DE2164391B2

DE2164391B2 - Wirbelbettverfahren für die direkte Reduktion von Eisenoxyden

Info

Publication number: DE2164391B2
Application number: DE2164391A
Authority: DE
Inventors: Shigeo Chigasaki Kanbara; Kenji Yokohama Matsubara
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1970-12-28
Filing date: 1971-12-23
Publication date: 1974-07-04
Also published as: AU3749671A; DE2164391C3; BE777346A; AU467438B2; CA944566A; IT944444B; FR2120076A1; DE2164391A1; GB1348939A; FR2120076B1; JPS5029414B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Wirbelbettverfahren für die direkte Reduktion %'on Eisenoxyden mit einer Korngröße zwischen 1 und 15 mm mit Hilfe fester und gasförmiger Reduktionsmittel, die in pelletisierter Form nach Trocknung in einem Vorerhitzer dem Wirbelbett eines Reaktors zugeführt werden, wo sie bei einer Temperatur zwischen 800 und 1100° C reduziert werden, dessen Abgase einem Wärmeaustauscher zur Heißlufterzeugung und anschließend dem Vorerhitzer zugeleitet werden.

Bei einem solchen, aus der USA.-Patentschrift 3 295 956 bekannten Verfahren werden ein vorerhitztes, sauerstoffhaltiges Gas und ein vorerhitzter Brennstoff in den Reaktor eingeleitet und dort zur Erzeugung eines Gases verbrannt, das Kohlenmonoxyd und Wasserstoff enthält und zum Reduzieren des Eisenoxyds durch das Wirbelbett geschickt wird.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, den thermischen Wirkungsgrad eines solchen Verfahren:; zu erhöhen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, einen Teil der Heißluft in das Wirbelbett zu leiten, einen weiteren Teil der Heißluft einem Verdampfer zur Herstellung des Reduktionsgases aus Öl zuzuführen, und aus der Kühlzone des Reaktors abgezogene» Üitnlaufgas zur Vorerhitzung des Öles für die Reduktionsgaserzeugung zu benutzen und nach weitetet Kühlung in die Kühlzone rückzuführen.

Auf diese Weise ist es beim erfindungsgemäßen Verfahren mögllich, die Reduktionsreaktion nach ihrem Beginn allein durch die im Wirbelbett erzeugte thermische Energie aufrechtzuerhalten. Eine äußere Energiequelle ist daher zur Unterstützung des Ablaufes der Reduktionsreaktion, nicht erforderlich.

Im folgenden wird an Hand der Zeichnung, deren einzige Figur ein scbematisches Flußdiagramm zeigt, ein Beispiel zur Durchführung des erfmdungsgemäßsn Verfahrens beschrieben.

Die zusammengesetzte, pelletisierte Masse wird aus Eisenerzen und festen reduzierenden Mitteln zusammengemischt, wie Kohle, Koks oder ähnlichem. Das Mischungsverhältnis sollte so gewählt sein, daß es mehr alsl für das Volumenverhältnis von CO/CO* ergibt, das in der Brennstufe der Pellets erzeugt wird. Dabei sollten die Pellets vollständig wasserfrei und in der Größe auf den Bereich von 1 mm bis 15 mm beschränkt sein. Pellets, die kleiner als 1 mm sind, haben die Neigung zum Sintern, und Pellets, die größer als 15 mm sind zeigen eine Neigung dazu, daß die Verwirbelbarkeil des Bettes beeinträchtigt und der Betrieb in der Praxis instabil wird.

Die Brenntemperatur der Pellets in dem Wirbelbett sollte innerhalb des Bereiches von 800 bis HOO⁰C gehalten werden. Dieser Bereich zeigt den besten Wirkungsgrad der Reduktionsreaktion. Das heißt, bei weniger als 800° C wird die Reaktionsgeschwindigkeit der Reduktion dieser Pellets geling und bei mehr als 1100⁰C tritt eine Neigung zum Zusammenhaften oder Sintern der Pellets auf. Bis die Temperatur des Wirbelbettes diesen Bereich erreicht, wird natüriich eine äußere Wärmequelle (in der Zeichnung nicht gezeigt) verwendet. Nachdem jedoch die Reduktionsreaktion auftritt und dann die Brenntemperatur den obigen Bereich erreicht, wird es überflüssig, das Heizen durch die äußere Wärmequelle fortzusetzen, da die in dem Wirbelbett erzeugte Wärmeenergie zum Umlaufen gebracht wird und die erforderliche Temperatur liefert, und die Reduktionsreaktion kann auf r-infache Weise durch das Brennen der festen reduzierenden Mittel, die mit den Eisenerzen gemischt sind, aufrechterhalten werden.

In der Zeichnung ist mitl das Wirbelbett, mit 2 das Bewegungsbett und mit 3 das Kühlbett eines Reaktors bezeichnet. Das im Wirbelbett 1 erzeugte Abgas mit hoher Temperatur wird in ein Zykon 4 geleitet, um den Staub des Abgases aufzufangen und dann zu einem ersten Wärmeaustauscher 5 geleitet, um die Luft von einem Gebläse 16 zu erhitzen. Die Heißluft vom Wärmeaustauscher wird über eine Leitung 17 mit Hilfe des Gebläses 16 dem Wirbelbett 1 zugeführt. Durch ein solches Umlauf system ist es möglich, die erforderliche Temperatur und die Reduktionsreaktion im Wirbelbett aufrechtzuerhalten.

In dem obengenannten Wärmeaustauscher wird ein anderer Wärmeaustauschvorgang durchgeführt. Weitere Heißluft wird dabei durch ein anderes Gebläse 16' zu einem Verdampfer 9 geführt, in dem vorerhitztes Schweröl verdampft wird und dann das verdampfte Schweröl, d. h, ein reduzierendes Gas, in das Bewegungsbett 2 über eine Leitung 18 eingeblasen wird. Das eingeblasene reduzierende Gas fließt nach oben und unterstützt stark die Reduktionsreaktion der von dem Wirbelbett 1 herabfallenden Pellets. Gleichzeitig trägt das aufwärts strömende, reduzierende Gas ebenso wie die Heißluft, die durch die Leitung 17 eingeblasen wird, dazu bei, die pelletisierten Massen zu verwirbeln.

Ein weiteres Umlaufsystem besteht aus dein unteren Teil de» Beweigungsbettes2, der Leitung 19, einem anderen Wärmeaustauscher 12, einem Kühler 22, einem Gebläse 10, einer Leitung 21 und dem Kühlbett 3. In diesem System wird heißes Abgas zu

dem Wärmeaustauscher 12 über die Leitung 19 geführt und erhitzt das Schweröl vor, welches von einer Zuführung 20 durchläuft und zu dem obengenannten Verdampfer 9 geführt wird. Dann wird das heiße Abgas mit einem Kühler 22 gekühlt und durch das Gebläse 10 über die Leitung 21 in das Kühlbett 3 eingeblasen. Schließlich werden die gekühlten pelletartigen Massen in einem Aufnahmebehälter 15 gesammelt und an eine andere Stelle befördert.

Das obengenannte Abgas mit hoher Temperatur, welches durch den Wärmeaustauscher 5 strömt, wird zu einem Vorerhitzer 6 für neue zusammengesetzte, pelletisierte Massen von einer Zuführung 13 eingeleitet. Auf diese Weise wird das Wirbelbett 1 über ein Zufuhrsystem mit vorerhitzten Massen beschickt. Andererseits wird das Abgas von dem Vorerhitzer 6 mit einem Wäscher 7 gekühlt und zu einem geeigneten (in der Zeichnung nicht gezeigten) Behälter geführt. Selbstverständlich ist dieses Abgas als Brennstoff geeignet.

Das oben beschriebene System kann automatisch und kontinuierlich ohne irgendeine äußere Wärmequelle betrieben werden, da die festen reduzierenden Mittel, die mit den Eisenerzen vermischt sind, fortlaufend verbrannt werden, wenn das Wirbelbett mit neuen Pellets beschickt wird. Es ist jedoch eine äußere Wärmequelle erforderlich, um das oben beschriebene System im Anlaufzustand zu betreiben. In diesem Fall wird Heißluft, die durch eine äußere Wärmequelle erzeugt wird, in einen geeigneten Teil des Systems eingeblasen. Es ist z.B. das Einblasen dieser Heißluft unter Ausnützung der Gebläse 16 und 16' empfehlenswert.

Der Verdampfer 9 kann ebenfalls für den obigen Z' ^feck verwendet werden. Die Heißluft kann ebenso gut getrennt in einen geeigneten Teil des Reaktors eingeblasen werden. Wenn jedenfalls die Temperatur des Wirbelbettes mehr als etwa 800° C erreicht und die Reduktionsreaktion eintritt, braucht die genannte äußere Wärmequelle nicht langer verwendet zu werden. Von diesem Zeitpunkt an arbeitet das System automatisch und kontinuierlich.

Ein Beispiel für die Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens ist folgendes:

Bestandteile der verwendeten zusammengesetzten Pellets, welche über die Zuführung 13, den Vorerhitz°,r 6 und die Leitung 14 zugeführt werden:

Zusammengesetzte Pellets 1970 kg

Gesamt-Fe 51,5 %

C 19,22%

Mischungsverhältnis von Kohle ... 25,26%

Vorerhitzungstemperatur

der Pellets etwa 300° C

Abgastemperatur im

Vorerhitzer etwa 450° C

Abgas von dem Wirbelbett 1:

Strömungsmenge etwa 3076,3 Nm³

Temperatur.. 1080⁰C

Heißluft, die in das Wirbelbett 1 geblasen wird und durch den ersten Wärmeaustauscher durchtritt:

Temperatur etwa 900° C

Strömungsmenge etwa 1432 Nm^s

ίο Heißluft, die in den Verdampfer 9 eingeführt wird:

Temperatur etwa 900⁰C

Strömungsmenge etwa 624,7 Nm»

Reduzierendes Gas, das in dem Verdampfer erzeugt und in das Bewegungsbett 2 eingeblasen wird:

Temperatur etwa 1200^cC

Zusammensetzung:

ao CO 22,64%

6°

CO₂ 1.6°%

H, 19,33%

N," 51,5%

HlS 0,22%

H₂O 4,55%

Schweröl, das in den Verdampfer 9 durch den zweiten Wärmeaustauscher 12 von der Zuführung zugeführt wird: etwa 150 kg.

Reduzierte Pellets in dem Auffangbehälter 15, die in dem Kühlbett 3 durch Kaltluft gelcühlt sind, wobei das Abgas von dem unteren Teil des Bewegungsbettes 2 durch den Kühler 22 nach dem Vorerhitzen des Schweröls in dem zweiten Wärme 12 gekühlt wird, durch das Gebläse 10 komprimiert und durch die Leitung 21 eingeblasen wird:

Bestandteile: Gesamt-Fe 1144 kg

Gewicht. 87,40%

MetalischesFe 78,64%

Abgas, das durch das Gebläse 8 nach dem Waschen im Wäscher 7 abgefüllt wird:

Zusammensetzung:

CO 21,00%

CO, 10,23%

H, 9,26%

N₂ 56,15%

H₂S 0,13%

H₂O 3,23%

WJp im einzelnen beschrieben wurde, wird die Rückgewinnung und Verwertung der Wärmeenergie, die in dem Wirbelbett und dem Bewegungsbett erzeugt wird, in optimalem Maße durchgeführt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wirbelbettverfahren für die direkte Reduktion von Eisenoxyden nut einer Korngröße zwisehen 1 und 15 mm mit Hilfe fester und gasförmiger Reduktionsmittel, die in pelletisierter Form nach Trocknung in einem Vorerhitzer dem Wirbelbett eines Reaktors zugeführt werden, wo sie bei einer Temperatur zwischen 800 und 1500° C reduziert werden, dessen Abgase einem Wärmeaustauscher zur Heißlufterzeugung und anschließend dem Vorerhitzer zugeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Heißluft in das Wirbelbett geleitet wird, ein weiterer Teil der Heißluft einem Verdampfer zur Herste)lung des Reduktionsgases aus Öl zugeführt wird, und daß aus der Kühlzone des Reaktors abgezogenes Umlaufgas zur Vorerhitzung des Öles für die Reduktionsgaserzeugung benutzt und nach weiterer Kühlung in die Kühlzone rückgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenoxydpellets aus einem Gemisch von Eisenerz mit: festen Reduktionsmitteln gebildet werden.

3. \ _rfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Kohle und/oder Koks als festes Reduktionsmittel init dem Eisenerz vermischt wird.