DE1201377B

DE1201377B - Verfahren und Anlage zur Herstellung von Eisen-schwamm aus Eisenerz in einem Reduktions-schacht mittels Reduktionsgas

Info

Publication number: DE1201377B
Application number: DEH44211A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Ludwig Von Bogdandy
Original assignee: Huettenwerk Oberhausen AG
Current assignee: Huettenwerk Oberhausen AG
Priority date: 1961-11-23
Filing date: 1961-11-23
Publication date: 1965-09-23
Also published as: AT256153B; LU42133A1; US3189438A; GB1004006A

Description

Verfahren und Anlage zur Herstellung von Eisenschwamm aus Eisenerz in einem Reduktionsschacht mittels Reduktionsgas Zur Herstellung von Eisenschwamm aus z. B. stückigen Erzen oder Agglomeraten ist es bekannt, das Eisenerz in einem Reduktionsschacht, dem das Eisenerz von oben aufgegeben und in den von unten ein durch Spaltung von Kohlenwasserstoffen mit Dampf oder Sauerstoff in Spaltöfen gewonnenes Reduktionsgas eingeführt wird, zu reduzieren. Das reduzierte Erz wird unten aus dem Reduktionsschacht abgezogen, während Gichtgas den Reduktionsschacht am Kopf verläßt. Bei derartigen Verfahren werden an die Zusammensetzung des Reduktionsgases besonders hohe Anforderungen gestellt. Es soll insbesondere frei von Sauerstoff, aber auch frei von Wasserdampf und Kohlendioxyd sein, weil anders die Reduktion nicht befriedigend verläuft und/oder der Eisenschwamm hohen Qualitätsansprüchen nicht genügt. Die Spaltung von Kohlenwasserstoffen in regenerativ beheizten Spaltöfen mit Sauerstoff oder Dampf führt häufig nicht zu befriedigenden Ergebnissen. Störende überschüsse an Sauerstoff, Wasserdampf oder auch Kohlendioxyd lassen sich nicht vermeiden, während darüber hinaus in den Spaltöfen selbst Rußbildung beobachtet wird. Das gilt insbesondere für die thermische Spaltung der Kohlenwasserstoffe, aber auch dann, wenn katalytisch gearbeitet wird. Hinzu kommt bei katalytischer Arbeitsweise die Gefahr der Kontaktvergiftung. Endlich ist für die Spaltung, die eine endotherme Reaktion darstellt, ein verhältnismäßig großer Energieaufwand erforderlich.
Andererseits wird bei der Herstellung von Eisenschwamm im Rahmen der bekannten Maßnahmen Gichtgas frei, ein Gas minderer Qualität, das häufig nicht verwertet werden kann, sondern abgefackelt werden muß.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren anzugeben, mit dem bei einwandfreier Reduktion Eisenschwamm, der hohen Qualitätsanforderungen genügt, auf einfache Weise und wirtschaftlich hergestellt werden kann.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Eisenschwamm aus Eisenerz in einem Reduktionsschacht, dem das Eisenerz von oben aufgegeben und in den von unten ein durch Spaltung von Kohlenwasserstoffen mit Dampf oder Sauerstoff in Spaltöfen gewonnenes Reduktionsgas eingeführt wird. Die Erfindung wird darin gesehen, daß die Spaltung der Kohlenwasserstoffe mit Dampf oder Sauerstoff in den Spaltöfen in Anwesenheit von Gichtgas, das aus dem Reduktionsschacht abgezogen wird, erfolgt. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dabei dadurch gekennzeichnet, daß bei Spaltung der K Ilenwasserstoffe mit Sauerstoff (aus Luft oder angereicherter Luft oder reinem Sauerstoff) ein Gichtgasanteil von 60 bis 75 % der anfallenden Gichtgasmenge als Rückführgas in den bzw. in die Spaltöfen zurückgeleitet wird. Bei der Spaltung der Kohlenwasserstoffe mit Dampf empfiehlt es sich demgegenüber, einen Gichtgasanteil von 20 bis 40% der anfallenden Gichtgasmenge als Rückführgas in den oder in die Spaltöfen zurückzuführen.
Es besteht die Möglichkeit, einen höchstens 30 % der Rückführgasmenge ausmachenden Teilstrom vor dem oder vor den Spaltöfen abzuzweigen und als Kühlgas möglichst weit unten in den Reduktionsschacht einzuführen.
Der jeweils verbleibende Gichtgasanteil wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens nach bevorzugter Ausführungsform zur regenerativen Beheizung des Spaltofens bzw. der Spaltöfen eingesetzt (Heizgas), was überraschenderweise mit diesen Restmengen einwandfrei möglich ist.
Die Spaltung der Kohlenwasserstoffe erfolgt im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Berücksichtigung der erfindungsgemäßen Anwesenheit von Gichtgas. Es empfiehlt sich, die Spaltung der Kohlenwasserstoffe bei Temperaturen von etwa 1000° C in zwei Stufen durchzuführen, deren erste als Misch- und Vorverbrennungsstufe der Reaktionspartner ausgeführt ist, in die auch das Gichtgas als Rückführgas eingeleitet wird. Jedenfalls, d. h. gleichgültig von der Art und Weise der Spaltung, empfiehlt die Erfindung, daß die Reaktionspartner so gemischt werden, daß das Verhältnis der eingebrachten Mengen an Sauerstoff und Methan etwa 1:1 beträgt, wobei als Sauerstoffträger der zugesetzte Sauerstoff, Wasserdampf sowie die im Rückführgas enthaltene Mengen an Kohlendioxyd und Wasserdampf dienen können. Mit anderen Worten heißt dies, daß die Mischungseinstellung stöchiometrisch hinsichtlich der auftretenden Spaltreaktionen ist, so daß das Reduktionsgas praktisch frei von Sauerstoff ist und die gewünschte Zusammensetzung aufweist. Das gilt selbstverständlich auch dann, wenn mit höheren Kohlenwasserstoffen gearbeitet wird.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens bei vollständiger Gasausnutzung und vollständiger Reduktion hochwertiger Eisenschwamm hergestellt wird. Das erfindungsgemäße, auf einfache Weise und wirtschaftlich aus Kohlenwasserstoffen gewonnene Reduktionsgas ist durch entsprechende Bemessung der Reaktionspartner unschwer vollständig frei von Sauerstoff, Wasserdampf oder Kohlendioxyd. Nichtsdestoweniger tritt bei der Spaltung keinerlei Rußbildung auf. Letzteres wird auf die Anwesenheit von Gichtgas bei dem Spaltprozeß zurückgeführt, denn im Gichtgas befinden sich bereits Spaltprodukte der Kohlenwasserstoffe in Form von Kohlenmonoxyd und Wasserstoff, die über bekannte thermodynamische Beziehungen die Zerfallsreaktion derart bremsen, daß Rußbildung nicht beobachtet wird. Darüber hinaus zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren durch seine vorteilhafte Wärmewirtschaft aus. Einerseits bleibt die im Gichtgas enthaltene fühlbare Wärme praktisch im Gesamtprozeß enthalten, sei es, indem diese Wärme mit dem Rückführgas in die Spaltreaktion wieder eingeführt wird, sei es, indem die fühlbare und auch die chemisch gebundene Wärme bei der Beheizung der Spaltöfen eingesetzt wird. Von besonderem Vorteil ist die Tatsache, daß die Anteile von Heizgas und Rückführgas sich stets so aufeinander abstimmen lassen, daß eine ausreichende Beheizung der Spaltöfen einerseits und andererseits eine zur Vermeidung von Rußbildung und damit zur Erzeugung eines hochwertigen Spaltgases ausreichende Menge von Rückführgas zur Verfügung steht.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert; es zeigt F i g.1 in schematischer Darstellung eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, F i g. 2 in einem Vertikalschnitt einen Spaltofen aus dem Gegenstand nach F i g.1.
Die in F i g.1 dargestellte Anlage besteht in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus dem Reduktionsschacht 1, in dessen Gichtgas über eine an sich bekannte Aufgabevorrichtung 2 das Eisenerz, zumeist stückiges Eisenerz oder Agglomerate, eingebracht wird. Außerdem sind zwei im Wechseltakt arbeitende Sahöfen 3, 4 vorhanden.
Das Gichtgas verläßt den Reduktionsschacht über die Leitung 5, die sich in die Zweige 6, 7 teilt. Diese beiden Zweige münden in die erwähnten Spaltöfen 3, 4, erfüllen hier jedoch im Wechseltakt unterschiedliche Funktionen. Im Beispiel wird der aufzuheizende Spaltofen 4 durch Verbrennung des mittels Leitung 7 zugeführten Gichtgases mit Heißwind, der rekuperativ von dem Abgas dieses Spaltofens vorgewärmt werden kann (Rekuperator 8), geheizt. Der Spaltofen 3, in dem die Spaltung der Kohlenwasserstoffe gerade stattfindet, erhält über die Leitung 6 Gichtgas als Reaktionspartner. Im übrigen ist, von den erwähnten Leitungen 6, 7 stets eine Leitung 9 abgezweigt, mit der aus dem rückgeführten Teilstrom ein weiterer Teilstrom in den Reduktionsschacht 1 als Kühlgas eingeführt werden kann. Kompressoren 11 sind zwischengeschaltet.
Über die Leitung 10 wird unter Berücksichtigung der im Gichtgas enthaltenen 02 Träger Sauerstoff entweder in Form von Rein-02 oder von Wasserdampf in den Spaltofen 3 eingeführt; über die Leitung 12 werden die zu spaltenden Kohlenwasserstoffe eingebracht.
Die Spaltöfen 3 bzw. 4 bestehen, wie insbesondere die F i g. 2 erkennen läßt, grundsätzlich aus einer Umformungskammer 13, die zyklonbrennerartig ausgeführt ist und einem cowperartigen Element 14. In die Umformungskammer 13 münden die Leitungen 10, 12 und 6 bzw. 7 zur Zuführung von Heißwind, Gichtgas, Wasserdampf oder Sauerstoff sowie für die Zuführung der umzuformenden Kohlenwasserstoffe im allgemeinen tangential ein. Dabei empfiehlt sich die Maßnahme, die umzuformenden Kohlenwasserstoffe zunächst mit dem Gichtgas zu mischen und sie dann in diese zyklonbrennerartige Umformungskammer 13 einzuführen. Der nachgeschaltete Teil 14 besitzt eine Ausmauerung 15 aus feuerfesten Steinen, die regenerativ aufgeheizt wird, wobei die zyklonartige Umformungskammer 13 auch als Brenner zur Erzeugung des Heizgases dient. Im übrigen ist dieser Teil cowperartig gestaltet, d. h. aus feuerfester Keramik mit umgebendem Stahlmantel aufgebaut, so daß Einzelheiten nicht der Beschreibung bedürfen.
Zur Erläuterung der Arbeitsweise sei wieder an die F i g.1 und 2 angeschlossen.
Der in Arbeitsstellung befindliche Spaltofen 3 erzeugt aus Methan bzw. aus einem methanhaltigen Gas unter Zusatz von Sauerstoff und/oder Wasserdampf und dem sogenannten Rückführgas, auf das im folgenden näher eingegangen wird, Reduktionsgas von mindestens 1000° C Temperatur und einer Zusammensetzung von 50 bis 75 % H2, 15 bis 35 % CO und geringen Mengen Stickstoff. Die Gaserzeugung im Spaltofen 3 geschieht in der Weise, daß in der Umformungskammer 13 die genannten Komponenten gemischt und zum Teil vorverbrannt werden. Hierbei werden Methan bzw. das methanhaltige Gas, Sauerstoff und Rückführgas so gemischt, daß das Verhältnis der eingebrachten Mengen an O und CH4 1:1 beträgt, wobei als Sauerstoffträger der zugesetzte Sauerstoff, sauerstoffreiche Luft mit mindestens 50% 02, Wasserdampf sowie die im Rückführgas enthaltenen Mengen an CO, und H20 dienen. Anders ausgedrückt heißt dies: Die Mischungseinstellung ist stöchiometrisch hinsichtlich der Reaktionen: CH, + 1i2 O., = CO -L 2 H., CH4 + 11.,0 = CO -@ 3 H2 CH4 + C02 = 2 CO -@- 2 H., Enthält das eingesetzte methanhaltige Gas höhere Kohlenwasserstoffe, z. B. C.,H0, C"H8 usw., so ist die Gemischeinstellung stöchiometrisch hinsichtlich der folgenden Reaktionen zu wählen: C2H0 + 02 = 2 CO + 3H2 C2H0 + 2H20 = 2C0 + 5H2 C2H6 + 2 CO, = 4C0 + 3H2 usw.; also stets so, daß der angebotene Sauerstoff, sei er in freier oder gebundener Form, gerade ausreicht, um den im Kohlenwasserstoff enthaltenen C zu CO zu oxydieren.
Die überwachung der richtigen Gemischeinstellung geschieht in der Weise, daß das erzeugte Reduktionsgas kontinuierlich auf H20, C02 und CH4 analysiert wird. Sobald die Gehalte an 140 und/oder C02 über einen Wert von 1% ansteigen, wird der Spaltmittelzusatz (Sauerstoff oder Wasserdampf) verringert. Bei einem Ansteigen des CH4 Gehaltes über 2% wird der Anteil an 02 und H20 erhöht.
Aus der Umformungskammer 13 strömen die Mischungs- bzw. Verbrennungsprodukte in die cowperartige Reaktionskammer 14 des Spaltofens, wo sie auf den hocherhitzten Besatz treffen. Hier werden sie vollständig in das gewünschte Reduktionsgas mit der oben angeführten Zusammensetzung (50 bis 75 % H2, 15 bis 35 % CO, Rest im wesentlichen Stickstoff) umgewandelt, das nach der Umwandlung eine Temperatur von mindestens 1000° C aufweist.
Die Reduktion des Erzes findet in dem Schachtofen 1 statt. Das Reduktionsgas wird in den Schachtofen in einer Entfernung von mindestens 1 m oberhalb der unteren Begrenzung des Schachtofenaustrages eingeblasen.
Das Erz wird in den Schachtofen 1, ähnlich dem Hochofenbetrieb, von oben chargiert und bewegt sich im Gegenstrom zum Gas von oben nach unten durch den Ofen, wobei es erhitizt und reduziert wird. Auf seinem Weg durch das schachtförmige Reduktionsgefäß kühlt sich das Reduktionsgas ab, reichert sich mit C02 und H20 an und verläßt am oberen Ende als Gichtgas den Reduktionsschacht. Die gesamte Gichtgasmenge wird nunmehr in zwei Teilströme aufgespalten, die wie folgt verwertet werden.
Ein Teilstrom a dient als Verbrennungsgas zur Beheizung der oben beschriebenen Spaltöfen 3 bzw. 4, iri Ausführungsbeispiel 4. Wird die Spaltung mit Sauerstoff betrieben, liegt dieser Anteil a zwischen 25 und 40%; beim Betrieb der Gasumsetzer mit Wasserdampf liegt der entsprechende Anteil bei 60 bis 80%. Der gesamte wirksame Besatz des Spaltofens wird solcherart auf Temperaturen zwischen 1000 und 1300° C aufgeheizt. Die Abgastemperatur liegt infolgedessen sehr hoch; sie wird in dem Rekuperator 8 zur Vorwärmung der Verbrennungsluft ausgenutzt.
Der verbleibende Gichtgasanteil b wird als Rückführgas in den Spaltofen 3 geleitet. Im Gasumsetzer wird das rückgeführte Gas von seinem CO; und H20-Gehalt befreit und wieder in eine CO-H.-Gemisch von 1000° C aufgearbeitet.
Ein Teil des Stromes b - als b, bezeichnet -, der höchstens 30 % der Gesamtmenge beträgt, wird vor dem Spaltofen 3 abgezweigt und über die Leitung 9 als Kühlgas möglichst weit unten in die Austragzone des Schachtofens 1 eingeblasen. Durch diesen Gasstrom wird das reduzierte Erz im Schachtofen auf etwa 300° C abgekühlt. Das Reduktionsprodukt wird sodann im Schachtofen 1 in einer besonderen Einrichtung vollständig abgekühlt und ausgeschleust. In den Schachtofen werden also, wie vorbeschrieben, insgesamt zwei Gasströme eingeleitet: Reduktionsgas und Kühlgas, wobei die Menge des Reduktionsgases mindestens 70 % und die Menge des Kühlgases höchstens 30 % der Gesamtmenge des Gases beträgt.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von Eisenschwamm aus Eisenerz in einem Reduktionsschacht, dem das Eisenerz von oben aufgegeben und in den von unten ein durch Spaltung von Kohlenwasserstoff mit Dampf oder Sauerstoff in Spaltöfen gewonnenes Reduktionsgas eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltung der Kohlenwasserstoffe mit Dampf oder Sauerstoff in dem Spaltofen in Anwesenheit von Gichtgas aus dem Reduktionsschacht erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionspartner so gemischt werden, daß das Verhältnis der eingebrachten Mengen an Sauerstoff und Methan 1:1 beträgt, wobei als Sauerstoffträger der zugesetzte Sauerstoff, Wasserdampf sowie die im Rückführgas enthaltenen Mengen an Kohlendioxyd und Wasserdampf dienen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Spaltung der Kohlenwasserstoffe mit Sauerstoff ein Gichtgasanteil von 60 bis 75 % der anfallenden Gichtgasmenge in den oder in die Spaltöfen zurückgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Spaltung der Kohlenwasserstoffe mit Dampf ein Gichtgasanteil von 20 bis 40 % der anfallenden Gichtgasmenge in den oder in die Spaltöfen zurückgeführt wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweils verbleibende Gichtgasanteil zur Beheizung der zumeist regenerativ beheizten Spaltöfen eingesetzt wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein höchstens 30 0l0 der Rückführgasmenge ausmachender Teilstrom vor dem oder den Spaltöfen abgezweigt und als Kühlgas möglichst weit unten in den Reduktionsschacht eingeführt wird.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltung der Kohlenwasserstoffe bei Temperaturen von etwa 1000° C in zwei Stufen erfolgt und deren erste als Misch- und Vorverbrennungsstufe der Reaktionspartner ausgeführt ist, in die auch das Rückführgas eingeleitet wird. B.
Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Reduktionsschacht mit über die Gicht erfolgender Gutaufgabe und Reduktionsgaszuführung im unteren Teil sowie zwei im Wechseltakt betriebene Spaltöfen und eine verzweigte, an die Spaltöfen zum Zwecke der Beheizung oder Rückführung angeschlossene Lichtgasleitung.
9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß von den verzweigten Lichtgasleitungen vor deren Einmündung in den Spaltofen besondere Abzweige zum Fuß des Reduktionsschachtes geführt sind.