DE2810701C2

DE2810701C2 - Verfahren zur Direktreduktion von Eisenerzen

Info

Publication number: DE2810701C2
Application number: DE2810701A
Authority: DE
Inventors: Gero Dr.-Ing. 2150 Buxtehude Papst; Günther 2103 Hamburg Röpke; Hans-Jörg Dr.-Ing. 3170 Gifhorn Töpfer
Original assignee: Hamburger Stahlwerke GmbH
Current assignee: ArcelorMittal Hamburg GmbH
Priority date: 1978-03-11
Filing date: 1978-03-11
Publication date: 1984-07-05
Also published as: DE2810701A1

Description

CO₂ + CH₄

2CO + 2H,

ausgenutzt und das erzeugte Reduktionsgas zur Direktreduktion der Eisenoxidpellets verwendet.

Bei dem bekannten Verfahren ist außerdem vorgesehen, einen Teil des abgekühlten Gichtgases vor der Anreicherung mit Methan abzuzweigen und zur Temperatursteuerung in einen mittleren Bereich des Schachtofens einzuführen."

Durch die DE-OS 26 22 349 ist ein Verfahren der einleitend genannten Art bekannt geworden, bei dem ein Teil des Kühlgases innerhalb eines Schachtofens aus der Kühlzone nach oben in die Reduktionszonc geführt wird. Dem aufbereiteten Kühlgas kann Gichtgas und Erdgas zugesetzt werden, das gemäß

CM, + CO₂ CH₄ + H₂O

2CO + 2H₂ 3H₂ + CO

Die Erfindung betrifft ein Verfuhren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs I.

Hei dem durch die I)Ii-AS 17 83 180 bekanntgewordenen Verfahren dieser Art wird das aus der Rcduktlons-A)IiC abgezogene Gichtgas nach einer Ciaswäsche von Wasser befreit, mit Methan angereichert und In den untersten Kühlabschnitt des Schachtofens eingeführt, in dem es mit den nach unten sinkenden redu/ierlen hol im Schachtofen zu Reduktionsgas reformiert wird.

Ein Reduktionsschachtofen wird üblicherweise von der Peripherie her mit heißem Reduktionsgas beaufschlagt. Beim Einblasen von Erdgas oder Gichtgas

r> unterhalb der Elnblasebcne des heißen Reduktionsgases, z. U. in die Kühlzone eines derartigen Reduklionsschachlolens, wird das von unten aufsteigende Gas in die Mitte des Schachtofens zusammengedrängt. Dadurch kühlt die Mitte des Schachtofens bei großen von unten aufsteigenden Gasmengen zu stark ab und die Er/rcduktlon wird verlangsamt. Die Metallisierung des erzeugten Eisenschwamms wird verschlechtert. Die Menge Spaltgas, die durch die Umsetzung von Methan am abkühlenden Eisenschwamm erzeugt werden kann,'

4') verringert sich.

Aufgabe der Erfindung Ist es, durch einfache Maßnahmen eine zu starke örtliche Abkühlung in der Rcduktlonszone zu verhindern und einen über den gesamten Querschnitt der Schüttung nahezu gleichmä-

V) ßigen hohen Reduktionsgrad des Elsenerzes zu erreichen. Bei Verwendung von Erdgas zur Reduktlonsgaserzeugung, das unterhalb der Reduktionszone entweder konzentriert oder mit Gichtgas vermischt eingeleitet wird, soll der Wärmcinhalt des frisch reduzierten Eisen-

5^r> schwamms für die Umwandlung des Erdgases in Reduktionsgas besser nutzbar gemacht werden.

Die Aufgabe ist durch die In Patentanspruch I angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unlcransprüchcn zu entneh-

^h(1 men.

Die Erfindung wird durch Ausführungsheispiele anhand von 7 Elguren näher erläutert. Es /elgl

EIg. I eine Vorrichtung /ur Dirckircduklion von Eisenerz /ur Durchführung des crflndungsgemäßcn

"^r' Verfahrens; die

Είμ. 2 bis 7 .schematisch weitere Vorrichtungen zur Durchführung ilcs crflndungsgemäßcn Verfahrens. Hu. I stellt einen Schachtofen 1 mit einem Einnähe-

trichter 2 für Eisenoxidpellets 3 oder anderes Material wie Stückerz dar. Die Pellets sinken durch eines oder mehrere Zuführungsrohre 4 und bilden ein Bett 5 aus tc^chenförmigem, Eisenoxid enthaltendem Material. Der Schachtofen weist im oberen Bereich eine Reduktionszone 6 und im unteren Bereich eine Kühlzone 7 auf. An der Sohle des Schachtofens ist ein Pelletaustragrohr 8 angebracht. Die durch dieses Rohr austretenden metallisierten und gekühlten Pellets werden mittels eines Förderbandes 9 abtransportiert. Das für die Direktreduktion der Eisenoxidpellets erforderliche Reduktionsgas, welches beispielsweise aus gasförmigen Kohlenwasserstoffen und Gichtgas In einem Gasreformer erzeugt worden ist, wird über eine Reduktionsgasleitung 10 in eine Ringleltung U eingeleitet und gelangt durch Gaseintrittsöffnungen 12 In die Beschikkung des Schachtofens, in der es nach oben strömt. Das verbrauchte Reduktionsgas wird als Gichtgas am Gasauslaß 13 abgezogen und nach einer Reinigung in einem Gaswäscher 14 mittels eines Gebläses 15 teilweise zum Gasumformer für die Reduktionsgaserzeugung über die Leitung 16 geleitet. Bei der In Flg. 1 dargestellten Ausführungsform eines Schachtofens mit Kühlzone wird das Gichtgas teilweise In einen Kühlkreislauf über die Leitung 17 geleitet. Die Leitung 17 mündet In einen Einlaß 18 des Schachtofens, der am unteren Ende der Kühlzone vorgesehen Ist und das zugeführte Gas über ein Gasverteilungselement 19 In die Beschickung bläst. Am oberen Ende der Kühlzone wird ein Teil des Kühlgases durch ein Element 20 gesammelt und über einen Gasauslaß 21 zum Gaswäscher 14 geleitet. In die Leitung 17 mündet eine Leitung 22, über die dem zurückgeführten Kühlgas und Gichtgas Erdgas zugesetzt werden kann.

Unterhalb der Einblasebene des heißen Reduktionsgases wird Erdgas vermischt mit Gichtgas In den Schachtofen eingeleitet. Das kann z. B. durch horizontale In den Schachtofen eingebaute Gasvertellerrohre 23 oder z. B. durch eine zwe'te Einblasdüsenebene mit Ringleitung geschehen.

In Fig. 1 sind in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung In dem Schachtofen unterhalb der Reduktionszone Gasvertellerrohre 23 angeordnet, denen über eine Leitung 24 Erdgas zugeführt wird und die durch Überdachungen 47 geschützt sind. Dem Erdgas kann Gichtgas beigemischt werden, das über eine Leitung 25 zugegeben werden kann.

Das aus den Gasverteilerrohren 23 austretende Erdgas steigt etwa in der durch gestrichelte Linien 26 angedeuteten Welse nach oben und reagiert zunächst in konzentrierter Form am Eisenschwamm. Beim Aufstelgen in die heißeren Zonen des Schachtofens mischt es sich allmählich mit Gichtgas, das aus dem unteren Teil des Schachtes aufsteigt und durch strichpunktierte Linien 27 angedeutet 1st. Dadurch wird erreicht, daß mit steigender Temperatur des Elsenschwammes ein immer stärker mit Gichtgas durchmischles Erdgas zur Verfügung steht, so daß das Angebot an CO₂ und auch an H₂O zur Spaltung des Erdgases ständig zunimmt. Die Spaltung des Erdgases erfolgt zu einem kleineren Teil auch durch das bei der Erzreduktion gebildete CO₂ und H₂O.

Das von unten in die Reduktionszone 6 aufsteigende Gasgemisch hat die Tendenz, durch das von der Peripherie her eingeblasenc Reduktionsgas, das durch ausgezogene Linien 28 veranschaulicht ist. In der Mitte des Schachtofens zusammengedrängt im werden. Das tritt nicht nur dann ein, wenn der Reduktionsschacht eine Kühlzone hat, wie In Flg. 1 dargestellt, sondern immer dann, wenn unterhalb der Elnblasebene des heißen Reduktionsgases ein kaltes oder vorgewärmtes Kohlenwasserstoff-Glchtgas-Gemisch in den Reduktionsschachtofen eingebracht wird. Dadurch wird die mittlere Zonf überdurchschnittlich abgekühlt und hierdurch nicht nur die Menge des spaltbaren Erdgases eingeschränkt, sondern das Eisenerz wird auch über den Querschnitt des Schachtofens ungleichmäßig reduziert.

Um dies zu verhindern, wird gemäß der Erfindung im unteren Abschnitt der Reduktionszone das aufsteigende Kohlenwasserstoff-Gichigas-Gemlsch durch einen sich zeitlich in der Richtung und/oder durch einen sich zeltlich in der Stärke ändernden Reduktionsgasstrom nacheinander in verschiedene Bereiche des Querschnitts der Reduktionszone gedrängt.

In desi Flg. 2 bis 5 Ist schematisch dargestellt, wie das Problem, eine Unterkühlung in einem Querschnittsbereich der Reduktionszone zu verhindern, durch abschnittsweises Sperren der Gaseintrittsöffnungen 12, d. h. der Eintrittsöffnungen des Redukttonsgases in einen Reduktionsofen gelöst wird. Zu diesem Zweck besteht beispielsweise die Ringleltung 11 aus drei nicht verbundenen Ringleitungsabschnitten 34, 35 und 36, die jeweils mit Heißgasschiebern 31, 32 und 33 gegenüber der Zuleitung 41 von heißem Reduktionsgas abgesperrt oder In der Gaszufuhr gedrosselt werden können. Die Zuleitung 41 Ist mit der Reduktionsgasleitung 10 verbunden. Der Querschnitt des Schachtofens sei gedank-Hch In die den Ringleitungsabschnitten 34, 35 und 36 zugeordneten Sektoren 42, 43, 44 unterteilt. Werden, wie In Flg. 2 dargestellt, die Eintrittsöffnungen des Ringleitungsabschnittes 34 durch Schließen des Heißgasschlebers 31 gesperrt, dann kann das Reduktionsgas nur noch durch die Eintrittsöffnungen der Rohrleltungsabschnltte 35 und 36 In die Reduktionszone eintreten, es wird also ein radial unsymmetrischer Reduktlonsgasstrom eingeblasen, der zu den In Fig. 3 angedeuteten Strömungsverhältnissen führt. Die von unten aufsteigenden, mit 37 bezeichneten Gasströme werden durch das einseitig elngebiasene Reduktionsgas 38 vorwiegend In den Sektor 42 des Querschnitts der Reduktionszone gedrängt. Dadurch wird sich - wie sonst die Mitte - dieser Teil des Querschnitts des Schachtofens In den unteren Zonen abkühlen, da dem heißen Eisenschwamm die Wärme zum Aufheizen des aus der Kühlzone aufsteigenden Gases sowie für die Reaktionen

2CO + 2H₂
CO + 3H₂
C + 2H,

)5 entzogen wird. Nach einer gewissen Zelt muß umgeschaltet werden, damit der abgekühlte Teil des Schachtofenquerschnltles wieder mit Reduktionsgas aufgeheizt und ein anderer Teil des Schachtofenquerschnittes abgekühlt wird. Dies erfolgt In der In den Fl g. 4 und 5

ω angedeuteten Welse durch Sperren aes Rlngleltungsabschnlttes 35 mittels des Heißgasschiebers 32. In diesem Fall schließt der Heißgasschieber 32 während die Heißgasschlcber 31 und 33 geöffnet sind. Die Elsenschwamiiischüitung dient also ais Wärmetauscher. Die

t>^r> absinkende Schütiung wird abschnittsweise als Regenerator genutzt, wobei das nach oben strömende Reduktionsgas als Heizmedium dient, das absinkende Schüttgut die Wärme speichert und sie dann an das Erdgas-

Gichtgas-Gemisch abgibt als fühlbare Wärme /um Aufheizen des Gasgemisches und als Reaktionswärme für die Spaltreaktion des Erdgases.

Werden die Heißgasschieber 31 und 33 mit der richtigen Geschwindigkeit geöffnet und geschlossen, so wird die Strömungsgeschwindigkeit der Gase Im Schacht nicht verändert. Die Gasströmung Im Schacht kommt in eine langsame Drehung, so daß die Elemente der Schüttung abwechselnd für bestimmte Zelt von dem kalten aus der Kühlzone des Schachtofens aufsteigen- ,₀ den Gasstrom und dann wieder von dem heißer. Reduktionsgas getroffen werden. Dadurch wird ein in der gesamten Schüttung nahezu gleichmäßiger Reduktionsgrad des Eisenerzes erreicht, bzw. Teile der Schüttung, die zeitweise von dem kalten aus der Küh'.zone aufsteigenden Gas durchströmt werden, anschließend wieder vom heißen Reduktionsgas aufgeheizt.

Durch die Fig. 6 und 7 sind schematisch zwei weitere Möglichkellen angedeutet durch einen sich zeitlich in der Richtung und/oder durch einen sich zeltlich In der Stärke ändernden Reduktionsgasstrom den aufsteigenden Kühlgassirom nacheinander In verschiedene Bereiche des Querschnitts der Redukiionszone zu drängen, wenn das Kohlenwasserstoff-Gichtgas-Gemisch entweder über horizontale Gasvertellerrohrc oder über einen zweiten Düsenring unterhalb der Einblasebene des heißen Reduktionsgases eingeblasen wird. In den Figuren sind mit 37 die aus der Kühlzone aufsteigenden Gasströme, z. B. Erdgas oder ein Erdgas-Gichtgas-Gemisch, mit 38 das von der Peripherie eingeblasenc Reduktionsgas, mit 39 ein von der Peripherie her eingcblasenes Erdgas bzw. Erdgas-Gichtgas-Gemisch und mit 40 Gasverteilerrohre entsprechend den Gasvertellerrohren 23 von Fig. ! bezeichnet, durch die Erdgas bzw. ein Erdgas-Gichtgas-Gemisch eingeblasen wird. Die Fig 6 und 7 zeigen einen der Flg. 3 entsprechenden Zustand. Nach einer vorgegebenen Zeitdauer wird die Richtung des eingeblasenen Reduktionsgasstromes und soweit es die In Flg. 6 angedeutete Vorrichtung betrifft, auch des Erdgasstromes geändert, so daß der aufsteigende Ciasstrom In einen anderen Bereich des Querschnltis der Reduktlonszonc gedrängt wird. Es wird im folgenden noch ein konkretes Beispiel erläutert.

In einem Schachtofen, der zur Eisenerzdirektreduk-Uon dient, wird Eisenerz bei 850° C mit einem Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid reduziert, das zum großen Teil durch Spaltung von Methan mit dem Kohlendioxid des Gichtgases entsteht. Für 1 t reduzierten Eisenschwamm werden ca. 1700 Nm' Reduktionsgas benötigt. Der Erdgasverbrauch liegt bei 3,1 Gcal H„/je t (H₁, = unterer Heizwert) Eisenschwamm. Im Eisenschwamm liegen 91* des Eisens metallisch, 9% als Oxid vor.

Beim Einblasen von Erdgas gemäß Fi g. 7 werden je t Eisenschwamm der Normalproduktion zusätzlich etwa 300Nm' Reduktionsgas und etwa 12 kg Kohlenstoff erzeugt, die zur Herstellung von zusätzlich etwa 180 kg Eisenschwamm und einer Steigerung des Kohlenstoffgehalics um ca. 1% ausreichen. Dafür müssen ca. 64 Nm¹ Erdgas unterhalb der Reduktionszone des Schachtofens eingeblasen werden und 32 Nm' Gichtgas von unten in die Reduktionszone einströmen.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird gemäß Fig. 1 ein Teil des Reduktionsgases nicht von der Peripherie des Schachtofens, d. h. über die Ringleitung 11* sondern durch ein im Schachtofen axiales, mittig angeordnetes Rohr 29 bzw. mehrere Rohre mit wechselnder Strömungsgeschwindigkeit, d. h. pulsierend cingeblasen, dessen Austrittsöffnung oberhalb der horizontal angeordneten Gasvertellerrohre 23 liegt. Hierdurch ergeben sich während des Einblasens des Redukllonsgases durch das Rohr 29 die durch Linien 26, 27 und 28 und 28' angedeuteten Strömungsverhältnisse. Die mittlere Zone wird durch das axial zugelührte Reduktionsgas auf der erforderlichen Temperatui gehallen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Direktreduktion von Eisenerzen in einem von oben mit Eisenerzen beschickten Reduktionsofen, insbesondere Schachtofen, wobei in die Reduklionszone heißes Reduktionsgas eingeblasen wird, ferner wenigstens ein Teil des oberhalb der Reduktionszone aus dem Schachtofen abgezogenen Gichtgases nach einer Reinigung bzw. Aufbereitung unter Zugabe von Kohlenwasserstoffen wieder in den Schachtofen unterhalb der Einblaszone des heißen Reduktionsgases zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Abschnitt der Rtduktlonszone der aufsteigende mit Kohlenwasserstoffen vermischte Gichtgasstrom durch einen sich zeitlich in der Richtung und/oder durch einen sich zeitlich In der Stärke ändernden Strom des heißen Reduktionsgases nacheinander In verschiedene Bereiche des Querschnitts der Reduklionszone gedrängt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der heiße Reduktionsgasstrom radial unsymmetrisch in sich periodisch ändernden Richtungen eingeblasen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das heiße Reduktionsgas durch längs des Umfangs des Reduktlonsofens angeordnete, zu Abschnitten zusammengefaßte Gasclntrlttsöffnungen elnblasbar ist unt! die Gaszufuhr zu den einzelnen Abschnitten periodisch gesperrt oder vermindert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch das periodische Sperren bzw. Vermindern der Zufuhr des heißen Reduktionsgases In der Reduktionszone eine sich langsam drehende Gasströmung erzeugt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Reduktionsgases durch ein Rohr eingeblasen wird, dessen Öffnung sich etwa In der Mitte eines Schachtofens befindet.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das das Reduktionsgas führende Rohr im Schachtofen axial angeordnet Ist.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dall das Reduktionsgas durch das Rohr mit wechselnder Strömungsgeschwindigkeit pulsierend eingeblascn wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlcnwasscrstoff-Gichlgas-Gemisch unterhalb der F.inblas/onc des heißen Reduktionsgases durch horizontale Im Schacht angeordnete Gasvertellerrohre eingeblascn wird, die über die Rohrlünge verteilt Austrlttsöffnungcn für das Gasgemisch haben.

Ben Erzpellets Im Gegenstrom in Kontakt kommt, wodurch die nach unten sinkenden Erzpellets abgekühlt und die nach oben in die Reduktionszone aufsteigenden Gichtgase bis auf eine Temperatur erhitzt werden, bei der unter der Einwirkung dei als Katalysatoren fungierenden Erzpeliets bei Eintritt des Gichtgases in die Reduktionszone die Umwandlungsreaktion unter Bildung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff in Gang kommt. Es wird also unter Ausnutzung des Eisenschwamms als Katalysator eine Gasreformierung gemäß