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DD202181A5 - Anlage zur direktreduktion von eisenoxid zu metallischem eisen - Google Patents

Anlage zur direktreduktion von eisenoxid zu metallischem eisen Download PDF

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DD202181A5
DD202181A5 DD82237014A DD23701482A DD202181A5 DD 202181 A5 DD202181 A5 DD 202181A5 DD 82237014 A DD82237014 A DD 82237014A DD 23701482 A DD23701482 A DD 23701482A DD 202181 A5 DD202181 A5 DD 202181A5
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DD
German Democratic Republic
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furnace
gas
cooling
exhaust
reformer
Prior art date
Application number
DD82237014A
Other languages
English (en)
Inventor
Charles W Sanzenbacher
Original Assignee
Midrex Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Midrex Corp filed Critical Midrex Corp
Publication of DD202181A5 publication Critical patent/DD202181A5/de

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Direktreduktion von Eisenoxid zu metallischem Eisen. Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer verbesserten Anlage, die insbesondere fuer die Verwendung von gasfoermigen Prozessbrennstoffen wie Koksofengas geeignet ist, die organischen Schwefel enthalten. Erfindungsgemaess wird das schwefelhaltige Gas durch einen indirekten Waermetauscher erhitzt und in den Direktreduktionsofen oberhalb der Reduktionszone eingeleitet, um den Schwefel in die heisse Beschickung zu uebertragen. Der Direktreduktionsofen enthaelt eine obere Einblaszone fuer die Vorreduktion und den Schwefeltransfer, eine untere Einblaszone fuer die endgueltige Reduktion der Beschickung in metallisches Eisen und eine Einrichtung, um das Abgas des Direktreduktionsofens als Kuehlgas durch die Kuehlzone dieses Ofens in den Kreislauf zurueckzufuehren.

Description

Berlin, den 13.7.1982
2 3 7 O 1 ^ 7 AP C 21 B/237 014/7
60 347/18
Anlage zur Direktreduktion von Eisenoxid zu metallischem Eisen
itnwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfinduag betrifft eine Anlage zur Direkt reduktion von Eisenoxid zu metallischem Eisen«,
Charakteristik der bekannten technischen Lob ungen
Die Direktreduktion von Eisenoxid, wie gesinterten Pelleta oder Stückerz zu metallischem Eisen im festen Zustand, hat in den letzten Jahren in vielen Direktreduktionsanlagen der Welt eine große wirtschaftliche Bedeutung erlangt. Die GesamtJahreskapazität dieser im Betrieb oder im Bauzuistand befindlichen Anlagen überschreitet 15 Millionen to an direktreduziertem Eisenprodukt, das"in erster Linie als Einsatzmaterial für elektrische Lichtbogen-Stahlöfen benutzt wird. Es wird angenommen, daß der Weltbedarf an zusätzlichem direktreduziertem Eisen mehrere Jahre/lang in einem erheblichen Maße zunimmt, um den wachsenuen Welt bedarf an solchem Einsatzmaterial zu befriedigen, in gleichem Maße wie weitere Stahlwerke mit Elektrolichtbogenofen gebaut werden«
Die Mehrzahl der kommerziellen Anlagen zur Erzeugung von direktreduziertem Eisen benutzt Erdgas bzw, Naturgas als Reduktionsmittelquelle« Das Erdgas wird umgeformt, um die Reduktionsmittel GO und H2 zu gewinnen. Die energiesparendsten und produktivsten kommerziellen Direktreduktionsanlagen auf der Basis von Erdgas sind Anlagen, die eine kontinuierliche katälytische Umformung von Erdgas enthalten, unter Verwendung von CO2 und Rest-
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60 347/18 .
wasserdampf im gekühlten zurückgeführten Abgas de3 Reduktionsofens als Oxydationsmittel für den Reformer (Uo-PS 3 748 120).
Bei der katalytischen Reformierung (Umwandlung) von Erdgas oder anderen Kohlenwasserstoff enthaltenden Gasen ist es wesentlich, in dem zu reformierenden Gasgemisch den Schwefelanteil sehr niedrig zu halten, um eine Schwefelvergiftung des Katalysators zu verhindern, wie dies in der Technik des katalytischen Umformens seit langem bekannt ist. Der maximale Schwefelanteil, der zur Vermeidung einer Katalysatorvergiftung bei der Umformung zugelassen werden Kann, liegt bei etwa 2 bis 3 ppmv (Volumenteile auf 1 Mio Volumenteile) in dem umzuformenden Gasgemisch. Um diesen sehr niedrigen Pegel an Schwefel zu erzielen, ist oft eine komplizierte und teure Entschwefelung des Gases erforderlich, bevor es als Prozeßbrennstoff verwendet werden kann.
Koksofengas ist als Brennstoff in vielen Industriestaaten der »Veit verfügbar. Koksofengas enthält jedoch bestimmte schwefelhaltige Komponenten, wie COS und Thiophen. Bekannte Anlagen zur Direktreduktion von Eisenoxiden zu einem metallischen Eisenprodukt bestehen aus,
a) einem im allgemeinen senkrechten Schachtofen;
b) einer Einrichtung zum Chargieren von teilchenförmigen! Eisenoxidmaterial in den oberen Bereich des Ofens zur Bildung einer Beschickung und einer Einrichtung zum Entfernen des metallisierten Eisenproduktes aus dem unteren Bereich des Ofens, wodurch ein kontinuierlicher, durch Schwerkraft bewirkter Materialfluß der Beschickung
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durch den Ofen erzeugt v/erden Kann;
c) einem ersten ReduKtionsgaseinlaß zwischen dem oberen und dem unteren j_inde des Ofens;
d) einem zweiten iuduict ionagaaeinlaß zwischen dem ersten lieduktionsgaseinlaß und ο em oberen Ende des Ofens;
e) einem Abgasauslaß uta oberen linde des Oi'ena;
f) einer mit cem übgasaualaß verbundenen einrichtung zum kühlen una iteinigen des Abgases;
g) einem rieformerofen mit einem Katalysator, der Rohre enthalt zur Bildung von gasförmigen Reduictionsmitteln, deren Auslaß mit; eiern ersten und zweiten Reduict ionsgaseinlaß des Schachtofens in Verbindung steht;
h) wenigstens einem Brenner innerhalb des Reformerofens zum lieizexi der den Katalysator enthaltenden Rohre sowie einer Abgasleitung zum Abführen der verbrauchten Verbrennungagase aus dem Reformerofen;
i) einer Prozeßbrenngasquelle j und
j) einer Prozeßbrenngasleitung, die die Prozeßbrenngasquelle mit dem zweiten Reduktionsgaseinlaß verbindet.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer verbesserten Anlage zur Direktreduiction von Eisenoxiden zu metallischem
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«PC 21 B/237 014/7 60 347/18
^icen, die insbesondere für die Verwendung von gasförmigen i?rozeßbrennstoi"fen geeignet ist, die organischen Schwefel enthalten.
des ./eseaa der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugruade, eine Einlage mit hohem Wirkungsgrad für die Direktreduktion von Eisenoxid zur Verfügung zu stellen, in der ein Kohlenwasserstoff enthaltender gasförmiger Prozeßbrenastoff reformiert wird, um Reduktionsgas zu erzeugen und bei der der Prozeßbrennstoff im iioduict ionaprozeß entschwefelt wird, bevor er* reformiert wird.
wie erfindur^.s^emaße Anlage ist dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasleitung des Reformerofens mit einem J'irmetauoeher in Verbindung steht, der mit der Prozeßbrenngasleitung verbunden ist, so daß das durch diese Leitung strömende Prozeßbrenngas im wärmetauscher vorerhitzt wird.
Die Abgasleitung deD Reformerofens steht mit einem zweiten ..ürcietausCiier in Verbindung, der wiederum mit einer Verbrennü.ngaluftquelle für den Brenner des Reformerofens verbunden ist, so daß die Verbrennungsluft vorerhitzt und die Temperatur der Abgase aus dem Reformerofen vermindert wird.
Zwischen dem ersten Reduktionagaseinlaß und dem. Boden des Schachtofens ist eine Einrichtung zum Kühlen des metallischen Eisenproduktes vorgesehen.
Die Einrichtung zum Kühlen und Reinigen des Abgases aus dem Schachtofen steht durch -eine Leitung mit der Kühleinrichtung in Verbindung, um xiühlgas. in die Kühlzone des Schachtofens
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einzuleiten.
Der Gasauslaß der ^ühlzone ist mit einer zweiten Einrichtung zum xvühlen und Reinigen des verbrauchten iCühlgases verbunden, und diese Einrichtung wiederum steht über eine zweite Leitung mit dem Einlaß der den Katalysator enthaltenden Rohre des Reformerοfens in Verbindung,
Weiterhin ist eine Leitung-vorgesehen, die die Einrichtung zum ivühlen und Reinigen des Abgaaea aus dem Schachtofen mit dem Brenner des Reformerofens verbindet, um diesem reines Abgas des Schachtofens als Brennstoff für den Reformerofen zuzuführen.
Die vorliegende Erfindung verbessert das in der Uo-PS 3 748 120 beschriebene Direktreduktionsverfahren, wobei der Prozeßbrennstoff im Reduktionsofen durch Reaktion des im Prozeßbrennstoff vorhandenen Schwefels mit dem heißen direktreduzierten Eisen entschwefelt wird, bevor er in den Reformer gelangt. Der im Prozeßbrennstoff enthaltene Schwefel wird während des Reduktionsprozesses auf daa Eisen übertragen, wobei Schwefelgehalte in einer Höhe von 400 ppmv im Prozeßbrennstoff zulässig sind, ohne dem direktreduzierten Eisenprodukt eine unerwünschte kenge an Schwefel zuzuführen. Diese in-situ-Entschwefelung des Prozeßbrennstoffea erlaubt bei der Direktreduktion von Eisenoxid die Verwendung von Prozeßbrennstoffen, die extern sehr schwer zu entschwefeln sind, wie Koksofengas oder Erdgas, das organische Schwefelverb indungen enthält.
In der Patentanmeldung AP C 21 B/224 694 ist vorge-
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schlagen worden, das Prozeßgas in einem Prozeßgaserhitzer vorzuheizen und das Abgas des Direktreduktionsofens in einem Reformer'in Reduktionsgas umzuwandeln. Gemäß vorliegender Erfindung wird das Abgas des Direktreduktionsofens dadurch ent schwefelt, daß es durch die liühlzone des Direktreduict ionsof ens als Kuhlgas hindurchgeleitet wird. Das Vorheizen des Prozeßgases erfolgt durch direkten Wärmeaustausch mit dem Reformerabgas. Hierdurch wird eine bessere Ausnutzung des Brennstoffes in dem Prozeß erhalten.
Ausfuhrungsbeispiel
Die iiiriindung wird nachstehend durch einige Beispiele näher erläutert. In der beiliegenden Zeichnung zeigen:
Fig. 1: in einer schematischen Ansicht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung;
Pig. 2: in einer schematischen Ansicht eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
In der Zeichnung ist ein feuerfest ausgekleideter schachtförmiger Reduktionsofen, der nach dem Gegenstromprinzip arbeitet, mit 10 bezeichnet. Eisenoxid-Beschickungsmaterial 12 in Form von Oxidpellets, natürlichem Stückerz oder einem Gemisch aus Pellets und Sttickerz mit einer nomi-. nellen Teilchengröße von 5 bis 30 mm wird einem Eingabetrichter 14 zugeführt und gelangt durch ein Beschickungsrohr 16 in den Ofen, um hier eine Beschickung 17 zu bilden. Das teilchenförniige direktreduzierte Eisenprodukt wird aus dem unteren Bereich des Ofens durch ein Austragrohr 18 mittels eines Austragförderers 20 ausge-
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tragen. Durch die Auatragsgeschwindigkeit wird die Absinkgeschwindigkeit der Beschickung 17 im Ofen 10 gesteuert.
Im mittleren Bereich des Ofens 10 ist ein Gaseinlaßrohr 22 fur heißes Reduktionsgas vorgesehen, das zu einer Vielzahl von Gaseinlaßöffnungen 24 führt, die in der feuerfesten Wand des Ofens 10 angeordnet sind. Außerdem ist ein Gaseinlaßrohr 26 für heißes vorreduzierendes Gas vorgesehen, das zu einer Vielzahl von Gaseinlaßbffnungen 28 fuhrt, die in der Ofenwandung oberhalb der Einlaßöffnungen 24 vorhanden sind. Heißes vorreduzierendes Gas, das aus einem Gemisch aus heißem reformiertem Reduktionsgas und heißem Prozeßbrenngas besteht, wird durch die Einlaßöffnung 28 eingeleitet, strömt nach innen und dann im Gegenstrom zur herabsinkenden Beschickung nach oben. Das von den Einlaßöffnungen 24 kommende heiße Reduktionsgas füllt zunächst beim Aufwärtsströmen den gesamten Querschnitt der Beschickung 17 und wird dann etwa in der Höhe der Einlaßöffnungen 28 zufolge des durch diese Öffnungen eingeführten Stroms an heißem Reduktionsgas in den zentralen Bereich der Beschickung 17 zusammengedrängt. Im oberen Bereich des Ofens 10 verschmelzen sich die beiden Gasströme und füllen den gesamten Querschnitt der Beschickung 17 aus. Sie treten aus der Beschickung 17 an der Beschickungslinie 30 aus und verlassen den Ofen 10 über das Abgae-Auslaßrohr 32· Das den Ofen 10 durch dieses Auslaßrohr 32 verlassende Abgas ist ein Gemisch aus verbrauchtem Reduktionsgas und Prozeßbrennstoffgas.
Im unteren Bereich des Ofens 10 ist ein Kühlgaskreislauf zum Kühlen des Eisenschwamm^ vor dem Austrag vorgesehen.
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Das den Ofen 10 durch-das Auslaßrohr 32 verlassende Abgas wird in einer Kuhl-Wascheinrichtung 34 gekühlt und vom Staub befreit und dann in eine Leitung 36 geleitet. Das Gas wird in zwei Gasströme aufgeteilt. Der erste Gasstrom des gekühlten Abgases strömt über eine Leitung 38 in den Kühlgaskreislaufβ Dieser Kühlgaskreislauf enthält in der Leitung 38 einen Kompressor 40, ein Kühlgaseinlaßrohr 42, das zu einer Kühlgasverteilereinrichtung 44 innerhalb des Ofens 10 führt, eine Kühlgassammeleinrichtung 46, die oberhalb der Verteilereinrichtung innerhalb des Ofens 10 angeordnet ist, ein Kühlgasauslaßrohr 48 und eine äußere Kühl- und Wascheinrichtung 50 für das Kühlgas. Das gekühlte und gereinigte Gas verläßt die Kühl- und Wascheinrichtung 50 durch eine Leitung 51 und gelangt dann zu einer Vielzahl von Reformerrohren 52 aus einer hitzebeständigen Legierung, von denen eines in der Zeichnung dargestellt ist. Jedes der Reformerrohre 52 ist im Rohreintrittsbereich mit feuerfesten Stücken gefüllt, der restliche Hauptteil ist mit einem Wickel- oder Kobaltkatalysator zum Umformen des Gases, der im allgemeinen mit 54 bezeichnet ist, gefüllt. Die Reformerrohre 52 sind in einen mit feuerfestem Material ausgekleideten Reformerofen 56 eingeschlossen, der eine Vielzahl von Brennern 58 aufweist, von denen nur einer dargestellt ist, sowie eine Abgasleitung 60 zum Abführen der verbrauchten Verbrennungsgase des Brenners 58 aus dem Reformerofen 56, Ein Teil des gekühlten Abgases der Leitung 36 wird zusammen mit Brennstoff aus einer äußeren Brennstoffquelle 62 durch die Leitung 64 zu dem jeweiligen Brenner 58 geleitet. Das Abgas der Leitung 60 wird durch zwei in Reihe angeordnete Wärmetauscher 66 und 68 geleitet. Eine Leitung 70, die
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durch den Wärmetauscher 66 hindurengeführt ist, verbindet eine Verbrennungsluftquelle 72 mit dem Brenner 58. Prozeßbrenngas aus einer Quelle 75 strömt durch den Wärmetauscher 68· Das erhitzte Prozeßbrenngas wird dem Direktreduktionsofen 10 Über Leitungen 82 und 84 sowie das Einlaßrohr 26 für daa vorreduzierende Gas zugeführt.
Der erste, üblicherweise größere Anteil an die Reformerrohre 52 verlassendem heißem Gas wird über Leitungen 87 und 90 dem Einlaßrohr 22 für heißes Reduktionsgas als heißes reformiertes Reduktionsgas zugeleitet. Ein zweiter, üblicherweise kleinerer Anteil an die Reformerrohre 52 verlassendem Heißgas durchströmt die Leitung 92 und das Ventil 94 und wird dann mit erhitztem Prozeßbrennstoffgas der Leitung 84 gemischt. Das Gemisch wird dem Ofen 10 über das Einlaßrohr 26 als heißes vorreduzierendes Gas zugeführt.
Die Temperatur des Prozeßbrennstoffgases muß wenigstens 600 0C betragen. Das Prozeßbrennstoffgas muß auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt werden, so daß das Gemisch aus Prozeßbrennstoffgas und heißem reformiertem Reduktionsgas eine ausreichend hohe Temperatur hat, um die Direktreduktion des Eisenoxids auszuführen.
In seinem weitesten Konzept umfaßt die Erfindung das vollständige Mischen des Schwefel enthaltenden Prozeßbrennst off gases, wie eines Kolcsofengases, Erdgases oder Hochofengases mit dem heißen reformierten Reduktionsgas, um ein Reduktionsgemisch zu bilden· Dieses Gemisch wird dann durch ein einziges Ringleitungs- und Düsensystem in die Reduktionszone des Ofens eingeleitet· Der Prozeß
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Kann mit der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung ausgeführt werden, indem das Ventil 100 in der Leitung 84 geschlossen wird.
Zum Entschwefeln von Brennstoffgasen, wie Erdgas, Hochofengas oder iCoksofengas, sind zahlreiche kommerzielle Verfahren bekannt geworden, bei denen HgS (Hydrogensulfid) aus solchen Gasen in einem einzigen Entschwefelungaschritt entfernt wird. Die Entfernung von 0OS (Karbonilsulfid) und organischen Schwefelverbindungen wie Thiophen (C.H.S) machen jedoch komplizierte und teuere mehrstufige Entschwefelungsprozesse erforderlich, um die Schwefelverbindungen zu hydrieren und in H^S umzuwandeln, bevor diese Formen von Schwefel entfernt werden können.
iSs wurde kürzlich festgestellt, daß 0OS und organische Schwefelverbindungen aus den Gasen durch Reaktion mit heißen direktreduzierten Eisenpellets in Anwesenheit von Wasserstoff entfernt werden können. Das direktreduzierte Eisen ist bei niedrigen Temperaturen nicht wirksam zur Entfernung dieser Schwefelverbindungen, ist jedoch bei Temperaturen um 700 0C und darüber wirksam. Der exakte Mechanismus dieser Schwefelentfernung ist bisher nicht bekannt, ea ist jedoch anzunehmen, daß das heiße direktreduzierte Eisen zu einem wirksamen Katalysator zur Umwandlung dieser Schwefelverbindungen in Anwesenheit von Wasserstoff zu HpS wird, das dann chemisch mit dem Eisen reagiert. Jedenfalls wird der Schwefel aus dem Gas in das durch Direktreduktion gewonnene Eisen (Eisenschwamm) übertragen.
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Deshalb muß das in das Einlaßrohr 26 eingeleitete Gasgemisch für die Schwefelentfernung eine Temperatur oberhalb etwa 700 0G haben. Höhere Temperaturen werden jedoch gewöhnlich bevorzugt, da wenigstens etwa 800 0C zur Direktreduktion des Eisenoxids benötigt werden. Einige Pellets backen bei 800 0C zusammen. Diese müssen bei niedrigeren Temperaturen reduziert werden. Die praktisch untere Grenze für die Temperatur des in das ÜJinlaßrohr 22 eingeleiteten Gases liegt somit bei 750 0C.
Im. folgenden wird ein Ausführungsbeispiel dieser Erfindung erläutert, bei dem ein schwefelhaltiges Koksofen», gas als Prozeßbrennstoffgas verwendet wird. Der für das Koksofengas ausgewählte Schwefelgehalt beträgt bei diesem Beispiel 200 ppmv· Dieser Schwefelgehalt wird im allgemeinen erhalten durch einen einfachen einzigen Schritt eines Entschwefelungsprozesses. Gas mit einem so hohen Schwefelgehalt ist als Brennstoff für einen .brenner gut geeignet, obwohl es nicht als Proseßbrennstoff zum Reformieren geeignet ist.
Bei dem Beispiel gemäß dieser Erfindung wird heißes Reduict ionsgas aus den Reformerrohren 52 durch das Einlaßrohr 22 in den Reduktionsofen 10 mit einer Temperatur von etwa 900 0C eingeleitet. Heißes vorreduzierendes Gas, welches ein Gemisch aus dem 900 0C heißen Gas der Reformerrohre 52 und einem 750 0C heißen Koksofengas aus dem Wärmetauscher 68 ist, wird mit einer Temperatur von etwa 800 0C durch das Einlaßrohr 26 in den Reduktionsofen 10 eingeleitet«, Der Reduktionsofen 10 ist so bemessen, daß die Aufenthaltszeit einer Ofenbeschickung etwa 4 Stunden von der Beschickungslinie 30 bis zu den Einlaßöff-
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nungen 28 und 6 Stunden von der Beschickungalinie 30 bis zu den Einlaßöffnungen 24 beträgt. Hierdurch v/ird gewährleistet, daß ein hoher Grad an Direktreduktion des iiisenoxids zu metallischem Eisen in der Vorreduktionszone oberhalb der Einlaßöffnungen 28 erhalten wird sowie ein endgültiger Grad an Direktreduktion in der Reduktionszone zwischen den Einlaßöffnungen 24 und 28·
In der Vorreduktionszone strömen die Reduktionsmittel CO und Ho des heißen vorreduzierenden Gases und des heißen Redulct ionsgases von der Endreduktionszone nach oben und reduzieren das Eisenoxid-Beschictcungsmaterial bis zu einem Letallisierungsgrad von etwa 94 %· Auf der Grundlage von labormäßigen Prüfungen und großtechnischen Untersuchungen wurde festgestellt, daß das im Vorreduktionsgas enthaltene Uethan aus dem Koksofengas während des Durchströmens der Vorreduktionszone bei 800 0C nur in einem unbedeutenden Maß gespaltet wird, da in dem Gas bereits Wasserstoff vorhanden ist. Somit enthält das verbrauchte Reduktionsgas bzw. Abgas, das an der Beschickungslinie 30 aus der Beschickung und dann aus dem Abgasrohr 32 des Ofens 10 austritt, Reduktionsmittel CO und H2, die noch nicht reagiert haben, Oxydationsmittel COp und Wasserdampf, die im Redulct ions pro ζ eß gebildet worden sind, sowie Methan« In der Abgas-Kühl-Wascheinrichtung 34 wird der wesentliche Anteil an Wasserdampf aus dem Abgas auskondensiert· Der Hauptanteil des entwässerten und gereinigten Abgases aus der Kühl-Wascheinrichtung 34 wird über die Leitung 38 zu einem Kompressor 40 und von hier über die Kühlgaaverteiiereinrichtung 44 in die iiühlzone geleitet. Das Kühlgas strömt im Gegenstromwärmeaustausch zu der absinkenden Beschickung des metallischen Eisens nach oben und kühlt
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das iüiaen im wesentlichen auf Raumtemperatur, bevor e3 oben an der Kühlzone durch das Kühlgasauslaßrohr 48 austritt. Die absinlcende Beschickuag des metallischen jiiaena reagiert mit HgS1 das im Kühlgas entweder als Rest-Hgü aus dem Prozeßbrennstoffgas oder als HpS enthalten ist, welches während der ersten Reduktionssehritte des schwefelhaltigen Eisenoxids freigesetzt worden ist, so daß das Gas wirksam ent schwefelt wird. Das entschwefelte Gas wird in der Kühl- und Wascheinrichtung 50 gekühlt und gewaschen und stellt nun ein Gasgemisch dar, das zur Reformierung in den Reformerrohren 52 geeignet ist, um heißea friaches Reduktionsgas zu erzeugen. In den Reformerrohren 52 dienen das 0O2 und der Rest-Wasserdampf im gekühlten und gereinigten Abgas als Oxydationsmittel für die Reformierung von Methan, wie dies in der Uö-Pü 3 748 120 beschrieben ist.
Die folgenden Tabellen zeigen die Ergebnisse einer umfangreichen Prozeßanalyse des Verfahrens in ihrer Beziehuag auf die Zeichnung. Die Daten dienen zur Erläuterung, nicht jedoch zur Begrenzung der Erfindung. Alle in der Tabelle angegebenen Werte sind auf eine metrische Tonne des durch Direktreduktion erzeugten Eisenproduktes bezogen, das einen Metallisationsgrad von 92 % und einen Kohlenstoffgehalt von 1,5 % aufweist. Dies sind weithin gültige großtechnische Standardgrößen für Eisen, das in Direktreduktionsanlagen auf der Basis von Erdgas gewonnen wird·
Tabelle I gibt die für den Prozeß erforderliche Brennstoffzufuhr an. Koksofengaa hat einen höheren Heizwert von 4618 k0al/Um3·
37
-U- 13.7.1932 ;
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Tabelle I
Brennstoffzufuhr
Prozeßgas 2,82 Goal
Reformerbrenner 0,05 "
Gesamtbrennstoffbedarf 2,87 Gcal (HHV)
Tabelle II gibt die Gasdurchsätze in dem Prozeß in iJormalicubikmetern pro Stunde an den in der Zeichnung angegebenen Stellen an.
Tabelle II
Gas Ort Durchsatz
Vom Reformer
Su den unteren Einlassen
Reformiertes Gas zu den oberen Jüinläsaen
Erhitztes Prozeßgas
Gasgemisch zu den oberen Einlassen Abgas
RücKführgas
Gaszufuhr zum Reformer Rücicfiihrgas zum Reformerbrenner
Tabelle III gibt die Gasanalysen in Prozenten an den angegebenen Stellen an.
87 1320
90 922
92 398
82 609
84 1007
32 1901
36 1525
51 1085
64 440
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Tabelle III
Reformiertes Gas Prözeßbrennstoffgas zu den oberen Einlassen
Gereinigtes Rücicführgas
Stelle 87 O G 0 1 GO2 -2 (fortgesetzt) Ά fs 5
82 1 32 99 1 2,5 51, CH 9 6,2 3
84 O 6 ,8 1,8 54, 1, 7 5,4 2
32 8 17 ,1 2,1 53, 28, 1 5,7 3
36 4 13 ,4 2,4 34, 18, 5 6,0 7
III 5 16 ,7 5,5 42, 10, 1 7,5
Tabelle 13, Schwefel (ppm)
h
5,
3,
3,
23,
4,
200
121
Reformiertes Gas Prözeßbrennstoffgas Zu den oberen Einlassen
Gereinigtes Rücicführgas
Durch den Schwefeliibergang aus dem Prözeßbrennstoffgas werden dem metallisierten Eisenprodukt etwa 0,018 % Schwefel zugefügt. Dieser Anteil liegt unterhalb der zulässigen Grenze von 0,03 Vo für die Verwendung von Eisenschwamm in elektrischen Lichtbogenofen zur Stahlherstellung.
Bei dem beschriebenen Beispiel werden nahezu 98,3 % des verbrauchten Brennstoffgases für die Durchführung des Direktreduktionsprozesses benötigte Die restlichen 1,7 % werden zum Aufheizen benutzt. Es können zusätzliche Wärmetauscher hinzugefügt werden, um mehr Restwärme aus dem Reformerabgas wiederzugewinnen, mit der das dem Reformer
2 3 7 0 1 Λ 7 _16_ 13.7<19β2
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zugeführte Prozeßbrennstoffgas vorerhitat wird. Hierdurch wird die zum Aufheizen benötigte Brennstoffmenge weiter bis zu einem Ausmaß herabgesetzt, daß gasförmiger.Brennstoff eines Heizv/ertes von 2200 kCal/Nnr für anderweitigen Gebrauch abgegeben werden kann. Wenn bei vorliegender Erfinduug z. B. Erdgas anstelle von Koksofengas als Prozeßbrennstoffgas benutzt wird, wird die erforderliche Volumenmenge an Brdgas etwa einhalb der vom Koksofengas, da Erdgas nahezu den zweifachen kalorischen Wert aufweist. Das Erdgas kann nahezu 400 ppmv an Schwefel enthalten, ohne daß dem Msenprodukt eine zu große Menge an Schwefel hinzugefügt wird.
Prozeßbrennstoffgase, wie Koksofengas und Erdöldämpfe, enthalten ungesättigte Kohlenwasserstoffe, die beim katalytischen Umformen Probleme wegen Kohlenstoffablagerung ergeben können. Das Verfahren, das mit der beschriebenen Anlage durchführbar ist, dient neben der Entschwefelung des Prozeßbrennstoffgases auch dazu, solche ungesättigten Kohlenwasserstoffe in Methan oder andere gesättigte Kohlenwasserstoffe im Reduktionsofen vor dem Reformieren umzuwandeln und damit die Probleme der Kohlenstoffablagerung während des Reformierens zu vermeiden.
Gemäß der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform sind die Wärmetauscher 66 und 68 parallel zueinander angeordnet statt in Reihe, Die Abgasleitung 60 führt in die beiden Leitungen 60A und 60B für das Abgas der Verbrennung, und diese sind mit den Wärmetauschern 66 bzw. 68 verbunden.
? 37 η 1 4 7 ~17~ 13.7.1982
£ %3 / U ι ** / AP C 21 Β/237 014/7
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AIa eine weitere Alternative können die Wärmetauscher gemäß Pig· 1 umgeicehrt werden, ao daß zunächat die Verbrennungsluft und dann das Prozeßbrenngas erhitzt werden, die Anordnung gemäß Pig« 1 erscheint jedoch vorteilhafter.

Claims (2)

  1. Erfindungsanspruch
    1. Anlage zur Direktreduktion von Eisenoxiden zu einem metallischen Eisenprodukt mit
    a) einem im allgemeinen senkrechten Schachtofen;
    b) einer Einrichtung zum Chargieren von teilchenförmigen! Eisenoxidmaterial in den oberen Bereich des Ofens zur Bildung einer Beschickung und einer Einrichtung zum Entfernen des metallisierten Eisenproduktes aus dem unteren Bereich des Ofens, wodurch ein kontinuierlicher, durch Schwerkraft bewirkter Materialfluß der Beschickung durch den Ofen erzeugt werden kann;
    c) einem ersten Reduktionsgaseinlaß zwischen dem oberen und dem unteren Ende des Ofens;
    d) einem zweiten Reduktionsgaseinlaß zwischen dem ersten Reduktionsgaseinlaß und dem oberen Ende des Ofens;
    e) einem Abgasauslaß am oberen Ende des Ofens;
    f) einer mit dem Abgasauslaß verbundenen Einrichtung zum Kühlen und Reinigen des Abgases;
    g) einem Reformerofen mit einem Katalysator, der Rohre enthält zur Bildung von gasförmigen Reduktionsmitteln, deren Auslaß mit dem ersten und zweiten Reduktionsgaseinlaß des Scnachtofens in Verbindung steht;
    h) wenigstens einem Brenner innerhalb des Reformerofens zum Heizen der den Katalysator enthaltenden Rohre sowie einer Abgasleitung zum Abführen der verbrauchten Verbrennungsgase aus dem Reformerofen;
    -19- 13.7.1982
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    i) einer Prozeßbrenngasquelle; und
    j) einer Prozeßbrenngasleitung, die die Prozeßbrenngasquelle mit dem zweiten Reduktionsgaseinlaß verbindet, gekennzeichnet dadurch, daß die Abgasleitung (60) des Reformerofens (56) mit einem Wärmetauscher (68) in Verbindung steht, der mit der Prozeßbrenngasleitung (82) verbunden ist, so daß das durch diese Leitung strömende Prozeßbrenngas im Wärmetauscher vorerhitzt wird,
    2β Anlage nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Abgasleitung (60) des Reformerofena (56) mit einem zweiten Wärmetauscher (66) in Verbindung steht, der wiederum mit einer Verbrennungsluft quelle (72) für den Brenner (58) des Reformerofens (56) verbunden ist, so daß die Verbrennungsluft vorerhitzt und die Temperatur der Abgase aus dem Reformerofen vermindert wird,
    3· Anlage nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen dem ersten Reduktionsgaseinlaß (22) und dem Boden des Schachtofens (10) eine Einrichtung (44; 46) zum Kühlen des metallischen Eisenproduktes vorgesehen ist.
    4· Anlage nach einem der Punkte 1 bis 3» gekennzeichnet dadurch, daß die Einrichtung (34) zum Kühlen und Reinigen des Abgases aus dem Schachtofen durch eine Leitung (36; 38) mit der Kühleinrichtung (44) in Verbindung steht, um Kühlgas in die Kühlzone des Schachtofens einzuleiten.
    2 3 7 O 1 ^ 7 -2°- 13.7.1982
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    5β Anlage nach. Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Gasaualaß (46; 48) der Kühlzone mit einer zweiten
    Einrichtung (50) zum Kühlen und Reinigen des verbrauchten Kühlgases verbunden ist und diese Einrichtung wiederum über eine zweite Leitung (51) mit dem Einlaß der den Katalysator enthaltenden Rohre (52) des Reformerofens (56) in Verbindung steht.
  2. 6. Anlage nach einem der Punkte 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß eine Leitung (36) vorgesehen ist, die die Einrichtung (34) zum Kühlen und Reinigen des Abgases aus dem Schachtofen (10) mit dem Brenner (58) des
    Reformerofens (56) verbindet, um diesem reines Abgas des Schachtofens als Brennstoff für den Reformerofen zuzuführen.
    BtenwJL-Seüen Zeichnungen
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