DD157565A5 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von eisenschwamm - Google Patents
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Abstract
Durch das Verfahren und die Vorrichtung zur Herstellung von Eisenschwamm sollen die Investitionskosten und der Energieverbrauch gegenueber herkoemmlichen Verfahren gesenkt werden. Aufgabengemaess wird Eisenschwamm durch kontinuierliche Reduktion von Eisenoxiden hergestellt, wobei erfindungsgemaess aus einem Reduktionsschacht das Reaktionsgas entfernt, dem Reaktionsgas das CO tief 2 und H tief 2 O entzogen, das Reaktionsgas in wenigstens zwei Teilstroeme aufgeteilt und ein Teilstrom einem Gasgenerator zugeleitet wird. Das Reaktionsgas wird erhitzt und nach weiteren Verfahrensschritten ist reduziertes Eisen aus dem Schachtofen entnehmbar. Die Vorrichtung weist in einem Schachtofen einen Reaktionsschacht auf.Im oberen Bereich des Schachtofens ist eine Anordnung zur Entfernung des Reaktionsgases vorgesehen. Weiterhin sind Gaswaescher, Trennungseinrichtungen, ein Gasgenerator, ein Plasmabrenner und Duesen sowie eine Mischvorrichtung vorhanden.
Description
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• Berlin,· den 18.5.1981
C 21 Β/228 530/1 58 975/26
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Eisenschwamm
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine. Vorrichtung zur Herstellung von Eisenschwamm.
Bekannte Verfahren zur Herstellung von Eisenschwamm, bei denen Kohle als Reduktionsmittel verwendet wird, sind hauptsächlich folgende:
a) Das Drehherdofen-Verfahren, bei welchem Steinkohle zusammen mit dem zu reduzierenden Erz in einem schräg liegenden Drehherdofen verwendet wird. Die Schwierigkeit bei diesem Verfahren besteht darin, daß hauptsächlich infolge der.kinetischen Energie mit relativ hohen Temperaturen, vorzugsweise 1000 C, gearbeitet werden'muß, was beträchtliche Probl'eme durch Verstopfung und Materialanhäufung in der Reaktionskarnmer verursacht. ;
b) Verwendung eines Schachtofens in Kombination mit
einer Einrichtung zur Kohlevergasung,-welche auf einer . teilweisen Verbrennung beruhte Die Nachteile dieses bekannten Verfahrens sind hauptsächlich die extrem hohen 'Investitionskosten für die Vergasungseinrichtung und auch der überaus hohe- Energieverbrauch.
c)' Das Verfahren nach der SE-PS 73 04 332-5 beschreibt eine ' Lösung, bei welchem Kohle in"fester Form unter Verwendung
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eines Plasmagenerators direkt vergast wird«,'Die Nachteile dieses Verfahrens bestehen darin, daß die Kohlezufuhr äußerst genau eingestellt werden muß und sich bei einigen Kohlearten Probleme· bei der Handhabung der Asche ergeben» Außerdem besitzt das'erzeugte Gas einen. Wasserstoffgehalt, welcher niedriger ist, als er für Reduktionszwecke ideal wäre c
Z ig1 der Erf ind ung "
Ziel der Erfindung ist ess die Investitionskosten und den Energieverbrauch zu senken,,
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Eisenschwamm durch kontinuierliche Reduktion von Eisenoxiden in einem Schachtofen zu schaffen^
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Reduktionsgas im Gegenstrom zu den Eisenoxiden durch den Schachtofen geleitet wird* Das Reaktionsgas besteht hauptsächlich aus CO und H2$ wobei es aus Rezirkulationsgas erzeugt wird,- de he aus dem den Schachtofen verlassenden Reaktionsgas sowie aus einem Extragass welches aus festem Reduktionsmittel mit Hilfe eines Plasmagenerators herge~ stellt wird» Dieses Rezirkulationsgas wird zunächst im •wesentlichen von COp und H2O befreit und dann in zwei Teilströme aufgeteilt, von denen einer, dem Plasmagenerator zugeleitet wirdo Der Plasmagenerator besteht aus einem Gaserzeuger-Schacht, der im wesentlichen mit einem festen Reduktionsmittel wie Koks oder dgie gefüllt ist» Ein Plasma- \ brenner ist im unteren Bereich des Schachtes angeordnet und
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in den den Plasmabrenner verlassenden, heißen Gasstrom wird Wasser und/oder Säuerstoffgas eingeblasen, so daß das Wasser' und/oder das Säuerstoffgas mit dem Reduktionsmittel zur Reaktion gebracht werden und eine Mischung aus hauptsächlich CO und Hp entsteht«, Die Temperatur des erzeugten Gases wird auf einer derartigen Höhe gehalten, daß im festen Reduktionsmittel enthaltene Asche eine Schlacke bildet· Die den Gasgenerator verlassende heiße CO-Hp-Mischung wird mit wenigstens einem der anderen Teilströme des gereinigten Rezirkulationsgases in einem derartigen Verhältnis gemischt, daß die Temperatur der endgültigen Gasmischung für das Reduktionsverfahren geeignet ist. Als Oxidationsmittel kann Wasser oder Sauerstoff verwendet werden* '
Gemäß einer Besonderheit der Erfindung wird die Temperatur des im Gaserzeuger-Schacht erzeugten Gases auf einen Temperaturbereich von 1300 - 1500 0G eingestellt* Vorzugsweise wird auch, bevor die fertige Gasmischung dem unteren Teil des Schachtofens zugeführt wird, ihre Temperatur auf 700 - 1000 0C gebracht, in dem sie mit dem zweiten Teilstrom gemischt wird, wobei vorteilhaft die Temperatur des Reduktionsgases vor dem Einblasen in den Reduktionsschacht 825 0C beträgt»
Uach einer weiteren Besonderheit der Erfindung wird das Rezirkulationsgas in einem Gasv/äseher gereinigt, bis ein COg-Gehalt vorzugsweise unter 2 % beträgt« In allen Fällen ist es möglich, die Zwischengasmischung durch einen Schwefelfilter zu leiten,
Als Reduktionsmittel ist Koks verwendbar. Zusätzliche Reduktionsmittel wie Kohlenstaub können eingeblasen werden.
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Die erfiridungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Eisenschwamm besitzt ein System zur Erzeugung von Reduktionsgas, welches eine Reinigungseinrichtung, die aus einem COp-Wäscher besteht j der als aktiven Wirkstoff Monoäthanolamin enthält, für das die Reaktionskammer verlassende Reaktionsgas und einen damit verbundenen Gaserzeuger-Schacht aufweists um einen Teil des auf diese Weise gereinigten Reduktionsgases aufzunehmen,, Der Gaserzeuger-Schacht weist einen Plasmabrenner bzwc. Plasmagenerator auf und kann mit einem festen Reduktionsmittel wie Koks im wesentlichen gefüllt werden«, Zufuhreinrichtungen für das gesteuerte Einbringen von V/asser und/oder Sauerstoffgas sowie v/ahlweise von zusätzlichem Reduktionsmittel in Pulverform in das vom Brenner erzeugte Plasmagas sind außerdem vorgesehene Unter dem Gaserzeuger—Schacht ist ein einstellbarer Mischer vorgesehens um den Teil des Reduktionsgases aus dem Schacht mit einem .zweiten unbehandelten Teil des gereinigten Reaktionsgases' zu mischen« Außerdem ist im unteren Abschnitt der Reaktionskammer zum Einbringen der auf diese Weise erhaltenen endgültigen Gasmischung ein Gebläse vorgesehen« Weiterhin sind ein Kompressor, Anordnungen zur Entfernung der Schlacke, ein Schwefelfilter und eine Injektionsfläche, die vor dem Plasmabrenner liegt, vorgesehen,»
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung soll nachstehend anhand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert werden0
Die Reduktion von Eisenoxidbrocken wird in einem Reduktionsschacht 1 durchgeführt« Die Eisenoxidbrocken. 2 v/erden durch einen Keilschieber 3 in den Reduktionsschacht 1 eingebracht und durch einen Gegenstrom.eines, heißen Reduktionsgases, das hauptsächlich aus Kohlenmonoxid und Wasserstoffgas bestehtj
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welches im Boden 4 des unteren Abschnitts des Reduktionsschachtes 1 eingeblasen wird, behandelt. Das Eisenschwanun-Produkt wird durch einen Auslaß 5 id Boden 4 des Schachtes entfernt» Das Reduktionsgas, von welchem 30-50 % reagiert
hat, wird -vom oberen Teil des Reduktionsschachtes 1 durch einen Auslaß 6 entfernt«
Das auf diese Weise aus dem Reduktionsschacht 1 entfernte Gas enthält neben 50-70 % anreagiertem CO und EL auch die Reaktionsprodukte COp und H2O* Da dieses Gas noch relativ hohe Anteile an CO und Hp enthält, kann es erneut im Verfahren verwendet werden«, Um jedoch als Reduktionsgas erneut verwendet werden zu können, muß der Gehalt an COp und K2O auf weniger als 5 % herabgesetzt werden«, Dies wird dadurch erreicht, daß das Gas durch einen Gaswäscher (COp/HpO-Wäscher) 7 geleitet wird. Wenn das Gas durch diesen Gaswäscher 7 hindurchströmt t wird es nicht nur von den Reaktionsprodukten COp itfid HpO befreit, sondern der tatsächliche Y/aschprozeß ermöglicht einen Ausgleich der Gasmenge, so daß ein Zurückschlagen des Gases, vermieden werden kann« Der Gaswäscher 7 kann beispielsweise Monoäthanolamin als aktive Substanz ent-· halten, und der Gehalt an COp im Gas kann beim Durchgang durch den Gaswäscher 7 auf unter 2 % herabgesetzt werdene
Im Anschluß an den Gaswäscher 7 strömt das Gas zu. einem Kompressor 8, in welchem der für das Verfahren erforderliche Druckanstieg erzeugt wird, und wird dann in wenigstens zv/ei Teilströme 9 und TO aufgeteilte
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Der Teilstroin 9s welcher Raumtemperatur besitzt, wird in einen Gasgenerator 11 geleitet, in welchem das erforderliche Extragas, aus einem festen Reduktionsmittels vorzugsweise Koks sowie Wasser und/oder Sauerstoffgas erzeugt wird« Der Teilstrom 9 wird als Plasmagas in dem Gasgenerator 11 verwendet, und die Menge an für den Gaserzeugungs-Prozeß erforderlicher Energie wird in einem Plasmabrenner 12 geliefert«, Der Gasgenerator 11 wird mit einem festen Reduktionsmittel, vorzugsweise Koks, im wesentlichen gefüllt. Ein Oxidationsmittel, vorzugsweise Wasser und/oder Säuerstoffgas, wird dem Gasgenerator über Düsen 13 zugeleitet, so daß es den den Plasmabrenner 12 verlassenden heißen Gasstrom durchdringt. Ein besonderes Reduktionsmittel kann wahlweise z. B. in Pulverform dem den Plasmabrenner 12 verlassenden heißen Gasstrom über Blasdüsen 13a zugesetzt werden«, Dieses zusätzliche Reduktionsmittel ist .vorzugsweise Kohlenstaub mit einer Teilchengröße von unter 20 Maschen und vorzugsweise.unter 100 Maschen« Der heiße Gasstrom vom Plasmabrenner 12 muß dadurch auf das Reduktionsmittel einwirken und CO und JEU bilden« Die Energiezufuhr im Gasgenerator IT v/ird derart geregelt, daß die im Kohlenstaub vorhandene Asche zu einer Schlacke 14 geschmolzen wird,.welche vom unteren Teil des Gasgenerators 11 in flüssiger oder fester Form über eine Abstichleitung 16 entfernt werden kann. Infolge der Zusammensetzung der Asche wird die Temperatur vorzugsweise derart ausgewählt, daß sie zwischen 1300 und 1500 0C liegt.
Das in der Vorrichtung erzeugte Reduktionsgas kann neben CO und H2 auch Schwefel enthalten/ welcher im Reduktionsmittel enthalten war. Diese Zwischengasmischung wird daher durch einen Schwefelfilter 15 (beispielsweise einen Dolomit-Filter) geleitet, in welchem der"Schwefelgehalt auf eine annehmbare Höhe für das Eisenschwamm-Veifahren, vorzugsweise unter
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75 ppm» gesenkt wird.
Bei einer anderen AusfUhrungsform der Erfindung kann der Schwefelfilter 15 in den Gasgenerator selbst eingebaut werden, indem das Koksbett mit einem für diesen Zweck geeigneten Material versehen wird«
Das den Schwefelfilter 15 verlassende Gas hat eine wesentlich über der Temperatur liegende Temperatur, welche für das Eisenschwamm-Verfahren erforderlich ist, so daß seine Temperatur durch Mischung in einem geeigneten Verhältnis mit dem kalten gewaschenen Gas im Teilstrom 10 gesenkt wird, um eine für das Verfahren geeignete Temperatur, beispielsweise 750 - 1000 0C, vorzugsweise 825 0C zu erreichen. Während zum Mischen des Generatorgases mit dem Teilstrom 10 eine besondere Mischeinrichtung verwendet werden kann, kann man auch den Teilstrom
10 teilweise oder insgesamt von oben her in den Gasgenerator
11 einleiten und dadurch den Gasgenerator 11 als Mischkammer verwendenβ
Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden bedeutende technische Vorteile erreicht. In dieser Beziehung kann die Gaserzeugung bei einer Temperatur stattfinden, daß die Äsche Schlacke 14 bildet, welche leicht zu handhaben ist und abgezapft werden kann, ohne daß Verstopfungsprobleme im Verfahren verursacht werden. Der Wasserstoffgehalt des Reduktionsgases kann auf eine Menge eingestellt werden, welche für das Reduktionsverfahren geeignet ist, und zwar durch den Waschprozeß und das anschließende Einspritzen von Wasser und/oder Säuerst offgas in den Gasgenerator 11 .· Außerdem
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bietet die Kombination der Gaswaschung und Gaserzeugung bei erhöhten Temperaturen vorteilhafte-Möglichkeiten eines Ausgleichs der Gasmenge im System und der- Regelung der Reduktionstemperatur© Gleichzeitig wird eine hohe Energieausbeute erreicht, du die vom Plasmabrenner 12 gelieferte Energie im wesentlichen vollständig im Verfahren verbraucht wird, d, h» die Temperatureinst ellung wird durch Zusetzen von kühlerem zurückfließendem Reduktionsgas erreicht, anstatt dem System Yförme zu entziehen« .
Sollten bei der Bindung der Asche vom festen Reduktionsmittel in einer Schlackenphase Schwierigkeiten auftreten, können Additive verwendet werden, welche die Eigenschaften der Schlacke wie beispielsweise den Schmelzpunkt, die Schwefelabsorption usw«, beeinflußen} wie beispielsweise AlKaliverbindungen und Kalk* Diese Additive werden vorzugsweise mit dem festen Reduktionsmittel vermischt«
Claims (6)
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Erfindunssanspruch
1. Verfahren zur Herstellung von Eisenschwamm durch kontinuierliche Reduktion von Eisenoxiden in einem Schachtofen, gekennzeichnet dadurch^ daß aus einem Reduktionsschacht (1) das Reaktionsgas entfernt, diesem Reaktionsgas im wesentlichen das gesamte COp und HpO entzogen, das Reaktionsgas in wenigstens zwei Teilströme -(9j 10) aufgeteilt und ein Teilstrom (9) einem hauptsächlich mit festem Reduktionsmittel gefüllten Gasgenerator (11) zugeleitet wird, welcher einen Plasmabrenner (12) und Einrichtungen wie Düsen (13) zum Einspritzen eines Oxidationsmittel besitzt, wobei das Reaktionsgas durch den Plasmabrenner (12) erhitzt wird und in das erhitzte Gas das Oxidationsmittel eingeblasen wird, um eine Zwischengasmischung auszubilden, welche hauptsächlich aus CO und Hp besteht, danach diese Zwischengasmischung auf einer derartigen Temperatur gehalten wird, daß in dem festen Reduktionsmittel enthaltene Asche eine Schlacke bildet, daß weiterhin dieses Zwischengas mit wenigstens einem Teilstrom (10) in einem derartigen Verhältnis gemischt wird, daß die Temperatur des sich ergebenden Reduktionsgases zur Reduktion von Eisenoxiden in dem Reduktionsschacht (1) geeignet ist, wobei dieses Reduktionsgas in den unteren Teil wie Boden (4) des Schachtofens eingeblasen und durch den Schachtofen nach oben geleitet wird, wodurch Eisenoxide in dem Schachtofen reduzierbar sind, wonach das reduzierte Eisen aus dem Ofen entnoßuuen wird,
2. Verfahren nach Punkt "1, gekennzeichnet dadurch, daß die Oxidationsmittel V/asser oder Sauerstoff ist·*
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3e Verfahren nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Zwischengasmischung auf einer Temperatur von etwa 1300 bis 1500 0C gehalten wird*
4e Verfahren nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß das Zwischengas mit wenigstens einem Teilstrom (10) in einem derartigen Verhältnis gemischt wird, daß die Temperatur des entstehenden .Reduktionsgases vor dem Einblasen in den Schachtofen (1) zwischen 700 und 1000 0C liegt«,
5. Verfahren nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Temperatur des Reduktionsgases vor dem Einblasen in den Reduktionsschacht (1) annähernd 825 0C beträgt»
6. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß C0? und HpO dem Reaktionsgas durch eine Gaswaschung entzogen werden, bis der Gehalt an COg weniger als etwa 2 % beträgt ο
7* Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 6, gekennzeichnet dadurchg daß als Reduktionsmittel Koks verwendet wird*
8« Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 6, gekennzeichnet dadurchs daß in .das erhitzte Gas vom Plasmabrenner (12) zusätzliches Reduktionsmittel eingeblasen wird:«
9e Verfahren nach Punkt 8, gekennzeichnet dadurch, daß- als zusätzliches Reduktionsmittel Kohlenstaub mit einer Teilchengröße von unter 20 Maschen verwendet wird«'
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L· L· O <J
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10, Verfahren nach Punkt 10, gekennzeichnet dadurch, daß als. zusätzliches Reduktionsmittel Kohlenstaub mit einer Teilchengröße von unter 100 Maschen verwendet wird*
ο Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Zwischengasmischung durch einen Schwefelfilter (15) hindurchgeleitet wird»
12, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, gekennzeichnet dadurch, daß sie in einem Schachtofen einen Reduktionsschacht (1) zur Reaktion von Bisenoxiden durch ein Reaktionsgas besitzt, welches im wesentlichen aus CO und Hp besteht, daß mit dem oberen Bereich des Schachtofens eine Anordnung wie der Auslaß (6) zur Entfernung des Reaktionsgases aus dem Ofen verbunden ist, daß Reinigungseinrichtungen .wie Gaswäscher (7) zur Entfernung von COp aus dem Reaktionsgas vorgesehen sind, daß Einrichtungen zur Trennung des gereinigten Reaktionsgases in wenigstens zv/ei Teilströme (9» 10) vorgesehen sind, daß ein Gasgenerator (11) zur'Aufnahme wenigstens eines der Teilströme (9j 10) vorgesehen ist, wel_ eher einen Plasmabrenner (12) sowie Düsen (13) zum Einblasen eines festen Reduktionsmittels und eines Oxidationsmittels in das vom Plasmabrenner (12) erhitzte Gas besitzt, um eine Zwischengasmischung zu erzeugen, welche hauptsächlich aus CO und H2 besteht, daß eine Mischeinrichtung zur gesteuerten Mischung dieser Zwischengasmischung mit wenigstens einem Teilstrom (10) der Teilströme. (9i 10) des Reaktionsgases vorgesehen ist,' um ein Reaktionsgas herzustellen, und daß Einrichtungen zum Einblasendieses Reaktionsgases in d.en unteren Boden (4) des Schachtofens"vorgesehen sind·
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13« Vorrichtung nach Punkt 12, -gekennzeichnet 'dadurch, daß der Gaswäscher (7) aus einem COp-Wäscher besteht.
14· Vorrichtung nach Punkt 13» gekennzeichnet dadurch, daß der COg-Wäscher als aktiven V/irkstoff Monoäthanolamin enthalte
15« Vorrichtung nach Punkt 12, gekennzeichnet .dadurch, daß zwischen dem Gaswäscher (7) und der Einrichtung zur Trennung des gereinigten'Reaktionsgases' ein Kompressor (8) angeordnet ist«
16. Vorrichtung nach einem der Punkte 12 bis 15» gekennzeichnet dadurch, daß der Gasgenerator (11) Anordnungen wie eine Abstrichleitung (16) zur Schlackenentfernung aufweist»
17o Vorrichtung nach einem der Punkte 12 bis 15» gekennzeichnet dadurch, daß zwischen dem Gasgenerator (11) und der Mischeinrichtung ein Schwefelfilter (15) vorgesehen ist«,
18«, Vorrichtung nach einem der Punkte 12 bis 15» gekennzeichnet dadurch, daß im Gasgenerator ,(11) ein Schwefelfilter (15) eingebaut ist.
19o Vorrichtung nach einem.der Punkte 12 bis 15» gekennzeichnet dadurch, daß eine Blasdüse (13a) zum. Einbringen von zusätzlichem'Reduktionsmittel in Pulverform in das vom Plasmabrenner (12) erhitzte Gas vorgesehen ist
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20ο Vorrichtung nach Punkt 19S gekennzeichnet dadurch, daß die Blasaüsen (13a) eine Injektionsfläche unmittelbar vor dem Plasmabrenner (12) aufweisen»
,' Vorrichtung nach einem der Punkte 12 bis 15» gekennzeichnet dadurch» daß die Düsen (13) eine Injektionsfläche unmittelbar vor dem Plasmabrenner (12) besitzen»
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ID=5529792
Family Applications (1)
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| DD (1) | DD157565A5 (de) |
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1981
- 1981-03-23 DD DD22853081A patent/DD157565A5/de not_active IP Right Cessation
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