DD209850A5 - METHOD FOR THE DIRECT REDUCTION OF IRON ORE - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Eisen durch Direktreduktion von Eisenerz und insbesondere ein optimalisiertes Verfahren, bei dem man mit hoeheren Reduktionstemperaturen arbeiten kann und man die Probleme hinsichtlich des Sinterns und Agglomerierens von Eisenerzteilchen minimalisieren kann.Erfindungsgemaess wird ein Verfahren zur Verfuegung gestellt,bei dem man die Reduktionsgaserzeugungseinheit vermindern kann. Beide Ziele werden vorzugsweise dadurch erzielt, dass man nur Methangas oder ein aehnliches, Methan enthaltendes Gas, in die Kuehlschleife des Direktreduktionsverfahrens einspritzt und einen Teil des Kuehlgases aus der Kuehlzone in die Reduktionszone ablueftet (vorzugsweise in der Groessenordnung von 1 bis 2% des Methangehaltes des Kuehlgases in bezug auf den Volumenfluss des zu reduzierenden Gases.The invention relates to a process for the production of metallic iron by direct reduction of iron ore and in particular to an optimized process in which it is possible to work with higher reduction temperatures and to minimize the problems of sintering and agglomeration of iron ore particles. According to the invention, a process is provided. where one can reduce the reduction gas production unit. Both objectives are preferably achieved by injecting only methane gas or a similar methane-containing gas into the cooling loop of the direct reduction process and venting a portion of the cooling gas from the cooling zone into the reduction zone (preferably of the order of 1 to 2% of the methane content of the Cooling gas with respect to the volume flow of the gas to be reduced.
Description
~i- Berlin, 17. 10. 1983Berlin, October 17, 1983
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Verfahren zur Direktreduktion von EisenerzProcess for the direct reduction of iron ore
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von metallischem Eisen durch Direktreduktion von Eisenerz.The invention relates to a process for the production of metallic iron by direct reduction of iron ore.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Characteristic of the known technical solution
ileduktionsverfahren mit Bewegtbettreaktoren sind bekannt. Im allgemeinen liegen dabei zwei Zonen vor, und zwar eine erste im oberen Teil des Reaktors, welche die sogenannte Reduktionszone ist, in welcher Eisenerz mittels der Schwerkraft nach unten strömt, und ein Strom eines nach oben strömenden Reduktionsgases hoher Temperatur das Eisenerz im Gegenstrom kontaktiert und wobei das Reduktionsgas ein Gasgemisch ist, das sich hauptsächlich aus H« und CO zusammensetzt· In dieser Zone findet eine Vorheizung und die Reduktion des Eisenerzes statt.ileduktionsverfahren with moving bed reactors are known. In general, there are two zones, namely a first in the upper part of the reactor, which is the so-called reduction zone in which iron ore flows downwards by gravity, and a stream of a high-temperature reducing gas flowing upwards contacts the iron ore in countercurrent flow and where the reducing gas is a mixture of gases consisting mainly of H and CO · Preheating and reduction of the iron ore take place in this zone.
In der zweiten Zone, im unteren Teil des Reaktors, ist die sogenannte Kühlzone, in v/elcher das heiße absteigende Gas und reduzierte Eisenerzteilchen im Gegenstrom mit einem aufsteigenden Strom aus kaltem Gas in Berührung kommen, um die reduzierten Eisenerzteilchen abzukühlen, bevor sie an die Atmosphäre abgegeben werden. Diese Abkühlung ist erforderlich, um eine Rückoxydation der reduzierten Teilchen mit dem in der Luft vorhandenen Sauerstoff zu vermeiden.In the second zone, in the lower part of the reactor, is the so-called cooling zone, in which the hot descending gas and reduced iron ore particles countercurrently contact an ascending stream of cold gas to cool the reduced iron ore particles before they reach the Atmosphere are delivered. This cooling is necessary to avoid reoxidation of the reduced particles with the oxygen present in the air.
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Derzeit zieht man es vor, Pellets mit einem hohen Eisengehalt als Ausgangsmaterial für Direktreduktionsverfahren zu verwenden· Der Hauptgrund hierfür ist, daß die Pellets im allgemeinen leichter reduziert werden als Erzbrocken. Diese Qualität erleichtert es, ein hochmetallisiertes Produkt zu erhalten. Darüber hinaus sind Pellets auch äußerst beständig gegenüber einem mechanischen Abbau während des Reduktionsverfahrens, und aus diesem Grund bilden sie auch weniger Peinstoffe als bei Erzbrocken· Außerdem ist es auch möglich, innerhalb gewisser Grenzen die chemische Zusammensetzung des tauben Gesteins zu verändern, um die Verwendung des reduzierten Materials als Zufuhr für elektrische Bogenöfen zu optimalisieren.Currently, it is preferred to use high iron content pellets as the starting material for direct reduction processes. The main reason for this is that pellets are generally easier to reduce than ore chunks. This quality makes it easier to obtain a highly metallised product. In addition, pellets are also highly resistant to mechanical degradation during the reduction process, and therefore they also produce less pollutants than ore chunks. In addition, it is also possible to alter, within certain limits, the chemical composition of the dumb rock to avoid the use of the optimized material as feed for electric arc furnaces.
Derzeit besteht in der Eisen- und Stahlindustrie eine Tendenz, Pellets mit einem Eisengehalt von mehr als 67 % zu verwenden· Dadurch erhöht sich das Agglomerationsproblem, weil es bekannt ist, daß bei einem höheren Eisengehalt ein Sintern und Agglomerieren der Pellets in stärkerem Maße stattfindet«At present there is a tendency in the iron and steel industry to use pellets with an iron content of more than 67 % . This increases the agglomeration problem because it is known that sintering and agglomeration of the pellets takes place to a greater extent with a higher iron content.
Wenn eine Feststoffagglomeration in einem Bewegtbettreaktor vorkommt, treten ernste Probleme hinsichtlich des Feststoffflusses und der Gasstromverteilung auf· Dadurch geht die Kontrolle über das Verfahren verloren und die Produktqualität leidet darunter·When solid agglomeration occurs in a moving bed reactor, serious problems of solids flow and gas flow distribution occur. This looses control of the process and degrades product quality.
Es sind bereits eine Reihe von Lösungen zum Lösen der Agglomerationsprobleme in Bewegtbettreaktoren bei der Direktreduktion von Eisenerzen vorgeschlagen worden· Die offen-A number of solutions have already been proposed for solving the agglomeration problems in moving bed reactors in the direct reduction of iron ores.
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sichtlichste Lösung ist die, daß man mechanisch die Agglomerate zerstört· Dies ist jedoch eine nichtoptimale Lösung, weil solche Mechanismen im allgemeinen in dem Pließpfad für die Peststoffe angeordnet sind und dadurch eine Störung des Stroms verursachen und die Probleme noch erhöhen. Darüber hinaus unterliegen sie einem starken Abrieb und sind hohen Temperaturen ausgesetzt· Solche mechanischen Vorrichtungen sind daher komplex und teuer.The most obvious solution is that of mechanically destroying the agglomerates. However, this is a non-optimal solution because such mechanisms are generally located in the plating path for the pesticides, thereby causing disruption of the stream and further aggravating the problems. Moreover, they are subject to severe abrasion and are exposed to high temperatures. Such mechanical devices are therefore complex and expensive.
Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Lösung des Problems der Pelletagglomerierung beim Arbeiten bei hohen Temperaturen besteht darin, daß man den Reaktor mit einer Mischung der Pellets und Brocken oder von Pellets und einem inerten Material unregelmäßiger Form füllt· In beiden Fällen wird durch die Form das Problem der Agglomerierung minimalisiert·Another known method of solving the problem of pellet agglomeration when working at high temperatures is to fill the reactor with a mixture of pellets and chunks or pellets and an inert material of irregular shape. In both cases, the problem becomes the Agglomeration minimized ·
Im Falle der Verwendung von Erzbrocken besteht der Nachteil, daß die Brocken im allgemeinen schlechter reduzierbar sind als Pellets und daß sie eine größere Menge an Feinstoffen bilden« Darüber hinaus gibt es auf der Welt nur wenige brockenartige Erze, die man in einem Direktreduktionsverfahren anwenden kann. Deshalb ist es nicht immer richtig, eine Direktreduktionsanlage so zu entwerfen, daß man Mischungen von Pellets und Brocken verarbeiten kann.In the case of the use of ore chunks, there is the disadvantage that the chunks are generally less reducible than pellets and that they form a greater amount of fines. Moreover, there are only a few boulder ores in the world that can be used in a direct reduction process. Therefore, it is not always right to design a direct reduction plant so that mixtures of pellets and chunks can be processed.
Der Hachteil bei der Verwendung; von Mischungen aus einem inerten Material und Pellets besteht darin, daß man das inerte Material von dem Produkt abtrennen muß und daß dadurch die Reaktorproduktivität absinkt·The roof part in use; mixtures of an inert material and pellets consists of separating the inert material from the product and thereby reducing the reactor productivity.
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Wegen der Vorteile bei der Anwendung von Pellets, z· B. der sehr guten Reduzierbarkeit und des geringen Anfalls an taubem Gestein und wegen der niedrigeren Bildung von Peinstoffen besteht ein Bedürfnis für ein Direktreduktionsverfahren, das einen Betrieb mit 100 % Pellets mit einem hohen Eisengehalt von mehr als 67 % und bei Reduktionstemperaturen oberhalb 900 0C ermöglicht, ohne daß Probleme hinsichtlich des Sinterns und Agglomerierens vorliegen·Because of the advantages of using pellets, for example, the very good reducibility and the low seizure of deaf rock and the lower formation of pollutants, there is a need for a direct reduction process that can operate with 100 % high iron content pellets greater than 67 % and at reduction temperatures above 900 ° C. without problems of sintering and agglomeration.
Aus der US-PS 4 268 303 ist ein Direktreduktionsverfahren bekannt, bei dem man bei hohen Temperaturen und ohne Agglomerationsprobleme arbeiten kann. Das in dieser Patentschrift beschriebene Verfahren beruht auf einem Bewegtbettreaktor mit zwei Reduktionszonen und ohne Kühlzone·US Pat. No. 4,268,303 discloses a direct reduction process in which it is possible to work at high temperatures and without agglomeration problems. The process described in this patent is based on a moving bed reactor with two reduction zones and without a cooling zone.
In der ersten Zone findet die Reduktion bei Temperaturen in der Größenordnung von 950 bis 1200 0C mit Gasen mit einem hohen Methangehalt (15 bis 40 %) statt·In the first zone, the reduction takes place at temperatures of the order of 950 to 1200 ° C. with gases with a high methane content (15 to 40 %) .
Gemäß der Lehre dieser Patentschrift ist es möglich, die erste Reduktionsstufe (30 bis 80 %) bei hohen Temperaturen durchzuführen und bei einem hohen Methangehalt, weil die Reduktion3reaktion von Methan stark endotherm verläuft·According to the teaching of this patent, it is possible to carry out the first reduction stage (30 to 80 %) at high temperatures and at a high methane content, because the reduction reaction of methane proceeds strongly endothermic ·
In der zweiten Zone wird die Reduktion bei Temperaturen im Bereich von 750 bis 950 0C mit Gasen ι Methangehalt (2 bis 7 %) durchgeführt,In the second zone, the reduction is carried out at temperatures in the range of 750 to 950 0 C with gases ι methane content (2 to 7 %) ,
Bereich von 750 bis 950 0C mit Gasen mit einem niedrigerenRange from 750 to 950 0 C with gases with a lower
Die Hauptbeschränkung bei diesem Verfahren ist das extreme Niveau, auf welches die Temperatur der Gase mit hohemThe main limitation with this method is the extreme level to which the temperature of the gases with high
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Methangehalt erhöht werden muß, um die Reduktion durchzuführen. Einerseits sind die Materialien, die man für den Betrieb von Hei3vorrichtungen bei Temperaturen in der Größenordnung von 1200 0C benötigt, äußerst spezialisiert und teuer und andererseits wird bei diesen Temperaturen die Pyrolyse von Methan begünstigt (wodurch Probleme einer hohen Kohlenstoffabscheidung auftreten, die wiederum Probleme hinsichtlich des Reaktorbetriebes bedingen).Methane content must be increased to carry out the reduction. On the one hand are the materials that are needed for the operation of Hei3vorrichtungen at temperatures of the order of 1200 0 C, highly specialized and expensive, and on the other hand the pyrolysis of methane is favored (which issues a high carbon deposition occurs at these temperatures, which in turn problems concerning of the reactor operation condition).
In dieser Patentschrift wird die große Agglomeratisierungstendenz der Pellets mit hohem Eisengehalt nicht erwähnt, noch wird in irgendeiner Weise vorgeschlagen, wie man dieses Problem lösen kann.This patent does not mention the high agglomerating tendency of the high iron pellets, nor does it suggest in any way how to solve this problem.
ZJeI1 der ErfindungZJeI 1 of the invention
Wie schon vorher erwähnt, ist es ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mittels dem man Pellets mit einem hohen Eisengehalt von oberhalb 67 % bei Temperaturen zwischen 900 und 960 0C ohne Agglomerierung verarbeiten kann»As already mentioned, it is an object of the invention to provide a process by means of which it is possible to process pellets with a high iron content of above 67 % at temperatures between 900 and 960 ° C. without agglomeration.
Sin weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu schaffen, mittels dem man die äquivalente Größe der Reformiereinheit, die einem Reduktionsreaktor zugeordnet ist, verkleinern kann« Dies ist sehr bedeutsam, weil die Reformiereinheit bei einer Direktreduktionsanlage die teuerste Vorrichtung darstellt.Another object of the invention is to provide a method by means of which one can reduce the equivalent size of the reforming unit associated with a reduction reactor. "This is very significant because the reforming unit is the most expensive device in a direct reduction plant.
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- 7 Darlegung des Wesens der Erfindung - 7 Presentation of the essence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optimalisiertes Verfahren zur Direktreduktion von Eisenerz zu schaffen, mittels dem man bei höheren Reduktionstemperaturen arbeiten kann und die Probleme hinsichtlich des Sinterns und des Agglomerierens von Eisenerzteilen minimalisieren kann. Aufgabe der Erfindung ist es auch, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, bei dem die erforderliche Größe der Reduktionsgaserzeugungseinheit vermindert wird·The invention has for its object to provide an optimized process for the direct reduction of iron ore, by means of which one can work at higher reduction temperatures and can minimize the problems of sintering and agglomeration of iron ore parts. The object of the invention is also to provide a method in which the required size of the reduction gas generating unit is reduced.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, das mit einem Bewegtbettreaktor mit drei Zonen arbeitet, und zwar einer Reduktionszone im oberen Teil des Reaktors, einer Kühlzone im unteren Teil des Reaktors und einer Zwischenzone, welche die beiden vorerwähnten Zonen trennt»The present invention relates to a process using a three-zone moving bed reactor, namely a reduction zone in the upper part of the reactor, a cooling zone in the lower part of the reactor and an intermediate zone separating the two aforementioned zones.
In der Reduktionszone wird die Reduktion bei Temperaturen in der Größenordnung von 950 0C mit einem Gas mit einem Methangehalt zwischen 4 und10 %t einem Wasserstoffgehalt zwischen 60 und 70 % und einem Kohlenmonoxidgehalt zwischen 2 und 15 % durchgeführt.In the reduction zone, the reduction at temperatures of the order of 950 0 C with a gas having a methane content of between 4 and 10% t a hydrogen content between 60 and 70% and a carbon monoxide content of between 2 and 15% done.
Im unteren Teil des Reaktors befindet sich die Abkühlungszone für das Produkt* Diese Abkühlung wird in einem geschlossenen Kreislauf bewirkt, der aus dem unteren Teil des Reaktors, einem Abschreckkühler und einem Kompressor be-The cooling zone for the product is located in the lower part of the reactor. * This cooling is effected in a closed circuit consisting of the lower part of the reactor, a quench cooler and a compressor.
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steht. Ein Naturgasstrom, der hauptsächlich aus Methan besteht, wird dieser Schleife als Ergänzung zugeführt. Da kein Gasauslaß nach außen aus dem Reaktor in dieser Kühlschleife vorgesehen ist, verursacht das in diese Schleife eingespritzte Methan, daß das Methan von dort durch die Zwischenzone in die Reduktionszorie strömt.stands. A natural gas stream consisting mainly of methane is added to this loop as a supplement. Since no gas outlet is provided to the outside of the reactor in this cooling loop, the methane injected into this loop causes the methane to flow from there through the intermediate zone into the reduction theory.
In der Zwischenzone wird das aus der Kühlzone kommende Methan mit einem Teil des heißen Reduktionsgases, das in die Reduktionszone eingespritzt wird, vermischt.In the intermediate zone, the methane coming from the cooling zone is mixed with a part of the hot reducing gas which is injected into the reduction zone.
Das aus der Kühlzone strömende Kühlgas hat eine Temperatur zwischen 400 und 600 0C. Wenn das Kühlgas in der Zwischenzone mit den oxydierenden Elementen, die in dem heißen Reduktionsgas vorhanden sind, in Berührung kommt, wird die stark endotherme Reformierungsreaktion des Methans beschleunigt. Aufgrund dieser Reaktionen nimmt die Temperatur der Peststoffe sehr schnell ab, weil die Reaktionswärme von den absteigenden Peststoffmassen zur Verfügung gestellt wird. Dieses plötzliche Abkühlen der Peststoffe verhindert 'eine Agglomerierung der hochmetallhaltigen Pellets und Teilchen, weil die Zeit, während welcher sie bei derartig hohen Temperaturen gehalten werden, sehr kurz ist.The gas flowing from the cooling zone of cooling gas has a temperature between 400 and 600 0 C. When the refrigerant gas in the intermediate zone with the oxidising elements, which are present in the hot reducing gas comes into contact, is accelerated, the highly endothermic reforming reaction of methane. Due to these reactions, the temperature of the pesticides decreases very rapidly, because the heat of reaction is provided by the descending pesticide masses. This sudden cooling of the pesticides prevents agglomeration of the high-metal-containing pellets and particles because the time during which they are maintained at such high temperatures is very short.
Auf diese Weise kann man die Agglomerisierung von Teilchen von hochmetallhaltigen Pellets vermeiden, ohne daß man einen hohen Methangehalt in dem Reduktionsgas, verbunden mit extrem hohen Temperaturen (1200 0C) in der Reduktionszone habenIn this way, one can avoid the agglomeration of particles of high-metal-containing pellets, without having a high methane content in the reducing gas, associated with extremely high temperatures (1200 0 C) in the reduction zone
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Bei der vorliegenden Erfindung findet die Reduktion in einer einzigen Stufe mit einer Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid statt, wobei diese Mischung eine größere Reduktionsgeschwindigkeit hat als die von Methan·In the present invention, reduction takes place in a single step with a mixture of hydrogen and carbon monoxide, which mixture has a greater rate of reduction than that of methane.
Die Reformierung, die in der Zwischenstufe stattfindet, vermeidet die Bildung von Agglomeraten und ermöglicht es, die Kapazität der Naturgasreformierungseinheit zu vermindern. In den US-PS 4 046 557 und 4 049 440 wird das Einspritzen von Naturgas in die Ktihlschleife eines Reduktionsverfahrens in einem Bewegtbettreaktor offenbart. Dennoch wird die Naturgaseinspritzung immer mit einer weiteren Einspritzung von im Kreislauf gefahrenem gekühlten Reduktionsgas begleitet· Das Hauptziel in dem vorerwähnten Patent besteht darin, das im Kreislauf gefahrene Gas aus der Reduktionsschleife als Kühlgas zu verwenden, ohne daß man die Reduktionsschleife beeinflußt. Das Naturgas wird eingespritzt, um das Reduktionspotential in dem Kreislaufgas zu regenerieren, indem man das Naturgas in der Kühlschleife reformiert und dann einen Teil dieses Gases nach oben in die Reduktionsschleife strömen läßt. In den US-PS 4 046 und 4 049 440 trägt die Menge des in die Kühlzone eingespritzten und dann im Reaktor reformierten Gases nicht dazu bei, die Kapazität der Reformierungseinheit zu vermindern, weil die Menge des heißen reformierten Gases, welches aus der Reformiereinheit strömt, durch die Temperaturerfordernisse an dem Reduktionszoneneinlaß bestimmt und fixiert ist. Diese Temperatur ist fixiert durch die Mischung des heißen Reduktionsgases mit dem kühlen, im Kreislauf gefahrenen Gas. Es ist nicht möglich, einen zu großen Teil des heißen Gas-The reforming, which takes place in the intermediate stage, avoids the formation of agglomerates and makes it possible to reduce the capacity of the natural gas reforming unit. U.S. Patent Nos. 4,046,557 and 4,049,440 disclose the injection of natural gas into the cooling loop of a reduction process in a moving bed reactor. Nevertheless, natural gas injection is always accompanied by further injection of recirculated cooled reducing gas. The main objective in the aforementioned patent is to use the recirculating gas from the reduction loop as the cooling gas without affecting the reduction loop. The natural gas is injected to regenerate the reduction potential in the recycle gas by reforming the natural gas in the cooling loop and then allowing a portion of this gas to flow up into the reduction loop. In US Pat. Nos. 4,046,449,440, the amount of gas injected into the cooling zone and then reformed in the reactor does not contribute to reducing the capacity of the reforming unit, because the amount of hot reformed gas flowing out of the reforming unit, is determined and fixed by the temperature requirements at the reduction zone inlet. This temperature is fixed by the mixture of the hot reducing gas with the cool, recirculated gas. It is not possible to use too much of the hot gas
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Stroms, der aus der Reformiereinheit kommt, zu vermindern, ohne daß man die Temperatur am Einlaß der Reduktionszone erniedrigt. Das Einspritzen von Naturgas in die Kühlschleife ermöglicht es deshalb nicht, in der Praxis die Kapazität der Reformiereinheit zu verkleinern· Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das reformierte Gas kühl als Ergänzungsgas in die Reduktionsschleife eingespritzt und die Ergänzungsmischung mit dem im Kreislauf gefahrenen Gas wird erwärmt, bevor sie in die Reduktionszone des Reaktors eingespritzt wird· In diesem Pail bewirkt das Einspritzen des Naturgases die Verminderung der Größe der Reformiereinheit·Stream, which comes from the reforming unit to reduce, without lowering the temperature at the inlet of the reduction zone. The injection of natural gas into the cooling loop therefore does not make it possible in practice to reduce the capacity of the reforming unit. In the method according to the invention, the reformed gas is injected as a supplementary gas into the reduction loop and the supplementary mixture with the recirculated gas is heated before it is injected into the reduction zone of the reactor · In this Pail the injection of the natural gas causes the reduction of the size of the reforming unit ·
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Bewegtbettreaktor verwendet, der aus drei Zonen besteht. In der oberen Zone findet die Reduktion des Eisens mit einem niedrigen Methangasgehalt, der zwischen 4 und 10 % liegt, und einem hohen Gehalt an reduzierenden Komponenten, nämlich Wasserstoff und Kohlenmonoxid zwischen 75 und 90 % bei einer Reduktionstemperatur zwischen 900 und 960 0C, statt· Dieser Reduktionsgasstrom fließt in einen geschlossenen Kreislauf, dem Ergänsungsreduktionsgas aus einem getrennten Reformer zugeführt wird· Die untere Zone des Reaktors, die Kühlzone, in welcher ein Abschreckkühler und ein Kompressor vorhanden sind, ist mit einer geschlossenen Kühlzone kombiniert. Die Gaszusammensetzung des Ergänzungsgases für die Kühlschleife besteht vorzugsweise aus einem Kühlgas mit einem Gehalt von wenigstens 75 % Methan. Normalerweise wird das Ergänzungsgas für diese Schleife von einem Naturgasstrom gebildet· Die Menge dieses Natur-ErgänzungsgasesAccording to a preferred embodiment of the invention, a moving bed reactor is used which consists of three zones. In the upper zone, the reduction of the iron with a low methane gas content, which is between 4 and 10 % , and a high content of reducing components, namely hydrogen and carbon monoxide between 75 and 90 % at a reduction temperature between 900 and 960 0 C instead This reducing gas stream flows into a closed loop, to which feed reduction gas is supplied from a separate reformer. The lower zone of the reactor, the cooling zone, in which a quench cooler and a compressor are present, is combined with a closed cooling zone. The gas composition of the makeup gas for the cooling loop is preferably a cooling gas containing at least 75 % methane. Normally, the make-up gas for this loop is formed by a natural gas stream · The amount of this natural makeup gas
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liegt zwischen 1 und 2 % des Reduktionsgasstromes (am Einlaß der Reduktionszone)·is between 1 and 2 % of the reducing gas stream (at the inlet of the reduction zone)
Zwischen der Reduktions- und der Kühlzone befindet sich die Zwischenzone, in welcher unter kontrollierten Bedingungen das Mischen zwischen einem Teil des heißen Reduktionsgases j, das aus der Reduktionszone kommt und dem Methangas, das aus der Kühlzone kommt, beschleunigt wird· In dieser Zwischenzone findet eine Methanreformierung statt, durch welche eine erhebliche Menge der Wärme absorbiert wird und dadurch kühlen sich die Peststoffe schnell ab und vermeiden eine Agglomerierung der Pellets mit einem hohen metallischen Eisengehalt.Between the reduction zone and the cooling zone is the intermediate zone in which, under controlled conditions, the mixing between a part of the hot reducing gas j coming from the reduction zone and the methane gas coming from the cooling zone is accelerated Methane reforming takes place, through which a significant amount of heat is absorbed and thereby cool the pesticides quickly and avoid agglomeration of the pellets with a high metallic iron content.
Durch das Reformieren des in die Kühlzone eingespritzten Methans innerhalb des Reaktors kann man die Größe des Reformers, den man für die Reduktionsgaseinheit benötigt, verkleinern·By reforming the methane injected into the cooling zone within the reactor, it is possible to reduce the size of the reformer required for the reducing gas unit.
Das Verfahren ist weiter dadurch gekannzeichnet, daß das dem Reaktor zugeführte Erz in Form von Pellets mit einem Eisengehalt von mehr als 67 Gew.-% vorliegt· Der erste Strom ist eine Mischung aus rezirkuliertem Gas aus der Reduktionszone und Ergänzungsgas aus einem katalytischen Reformer· Das rezirkulierte Reduktionsgas wird erwärmt und wird dann mit dem heißen Reduktionsgasstrom, der aus dem Reformer kommt, vermischt· Das Kohlendioxid wird aus dem rezirkulierten Gasstrom abgeführt·The process is further characterized in that the ore fed to the reactor is in the form of pellets having an iron content greater than 67% by weight. The first stream is a mixture of recirculated gas from the reduction zone and supplemental gas from a catalytic reformer recirculated reducing gas is heated and is then mixed with the hot reducing gas stream coming from the reformer · the carbon dioxide is removed from the recirculated gas stream ·
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Pig* 1 zeigt die Relation der Produktivität einer Direkt reduktionsanlage in bezug auf die Betriebstempera tur,Pig * 1 shows the relation of the productivity of a direct reduction plant with respect to the operating temperature,
Pig· 2 ist ein Diagramm und zeigt die Wirkung des Eisengehaltes in den Pellets auf den Agglomerierungsindex,Pig. FIG. 2 is a graph showing the effect of iron content in the pellets on the agglomeration index.
Pig* 3 zeigt die Wirkung der Betriebstemperatur auf die erforderliche Größe der Reduktionsgaserzeugungseinheit für zwei verschiedene Fälle, und zwar einmal für das Einspritzen von Naturgas in die Kühlschleife und einmal ohne eine solche EinspritPig * 3 shows the effect of operating temperature on the required size of the reduction gas generating unit for two different cases, once for the injection of natural gas into the cooling loop and once without such injection
Pig· 4 ist ein schematisehes Diagramm einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens·FIG. 4 is a schematic diagram of a preferred embodiment of the method according to the invention.
Pig· 1 zeigt die Temperaturwirkung auf die Produktivität in einer Direktreduktionsanlage der Art, bei welcher man das erfindungsgemäße Verfahren anwenden kann· In dieser grafischen Darstellung wird gezeigt, daß die Produktivität der Anlage um 17 % erhöht wird und daß die Menge des verwendeten reformierten Gases vermindert wird, wenn die Reduktionstemperatur auf 850 bis 960 0C ansteigt· Es ist deshalb erstrebenswert, bei hohen Reduktionstemperaturen zu arbeiten* Das Hauptproblem beim Arbeiten bei hohen Temperaturen mit Pellets mit einem hohen Eisengehalt von mehr als 67 % ist die Agglomerisierung der Pellets, wenn siePig · 1 shows the temperature effect on the productivity in a direct reduction plant of the kind in which the method according to the invention can be applied. In this graph, it is shown that the productivity of the plant is increased by 17 % and the amount of the reformed gas used is reduced is when the reduction temperature increases to 850 to 960 0 C · It is therefore desirable to operate at high reduction temperatures * the main problem when working at high temperatures with pellets with a high iron content greater than 67% is the agglomeration of the pellets when they
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metallisieren» Durch die Gegenwart von Agglömeraten entstehen Störungen in dem Feststoffstrom und im Gasstrom inmetallisieren »Due to the presence of Agglömeraten disturbances in the flow of solids and in the gas stream in
j den Bewegtbettreaktoren, wie sie für die Direktreduktion !von Eisenerzpellets verwendet werden. Diese Störungen verursachen Betriebsprobleme und vermindern die Gebrauchsjfähigkeit der Anlage (de h* daß sie die Produktivität verringern) und erschweren die Kontrolle der Produktqualität (aufgrund eines ungleichen Stroms der Massen, wodurch diese leine ungleiche Behandlung erfahren und ungleiche Produkte !ergeben)·the moving bed reactors used for the direct reduction of iron ore pellets. These disorders cause operational problems and reduce the Gebrauchsjfähigkeit the system (e n h * that reduce productivity it) and make it difficult to control product quality (due to an uneven flow of the masses, which experienced this leash unequal treatment and unequal Products! Result) ·
Pig· 2 zeigt die Wirkung des Eisengehaltes in der zugegebenen Charge auf die Bildung von Agglömeraten, bezogen auf den sogenannten Agglomerationsindex Ia, der wie folgt definiert ist:Pig. 2 shows the effect of the iron content in the added charge on the formation of agglomerates, based on the so-called agglomeration index Ia, which is defined as follows:
[n V/a [n / a
Ia =Ia =
worin bedeuten:in which mean:
Wbwb
Ia AgglomerationsindexIa agglomeration index
Wa Agglomeratgewicht während des Betriebs rib Agglomerat gewicht während des Betriebs, durch welche Probleme in der Verfügbarkeit der Anlage und der Produktqualitätskontrolle eintreten.Wa agglomerate weight during operation rib agglomerate weight during operation, causing problems in plant availability and product quality control.
In Übereinstimmung mit dieser Definition ist es wünschen s^-- wert, daß Ia immer niedriger als 1,0 ist, wobei dies den maximalen Wert darstellt, der für einen stabilen Betrieb der Anlage akzeptierbar ist, ohne daß Probleme hinsichtlich des Peststoff- und Gasstromes eintreten.In accordance with this definition, it is desirable that Ia should always be less than 1.0, which is the maximum value acceptable for stable operation of the plant, without problems with the plutant and gas flow enter.
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In Pig» 2 werden drei Kurven gezeigt, und zwar zwei kontinuierliche Kurven für das Verfahrens das bei 900 0C bzw« 960 0C ohne üFaturgaseinspritzung betrieben wird und eine gepunktete Kurve für ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, das bei 960 0C mit laturgaseinspritzung arbeitet«In Pig "2, three curves are shown, namely two continuous curves for the process, the" respectively at 900 0 C is operated 960 0 C without üFaturgaseinspritzung and a dotted curve for a method according to the present invention, at 960 0 C with laturgaseinspritzung is working"
Gemäß dieser Information ist es erforderlich, um die Anlage bei 960 0C ohne Naturgaseinspritzung und ohne Betriebsprobleme zu betreiben, daß der Eisengehalt in den Pellets niedriger als 66,6 % liegt oder alternativ, daß man die Temperatur auf 900 0C erniedrigt, wenn man mit Pellets mit einem Eisengehalt von höher als 67 % arbeitet, um eine Ia von weniger als Λ % zu erzielen« Wenn man. dagegen vom er™ findungsgemäßen Verfahren Gebrauch macht, ist es möglich, bei 96Ο 0C mit Pellets mit einem hohen Eisengehalt in der Größenordnung von 67,5 % zu arbeiten, ohne daß besondere Aggrlomerationsprobleme eintreten« Dieses Verfahren ermög- , licht eine hohe Anlagenproduktivität sowie eine verbesserte Produktquälitat mit einer hohen Metallisierung und einer niedrigen Peinstofferzeugung und ermöglicht es, Pellets mit hohem Eisengehalt einzusetzen, im Gegensatz zu der Verwendung von nicht-pelletisierten Erzklumpen·According to this information, it is necessary to operate the plant at 960 0 C without natural gas injection and without operating problems that the iron content in the pellets is lower than 66.6 % , or alternatively, that the temperature is lowered to 900 0 C, if working with pellets with an iron content higher than 67 % , to achieve an Ia of less than Λ% . on the other hand he makes use of he inventive method, it is possible to work at 96Ο 0 C with pellets having a high iron content in the order of 67.5 % , without any special agglomeration problems occur «This method makes a high plant productivity as well improved product quality with a high metallization and a low fuel production and makes it possible to use high iron content pellets, in contrast to the use of non-pelletized ore lumps ·
Gemäß Fig* 2 ist es erforderlich, um das Verfahren mit Pellets mit einem Eisengehalt von 67,4 % und ohne Naturgaseinspritzung au betreiben, niedrigere Temperaturen als 900 0C anzuwenden, wobei man 10 % der Produktivität verliert« ' ' .According to FIG. 2, in order to operate the process with pellets having an iron content of 67.4 % and without natural gas injection, it is necessary to use temperatures lower than 900 ° C., thereby losing 10 % of the productivity.
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Beim Einspritzen von Naturgas in die Kühlzone ist es möglich, die Kurven Ia gegen T bei 960 0C nach rechts zu verschieben, aufgrund der plötzlichen Abkühlung des heißen reduzierten Materials und auch aufgrund der minimalisierten Zeit, während welcher die reduzierten Teilchen diesen hohen Temperaturen ausgesetzt sind· Dieses plötzliche Abkühlen wird hauptsächlich durch den aufsteigenden Strom des Methans, das in die geschlossene Kühlschleife injiziert wird, bewirkt und zum Teil durch die Methanreformierung mit den oxydierenden Elementen des Gases, welches aus der Reduktionsschleife eintritt, wobei ein Teil des Gases in der Zwischenzone des Reaktors vermischt wird und dadurch die endotherme Reformierungsreaktion beschleunigt wird:Upon injection of natural gas into the cooling zone, it is possible to shift the curves Ia against T at 960 0 C to the right, due to the sudden cooling of the hot reduced materials and also because of the minimized time during which the reduced particles are exposed to these high temperatures This sudden cooling is mainly caused by the rising stream of methane injected into the closed cooling loop, and partly by the methane reforming with the oxidizing elements of the gas entering from the reduction loop, with some of the gas in the intermediate zone of the gas Reactor is mixed and thereby the endothermic reforming reaction is accelerated:
CH4 + H2O * CO + 3 H2 (1)CH 4 + H 2 O * CO + 3 H 2 (1)
CH4 + CO2 » 2 CO + 2 H2 (2)CH 4 + CO 2 »2 CO + 2H 2 (2)
Das heiße Reduktionsgas, welches in die Reduktionsschleife eintritt, hat einen Kohlendioxidgehalt zwischen 2 und 15 % und einen Feuchtigkeitsgehalt zwischen 1 und 4 %· Diese oxydierten Elemente werden für die Reformierung verwendet, die in der Zwischenzone des Reaktors abläuft*The hot reducing gas entering the reduction loop has a carbon dioxide content between 2 and 15% and a moisture content between 1 and 4 %. These oxidized elements are used for the reforming which takes place in the intermediate zone of the reactor.
Figα 3 zeigt die Wirkung der Temperatur und der Naturgaseinspritzung auf die Kapazität des Reformers der Reduktionsanlage. Für eine Betriebstemperatur von 960 0C benötigt das Naturgaseinspritzverfahren einen Reformer, der annähernd 15 % kleiner ist als bei dem Verfahren ohne Naturgasein- i spritzung.Fig. 3 shows the effect of temperature and natural gas injection on the capacity of the reformer of the reduction plant. For an operating temperature of 960 0 C, the natural gas injection process requires a reformer that is approximately 15% smaller than in the process without natural gas injection.
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Bei dem Direktreduktionsverfahren mit Hilfe von Naturgas wird das Naturgas im allgemeinen zweifach angewendet« Ein Teil des Naturgases wird in einen katalytischen Reformer eingeführt, um die Kohlenwasserstoffe in Mischungen aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid zu überführen, die dann als reduzierende Elemente bei der Direktreduktion von Eisenerz verwendet werden· Ein anderer Teil des Naturgases wird verwendet als Brennstoff zur Erzielung der nötigen Wärme, um die endotherme Reaktion der Reformierung zu bewirken und auch um die Reduktionsgase, bevor sie in den Reduktionsreaktor eingespritzt werden, zu erwärmen·The natural gas is generally introduced in duplicate. Part of the natural gas is introduced into a catalytic reformer to convert the hydrocarbons into mixtures of hydrogen and carbon monoxide, which are then used as reducing elements in the direct reduction of iron ore Another part of the natural gas is used as a fuel to provide the necessary heat to effect the endothermic reaction of the reforming and also to heat the reducing gases before they are injected into the reduction reactor.
Im allgemeinen wird das als Brennstoff verwendete Naturgas mit dem Gasstrom, der aus dem Verfahren abgelüftet wird und der nur eine niedrige Reduktionskraft aufweist, aber der noch als Brennstoff geeignet ist, vermischt· Dieser zweite Naturgasstrom wird verwendet, um das abgelüftete Verfahrensgas zu verbessern und dann als Brennstoff für den Heizer und für den Reformer in dem Verfahren auszunutzen·In general, the natural gas used as fuel is mixed with the gas stream which is vented from the process and which has only a low reducing power but which is still suitable as fuel. This second natural gas stream is used to improve the vented process gas and then to use as fuel for the heater and for the reformer in the process
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Teil des Naturgases in die Kühlschleife eingespritzt· In dieser Schleife beschleunigt das Naturgas die Abkühlung des Produktes aufgrund seiner hohen kalorischen Kapazität und infolgedessen findet die Abkühlung schneller und effizienter statt·In the method according to the invention, part of the natural gas is injected into the cooling loop. In this loop, the natural gas accelerates the cooling of the product due to its high caloric capacity and as a result the cooling takes place faster and more efficiently.
Da die Kühlschleife eine geschlossene Schleife ist, fließt das eingespritzte Naturgas nach oben durch den Reaktor in die Zwischenzone, wo es mit einem Teil des heißen Reduktionsgases in Berührung kommt und die Reformierung eines Teils dieses Naturgases, wie vorher erwähnt, beschleunigt·Since the cooling loop is a closed loop, the injected natural gas flows upward through the reactor into the intermediate zone, where it comes into contact with a portion of the hot reducing gas and accelerates the reforming of a portion of this natural gas, as previously mentioned.
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Beim Reformieren des Methans innerhalb des Reaktors werden reduzierende Elemente gebildet,die in der Reduktionszone verwendet werden, um die Reduktion wirksamer zu gestalten (wodurch das Erfordernis an die Reformerkapazität weiter vermindert wird).In reforming the methane within the reactor, reducing elements are formed which are used in the reduction zone to make the reduction more effective (further reducing the requirement for reformer capacity).
Das nicht-reformierte Methan in der Zwischenzone fließt in die Reduktionszone und wirkt als Wärmeträgerelement und trägt dazu bei, das Eisenoxid, das in die Reduktionszone ausgetragen wird, zu erwärmen·The non-reformed methane in the intermediate zone flows into the reduction zone and acts as a heat transfer element and helps to heat the iron oxide discharged into the reduction zone.
Schließlich verläßt dieses Methan (vermischt mit Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Feuchtigkeit) den Reaktor und ein Teil dieser Mischung verläßt das Verfahren als Abgas, das dann als Brennstoff verwendet wird.Finally, this methane (mixed with hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide and moisture) leaves the reactor and part of this mixture leaves the process as offgas, which is then used as fuel.
Kurz gesagt ergibt sich durch das in die Kühlschleife eingespritzte Methan eine Reihe von Verfahrensvorteilens In der Kühlzone wird die Abkühlung des Produktes verbessert, die Agglomerierung der Pellets wird aufgrund der plötzlichen endothermen Abkühlung in der Zwischenzone vermieden, die Erfordernis an die Reformerkapazität wird aufgrund der Reformierung, die in der Zwischenzone stattfindet, verringert und es dient auch in der Reduktionszone als Wärmeträger· Schließlich reichert es die Mischung des entlüfteten Gases, das als Brennstoff in dem Reformer und für den Heizer verwendet wird, an·In short, cooling of the product is improved by the methane injected into the cooling loop. Cooling of the product is improved in the cooling zone, agglomeration of the pellets is avoided due to the sudden endothermic cooling in the intermediate zone, the reformer capacity requirement due to reforming, Finally, it enriches the mixture of the vented gas used as fuel in the reformer and for the heater.
In diesem Zusammenhang ist es wichtig, darauf hinzuweisen, daß alle diese Vorteile nur bei dem erfindungsgemäßen Ver-In this context it is important to point out that all these advantages are only
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fahren erzielt werden, weil es einen Reformer außerhalb der Reduktionsschleife und eine Heizvorrichtung für die Reduktion des Einlaßgases, welches in die Reduktionszone führt, aufweist.be achieved because it has a reformer outside the reduction loop and a heater for the reduction of the inlet gas, which leads into the reduction zone.
Bei Verfahren mit stöchiometrischen Reformern und ohne Heizvorrichtung für den im Kreislauf gefahrenen Gasstrom, wie sie in den vorerwähnten Patentschriften beschrieben werden, ist es nicht möglich, den erfindungsgemäßen Vorteil zu erzielen, nämlich die Verkleinerung der Reformergröße, den man zum Einspritzen des Naturgases in die Kühlschleife benötigt, weil der Fluß des heißen Gases aus dem Reformer nicht vermindert werden kann, ohne daß man die Temperatur am Einlaß der Reduktionszone vermindert und da-! mit auch die Produktivität der Anlage.In processes with stoichiometric reformers and without a heating device for the recirculated gas stream, as described in the aforementioned patents, it is not possible to achieve the advantage of the invention, namely the reduction of the reformer size, which is used to inject the natural gas into the cooling loop needed because the flow of hot gas from the reformer can not be reduced without reducing the temperature at the inlet of the reduction zone and there! with also the productivity of the plant.
Befindet sich der Reformer innerhalb der Reduktionsschleife, dann erreicht das in die Kühlschleife injizierte Methan allmählich den Reformer und infolgedessen kann in diesem Fall der Vorteil, daß man die Reformerkapazität verkleinern kannjnicht erzielt werden·If the reformer is within the reduction loop, then the methane injected into the cooling loop gradually reaches the reformer and, as a result, in this case, the advantage that the reforming capacity can be reduced can not be achieved.
Es liegt auf der Hand, daß die Vorteile der Verminderung der Reformerkapazität, wie sie erfindungsgemäß erzielt werden, unabhängig von dem Material ist, das dem Reaktor zugeführt wird, so daß dieses in Form von Pellets, Erzklumpen oder einer Mischung aus diesen beiden bestehen kann.It is obvious that the advantages of reducing the reforming capacity achieved according to the invention are independent of the material supplied to the reactor so that it can be in the form of pellets, lumps or a mixture of the two.
Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, mittels dem die Vorteile der Erfindung erzielt werden.Fig. 4 shows a preferred embodiment of the method according to the invention, by means of which the advantages of the invention are achieved.
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Die Reduktion von Eisenerz findet in einem mit 1 bezeichneten Bewegtbettreaktor statt, der aus drei Zonen besteht, nämlich einer Reduktionszone 2, einer Zwischenzone 3 und einer Kühlzone 4· Der Reaktor wird vorzugsweise etwas oberhalb Atmosphärendruck, typischerweise bei 5 kg/cm (5 bar) betrieben. Eisenerz wird kontinuierlich in den Reaktor 1 durch die Zuführleitung 5 eingegeben und das Erz fließt durch die Schwerkraft durch die drei Zonen des Reaktors. Die Geschwindigkeit des Peststoffstroms wird durch ein Drehventil 6, das sich am Boden des^Reaktors befindet, überwacht« Durch Kontrollieren des Peststoffstroms wird mittels dieses Ventils auch die Verweilzeit des Feststoffes und die Produktion des Reaktors eingestellt.The reduction of iron ore takes place in a moving bed reactor designated 1, which consists of three zones, namely a reduction zone 2, an intermediate zone 3 and a cooling zone 4. The reactor is preferably slightly above atmospheric pressure, typically at 5 kg / cm (5 bar). operated. Iron ore is continuously fed into the reactor 1 through the supply line 5 and the ore flows by gravity through the three zones of the reactor. The velocity of the pesticide stream is monitored by a rotary valve 6 located at the bottom of the reactor. By controlling the pesticide flow, this valve also adjusts the residence time of the solid and the production of the reactor.
Im unteren Teil der Reduktionszone 2 wird ein Strom von Reduktionsgas 7 bei einer Temperatur zwischen 900 und 960 0C eingespritzt. Dieser Strom fließt nach oben durch die Reduktionszone 2, wo er mit den absteigenden Peststoffen in Berührung kommt· Wenn das heiße Gas das Eisenerz berührt, findet die Reduktion des vorerwähnten Materials statt.In the lower part of the reduction zone 2, a stream of reducing gas 7 at a temperature between 900 and 960 0 C is injected. This stream flows upward through the reduction zone 2, where it contacts the descending pesticides. · When the hot gas touches the iron ore, the reduction of the aforementioned material takes place.
Das Reduktionsgas verläßt den Reaktor an dessen oberem Teil durch die Leitung 8. Es wird in einem Abschreckkühler 9 abgekühlt und das durch die Reduktionsreaktion mit Wasserstoff gebildete Wasser wird kondensiert und entfernt. Auf diese Weise wird die Reduktionskraft des Gasabflusses aus dem Reaktor erhöht.The reducing gas leaves the reactor at its upper part through the line 8. It is cooled in a quench cooler 9 and the water formed by the reduction reaction with hydrogen is condensed and removed. In this way, the reducing power of the gas effluent from the reactor is increased.
Der Gasabfluß aus dem Abschreckkühler 9 wird in zwei Gasströme 10 und 13 aufgeteilt. Der erste Gasstrom 10 wirdThe gas effluent from the quench cooler 9 is divided into two gas streams 10 and 13. The first gas stream 10 is
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mittels eines Kompressors 11 und durch einen Heizer 12 an den Einspritzpunkt des heißen Reduktionsgases in dem unteren Teil der Reduktionszone 2 im Kreislauf gefahren.by means of a compressor 11 and driven by a heater 12 to the injection point of the hot reducing gas in the lower part of the reduction zone 2 in the circuit.
Der zweite Gasstrom 13 wird in ein Brennstoffsammelrohr eingeführt, das für den Brennstoff in den Brennern des Heizers 12 und im Reformer 14, wie nachfolgend beschrieben wird, verwendet wird. Der im Kreislauf gefahrene Gasstrom 10 wird, bevor er durch den Heizer 12 geleitet wird, mit dem kalten Reformiergasstrom, der aus dem Reformer 14 kommt j vermischt· In dem Reformer 14 findet die katalytische Umwandlung von Naturgas und V/asserdampf statt und bildet eine Gasmischung, die sich hauptsächlich aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid zusammensetzt· Ein Strom des Naturgases 15 und ein Strom des V/asserdampfs 16 wird in den Reformer eingeführt, um die vorerwähnte katalytische Umwandlung durchzuführen· Im Reformer 14 wird normalerweise ein ITickelkatalysator verwendet, um die Reformierung des Methans in dem naturgas zu beschleunigen. Um den in dem Reformer 14 enthaltenen Katalysator vor einer zu starken Kohlenstoff abscheidung zu schützen, wird diese Vorrichtung im allgemeinen mit einem Überschuß von Wasserdampf betrieben, in bezug auf die stöchiometrisch notwendige Menge, die zur Reformierreaktion erforderlich ist. Da dieser Wasserdampf ein unerwünschtes Element in dem Ergänzungsreduktionsgas für das Reduktionssystem ist, ist es erforderlich, den nichturngesetzten Wasserdampf aus dem Gasabstrom des Reformers 14 zu entfernen, und zu diesem Zweck wendet man einen Abschreckkühler 17 an und man erhält einen Strom 18, der im wesentlichen wasserfrei ist und einen hohen Gehalt an Y/asserstoff und Kohlenmonoxid enthält. Der Strom 18 wirdThe second gas stream 13 is introduced into a fuel manifold used for the fuel in the burners of the heater 12 and in the reformer 14 as described below. The recirculated gas stream 10, before being passed through the heater 12, is mixed with the cold reforming gas stream coming from the reformer 14. In the reformer 14, the catalytic conversion of natural gas and vapor takes place to form a gas mixture A stream of natural gas 15 and a stream of vapor steam 16 are introduced into the reformer to effect the aforementioned catalytic conversion. Reformer 14 typically uses an IT coil catalyst to reform the methane to accelerate in the natural gas. In order to protect the catalyst contained in the reformer 14 from excessive carbon deposition, this device is generally operated with an excess of water vapor, with respect to the stoichiometric amount required for the reforming reaction. Since this water vapor is an undesirable element in the replenishment reduction gas for the reduction system, it is necessary to remove the unreacted water vapor from the gas effluent of the reformer 14, and for this purpose, a quench cooler 17 is used and a stream 18 is obtained which substantially is anhydrous and contains a high content of hydrogen peroxide and carbon monoxide. The stream 18 is
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mit dem im Kreislauf gefahrenen Gasstrom 10 vermischt und in den Heizer 12 eingeführt, wo dessen Temperatur, bevor er in die Reduktionszone 2 eingeführt wird, erhöht wird.is mixed with the recycled gas stream 10 and introduced into the heater 12, where its temperature is increased before it is introduced into the reduction zone 2.
Im unteren Teil der Kühlzone 4 wird ein Kühlgasstrom, der im Gegenstrom zu den absteigenden Peststoffen fließt, eingespritzt* Dieses Kühlgas verläßt den Reaktor durch eine Leitung 20, die am oberen Teil der Kühlzone 4 angebracht ist. Es wird dann in einem Abschreckkühler 21 gekühlt. Das Kühlgas wird dann in einem geschlossenen Kreis am unteren Teil der Kühlzone 4 mittels eines Kompressors 22 rezirkuliert.In the lower part of the cooling zone 4, a cooling gas stream flowing in countercurrent to the descending pesticides is injected * This cooling gas leaves the reactor through a line 20 which is attached to the upper part of the cooling zone 4. It is then cooled in a quench cooler 21. The cooling gas is then recirculated in a closed circuit at the lower part of the cooling zone 4 by means of a compressor 22.
Ein kühler Naturgasstrom 23 wird als Ergänzung in die Kühlschleife eingespritzt und bildet mit dem im Kreislauf gefahrenen Kühlgasstrom einen Strom 19, der in die Kühlzone 4 eingespritzt wird.A cool natural gas stream 23 is injected as a supplement into the cooling loop and, together with the circulating cooling gas flow, forms a stream 19, which is injected into the cooling zone 4.
Da die Kühlschleife eine geschlossene Schleife ist, fließt ein Teil des Stroms 19 im Inneren aus der Kühlzone 4 in die Zwischenzone 3, wie durch die Pfeile 24 angezeigt wird« In der Zwischenzone 3 kommt das Methan, das aus der Kühlzone 4 fließt,in Berührung mit den oxydierenden Elementen in dem heißen Reduktionsgasstrom 7 und beschleunigt die Reformierung eines Teils des eingespritzten Methans«Since the cooling loop is a closed loop, part of the flow 19 in the interior flows from the cooling zone 4 into the intermediate zone 3, as indicated by the arrows 24. In the intermediate zone 3, the methane flowing out of the cooling zone 4 comes into contact with the oxidizing elements in the hot reducing gas stream 7 and accelerates the reforming of part of the injected methane «
Es muß darauf hingewiesen werden, daß der Naturgasstrom 23 im Vergleich zum Reduktionsgasstrom 7 klein sein muß, um das Reduktionsgas nicht zu stark abzukühlen und dadurch die Reduktionsreaktion in der Reduktionszone 2 nachteiligIt must be pointed out that the natural gas stream 23 must be small in comparison to the reducing gas stream 7, in order not to cool the reducing gas too much, and thereby adversely affect the reduction reaction in the reduction zone 2
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ι - 22 -ι - 22 -
zu beeinflussen« Beim erfindungsgemäßen Verfahren hat die Fließrate des Naturgasstroms 23 einen Wert zwischen 1 und 2 % de^s Reduktionsgasstroms 7· Zusätzlich zu den Natur« gasströmen 15 und 23 (beide werden in dem Verfahren benötigt, und zwar der erste wird in den Reformer 14 eingespritzt und der zweite wird in die Kühlschleife des Reaktors eingegeben) wird ein dritter Naturgasstrom 251 der als Brennstoff verwendet wird, eingesetzt· Der vorerwähnte Naturgasstrom 25 wird mit dem abgelüfteten Gasstrom 13 vermischte Diese Mischung wird verwendet, um die erforderliche Wärme in den Brennern 26 und den Heizern 12 und in den Brennern 27 des Reformers 14 zu erzeugen. Dabei ist es offensichtlich für den Fachmann, daß man die bevorzugte Ausführungsform modifizieren kann, ohne außerhalb der Erfindung zu sein. Modifizierungen, wie die Anwendung einer COg-Absorptionseinheit, um CO2 aus dem Gasstrom 10 zu entfernen und auch um einen Teil des Stroms 18 als einen kleineren Teil des Ergänzungsstroms in der Kühlschleife zu verwenden, können angewendet werden, ohne daß man den Geist und den Umfang der Erfindung verläßt· Ebenso liegt es noch im erfindungsgemäßen Verfahren, daß man nur den Gasstrom 10 heizt und ihn heiß mit dem heißen Reduktionsgasstrom aus dem Reformer vermischt«In the process according to the invention, the flow rate of the natural gas stream 23 has a value between 1 and 2 % of the reducing gas stream 7 · In addition to the natural gas streams 15 and 23 (both are needed in the process, the first is in the reformer 14 is injected and the second is fed to the cooling loop of the reactor) a third natural gas stream 251 is used as fuel. The aforementioned natural gas stream 25 is mixed with the vented gas stream 13. This mixture is used to provide the required heat in the burners 26 and the heaters 12 and in the burners 27 of the reformer 14. It will be obvious to those skilled in the art that the preferred embodiment may be modified without being outside the scope of the invention. Modifications, such as the use of a COg absorption unit to remove CO 2 from the gas stream 10 and also to use a portion of the stream 18 as a minor part of the makeup stream in the cooling loop, can be applied without disturbing the spirit and the The scope of the invention also leaves. It is also the case in the process according to the invention that only the gas stream 10 is heated and hot mixed with the hot reducing gas stream from the reformer.
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