DE1508082A1

DE1508082A1 - Method and device for the extraction of liquid iron from iron ores with hydrocarbons

Info

Publication number: DE1508082A1
Application number: DE19661508082
Authority: DE
Inventors: Seelig Dr-Ing Henry Fernand; Schenck Dr-Ing Hermann; Wenzel Dr-Ing Werner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1966-02-11
Filing date: 1966-02-11
Publication date: 1970-04-09

Description

Hermann Schenck
u. Prof. Dr.-Ing. Werner Wenzel ₅₁ _ Aachen, den 31. 1. 1966Hermann Schenck
and Prof. Dr.-Ing. Werner Wenzel ₅₁ _ Aachen, January 31, 1966

PatentanmeldungPatent application

"Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von flüssigem Eisen aus Eisenerzen mit Kohlenwasserstoffen""Process and device for the production of liquid iron from iron ores with hydrocarbons"

Die Gewinnung des Eisens aus Eisenerzen unter Verwendung von Kohlenwasserstoffen wie Öl, Erdgas und sonstigen kohlenwasserstoffhaltigen Gasen, wobei die Kohlenwasserstoffe sowohl als Heizmittel wie auch als Reduktionsmittel Verwendung finden, hat verschiedene Lösungen gefunden. Bei einer Reihe von bekannten Prozessen, bei denen in den meisten Fällen aus den Kohlenwasserstoffen in einer ersten Verfahrensstufe ein aus Kohlenmonoxid und/oder Wasserstoff bestehendes Reduktionsgas hergestellt wird, das in einer zweiten Verfahrensstufe für die Reduktion der Eisenerze dient, ist das Endprodukt ein sogenannter Eisenschwamm, der in einem nachfolgenden Prozeß auf Stahl - gegebenenfalls auch Roheisen weiterverarbeitet werden muß. Diese Trennung des eigentlichen Stahlerzeugungs- bzw. Roheisenerzeugungsprozesses von dem Reduktionsprozeß der Eisenerze hat verschiedene Nachteile. Die wichtigsten sind: eine mangelnde Wärmeökonomie, die sich bei der Abkühlung· und Wiedererhitzung des Eisenschwammes, gegebenenfalls auch beim Transport des heißen Eisenschwammes ergibt, desweiteren die Gefahr der Wiederoxidation des Eisenschwammes und eine mechanische Komplizierung im Verlauf der Überführung des Eisenschwammes aus dem einen Prozeß in den anderen.The extraction of iron from iron ores using hydrocarbons such as oil, natural gas and other hydrocarbons Gases, with the hydrocarbons both as heating means as well as being used as a reducing agent has different uses Solutions found. In a number of known processes in which in most cases the hydrocarbons in a first process stage from carbon monoxide and / or hydrogen existing reducing gas is produced, which is used in a second process stage for the reduction of iron ores, the end product is a so-called sponge iron, which in a subsequent process on steel - possibly also pig iron must become. This separation of the actual steel production or pig iron production process from the reduction process the iron ore has several disadvantages. The most important are: a lack of heat economy, which is reflected in the cooling and reheating the sponge iron, if necessary also results in the transport of the hot sponge iron, furthermore the risk of reoxidation of the sponge iron and a mechanical complication in the course of the transfer of the sponge iron from one process to the other.

Verschiedentlich wurde bereits versucht, die beschriebenen Mangel der Gewinnung von flüssigem Eisen mit Hilfe von Kohlenwasserstoffen durch eine weitergehende Verfahrensentwicklung zu ver-Various attempts have already been made to remedy the deficiency described the extraction of liquid iron with the help of hydrocarbons to be achieved through further process development

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meiden. Ein vbrbekannter Vorschlag besteht z.B. darin, daß das Erz in einem Schacht mittels reduzierender Umwandlungsprodukte der Kohlenwasserstoffe reduziert und im heißen Zustand über einen dem Abschmelzen dienenden Herdteil, wie z.B. einen Schrägherd, direkt einem mit Kohlenwasserstoffen bzw. brennbaren Umwandlungsprodukten von Kohlenwasserstoffen beheizten Schmelzherd zugeführt wird. Reduktionsschacht, Schrägherd und Schmelzherd bilden hierbei eine verfahrenstechnische Einheit, bei der die oben genannten Nachteile des getrennten Reduktions- und Schmelz-Prozesses vermieden werden. Bei dem vorbekannten Verfahren wird im Schmelzherd die Verbrennung der Kohlenwasserstoffe so durchgeführt, daß die den Schmelzherd verlassenden Abgase ein Reduktionsgas für die Reduktion der Eisenerze bilden. Hierfür ist die Verwendung von Sauerstoff als Verbrennungsmittel ein wichtiges Hilfsmittel. Die reduzierenden Abgase des Schmelzherdes werden sodann über dem Schrägherd direkt durch den Reduktionsschacht abgeführt und reduzieren hierbei die Eisenerze. In der Praxis erweist sich die vorbekannte Maßnahme der gasseitigen Kupplung des Schmelzprozesses mit dem Reduktionsprozeß als sehr schwierig durchführbar. Besonders nachteilig ist die hohe Temperatur der Schmelzofenabgase, die zu einem Verkleben der reduzierten Erze im unteren Schachtteil führt. Ein besonders wirtschaftlich ins Gewicht fallender Nachteil besteht in der Notwendigkeit der Verwendung großer Mengen hochkonzentrierten Sauerstoffs.avoid. A well-known proposal is, for example, that the ore in a shaft by means of reducing conversion products the hydrocarbons are reduced and over in the hot state a hearth part serving for melting, such as an inclined hearth, directly with hydrocarbons or flammable conversion products Melting hearth heated by hydrocarbons is fed. Reduction shaft, inclined hearth and melting hearth form a procedural unit in which the Above mentioned disadvantages of the separate reduction and melting process can be avoided. In the previously known method The combustion of the hydrocarbons in the furnace is carried out in such a way that that the exhaust gases leaving the melting hearth form a reducing gas for the reduction of the iron ores. This is what the Use of oxygen as a combustion agent is an important aid. The reducing exhaust gases from the hearth will be then discharged directly through the reduction shaft above the inclined hearth, thereby reducing the iron ores. Proves in practice The previously known measure of coupling the melting process on the gas side with the reduction process is very difficult feasible. The high temperature of the is particularly disadvantageous Melting furnace exhaust, which leads to a clogging of the reduced ores leads in the lower part of the shaft. A particularly economical ins The weight-decreasing disadvantage is the need to use large amounts of highly concentrated oxygen.

Das erfindungsgemäße Verfahren gibt einen Weg an, wie die bisher aufgetretenen Schwierigkeiten eines Verfahrens der direkten Gewinnung von flüssigem Eisen aus den Erzen mit Hilfe von Kohlenwasserstoffen vermieden werden können.Das neue Verfahren vermeidet die Schwierigkeiten des vorbekannten Verfahrens, indem es eine für die Wärmeökonomie zunächst nachteilig erscheinende Maßnahme einführt, die sich aber für den Gesamtprozeß in entscheidend vorteilhafter Weise auswirkt. Diese Maßnahme besteht darin, daß bei. dem neuen Verfahren lediglich der Stofffluß des Erzes vom Re-The method according to the invention indicates a way, like that up to now encountered difficulties of a method of direct extraction of liquid iron from the ores with the help of hydrocarbons can be avoided. The new process avoids the difficulties of the previously known method, in that it is a measure that initially appears disadvantageous for the heat economy introduces, but has a decisive beneficial effect on the overall process. This measure consists in that at. with the new process only the material flow of the ore from the

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duktionsschacht zum Schmelzherd durchgängig aufrecht erhalten wird, während beide Anlageteile gasseitig voneinander abgetrennt und mit unabhängig voneinander einstellbaren Bedingungen betrie-' ben werden.Duction shaft to the melting hearth is continuously maintained, while both parts of the system are separated from each other on the gas side and operated with independently adjustable conditions be practiced.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung wird bei einer Kombination aus einem Reduktionsschacht, einem dem Abschmelzen dienenden· Herdtei 1 und einem Schmelzherd der Wärmeinhalt der Abgase des Schmelzherdes für die Erzeugung des im Redüktionsschacht verwendeten Reduktionsgases aus Kohlenwasserstoffen derart ausgenutzt, daß diese Schmelzherdabgase lediglich als Heizmittel und nicht als Reduktionsmittel Verwendung finden. Die mM Erzeugung des Reduktionsgases ist hierbei mit dem Herdofenprozeß lediglich über die Aufbringungen der benötigten fühlbaren Wärme gekoppelt. In one embodiment of the method according to the invention, in a combination of a reduction shaft, a hearth part 1 serving for melting and a melting hearth, the heat content of the exhaust gases from the melting hearth is used to generate the reducing gas used in the reduction shaft from hydrocarbons in such a way that these melting hearth exhaust gases are only used as Heating agent and not find use as a reducing agent. The mM generation of the reducing gas is coupled with the hearth furnace process only through the application of the required sensible heat.

Die Übertragung der Wärme der Schmelzherdabgase an die umzuwandelnden Kohlenwasserstoffe kann rekuperativ oder regenerativ erfolgen, d.h. es können Röhrenwärmeaustauscher oder periodisch betriebene Regeneratoren angewandt werden. Es kann auch eine direkte Beheizung des KohlenwasserstoffUmwandlungsprozesses durchgeführt werden, indem beispielsweise Regeneratoren von dem Abgas des Schmelzherdes aufgeheizt und nachfolgend von den Kohlenwasserstoffen bzw. einem Reaktionsgemisch mit Kohlenwasserstoffen durch- \ strömt und abgekühlt werden. Es kann auch eine indirekte Behei- ™ zung des KohlenwasserstoffUmwandlungsprozesses erfolgen, indem beispielsweise mittels des Schmelzherdabgases Verbrennungsluft für die Beheizung des KohlenwasserstoffUmwandlungsprozesses vorgewärmt wird. Bei der Ausnutzung des Wärmeinhaltes der Schmelzherdabgase kann es sich um chemisch gebundene Wärme und/oder fühlbare Wärme handeln.The transfer of heat from the hearth exhaust gases to the ones to be converted Hydrocarbons can be recuperative or regenerative, i.e. tubular heat exchangers or periodically operated Regenerators are used. The hydrocarbon conversion process can also be heated directly are heated by, for example, regenerators from the exhaust gas of the smelting hearth and subsequently from the hydrocarbons or a reaction mixture with hydrocarbons through \ flows and be cooled. It can also be an indirect remedy The hydrocarbon conversion process is carried out by for example combustion air by means of the furnace exhaust gas preheated to heat the hydrocarbon conversion process will. When using the heat content of the furnace exhaust gases, it can be chemically bound heat and / or sensible heat Act warmth.

Die Umwandlung der Kohlenwasserstoffe zu einem Reduktionsgas kann in an sich bekannter Weise mit oder ohne Katalysatoren durchge-The conversion of the hydrocarbons to a reducing gas can carried out in a manner known per se with or without catalysts

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führt werden, hierbei können die Kohlenwasserstoffe mit oxidierenden Bestandteilen wie CO-, H„0, 0_ oder Mischungen aus diesen zur Reaktion gebracht werden.This can lead to the hydrocarbons with oxidizing Ingredients such as CO, H, 0, or mixtures of these be made to react.

Die erfindungsgemäße Form des kombinierten Reduktions- und Schmelzprozesses hat unter anderem den Vorteil, daß Maßnahmen durchgeführt werden können, die die durch die Gasgleichgewichte bedingte verhältnismäßig geringe Ausnutzung des Reduktionsgases im Reduktionsschacht teilweise ausgleichen. Eine solche Maßnahme besteht nach der Erfindung darin, daß ein Teil des Abgases des Reduktionsschachtes nach an sich bekannten Verfahren zu Reduktionsgas rückverwandelt wird und dem Reduktionsschacht wieder zugeführt wird. Hierbei wird das Abgas mit Reduktionsmittel erhitzt, die den CO-- und/oder H„0-Gehalt zur Kohlenmonoxid und Wasserstoff reduzieren. Als solche Reduktionsmittel werden die für den Prozeß auszunutzenden Kohlenwasserstoffe herangezogen. Eine weitere gleichgerichtete Maßnahme besteht darin, daß aus dem Abgas des Reduktionsschachtes nach ebenfalls an sich bekannten Verfahren CO. und/oder H„0 abgetrennt werden. Dies kann beispielsweise durch Kühlung und Behandlung mit Lösungsmitteln für C0„ erfolgen.The inventive form of the combined reduction and melting process has the advantage, among other things, that measures can be carried out which are caused by the gas equilibria relatively low utilization of the reducing gas in the reduction shaft partially offset. According to the invention, such a measure consists in that part of the exhaust gas from the reduction shaft is reconverted to reducing gas by methods known per se and fed back to the reduction shaft will. The exhaust gas is heated with a reducing agent, the CO and / or H “0 content to carbon monoxide and hydrogen to reduce. The hydrocarbons to be used for the process are used as such reducing agents. Another rectified measure is that from the exhaust of the Reduction shaft according to processes also known per se CO. and / or H "0 are separated. This can be done, for example, by Cooling and treatment with solvents for C0 "take place.

Die Rückverwandlung der Reduktionsschachtabgase zu einem Reduktionsgas wird auf besonders wirksame Weise dadurch erzielt, daß diese Abgase den Kohlenwasserstoffen beigefügt werden, bzw. diesen als Trägergas dienen, so daß das Gemisch in der KohlenwasserstoffUmwandlungsanlage zu einem Reduktionsgas umgesetzt wird.The reconversion of the reduction shaft exhaust gases to a reducing gas is achieved in a particularly effective manner in that these exhaust gases are added to the hydrocarbons or these serve as carrier gas so that the mixture in the hydrocarbon conversion plant is converted to a reducing gas.

Für die Wärmeökonomie des Prozesses nach der Erfindung ist es besonders wichtig, daß das Wärmeangebot bzw. der Wärmeüberschuß des Schmelzherdes und der Wärmebedarf der Kohlenwasserstoffumsetzungsanlage möglichst genau aufeinander abgestimmt werden können. Nach einer speziellen Ausführungsform dieser Erfindung wird diese gute Abstimmung insbesondere dadurch ermöglicht, daß mittels derIt is special for the heat economy of the process according to the invention It is important that the heat supply or the heat excess of the melting hearth and the heat demand of the hydrocarbon conversion plant can be coordinated as precisely as possible. According to a special embodiment of this invention, this becomes good Vote is made possible in particular by means of the

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Schmelzherdabgase zunächst die Köhlenwasserstoffumsetzungsanlage beheizt wird und aus der fühlbaren und gegebenenfalls auch chemisch gebundenen Wärme dieser Abgase zunächst der große Betrag der chemischen Reaktionswärme für die Kohlenwasserstoffumsetzung aufgebracht wird. Danach wird das Abgas aus diesem Anlageteil zu einem Teil für die Gegenstromvorwärmung der umzuwandelnden Kohlenwasserstoffe und zum anderen Teil für die Gegenstromvorwärmung der Schmelzherdverbrennungsluft verwandt.Smelting hearth exhaust gases first the hydrocarbon conversion plant is heated and from the tactile and possibly also chemically bound heat of these exhaust gases initially the large amount of chemical Heat of reaction applied for the hydrocarbon conversion will. The exhaust gas from this part of the system is then used to preheat the hydrocarbons to be converted in countercurrent and on the other hand for the countercurrent preheating of the Smelting hearth combustion air related.

Bei der Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in Reduktionsgase gm sind dann besonders große Wärmemengen erforderlich, wenn der Kohlenstoff der Kohlenwasserstoffe mit CO„ und/oder H„O zur Reaktion gebracht wird. Derartige Gasumwandlungsverfahren benötigen große Wärmeübertragungsflächen bzw. Wärmeübertragungsräume und haben einen großen Bedarf an Beheizungswärme. Es wurde nun gefunden, daß sich eine besonders vorteilhafte Form der Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in reduzierende Produkte ergibt, wenn man auf die Vergasung des Kohlenstoffgehaltes in den Kohlenwasserstoffen bei der Gasumwandlung ganz oder teilweise verzichtet, d.h. lediglich eine Crackung der Kohlenwasserstoffe zu Wasserstoff und Crackkohlenstoff durchführt.When converting hydrocarbons into reducing gases gm , particularly large amounts of heat are required when the carbon of the hydrocarbons is reacted with CO 2 and / or HO. Such gas conversion processes require large heat transfer surfaces or heat transfer spaces and have a great need for heating heat. It has now been found that a particularly advantageous form of conversion of hydrocarbons into reducing products results if the gasification of the carbon content in the hydrocarbons during gas conversion is completely or partially dispensed with, ie only cracking of the hydrocarbons to hydrogen and cracked carbon is carried out.

Besonders zweckmäßig ist es, nach an sich bekannten Verfahren die ^ Crackung der Kohlenwasserstoffe so zu lenken, daß der Crackkohlenstoff in feinkörniger Form als sogenannter Crackruß anfällt. Das Gemisch aus Wasserstoff und feinkörnigem Crackkohlenstoff wird in den Reduktionsschacht als Reduktionsmittel eingeleitet.It is particularly useful, according to methods known per se, the ^ Cracking the hydrocarbons to direct the cracking carbon is obtained in fine-grain form as so-called crack soot. The mixture of hydrogen and fine-grained cracked carbon is introduced into the reduction shaft as a reducing agent.

Die erfindungsgemäße Verwendung eines Gemisches aus Wasserstoff und Crackruß als Reduktionsmittel, das durch einen Reduktionsschacht für Eisenerze geleitet wird, hat für den Reduktionsprozeß beträchtliche Vorteile. Die Reduktion von Eisenerzen mit Wasserstof ist normalerweise dadurch benachteiligt, daß hierfür ein beträchtlicher Aufwand an Reduktionswärme aufgebracht werdenThe use according to the invention of a mixture of hydrogen and cracked soot as a reducing agent, which is passed through a reduction shaft for iron ores, has for the reduction process considerable benefits. The reduction of iron ores with hydrogen is normally disadvantageous in that it does this a considerable amount of heat of reduction must be applied

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muß. Die Beheizung eines mit stückigen Eisenerzen angefüllten und von Wasserstoff durchströmten ReduktionsSchachtes ist eine mit geringem Aufwand schwierig zu lösende Aufgabe. Im Fall der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe nun durch den dem Wasserstoff beigefügten Crackruß gelöst. Der Crackruß tritt mit dem Wasserstoff zusammen mit einer hohen Temperatur von beispielsweise 1100 C am unteren Ende in den Reduktionsschacht ein. Infolge seiner Feinheit wird er mit dem in den Zwischenräumen der Erzstücke im Schacht aufwärtsströmenden Gas in Richtung des Schachtausganges befördert und schließlich zum größten Teil mit dem Ab- ^^ gas aus dem Schacht hinausbewegt. Auf seinem Wege durch den Schacht gibt der anfangs hocherhitzte Crackruß seine fühlbare Wärme an die Beschickung ab, so daß eine einfache innere Beheizung des durch die Reduktion mit Wasserstoff gekühlten Schachtinhaltes erfolgt.got to. The heating of one filled with lumpy iron ores and a reduction shaft through which hydrogen flows is one Difficult task to be solved with little effort. In the case of the In the present invention, this object is achieved by the cracked carbon black added to the hydrogen. The crack soot occurs with the Hydrogen together with a high temperature of, for example, 1100 C at the lower end into the reduction shaft. As a result it becomes its fineness with the gas flowing upwards in the interstices between the pieces of ore in the shaft towards the shaft exit conveyed and finally for the most part moved out of the shaft with the exhaust gas. On his way through the shaft the initially highly heated crack soot gives off its sensible heat to the charge, so that a simple internal heating of the through the Reduction of the shaft contents cooled with hydrogen takes place.

Aus dem Abgas des Reduktionsschachtes wird der Crackruß nach an sich bekannten Verfahren entfernt. Er kann beispielsweise in einem Zyklon abgeschieden werden. Die Abscheidung des Crackrußes braucht aber nicht vollständig zu erfolgen, da sowohl in dem Anteil des Abgases, der zur Rückumwandlung in ein Reduktionsgas vorgesehen ist, als auch in demjenigen Anteil, der als Heizgas beispielsweise im Schmelzherd verbrannt werden soll, beträchtliche Mengen an Crackruß enthalten sein können. Eine für den Prozeß vorteilhafte Auffe teilung kann beispielsweise so erfolgen, daß 80 Z des Crackrußes aus dem Reduktionsschachtabgas abgeschieden werden, während 20 Z in dem Gas verbleiben.The cracked soot is removed from the exhaust gas of the reduction shaft by methods known per se. It can be deposited in a cyclone, for example. The separation of the cracked soot does not have to be complete, however, as the portion of the exhaust gas that is intended to be converted back into a reducing gas and that portion that is to be burned as fuel gas, for example in the smelting hearth, contain considerable amounts of cracked soot can. An advantageous division for the process Auffe can be done, for example, so that 80 Z of the cracked soot are deposited from the reduction shaft exhaust gas, while 20 Z remain in the gas.

Der abgeschiedene Crackruß wird vorteilhaft in dem vorliegenden Prozeß weiterverwandt. Eine Verwendungsform besteht in seiner Ausnutzung als Reduktionsmittel. Zu diesem Zweck kann der Crackruß in Eisenerzpellets eingebunden werden, z.B. durch Beifügung von 10 % Crackruß zu derartigen Eisenerzpellets.The separated crack soot is advantageously used further in the present process. One form of use is its exploitation as a reducing agent. For this purpose, the cracked soot can be incorporated into iron ore pellets, e.g. by adding 10% crack black to such iron ore pellets.

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Diese SpezialpelIets werden sodann in den Reduktionsschacht zum Zwecke der Erhitzung und Reduktion eingesetzt. Eine weitere Verwendung des Crackrußes als Reduktionsmittel besteht darin, daß man diesen in den Schrägherd - z.B. mittels eines Trägergases einbläst - oder in den Schmelzherd einführt. Zu diesem Zweck kann der Crackruß auch stückig gemacht werden, indem man ihn beispielsweise unter Zufügung eines Bindemittels wie Dextrin zu Kohlenstoffpellets umwandelt. 'These special pellets are then put into the reduction shaft Used for heating and reduction purposes. Another use of the cracking soot as a reducing agent is that it is blown into the inclined hearth - e.g. by means of a carrier gas - or introduced into the melting hearth. To this end can the crack soot can also be made lumpy by, for example converts to carbon pellets with the addition of a binder such as dextrin. '

Auch andere Methoden des Stückigmachens wie z.B. Brikettieren können Verwendung finden. /^kOther methods of making pieces such as briquetting can also be used Find use. / ^ k

Eine weitere Verwendungsform des Crackrußes im Rahmen des vorliegenden Prozesses ist seine Nutzung als Heizmittel zur Beheizung des Schmelzherdes, wobei er zweckmäßig mit hochvorgewärmter Luft verbrannt wird.Another use of the cracked carbon black in the context of the present Process is its use as a heating medium for heating the melting hearth, whereby it is expedient with highly preheated air is burned.

Das Verfahren nach der Erfindung ist in den Abbildungen 1 und 2 weiter erläutert.The method according to the invention is shown in Figures 1 and 2 further explained.

In der Abbildung 1 bedeutet 1 den Reduktionsschacht, 2 den Schmelzherd und 10 den Schrägherd. 3 und 4 sind Regeneratoren, 5 und 6 sind Rekuperatoren. 7 ist ein Abscheideorgan für Crackkohlenstoff, beispielsweise ein Zyklon. 8 ist ein Abscheideorgan für Wasser, beispielsweise ein Gegenstromkühler. 9 sind Umsteuerventile für A die Regeneratoren·3und 4.In Figure 1, 1 means the reduction shaft, 2 the melting hearth and 10 the inclined hearth. 3 and 4 are regenerators, 5 and 6 are recuperators. 7 is a separator for cracked carbon, for example a cyclone. 8 is a separator for water, for example a countercurrent cooler. 9 are reversing valves for A the regenerators 3 and 4.

Das zu 'reduzierende Erz wird im oberen Teil des Schachtes 1 aufgegeben, es sinkt infolge des Abschmelzens auf dem Schrägherd in dem Schacht nach unten. Die auf dem Schrägherd 10 abgeschmolzenen Produkte sammeln sich im Schmelzherd 2, sie werden bei 11 in flüssiger Form aus dem Schmelzherd abgeführt. Die Beheizung des Schmelzherdes 2 erfolgt durch einen Brenner 12, dem ein Teil 13 des Reduktionsschachtabgases und in dem Rekuperator 6 vorgewärmte Luft 14 zugeführt wird. Das Schmelzherdabgas 16 verläßt den Schmelzherd 2 bei 15 mit einer Temperatur von etwa 1600 C. EsThe ore to be reduced is placed in the upper part of shaft 1, it sinks as a result of the melting on the oblique hearth down in the shaft. The products melted on the inclined hearth 10 collect in the melting hearth 2; discharged in liquid form from the melting hearth. The heating of the melting hearth 2 takes place through a burner 12 to which part 13 of the reduction shaft exhaust gas is preheated in the recuperator 6 Air 14 is supplied. The melting hearth exhaust gas 16 leaves the melting hearth 2 at 15 with a temperature of about 1600 C. It

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wird über dem Umsteuerorgan 9 einem Regenerator 4 zugeleitet, in dem es den größten Teil seiner wärme abgibt und auf eine Temperatur von etwa 850 C abgekühlt wird. Nach Passieren des Umsteuerorgans 9a wird das Abgas aufgeteilt in einen Teilstrom, der durch den Rekuperator zu seiner Abkühlung mittels Kohlenwasserstoffvor~ wärmung (hier Methan) geführt wird, und in einen weiteren Teilstrom, der zur Abkühlung durch den Luftrekuperator geleitet wird.is fed to a regenerator 4 via the reversing element 9, in which it gives off most of its heat and is cooled to a temperature of around 850 C. After passing the reversing organ 9a, the exhaust gas is divided into a partial flow that is passed through the recuperator to cool it down by means of hydrocarbons heating (here methane) is conducted, and in a further partial flow, which is passed through the air recuperator to cool down.

Die für den Reduktionsprozeß verwendeten Kohlenwasserstoffe (17) in diesem Fall handelt es sich beispielsweise um Methan - werden zunächst mit dem Rücklaufgas 18 vermischt. Dieses Gasgemisch wirdThe hydrocarbons (17) used for the reduction process in in this case it is, for example, methane - be initially mixed with the return gas 18. This gas mixture is

in dem Rekuperator 5 vorgewärmt, beispielsweise auf eine Temperatur von 800 C. Das vorgewärmte Gasgemisch wird sodann über das Umsteuerorgan 9a durch den Regenerator 3 geführt und hier gecrackt. Das den Regenerator 3 verlassende Produkt besteht in der Hauptsache aus Wasserstoff und aus feinkörnigem Crackköhlenstoff, sogenanntem Crackruß. Dieses Reduktionsgemisch wird durch das Umsteuerorgan 9 geführt und mit einer Temperatur von etwa 1100 C bei in den Reduktionsschacht eingeblasen. Unter Reduktion der Eisenerze mittels des Wasserstoffes und ebenfalls teilweiser Reduktion durch den Kohlenstoff sowie unte,r Wärmeabgabe des Crackrußes an den Schachtinhalt durchläuft das Reduktionsgemisch den Reduktionsschacht von unten nach oben und tritt aus diesem als Reduktionsschachtabgas 20 aus. Das Abgas 20 wird zunächst durch das Kohlenstoff abscheideorgan 7 geführt, in dem der größte Teil des Crackkohlenstoffes 21 abgeschieden wird. Hinter dem Kohlenstoffabscheider 7 wird das Reduktionsschachtabgas aufgeteilt in den Teilstrom 13, der dem Schmelzherdbrenner zugeführt wird und in das Rücklaufgas 18, das nach Entfernung des größten Teiles seines Wasserdampfgehaltes in dem Wasserdampfabscheider 8, der beispielsweise ein Gegenstromkühler sein kann, dem Ausgangsgas 17 wieder beigemischt. Der Crackköhlenstoff 2 1 wird im vorliegenden Fall aufgeteilt in zwei Teile, von denen der eine Teil 22 dem Rücklaufgas 18 wiederpreheated in the recuperator 5, for example to a temperature of 800 C. The preheated gas mixture is then passed through the regenerator 3 via the reversing element 9a and cracked here. The product leaving the regenerator 3 consists mainly of hydrogen and fine-grained crack carbon, so-called Crack soot. This reduction mixture is controlled by the reversing device 9 and blown into the reduction shaft at a temperature of about 1100 C. Under reduction of iron ores by means of the hydrogen and also partial reduction As a result of the carbon and the heat given off by the cracked soot to the shaft contents, the reduction mixture passes through the reduction shaft from bottom to top and emerges from it as reduction shaft exhaust gas 20 off. The exhaust gas 20 is first passed through the carbon separator 7, in which most of the cracked carbon 21 is deposited. Behind the carbon trap 7 the reduction shaft exhaust gas is divided into the partial flow 13, which is fed to the hearth burner and into the return gas 18, which after removal of most of its water vapor content in the water vapor separator 8, for example a Can be countercurrent cooler, admixed with the starting gas 17 again. The crack carbon 2 1 is divided into in the present case two parts, one of which is part 22 of the return gas 18 again

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zugeführt wird, während der andere Teil 23 bei 24 in den Schrägherd als Reduktionsmittel eingeführt wird.is fed, while the other part 23 at 24 in the inclined hearth is introduced as a reducing agent.

Die Abbildung 2 betrifft eine Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung, bei der das Reduktionsgas aus den Kohlenwasserstoffen - beispielsweise Methan - durch Umsetzung mit sauerstoffhaltigen Gasanteilen, im besonderen mit Kohlensäure und Wasserdampf erzeugt wird. In diesem Fall wird der Wärmeinhalt des Schmelzherdabgases vollständig in dem Luftvorwärmer 6 an Verbrennungsluft übertragen. Ein Teil der vorgewärmten Luft 14 wird mit höherer Temperatur er- J^ zeugt - beispielsweise mit 950 C - und für die Beheizung des ^^ Schmelzherdes verwandt. Ein anderer Teil der vorgewärmten Luft I4a wird dem Luftvorwärmer 6 bei tieferer Temperatur - beispielsweise bei 700 C - entnommen und über das Umsteuerorgan 9 einem Brenner 25 zugeführt, in dem es mit einem Teilstrom 26 des Reduktionsschachtabgases 20 verbrannt wird zum Zwecke der Beheizung des Regenerators 4. Die für den Prozeß eingesetzten Kohlenwasserstoffe 17 - in diesem Falle beispielsweise Methan - werden mit Rücklaufgas 18 vermischt und in dieser Form über das Umsteuerorgan 9a dem zuvor aufgeheizten Regenerator 3zugeführt. In dem Regenerator 3 erfolgt die Umsetzung der Kohlenwasserstoffe mit dem G0„~ und H„0-Gehalt, der im Rücklaufgas 18 enthalten ist. Das hierbei entstehende Reduktionsgas wird über das Umsteuerorgan 9 dem Reduktions- m schacht 1 zugeführt.Figure 2 relates to an embodiment of the method according to the invention, in which the reducing gas from the hydrocarbons - for example methane - is generated by reaction with oxygen-containing gas components, in particular with carbonic acid and water vapor. In this case, the heat content of the melting hearth exhaust gas is completely transferred to combustion air in the air preheater 6. Part of the preheated air 14 is generated at a higher temperature - for example at 950 C - and used for heating the melting hearth. Another part of the preheated air I4a is taken from the air preheater 6 at a lower temperature - for example at 700 C - and fed via the reversing device 9 to a burner 25 in which it is burned with a partial flow 26 of the reduction shaft exhaust gas 20 for the purpose of heating the regenerator 4 The hydrocarbons 17 used for the process - in this case methane, for example - are mixed with return gas 18 and fed in this form to the previously heated regenerator 3 via the reversing device 9a. In the regenerator 3, the conversion of the hydrocarbons with the G0 "~ and H" 0 content, which is contained in the return gas 18, takes place. The hereby resulting reduction gas is over the reversing element 9 the reduction shaft 1 m, respectively.

Gegenüber den in den Abbildungen 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen des Verfahrens nach der Erfindung sind verschiedene Abwandlungen möglich. Diese können sich auf den apparativen Teil beziehen, indem beispielsweise rekuperativ Wärmeübertragung verwendet wird anstelle von regenerativer Wärmeübertragung und umgekehrt. Es können auch regenerative und rekuperative Wärmeübertragung hintereinander geschaltet werden, beispielsweise im Falle der Übertragung des mit hoher Temperatur zur Verfügung stehenden Schmelzherdabgases an die vorzuwärmende Verbrennungsluft.Compared to the embodiments of the method according to the invention shown in Figures 1 and 2, there are various modifications possible. These can relate to the equipment part, by using, for example, recuperative heat transfer is used instead of regenerative heat transfer and vice versa. Regenerative and recuperative heat transfer can also be used one after the other are switched, for example in the case of the transfer of the melting hearth exhaust gas available at high temperature to the combustion air to be preheated.

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Wichtige Abwandlungen sind auch möglich im Falle, daß die normalerweise bestehende Bedingung nicht gestellt is-t, daß das Verfahren mit einem möglichst geringen Verbrauch an Kohlenwasserstoffen pro Tonne ausgebrachtes Eisen auskommen muß. Solche Bedingungen können z.B. dadurch gegeben sein, daß die Abwärme des Prozesses einem anderen wärmeverbrauchenden Prozeß zugeführt wird, beispiels· weise einem Kesser zum Zwecke der Energieerzeugung.Important modifications are also possible in the event that the normally existing condition that the procedure is not met with the lowest possible consumption of hydrocarbons per ton of iron applied. Such conditions can be given, for example, by the fact that the waste heat from the process is fed to another heat-consuming process, for example wise a kesser for the purpose of generating energy.

Im letzteren Fall besteht eine vorteilhafte Abwandlung des Verfahrens nach der Erfindung darin, daß sowohl die Abwärme des Schmelzherdes wie die Abwärme des Reduktionsprozesses einem Kessel zugeführt werden. Hinter den Schmelzherd würde z.B. ein Abhitzekessel gesetzt werden, während die Abgase des Reduktionsschachtes in einem gas gefeuerten Kessel verbrannt würden. Hierbei kann das Reduktionsgas für den Reduktionsschacht nach an sich bekannten Verfahren aus Kohlenwasserstoffen hergestellt werden, z.B. durch Teilverbrennung derselben.In the latter case, there is an advantageous modification of the method according to the invention in that both the waste heat from the melting hearth and the waste heat from the reduction process are in a boiler are fed. A waste heat boiler, for example, would be placed behind the melting hearth, while the exhaust gases from the reduction shaft would be burned in a gas-fired boiler. Here the reducing gas for the reduction shaft can be produced from hydrocarbons by methods known per se, e.g. through partial combustion of the same.

Eine weitere für verschiedene Anwendungsfälle vorteilhafte Abwandlung des Verfahrens nach, der ERfindung besteht darin, daß in dem Schmelzherd durch Teilverbrennung von Kohlenwasserstoffen mit reinem Sauerstoff ein Reduktionsgas erzeugt wird, das aus dem Schmelzherd abgeführt und von seiner Schmelzherd-Austrittstemperatur von etwa 1600° C auf ca. 1100 C heruntergekühlt wird, um mit dieser Temperatur in den unteren Teil des Reduktionsschachtes eingeblasen zu werden. Die bei der Abkühlung des Schmelzherdabgases abzuführende Wärme kann beispielsweise in einem Abhitzekessel für die Dampferzeugung nutzbar gemacht werden.Another modification that is advantageous for various applications of the method according to the invention consists in that in the melting hearth by partial combustion of hydrocarbons with pure oxygen a reducing gas is generated, which is discharged from the melting hearth and from its melting hearth outlet temperature is cooled down from about 1600 ° C to about 1100 C in order to at this temperature in the lower part of the reduction shaft to be blown in. The heat to be dissipated during the cooling of the melting hearth exhaust gas can, for example, be in a waste heat boiler can be made usable for steam generation.

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Claims

51 - Aachen, January 31, 1966

Prof. Dr.-Ing. Drs. H.c.

Hermann Schenck

Prof. Dr.-Ing. Werner Wenzel

Claims

"Process and device for the extraction of liquid

Iron from iron ores with hydrocarbons "

Process for the reduction of iron ores with liquid and / or gaseous hydrocarbons or with gases containing hydrocarbons, in which the ore is reduced in a shaft by means of reducing conversion products of the hydrocarbons and via a hearth part serving for melting, such as an inclined hearth, directly one with hydrocarbons or . Combustible conversion products of hydrocarbons heated melting hearth is supplied in which it is melted with the recovery of liquid iron, characterized in that the heat content of the exhaust gases from the melting hearth for the generation of the reducing gas used in the reduction shaft from hydrocarbons is wholly or partially applied, the Wärmeübertra- M supply rekupera <can be done tive or renewable and the conversion of hydrocarbons can be carried out with or without catalysts.

The method of claim 1, d. gek. that part of the exhaust gas the reduction shaft according to known methods Reducing gas is reconverted and the reduction shaft again is supplied, the exhaust gas with reducing agents such as Hydrocarbons is heated, possibly also CO- and / or H "0 by separation methods such as cooling and treatment be separated with solvents.

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3. The method according to claim 1 and 2, d. gek. that the to be returned Part of the exhaust gas is added to the hydrocarbons to be converted into reducing gas.

4. The method according to claims 1 to 3, d. gek. that means

of the furnace exhaust gases, the hydrocarbon conversion The system is heated to apply the chemical heat of reaction and that the exhaust gas from this part of the system is partly for the Countercurrent preheating of the hydrocarbons to be converted and partly for the countercurrent preheating of the hearth combustion air is used.

5. The method according to claims 1 to 3, d. gek. that by means of the Melting hearth exhaust combustion air is preheated to the Used partly for heating the smelting hearth and partly for heating the hydrocarbon conversion plant takes place and wholly or partially with exhaust gas from the reduction shaft is burned.

6. The method according to claims 1 to 5, d.gek. That in the hydrocarbon toff conversion plant oxidizing gases such as H-O, CO-, 0 "or mixtures of these for the purpose of implementation with the

tk hydrocarbons are introduced.

7. The method according to claims 1 to 5, d. gek. that the hydrocarbons mainly to be cracked to hydrogen and cracked carbon and that the mixture of hydrogen and fine-grained gray carbon passed through the reduction shaft is, the cracked carbon as a heat carrier for the Application of the heat requirement in the reduction shaft is used.

8. The method according to claims 1 to 5 and 7, d. gek. that the gray carbon from the exhaust gas of the reduction shaft after

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processes known per se, for example in a cyclone, is removed totally or partially and finds medium as the heating means and / or reduction using ^1.

9. The method according to claims 1 to 5, 7 and 8, characterized in that that the cracked carbon is bound in iron ore pellets that are fed to the reduction shaft.

10. The method according to claims 1 to 5 and 7 to 9, characterized in that that the cracked carbon by processes known per se, for example by pelletizing or briquetting, in Transferred piece form and fed in this form to the reduction shaft as a reducing agent.

11. The method according to claims 1 to 5 and 7, characterized in that that the cracked carbon goes directly to the inclined hearth or is fed to the melting hearth as a reducing agent.

12. Device for performing the method according to the claims 1 to 5 and 7 to 11 characterized by a reduction bowl charged with iron ore and one with hydrocarbons or conversion products of hydrocarbons and with preheated Air-heated melting hearth, whereby the reduction shaft and the melting hearth are connected to one another by a melting part, such as an inclined stove, further characterized by regenerative or recuperative heat exchangers, in which the exhaust gas leaving the melting hearth completely or partially burned a part of its perceptible and possibly chemically bound heat to hydrocarbons or emits mixtures of hydrocarbons and other gases, which is fed to the reduction shaft, furthermore characterized by countercurrent preheaters in which the whole or partially burned exhaust gas from the melting hearth gives off the usable rest of its heat while preheating the

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tion gas to be converted hydrocarbons or the hydrocarbon gas mixture and with preheating of the combustion air to be burned in the melting hearth, further characterized by Separation organs such as cyclones, through which the exhaust gas from the reduction shaft and is completely or partially freed from its cracked carbon content and finally labeled through separation devices, such as coolers and scrubbers, in which the exhaust gas from the reduction shaft or part of this exhaust gas in whole or in part from its CO and / or HO content is released in order to then be fed to the hydrocarbon to be converted into reducing gas.

13. Device for performing the method according to the claims 1 to 5 and 7 to 11, characterized by a reduction shaft coated with iron ore and one with hydrocarbons or conversion products of hydrocarbons and with preheated air heated melting hearth, wherein the reduction shaft and the melting hearth with each other through a Very hot parts, such as an inclined hearth, are connected, furthermore marked by regenerative or recuperative heat exchangers, in which the exhaust gas leaving the melting hearth completely or partially burned its palpable and possibly gives off chemically bound heat to combustion air, further characterized by regenerative or recuperative heating elements for the conversion of hydrocarbons to reducing gas, in which preheated air is burned with exhaust gas from the reduction shaft.

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