am Reaktor in der Nähe des Kopfes der Reduktionszone angeschlossen ist, eine dritte Leitung, die am Reaktor in der Nähe des Bodens der Kühlzone angeordnet ist, um Gas in die Kühlzone einzuleiten, eine vierte Leitung, die an dem Reaktor in der Nähe des Kopfes der Kühlzone angeschlossen ist, wobei die ersten und zweiten Leitungen mit der Reduktionszone eine Reduktionsschleife bilden, wobei die dritten und vierten Leitungen und die Kühlzone eine Kühlschleife bilden; eine Kohlendioxidentfernungsein-

•20 richtung in der Reduktionsschleife, Ventile in den Schleifen zum Regulieren des durchströmenden Gasstroms, sowie einer Quelle für frisches Reduktionsgas, eine fünfte Leitung, um . die Quelle des frischen Reduktionsgases mit der Reduktionsschleife zu verbinden, eine sechste Leitung zum Verbinden der Quelle des frischen Reduktionsgases mit der Kühlschleife, Ventileinrichtungen in den fünften und sechsten Leitungen^ um den Gasfluss dadurch zu regulieren, und Ablüftungsvorrichtungen in der Reduktionsleitung, um einen Teil des hindurchströmenden Gases abzulüften.

9. Vorrichtung gemäss Punkt 8, g e k e η η ε ei c h η e t dadurch, dass die Reduktionsund Kühlschleifen Kühlvorrichtungen zum Kühlen des hindurchfliessenden Gases aufweisen, dass die erste Leitung Heizvorrichtungen zum Erhitzen des zum Reaktor geführten, hindurchströmenden Gases aufweist und wobei die Reduktions- und Kühlschleifen Pumpeinrichtungen zum hindurchpumpen des Gases aufweisen.

' .· ,. '^:. ;' ' . , ν ' . ; . ' ' '. . 10. Vorrichtung gemäss Punkt 8, g e k e η η ze ic h η e t dadurch,dass die fünften und sechsten Leitungen Messeinrichtungen zum Messen des den Reduktions- und Kühlschleifen zugeführten Reduktionsgases aufweisen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
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