DE2459875B1

DE2459875B1 - Plant for direct reduction of iron ores - suitable for use with heavy fuel oils contg sulphur and with recirculated throat-gas

Info

Publication number: DE2459875B1
Application number: DE19742459875
Authority: DE
Inventors: Klaus Ing Altenhoener; Dr-Ing Reerink Jan G; Heinz-Dieter Dr-Ing Pantke; Ulrich Dipl-Ing Pohl
Original assignee: Thyssen Purofer GmbH
Current assignee: Thyssen Purofer GmbH
Priority date: 1974-12-18
Filing date: 1974-12-18
Publication date: 1976-04-22
Also published as: BR7503017A

Abstract

Plant for the direct redn. of iron ores, esp. ore pellets, with redn. gas, consists of a gas generator for partial combustion of fuels contg. carbon with O2 and/or air and/or O2 carriers such as steam; shaft furnace (II), devices (III) for throat gas recirculation; desulphurisation device (IV) between (I) and (II). (IV) is a sulphur washer; (III) include a CO2 washer; downstream of the washer (IV) is a mixer where recirculated throat gas is added to fresh gas to make the redn. gas; downstream of the CO2 washer for throat gas and before the mixer are two throat gas heating regenerators producing a gas temp. min. 1200 degrees c.; the CO2 washer produces throat gas contg. 10-15 vol.% CO2 and steam. The plant gives high output of high-grade sponge iron with good thermal efficiency, esp. when using heavy fuel oils contg. sulphur.

Description

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einer Anlage der eingangs beschriebenen Gattung. Die Lösung wird erreicht durchdie Kombination der folgenden Merkmale: a) die Entschwefelungseinrichtung ist als Schwefelwäsche ausgeführt, b) die Gichtgasrezirkulation ist mit einer Kohlensäurewäsche ausgerüstet, c) in Strömungsrichtung des Frischgases hinter der Schwefelwäsche befindet sich ein Mischer für die Mischung des Frischgases mit dem rezirkulierten Gichtgas zu Reduktionsgas, d) in Strömungsrichtung des Gichtgases hinter der Kohlensäurewäsche und damit vor dem Mischer befindet sich ein Gichtgas-Aufheizungsregenerator, wobei die Kohlensäurewäsche auf einen Gehalt an Kohlensäure und Wasserdampf von etwa 10 bis 15 Volumprozent im behandelten Gichtgas eingestellt und die Gichtgas-Aufheizungsregeneratoren für eine Aufheizung des Gichtgases auf etwa 1200° C oder mehr ausgelegt ist. Im Begriff Wäsche liegt, daß mit geeigneten Waschflüssigkeiten oder Dämpfen gearbeitet wird und daß die behandelten Gase folglich mehr oder weniger kalt anfallen. Sie bedürfen daher der Aufheizung auf Reduktionstemperatur. - Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird zur Erzielung möglichst hoher Eintrittstemperaturen des Reduktionsgases in den Schachtofen das Frischgas vorgeheizt, und zwar dadurch, daß zwischen Schwefelwäsche und Mischer ein Frischgasvorheizungsrekuperator angeordnet und dieser für eine Vorheiztem- To solve this problem, the invention is based on a system of the genus described at the beginning. The solution is achieved through the combination the following features: a) the desulfurization device is a sulfur scrubber carried out, b) the furnace gas recirculation is equipped with a carbonic acid wash, c) in the direction of flow of the fresh gas is located behind the sulfur scrubber a mixer for mixing the fresh gas with the recirculated furnace gas Reducing gas, d) in the direction of flow of the furnace gas downstream of the carbonic acid scrubber and thus in front of the mixer there is a furnace gas heating regenerator, wherein the carbon dioxide wash to a carbon dioxide and water vapor content of about 10 up to 15 percent by volume in the treated furnace gas and the furnace gas heating regenerators is designed for heating the furnace gas to about 1200 ° C or more. in the The term laundry means that suitable washing liquids or vapors are used and that the treated gases are consequently more or less cold. she therefore require heating to the reduction temperature. - According to a preferred embodiment the invention is used to achieve the highest possible inlet temperatures of the reducing gas preheated the fresh gas in the shaft furnace, namely that between sulfur scrubbing and mixer a fresh gas preheating recuperator arranged and this for a preheating temperature

peratur bis etwa 500° C ausgelegt ist. Die Temperatur wird so ausgelegt, daß in diesem Rekuperator Rußbildung nicht eintritt, wobei bei geringem metallurgisch nicht störendem Schwefelgehalt im Frischgas die Rußbildungsgefahr sehr wesentlich reduziert und folglich die Temperatur erhöht werden kann.temperature is designed up to about 500 ° C. The temperature is designed so that soot formation does not occur in this recuperator, with a low level of metallurgy If the sulfur content in the fresh gas is not a problem, the risk of soot formation is very significant reduced and consequently the temperature can be increased.

Die Gichtgasregeneratoren werden im Wechseltakt zwischen Wärmeabgabe an das Gichtgas und Aufheizung betrieben. Die Aufheizung der Gichtgasregeneratoren und des Frischgasvorheizungsrekuperators kann mit Fremdenergie erfolgen. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch ohne Schwierigkeiten möglich, die Gichtgasregeneratoren für die Beheizung mit Gichtgas einzurichten, wobei das Gichtgas z. B. mit Sauerstoff verbrannt wird. Ebenso kann der Frischgasvorheizungsrekuperator für die Beheizung mit Gichtgas eingerichtet sein. The furnace gas regenerators are alternating between heat output operated on the furnace gas and heating. The heating of the furnace gas regenerators and the fresh gas preheating recuperator can be done with external energy. As part of the invention, however, it is possible without difficulty to use the furnace gas regenerators set up for heating with furnace gas, the furnace gas z. B. with oxygen is burned. The fresh gas pre-heating recuperator can also be used for heating be set up with furnace gas.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß eine ausreichende und sichere Entschwefelung des Frischgases, wenn es aus Schweröl und anderen schwefelhaltigen Kohlenwasserstoffen erzeugt wird, eine nasse Schwefelwäsche verlangt und setzt diese ein. Das reduziert die Temperatur des Frischgases auf praktisch 50 bis 100" C und macht eine Aufheizung des Frischgases auf Reduktionstemperatur erforderlich. Diese Aufheizung des Frischgases auf Reduktionstemperatur gelingt überraschenderweise in der erfindungsgemäßen Anlage. An sich hat die Fachwelt eine Aufheizung eines Gases, welches hauptsächlich aus Kohlenmonoxid und Wasserdampf besteht, auf Temperaturen von bis zu 1000" C bisher abgelehnt. The invention is based on the knowledge that a sufficient and safe desulfurization of the fresh gas, if it is made from heavy fuel oil and other sulfur-containing ones Hydrocarbons is generated, requires a wet sulfur scrubbing and sets this a. This reduces the temperature of the fresh gas to practically 50 to 100 "C and makes it necessary to heat the fresh gas to the reduction temperature. These The fresh gas is surprisingly heated to the reduction temperature in the system according to the invention. In itself, the professional world has a heating up Gas, which mainly consists of carbon monoxide and water vapor, to temperatures of up to 1000 "C so far rejected.

Kohlenmonoxid ist auf Grund der Gleichgewichte bis zu Temperaturen von etwa 1100° C nicht stabil. Es neigt entsprechend dem Boudouard-Gleichgewicht zur Abspaltung von Ruß unter Kohlendioxidbildung.Carbon monoxide is due to the equilibrium up to temperatures not stable from around 1100 ° C. It inclines according to the Boudouard equilibrium for splitting off soot with formation of carbon dioxide.

Nur bei Temperaturen unter 400" C ist in der Praxis die Kohlenstoffbildungsgeschwindigkeit und damit die Rußbildungsgeschwindigkeit vernachlässigbar klein. Im Temperaturbereich von 400" C bis 800" C ist diese Bildungsgeschwindigkeit so hoch, daß es im allgemeinen zu einer nicht tragbaren Rußbildung kommt. Dieser Vorgang der Rußbildung ist jedoch zeitabhängig. In der erfindungsgemäßen Anlage erfolgt die Aufheizung infolge der Beimischung des kalten oder vorgewärmten Frischgases zu dem 1200° C oder mehr aufweisenden rezirkuliertem Gichtgases in einem keramischen Mischer sehr plötzlich. Soweit mit vorgeheiztem Frischgas gearbeitet wird, erfolgt die Vorheizung nur bis zu Temperaturen, in denen Rußbildung auch bei rekuperativer Aufheizung nicht eintritt oder zumindest nicht stört. Uberraschenderweise kann das Gichtgas, obwohl es ebenfalls im wesentlichen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff besteht, in der angegebenen Weise aufgeheizt werden. Das gelingt, weil die Aufheizung sehr plötzlich, gleichsam in einem Temperatursprung erfolgt, und weil sich im Gichtgas die angegebene Menge an Wasserdampf und Kohlendioxid befinden. Letzteres bremst die Zerfallreaktion hinreichend, wenn regenerativ aufgeheizt wird, denn Regeneratoren besitzen bekanntlich Wärmespeicher aus feuerfester Keramik. Die katalytische Wirkung dieser Stoffe ist so gering, daß bei der erfindungsgemäßen Anlage im Regenerator Rußbildung praktisch nicht beobachtet wird.Only at temperatures below 400 "C is the carbon formation rate in practice and thus the speed of soot formation is negligibly small. In the temperature range from 400 "C to 800" C, this rate of formation is so high that it is generally an unsustainable soot build-up occurs. However, this process of soot formation is time-dependent. In the system according to the invention, the heating takes place as a result of the Admixture of the cold or preheated fresh gas to the 1200 ° C or more recirculated furnace gas in a ceramic mixer very suddenly. So much for preheated fresh gas is used, preheating only takes place up to temperatures in which soot formation does not occur or at least does not occur even with recuperative heating does not bother. Surprisingly, the furnace gas, although it is also essentially consists of carbon monoxide and hydrogen, are heated in the specified manner. This succeeds because the heating up very suddenly, as it were in a temperature jump takes place, and because the furnace gas contains the specified amount of water vapor and carbon dioxide are located. The latter slows down the disintegration reaction sufficiently when heated up regeneratively because regenerators are known to have heat accumulators made of refractory ceramics. The catalytic effect of these substances is so small that in the case of the invention Plant in the regenerator soot formation is practically not observed.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand des Schemas einer erfindungsgemäßen Anlage ausführlicher erläutert -, wobei im Rahmen eines Ausführungsbeispiels auch erfindungswesentliche Betriebs- daten angegeben werden. Das gilt insbesondere für die Zusammensetzung des Frischgases, des rezirkulierten Gichtgases und des Reduktionsgases und damit für das Mischungsverhältnis. In the following the invention is based on the scheme of an inventive Plant explained in more detail -, in the context of an exemplary embodiment also essential operating data are given. This is especially true for the composition of the fresh gas, the recirculated furnace gas and the reducing gas and thus for the mixing ratio.

Die in der Figur schematisch dargestellte Anlage dient für die Direktreduktion von Eisenerzen, insbesondere von Eisenerzpellets, mit Reduktionsgas. Die Anlage besteht in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus einem Schachtofen 1 mit Beschickeinrichtung 2 in der Gicht und unter Abzugseinrichtung 3 für Eisenschwamm, einem Gasgenerator 4 für die partielle Verbrennung von Kohlenwasserstoffen zu Frischgas und einer Einrichtung 5 mit Leitungen 6 für die Gichtgaszirkulation eines Teiles des entstehenden Gichtgases und dessen regenerativer Aufheizung. The system shown schematically in the figure is used for direct reduction of iron ores, especially iron ore pellets, with reducing gas. The attachment consists in its basic structure of a shaft furnace 1 with charging device 2 in the gout and under take-off device 3 for sponge iron, a gas generator 4 for the partial combustion of hydrocarbons to make fresh gas and a facility 5 with lines 6 for the top gas circulation of part of the top gas produced and its regenerative heating.

Im Ausführungsbeispiel ist 5 ein Kompressor. Der Gasgenerator 4 ist über eine Entschwefelungseinrichtung 7 für das Frischgas über die Leitung 8 an den Schachtofen 1 angeschlossen. Dabei ist die Entschwefelungseinrichtung 7 als Schwefelwäsche ausgeführt. In the exemplary embodiment, 5 is a compressor. The gas generator 4 is via a desulfurization device 7 for the fresh gas via line 8 to the Shaft furnace 1 connected. The desulfurization device 7 is used as a sulfur scrubber executed.

Andererseits ist die Gichtgasrezirkulation 5, 6 mit einer Kohlensäurewäsche 9 ausgerüstet. In Strömungsrichtung des Frischgases hinter der Schwefelwäsche 7 befindet sich ein Mischer 10 für die Mischung des Frischgases mit dem rezirkulierten Gichtgas zu Reduktionsgas. Bei der dargestellten Anlage ist die Entschwefelungseinrichtung 7, wie erwähnt, eine Schwefelwäsche. Das impliziert, daß mit geeigneter Waschflüssigkeit gearbeitet wird. In der Gichtgasrezirkulation 5, 6 befindet sich entsprechend die Kohlensäurewäsche 9. Folglich fallen hinter diesen Wäschen 7, 9 die behandelten Gase mit verhältnismäßig niedriger Temperatur an. In Strömungsrichtung des Frischgases hinter der Schwefelwäsche 7 befindet sich der Mischer 10 für die Mischung des Frischgases mit dem rezirkulierten Gichtgas zu Reduktionsgas. Dabei wird jedoch nicht das kalte Gichtgas mit dem Frischgas gemischt. Vielmehr befindet sich in Strömungsrichtung des Gichtgases hinter der Kohlensäurewäsche 9 und damit vor dem Mischer 10 ein Gichtgasaufheizungsregenerator 11. Die Kohlensäurewäsche 9 ist so eingestellt, daß das behandelte Gichtgas einen Gehalt an Kohlensäure und Wasserdampf von etwa 10 bis 15 Volumprozent aufweist. Dann können die Gichtgasaufheizungsregeneratoren 11 ohne weiteres zu einer Aufheizung des Gichtgases auf etwa 1200° C und mehr ausgelegt werden, was erfindungsgemäß der Fall ist, ohne daß die Gefahr von Rußbildung auftritt. Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist zwischen Schwefelwäsche 7 und Mischer 10 zusätzlich ein Frischgas-Vorheizungsrekuperator 12 angeordnet, der für eine Vorheizungstemperatur von bis zu etwa 500° C ausgelegt ist. Die Regeneratoren 11 für die Gichtgasaufheizung werden im Wechseltakt Aufheizung/Wärmeabgabe an das Gichtgas betrieben. Die Aufheizung der Regeneratoren 11 selbst geschieht durch kaltes Gichtgas, welches über die Leitungen 13 aus der Gichtgasrezirkulation 5,6 abgezweigt und mit Sauerstoff verbrannt wird. Mit Gichtgas ist im Ausführungsbeispiel über die Leitung 14 auch der Rekuperator 12 beheizt.On the other hand, the furnace gas recirculation 5, 6 is with a carbonic acid wash 9 equipped. In the flow direction of the fresh gas behind the sulfur scrubber 7 there is a mixer 10 for mixing the fresh gas with the recirculated gas Blast furnace gas to reducing gas. In the system shown is the desulphurisation device 7, as mentioned, a sulfur wash. That implies that with suitable washing liquid is being worked on. In the furnace gas recirculation 5, 6 is located accordingly Carbonic acid wash 9. Consequently, behind these washes 7, 9 the treated ones fall Gases with a relatively low temperature. In the direction of flow of the fresh gas behind the sulfur scrubber 7 is the mixer 10 for mixing the fresh gas with the recirculated furnace gas to reducing gas. However, this will not do the cold Blast furnace gas mixed with the fresh gas. Rather, it is located in the direction of flow of the top gas downstream of the carbonic acid scrubber 9 and thus upstream of the mixer 10, a top gas heating regenerator 11. The carbonic acid wash 9 is set so that the treated furnace gas a Has a content of carbonic acid and water vapor of about 10 to 15 percent by volume. Then the furnace gas heating regenerators 11 can easily be heated of the top gas can be designed to about 1200 ° C and more, which according to the invention This is the case without the risk of soot formation occurring. In the exemplary embodiment and according to a preferred embodiment of the invention is between sulfur scrubbing 7 and Mixer 10 also arranged a fresh gas preheating recuperator 12, which is for a preheating temperature of up to about 500 ° C is designed. The regenerators 11 for the furnace gas heating, the heating / heat transfer to the Furnace gas operated. The regenerators 11 themselves are heated by cold Blast furnace gas, which is branched off via lines 13 from the furnace gas recirculation 5.6 and burned with oxygen. With furnace gas is in the embodiment over the line 14 is also heated by the recuperator 12.

Es versteht sich von selbst, daß die gesamte Anlage für die Drücke ausgelegt ist, mit denen die Direktreduktion betrieben werden soll. Soweit erforderlich, sind für die Gasführung entsprechende Kompressoren vorgesehen, von denen der Kompressor eingezeichnet ist. In der Gichtgasrezirkulation 5, 6 befindet sich im übrigen eine Entstaubungseinrichtung 15 in Form eines Venturi-Waschers od. dgl. It goes without saying that the entire system for the pressures is designed with which the direct reduction is to be operated. As far as necessary, are suitable compressors for the gas flow provided by where the compressor is shown. Located in the furnace gas recirculation 5, 6 In addition, a dedusting device 15 in the form of a Venturi washer od. like

Aus den Tafeln, die an die verschiedenen Anlagenteile bzw. Leitungsteile des Schemas angeschlossen sind, entnimmt man wesentliche Betriebsdaten, und zwar die Drücke, die Temperaturen sowie die Gasanalysen. Die Mengenangaben in den Tafeln dienen lediglich dazu, die Proportionen erkennbar zu ma- chen, die zweckmäßigerweise für die verschiedenen Gasmengen eingehalten werden. Im Ausführungsbeispiel wird mit einem Frischgas gefahren, welches etwa 48 Volumprozent Wasserstoff, 40 Volumprozent Kohlenmonoxid und 0,01 Volumprozent Schwefel in Form von H2S bzw. COS enthält. Das rezirkulierte Gichtgas enthält etwa 42 % Wasserstoff und etwa 40 % Kohlenmonoxid, aber auch 5% Wasser und etwa 12% Kohlendioxid. Das verhindert jede störende Rußbildung im Regenerator 11. From the boards attached to the various parts of the plant or line parts of the scheme are connected, one takes essential operating data, namely the pressures, the temperatures and the gas analyzes. The quantities in the tables serve only to make the proportions recognizable chen that expedient for the various gas quantities are observed. In the exemplary embodiment driven with a fresh gas, which is about 48 percent by volume hydrogen, 40 percent by volume Contains carbon monoxide and 0.01 volume percent sulfur in the form of H2S or COS. That recirculated furnace gas contains about 42% hydrogen and about 40% carbon monoxide, but also 5% water and about 12% carbon dioxide. This prevents any annoying soot formation in the regenerator 11.

Claims

Claims: 1. Plant for the direct reduction of iron ores, especially of iron ore pellets, with reducing gas - consisting of shaft furnace, Gas generator for the partial combustion of carbonaceous energy sources with oxygen and / or air and / or oxygen carriers, such as water vapor, to fresh gas and means for the furnace gas recirculation, wherein the gas generator has a The desulphurisation device for the fresh gas is connected to the shaft furnace, characterized by the combination of the following features, a) the desulfurization device is designed as a sulfur scrubber (7), b) the furnace gas recirculation (5, 6) is with equipped with a carbonic acid wash (9), c) in the direction of flow of the fresh gas behind the sulfur scrubber (7) there is a mixer (10) for mixing the Fresh gas with the recirculated furnace gas to reduce gas, d) in the direction of flow of the top gas are located behind the carbon dioxide washing (9) and thus in front of the mixer (10) two furnace gas heating regenerators (11), with the carbon dioxide washing (9) to a content of carbonic acid and water vapor of about 10 to 15 percent by volume in the treated furnace gas and the furnace gas heating regenerators (11) is designed for heating the furnace gas to about 1200 ° C or more.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that between Sulfur scrubber (7) and mixer (10) a fresh gas preheating recuperator (12) is arranged and this is designed for a preheating temperature of around 500 ° C.

3. Plant according to claims 1 and 2, characterized in that the furnace gas heating regenerators (11) are operated in alternation.

4. Device according to claims 1 and 3, characterized in that that the furnace gas heating regenerators (11) are set up for heating by furnace gas are.

5. Device according to claims 1 and 2, characterized in that that the fresh gas preheating recuperator (12) is set up for heating with furnace gas is.

The invention relates to a plant for direct reduction of iron ores, in particular of iron ore pellets, with reducing gas -, consisting from shaft furnace (with loading device in the top and bottom take-off device for sponge iron), gas generator for the partial combustion of carbonaceous Energy carriers with oxygen and / or air and / or oxygen carriers, such as water vapor, to fresh gas and equipment for furnace gas recirculation (part of the resulting Furnace gas), wherein the gas generator has a desulfurization device for the Fresh gas is connected to the shaft furnace. Carbonaceous energy sources In the context of the invention also means hydrocarbons, in particular also so-called Heavy fuel oil.

In a known system of the type described (see. US-PS 2740706) the furnace gas recirculation is introduced into the gas generator. True is a water separator is provided in the top gas recirculation, däs top gas However, it retains its carbonic acid and should thus as well as in total at the partial Combustion of hydrocarbons take part. The fresh gas stays hot. The desulphurisation device works with sponge iron or the like.

- The well-known system does not allow the iron ores with a reducing gas to deal with which, in terms of the metallurgical process, meets modern requirements sufficient and high quality with sufficient power and sufficient efficiency Sponge iron supplies, which can be used easily and without difficulties for steel production can be used. This is especially true when for the generation of the reducing gas Heavy oil and similar fuels may need to be used Carry large amounts of sulfur with you and deliver a fresh gas containing sulfur.

The invention is based on the object of a plant for direct reduction of iron ores, especially iron ore pellets, with reducing gas, which are independent of the fuels used, with high performance and good efficiency leads to high-quality sponge iron - also and especially when Heavy oil and similar hydrocarbons that contain sulfur are used are.