AT508291B1 - Verfahren und vorrichtung zur reduktion oxidischer eisenträger mit reduktionsgas aus einem kohlevergaser - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduktion oxidischer Eisenträger mit Reduktionsgas aus einem Kohlevergaser (1), bei dem oxidische Eisenträger in zumindest einer Reduktionszone von einem Reduktionsgas reduziert werden, wobei ein durch Kohlevergasung hergestelltes Rohgas einer Trockenentstaubung (4) und einer Trocken-Gasentschwefelung (5) unterzogen wird, und das dabei erhalten entschwefelte Produkt als Reduktionsgas zur Reduktion der oxidischen Eisenträger in einer ersten Reduktionszone (6) eingesetzt wird.

Description

österreichisches Patentamt AT 508 291 B1 2011-07-15

Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduktion oxidischer Eisenträger mit Reduktionsgas aus einem Kohlevergaser, bei dem oxidische Eisenträger in zumindest einer Reduktionszone von einem Reduktionsgas reduziert werden, wobei ein durch Kohlevergasung hergestelltes Rohgas einer Trockenentstaubung und einer Trocken-Gasentschwefelung unterzogen wird, und das dabei erhalten entschwefelte Produkt als Reduktionsgas zur Reduktion der oxidischen Eisenträger in einer ersten Reduktionszone eingesetzt wird.

[0002] Etablierte Direktreduktionsverfahren zur Reduktion von oxidischen Eisenträgern wie beispielsweise MIDREX®, HYL® oder FINMET® nutzen beispielsweise Erdgas, Koksofengas, oder Gase aus der Raffination von Erdöl als Reduktionsmittel und Energieträger. Diese Ressourcen sind jedoch nur begrenzt lokal verfügbar beziehungsweise kostengünstig. Herstellung von Reduktionsgas durch Kohlevergasung ist beispielsweise in DE3600432A1 vorgeschlagen, wo durch Kohlevergasung bereitgestelltes Reduktionsgas genutzt wird. Dabei wird Kohle in einem Wirbelschichtreaktor vergast und ein Teil des dabei nach einer Entstaubung in einem Zyklon, Kühlung und Schwefelwäsche entstehenden sogenannten Synthesegases nach C02-Entfernung in den Reduktionsgaskreislauf eines Reduktionsreaktors für Eisenschwamm eingespeist. Aufgrund der Kühlung und Schwefelwäsche nach DE3600432A1 hat das in den Reduktionsgaskreislauf eingespeiste Gas eine Temperatur, die bei Nutzung dieses Gases als alleinige Quelle für Reduktionsgas eine Energie konsumierende und gegebenenfalls den Oxidationsgrad des Gases erhöhende Zufuhr von Wärme notwendig machen würde.

[0003] US4260412 und US3853538 zeigen Verfahren, bei denen in einer Kohlevergasung hergestelltes Reduktionsgas nach einer Entstaubung in einem Zyklon und einer Trocken-Gasentschwefelung zur Eisenerzreduktion verwendet wird. In US4260412 erfolgt die Trocken-Entschwefelung im Kohlevergaser, während sie in US3853538 in einer separaten Vorrichtung durchgeführt wird.

[0004] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die eine Reduktion von oxidischen Eisenträgern mit einem aus einem Kohlevergaser gewonnenen Reduktionsgas ermöglichen, ohne dass eine Energie konsumierende oder den Oxidationsgrad vermindernde Behandlung des im Kohlevergaser hergestellten Rohgases notwendig ist, um dem Reduktionsgas einen für die Reduktionsreaktionen notwendigen Wärmeinhalt zu vermitteln.

[0005] Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Reduktion von oxidischen Eisenträgern, bei dem oxidische Eisenträger in zumindest einer Reduktionszone von einem Reduktionsgas reduziert werden, wobei ein durch Kohlevergasung hergestelltes Rohgas einer Trockenentstaubung und einer Gasentschwefelung unterzogen wird, und das dabei erhaltene entschwefelte Produkt als erstes Reduktionsgas zur Reduktion der oxidischen Eisenträger in einer ersten Reduktionszone eingesetzt wird, wobei die Gasentschwefelung eine Trocken-Gasentschwefelung ist, und wobei zumindest ein Teil des aus der ersten Reduktionszone austretenden ersten Reduktionsabgases nach Entstaubung einer C02-Entfernung unterzogen wird und das dabei erhaltene C02-befreite Produkt zumindest zum Teil als Zuschlagsgas dem Rohgas oder, gegebenenfalls nach einer Erhitzung, dem ersten Reduktionsgas zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Portion oxidischer Eisenträger in die erste Reduktionszone eingebracht und dort reduziert wird, und das dabei erzeugte erste Reduktionsprodukt aus der ersten Reduktionszone entnommen wird, und eine zweite Portion oxidischer Eisenträger in eine zweite Reduktionszone eingebracht und dort reduziert wird, und das dabei erzeugte zweite Reduktionsprodukt aus der zweiten Reduktionszone entnommen wird, wobei zumindest ein Teil des aus der ersten Reduktionszone austretenden ersten Reduktionsabgases nach einer Entstaubung einer C02-Entfernung unterzogen wird und das dabei erhaltene C02-befreite Produkt, gegebenenfalls nach einer Erhitzung, der zweiten Reduktionszone als zweites Reduktionsgas zugeführt wird. 1/19 österreichisches Patentamt AT 508 291 B1 2011-07-15 [0006] Da die Entfernung störender Staub- und Schwefelfracht aus dem Rohgas trocken erfolgt, wird der Wärmeinhalt dabei nicht wesentlich vermindert. Daher ist keine Energie konsumierende oder den Oxidationsgrad des Gases erhöhende Zufuhr von Wärme notwendig.

[0007] Die oxidischen Eisenträger können beispielsweise Eisenerz, Eisenerz-Konzentrate, eisenhältige Hüttenreststoffe und/oder Agglomerate eisenhältiger Stoffe sein.

[0008] Unter Kohlevergasung ist ein Prozess zu verstehen, bei dem aus unter anderem aus Kohle unter Sauerstoffzufuhr und gegebenenfalls Zufuhr von Wasserdampf und/oder Kohlendioxid C02, Kohlenmonoxid CO und Wasserstoff H2 gewonnen wird. Die Kohlevergasung findet in der Kohlevergasungszone (CG) eines Kohlevergasers statt. Bei der Kohlevergasungszone kann es sich um einen Festbett-, einen Wirbelschicht- oder einen Flugstromreaktor handeln. Neben Kohle können auch andere kohlenstoffhaltige Materialien unterschiedlicher Herkunft, beispielsweise brennbare Stoffe wie Holz, Stroh, Papier/Pappe, andere Produkte pflanzlichen Ursprungs wie Bagasse, Palmschalen, Resin, Kunststoffabfälle, feste oder flüssige Rückstände der Erdölraffination oder der Kohlevergasung oder der Koksherstellung, sowie Koks/Halbkoks eingesetzt werden. Die Korngröße eingesetzter Feststoffe schwankt je nach Reaktortyp zwischen grobstückig (ca. 5-50 mm) und staubförmig (kleiner 50 pm). Bei Wirbelschicht-Reaktoren ist eine Korngröße von 0,05 - 5 mm bevorzugt. Als Vergasungsmittel wird vorzugsweise Sauerstoff aus einer Luftzerlegungsanlage verwendet. Luft ist wegen des hohen N2-Gehaltes weniger bevorzugt. Als Zusatzvergasungsmittel kommen beispielsweise Wasserdampf oder C02-hältiges Gas in Betracht. Insbesondere diese genannten Vergasungsmittel werden bevorzugt vorerhitzt zugeführt. Sie können auch aus dem Reduktionsprozess selbst anhand von Abwärme und Abgasen hergeleitet werden.

[0009] Insbesondere eignen sich C02-reiche Abgase wie N2-arme Rauchgase, PSA-Tailgas und/oder Abgase aus Reduktionszonen als Zusatzvergasungsmittel zum Sauerstoff. Dampf als Zusatzvergasungsmittel kann insbesondere bei der Rückgewinnung der in den Abgasen aus den Reduktionszonen enthaltenen fühlbaren Wärme erzeugt werden. Die Vergasungsreaktionen von C mit H20 und C02 sind endotherm. Ein gewisses Quantum dieser Vergasungsmittel zusätzlich zum Sauerstoff ist üblich, um die Temperatur des Kohlevergasungsprozesses optimal einzustellen. Um jedoch möglichst viel dieser Gase als Zusatzvergasungsmittel verwenden zu können, sollten sie dann weitestgehend vorerhitzt sein. Die Vorerhitzung kann durch Wärmeübertragung anhand einer Verbrennung von bei Durchführung des Reduktionsprozesses anfallendem Gas erfolgen. Wird diese Verbrennung mit Luft durchgeführt, so ergibt sich für den Gesamtprozess eine Einsparung an Sauerstoff aus der Luftzerlegungsanlage. Die Verwendung von Dampf als Zusatzvergasungsmittel hat unabhängig davon den Vorteil, den H2-Gehalt im Reduktionsgas zu erhöhen. Dies ist einerseits günstig, um den CO-Zerfall im Reduktionsgas und damit auch eine gegebenenfalls unerwünschte Auskohlung des Reduktionsproduktes einzudämmen. Andererseits ist die Reduktion von oxidischen Eisenträgern über H2 kinetisch gegenüber der mit CO begünstigt, sodass zum Erreichen hoher Metallisierungsgrade ein bestimmter H2-Anteil im Reduktionsgas notwendig ist.

[0010] Produkte des Vergasungsprozesses sind Rohgas und Asche (fest) oder Schlacke (schmelzflüssig).

[0011] Die Kohlevergasungszone kann, um einen Austrag organischer Rückstände mit dem Rohgas zu verhindern, mit einer Nacherhitzung des Rohgases in Form einer Teilverbrennung oder einer indirekten Wärmezufuhr ausgestattet sein. Sofern der Austrag der nicht vergasbaren Stoffe aus der Kohlevergasungszone in Form von Asche erfolgt, kann eine Nachvergasungszone vorgesehen werden, um Kohlenstoffverluste mit der Asche zu vermeiden.

[0012] Die Kohlevergasungszone kann ferner mit einem Eintrag für Entschwefelungsmittel ausgestattet sein. Bevorzugtes Entschwefelungsmittel ist in diesem Falle Kalk, Branntkalk, Kalkhydrat, Kalkstein, Dolomit, Magnesiumoxid, Vanadiumoxid, Zinkoxid, Manganoxid, Zinkferrit oder Zinktitanat. Sofern der Austrag der nicht vergasbaren Stoffe aus der Kohlevergasungszone in Form von Schlacke erfolgt, kann ein Eintrag von Mitteln zur Absenkung der Schlackenbildungstemperatur vorgesehen werden. Vorzugsweise ist die Kohlevergasungszone mit einer 2/19 österreichisches Patentamt AT 508 291 B1 2011-07-15

Einrichtung zur Trockenentstaubung des Rohgases so verbunden, dass eine Einbringung des in der Trockenentstaubung abgeschiedenen Staubes in die Kohlevergasungszone erfolgen kann, vorzugsweise mit Hilfe eines Trägergases durch Eindüsung, wobei parallel ein Vergasungsmittel mit eingedüst werden kann. Alternativ kann die Vergasung vergasbarer Anteile des in der Trockenentstaubung abgeschiedenen Staubes in einer separaten Vergasungseinrichtung erfolgen.

[0013] Eine Vorrichtung zur Trockenentstaubung ist in der Regel zweistufig ausgeführt. Die erste Stufe besteht dann aus einem Heißgaszyklon oder mehreren Heißgaszyklonen, die parallel und/oder in Serie geschaltet sein können. Die zweite Stufe besteht dann aus einem Heißgasfilter oder mehreren Heißgasfiltern, die parallel und/oder in Serie geschaltet sein können. Jede Stufe besitzt eine Einrichtung zur Ausschleusung von Staub und/oder zur Rückführung von Staub in die Kohlevergasungszone.

[0014] Eine Vorrichtung zur Trocken-Gasentschwefelung wird vorzugsweise mit einem regenerierbaren Entschwefelungsmittel betrieben. In diesem Falle umfasst sie eine Beladungs- und eine Regenerationszone. Da das Entschwefelungsmittel mit der Zeit deaktiviert werden kann oder verstaubt, sind Einrichtungen zum Austrag des Entschwefelungsmittels und zum Eintrag frischen Entschwefelungsmittels implementiert. Als Entschwefelungsmittel werden vorzugsweise Branntkalk, Kalkhydrat, Kalkstein, Magnesiumoxid, Vanadiumoxid, Zinkoxid, Manganoxid, Zinkferrit oder Zinktitanat verwendet.

[0015] Der in der Regenerationszone in Form seiner gasförmigen Verbindungen freigesetzte Schwefel oder der in einem nicht regenerierten Entschwefelungsmittel enthaltene Schwefel wird nach dem Stand der Technik zu markt- oder deponierfähigen Produkten weiterverarbeitet.

[0016] Um eine Verstaubung des Entschwefelungsmittels zu vermeiden, wird die Vorrichtung zur Trocken-Gasentschwefelung vorzugsweise einer Einrichtung zur Trockenenstaubung nachgeschaltet.

[0017] Alternativ zu oder zusätzlich zu einer baulich separat ausgeführten Vorrichtung zur Trocken-Gasentschwefelung kann eine Trocken-Gasentschwefelung durch Zusatz von Entschwefelungsmittel in den Kohlevergaser und/oder die Einrichtung zur Trockenentstaubung erfolgen. Das beladene Entschwefelungsmittel wird dann nicht regeneriert, sondern mit der Asche/Schlacke aus dem Kohlevergaser oder mit dem ausgeschleusten Staub aus der Entstaubungseinrichtung ausgetragen.

[0018] In der Reduktionszone werden oxidische Eisenträger unter Zuhilfenahme eines Reduktionsmittels, insbesondere eines Reduktionsgases, unter Sauerstoffabbau zu einem Reduktionsprodukt, das heißt zu einem weitgehend metallisierten Vorprodukt für die Stahlherstellung oder aber zu einem teilreduzierten Zwischenprodukt für die Roheisenherstellung umgewandelt, wobei ebenfalls ein Abgas, genannt Reduktionsabgas, anfällt. Die Reduktionszone kann als Festbett oder Wirbelschicht ausgebildet sein. Optional kann auch ein Entschwefelungsmittel, insbesondere Branntkalk, Kalkhydrat oder Kalkstein in eine Reduktionszone eingebracht werden, um eine Übertragung des im Reduktionsgas enthaltenen Schwefels auf das Reduktionsprodukt zu verhindern.

[0019] Da Rohgas aus der Kohlevergasungszone in der Regel einen zu hohen Oxidationsgrad aufweist, um in der ersten Reduktionszone ein weitgehend metallisiertes Produkt (DRI/HBI, direct reduced iron, hot briquetted iron) zu erzeugen, eignet sich das damit in der ersten Reduktionszone erhaltene Produkt insbesondere als Einsatzmaterial für eine weitere Reduktion und Aufschmelzung in einem Einschmelzvergaser oder Hochofen.

[0020] Es wird zumindest ein Teil des aus der ersten Reduktionszone austretenden ersten Reduktionsabgases nach Entstaubung einer C02-Entfernung unterzogen und das dabei erhaltene C02-befreite Produkt zumindest zum Teil als Zuschlagsgas dem Rohgas oder, gegebenenfalls nach einer Erhitzung, dem ersten Reduktionsgas zugeführt.

[0021] Das hat den Vorteil, dass in dem ersten Reduktionsabgas vorhandene reduzierend wirkende Komponenten für einen Reduktionsprozess genutzt werden können. Entsprechend 3/19 österreichisches Patentamt AT 508 291 B1 2011-07-15 muss weniger frisches Reduktionsgas erzeugt werden, was die Lösung einer bestimmten Reduktionsaufgabe unter Verbrauch von weniger Rohstoffen zur Reduktionsgaserzeugung ermöglicht, und eine kleinere Auslegung entsprechender Anlagenteile ermöglicht. Insgesamt wird das Verfahren zur Reduktion oxidischer Eisenträger dadurch wirtschaftlicher.

[0022] C02-Entfernung steht hier für Entfernung von Reduktionsabgaskomponenten wie C02, H20, H2S, N2 aus für die Reduktion vorgesehenen Gasen, wobei die Herabsetzung des C02-Anteils im Vordergrund steht. Verfahren nach dem Stand der Technik wie PSA/VPSA oder C02-Wäsche implizieren eine Verknüpfung mit einer vorgeschalteten Nassenstaubung. PSAA/PSA liefert ein C02-abgereichertes Produkt und eine C02reiches Tailgas. Hierbei geht H2S nahezu vollständig ins Tailgas über. N2 wird im Produkt nicht abgereichert.

[0023] Bei erhöhten Temperaturen arbeitende Membrantrennverfahren zur C02-Entfernung und/oder N2-Entfernung sind ebenfalls anwendbar; zu ihrer Durchführung ist keine vorgeschaltete Nassentstaubung notwendig.

[0024] Der Begriff C02-befreites Produkt umfasst nicht nur ein Produkt ohne C02-Gehalt, sondern auch Produkt mit einem geringeren C02-Gehalt als das der C02-Entfernung zugeführte Reduktionsabgas.

[0025] Das C02 aus dem Tailgas der C02-Entfernung kann als Zusatzvergasungsmittel zum Sauerstoff, gegebenenfalls an Stelle von Dampf, verwendet werden, um die Vergasungstemperatur in der Kohlevergasungszone zu kontrollieren. Tailgas kann weiterhin zur Erhitzung von rückgeführtem Reduktionsabgas verwendet werden.

[0026] Optional kann Wärme vor einer Nassentstaubung aus dem ersten Reduktionsabgas ausgekuppelt werden, beispielsweise zur Erhitzung von Zuschlagsgas. Dabei kann beispielsweise so vorgegangen werden, dass zuerst eine Trockenentstaubung, dann ein Wärmeentzug beispielsweise in einem Wärmeaustauscher, und erst danach eine Nassentstaubung durchgeführt wird.

[0027] Das Zuschlagsgas kann gegebenenfalls erhitzt werden, wenn aufgrund seiner Temperatur nach seiner Zufuhr zum Reduktionsgas keine für die Reduktion notwendige Temperatur von etwa 750 - 900°C im Reduktionsreaktor herrschen würde. Eine solche Erhitzung kann beispielsweise in einem Gaserhitzer (GH) erfolgen. Mit dem Gaserhitzer wird das Zuschlagsgas von nahezu ambienten Temperaturen nach der C02-Entfernung auf die zur Durchführung der Reduktion in einer Reduktionszone erforderliche Temperatur erhitzt. Mit Rücksicht auf den CO-Zerfall gemäß Boudouard-Reaktion, welcher bei Temperaturen ab etwa 550°C kinetisch relevant wird, kann die Gaserhitzung in zwei Stufen erfolgen. In der ersten Stufe wird die Wärme mittels eines abzukühlenden Prozessgases (beispielsweise Reduktionsabgas aus einer Reduktionszone), eines Wärmeträgermediums (Dampf, Thermalöl) oder eines durch Verbrennung von Gas (Tailgas, Exportgas, Reduktionsabgas) erzeugten heißen Rauchgases auf das Zuschlagsgas übertragen. Die weitere Temperaturerhöhung in der zweiten Stufe erfolgt durch Teilverbrennung des Zuschlagsgases.

[0028] Unter Exportgas ist der Anteil von Reduktionsabgas zu verstehen, der nach Entstaubung nicht einer C02-Entfernung unterzogen und dem Rohgas oder Reduktionsgas zugeführt wird, sondern externen Verbrauchern zugeführt wird.

[0029] Um das Rohgas führenden Vorrichtungen vor großer thermischer Belastung zu schonen, kann zumindest ein Teil des C02-befreiten Produktes unmittelbar nach Austritt des Rohgases aus der Kohlevergasungszone dem Rohgas zugemischt werden. Da die Temperatur des C02-befreiten Produktes unter der des Rohgases liegt, wirkt es dann kühlend als Kühlgas. Ein eventuell hieraus resultierendes Defizit an fühlbarer Wärme im Reduktionsgas für die erste Reduktionszone kann durch eine Erhitzung dieses Reduktionsgases ausgeglichen werden. Da bekanntermaßen die Gegenwart von H2S im Reduktionsgas durch Erhitzung hervorgerufenen CO-Zerfall inhibiert, wird in einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens die Erhitzung vor der Trocken-Gasentschwefelung durchgeführt.

[0030] Nach einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Trocken- 4/19 österreichisches Patentamt AT 508 291 B1 2011-07-15

Gasentschwefelung in der Reduktionszone selbst.

[0031] Um den Wasserstoffanteil im Reduktionsgas zu erhöhen, kann erstes Reduktionsabgas, bevorzugterweise nach der Entstaubung, besonders bevorzugterweise vor der C02-Entfernung, einer CO-Shift-Reaktion unterworfen werden. Dabei wird unter Zusatz von Dampf gemäß der chemischen Reaktion [0032] CO+H20 -► C02+H2 [0033] der Wasserstoffanteil erhöht.

[0034] Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass eine erste Portion oxidischer Eisenträger in die erste Reduktionszone eingebracht und dort reduziert wird, und das dabei erzeugte erste Reduktionsprodukt aus der ersten Reduktionszone entnommen wird, und eine zweite Portion oxidischer Eisenträger in eine zweite Reduktionszone eingebracht und dort reduziert wird, und das dabei erzeugte zweite Reduktionsprodukt aus der zweiten Reduktionszone entnommen wird, wobei zumindest ein Teil des aus der ersten Reduktionszone austretenden ersten Reduktionsabgases nach einer Entstaubung einer C02-Entfernung unterzogen wird und das dabei erhaltene C02-befreite Produkt, gegebenenfalls nach einer Erhitzung, der zweiten Reduktionszone als zweites Reduktionsgas zugeführt wird.

[0035] Bei dieser Ausführungsform wird beispielsweise bei Vorliegen von zwei Reduktionszonen einer ersten Reduktionszone (Redl) das durch trockene Entstaubung und Gasentschwefelung des Rohgases aus der Kohlevergasungszone gewonnene Reduktionsgas unter Bewahrung seiner fühlbaren Wärme zur Herstellung eines ersten Reduktionsproduktes aus oxidischen Fe-Trägern genutzt, und in der zweiten Reduktionszone (Red2) ein aus erstem Reduktionsabgas mittels Entstaubung und C02-Entfernung gewonnenes Reduktionsgas für die zweite Reduktionszone zur Herstellung eines zweiten Reduktionsproduktes aus oxidischen Fe-Trägern genutzt. Hierbei werden in den verschiedenen Reduktionszonen unterschiedlich stark reduzierte Produkte erzeugt.

[0036] In der Regel ist aufgrund der C02-Entfernung der Oxidationsgrad des der zweiten Re-duktionszone zugeführten Reduktionsgases geringer als der Oxidationsgrad des in der ersten Reduktionszone eingesetzten ersten Reduktionsgases. Da überdies die C02-Entfernung meist zugleich eine sehr wirksame Gasentschwefelung vollführt, wird in der zweiten Reduktionszone ein stärker reduziertes und überdies schwefelärmeres Produkt hergestellt als in der ersten Reduktionszone.

[0037] Das Produkt der ersten Reduktionszone wird bevorzugt als Einsatzmaterial für eine weitere Reduktion und Aufschmelzung in einem Einschmelzvergaser oder Hochofen, und das Produkt der zweiten Reduktionszone bevorzugt als DRI/HBI in einem Stahlwerk verwendet wird.

[0038] Aus der zweiten Reduktionszone tritt ein zweites Reduktionsabgas aus.

[0039] Eine Erhitzung des C02-befreiten Produktes ist gegebenenfalls notwendig, um die Temperatur auf das für eine Reduktionsreaktion notwendige Niveau anzuheben. Sie kann wie bereits beschrieben erfolgen.

[0040] Über das Vorhandensein einer zweiten Reduktionszone hinaus können auch noch weitere Reduktionszonen vorhanden sein, in denen zum Reduzieren von in ihnen enthaltenen Portionen oxidischer Eisenträger Reduktionsabgas einer anderen Reduktionszone als Reduktionsgas genutzt wird. Nach der Ausführungsform sind also zumindest zwei Reduktionszonen vorhanden, es können aber auch mehr sein, beispielsweise drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun oder zehn oder mehr.

[0041] Eine Reduktionszone kann dabei ein System von mehreren parallel oder in Reihe geschalteten Reduktionsreaktoren umfassen beziehungsweise aus ihm bestehen. Andererseits kann ein Reduktionsreaktor aber auch mehrere verschiedene Reduktionszonen umfassen.

[0042] Dabei werden unterschiedliche Reduktionszonen mit unterschiedlich zusammengesetzten Reduktionsgasen beaufschlagt. 5/19 österreichisches Patentamt AT 508 291 B1 2011-07-15 [0043] Besonders vorteilhaft ist es, wenn in der ersten Reduktionszone (Redl) ein Produkt erzeugt wird, für das in Hinblick auf die weitere Verwendung ein gewisser Schwefelgehalt nicht kritisch ist - beispielsweise bei Einsatz in einem Hochofen oder einem Einschmelzvergaser-, oder wenn der Reduktionsgrad innerhalb der ersten Reduktionszone so niedrig bleibt, dass eine Adsorption von Schwefel durch den Eisenträger in der Reduktionszone weitgehend unterbleibt.

[0044] Auch hinsichtlich der Vermeidung von Verunreinigung durch staubförmige Asche und Entschwefelungsmittel bietet das Reduktionsprodukt der zweiten Reduktionsstufe Vorteile, da solche Verunreinigungen bereits in der ersten Reduktionszone praktisch ausgefiltert werden, und entsprechend weniger im Reduktionsprodukt der zweiten Reduktionszone als im Reduktionsprodukt der ersten Reduktionszone vorhanden sind.

[0045] Da ein Teil des bei der Entstaubung und C02-Entfernung von aus der ersten Reduktionszone austretendem ersten Reduktionsabgas erhaltenen C02-befreiten Produktes als Zuschlagsgas dem Rohgas oder, gegebenenfalls nach einer Erhitzung, dem Reduktionsgas zugeführt wird, und ein anderer Teil, gegebenenfalls nach einer Erhitzung, der zweiten Reduktionszone als Reduktionsgas zugeführt wird, kann das Reduktionspotential des C02-befreiten Produktes zwischen beiden Reduktionszonen geshiftet werden, wodurch der Gesamtprozess an Flexibilität gewinnt.

[0046] Bevorzugterweise wird das aus der zweiten Reduktionszone austretende zweite Reduktionsabgas dem ersten Reduktionsabgas zugeführt, bevorzugt vor dessen Entstaubung.

[0047] Dadurch kann einerseits die Entstaubung für beide Reduktionsabgase in der gleichen Entstaubungsvorrichtung vollzogen werden, und andererseits können im zweiten Reduktionsabgas noch vorhandene reduzierende Komponenten nach der Entstaubung zusammen mit dem ersten Reduktionsabgas von C02 befreit und im zweiten Reduktionsgas für die zweite Reduktionszone oder - über das Zuschlagsgas - für die Reduktion in der ersten Reduktionszone genutzt werden.

[0048] Nach einer Ausführungsform wird dabei das zweite Reduktionsabgas vor der Zuführung zum ersten Reduktionsabgas entstaubt und/oder einem Wärmeaustausch unterzogen, vorzugsweise handelt es sich dabei um eine Trockenentstaubung. Auf diese Weise kann dem zweiten Reduktionsabgas Wärme entzogen - beziehungsweise anders ausgedrückt: Wärme ausgekuppelt werden - und für andere Prozesse genutzt werden. Eine Entstaubung vor dem Wärmeaustausch schont die Vorrichtungen zum Wärmeaustausch. Bei einer Trockenentstaubung geht dabei keine fühlbare Wärme des zweiten Reduktionsabgases verloren, weshalb beim Wärmeaustausch mehr Wärme entzogen werden kann als wenn eine Nassentstaubung erfolgte.

[0049] Wärmeaustausch dient der Rückgewinnung von Wärme und erfolgt vorzugsweise reku-perativ durch Übertragung an Trägermedium oder - ohne Trägermedium - an ein aufzuheizendes Gas. Als Trägermedien kommen in erster Linie Dampf oder Thermalöle in Betracht. Vorzugsweise wird die rückgewonnene Wärme prozessintern, insbesondere zur Erhitzung von Gasströmen genutzt; beispielsweise bei der Erhitzung von Zuschlagsgas oder von zur Nutzung als Reduktionsgas für eine zweite Reduktionszone vorgesehenen C02-befreiten Produktes. Bei dem Wärmeaustausch erzeugter Dampf kann optional auch als Zusatzvergasungsmittel zum Sauerstoff in der Kohlevergasungszone verwendet werden. In diesem Fall wird der Dampf vorzugsweise weitestgehend überhitzt.

[0050] Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das aus der zweiten Reduktionszone austretende zweite Reduktionsabgas nach einer Entstaubung und gegebenenfalls Erhitzung dem ersten Reduktionsgas zugeführt, gegebenenfalls nach einer C02-Entfernung, die nach der Entstaubung und vor der gegebenenfalls vorhandenen Erhitzung erfolgt.

[0051] Dadurch kann die fühlbare Wärme des Reduktionsabgases aus der zweiten Reduktionszone, und in diesem vorhandene reduzierende Komponenten, direkt für die Reduktion in der 6/19 österreichisches Patentamt AT 508 291 B1 2011-07-15 ersten Reduktionszone genutzt werden. Die Menge der so der Reduktion in der ersten Reduktionszone zugeführten Wärme kann über das Ausmaß der Aufheizung reguliert werden.

[0052] Diese Konstellation ist insbesondere dann sinnvoll, wenn einerseits in der ersten Reduktionszone nur ein niedriger Reduktionsgrad angestrebt wird, zugleich aber in der zweiten Reduktionszone das Reduktionspotenzial des Reduktionsgases nur unzureichend ausgenutzt wird.

[0053] Aus der zweiten Reduktionszone entnommenes zweites Reduktionsabgas weist einen hohen Oxidationsgrad auf. Um bei der Zuleitung von zweitem Reduktionsabgas aus der zweiten Reduktionszone zum ersten Reduktionsgas zur Reduktion der oxidischen Eisenträger in der ersten Reduktionszone das Reduktionspotenzial pro Volumseinheit des in die erste Reduktionszone eingeführten Gases nicht zu vermindern, kann die dem Rohgas zugeführte Menge an Zuschlagsgas erhöht werden - denn das Zuschlagsgas weist infolge der bei seiner Herstellung stattfindenden C02-Entfernung wie bereits oben beschrieben ein höheres Reduktionspotential auf als das erste Reduktionsgas. Die durch die Zuführung von Zuschlagsgas oder zweitem Reduktionsabgas gegebenenfalls verursachte Temperaturerniedrigung kann durch eine Erhitzung des Reduktionsabgases aus der zweiten Reduktionsstufe und/oder des Zuschlagsgases vermieden oder ausgeglichen werden.

[0054] Alternativ oder ergänzend kann eine Erhitzung des ersten Reduktionsgases vor Eintritt in die erste Reduktionszone erfolgen.

[0055] Wenn in erster Linie das Reduktionspotential des zweiten Reduktionsabgases in der ersten Reduktionszone genutzt werden soll, kann das zweite Reduktionsabgas einer Nassentstaubung unterzogen, und gegebenenfalls anschließend einer C02-Entfemung unterzogen werden, bevor es dem ersten Reduktionsgas zugeführt wird. Bei Anwendung eines Membrantrennverfahrens zur C02-Entfernung kann statt einer Nassentstaubung eine Trockenenstaubung ausgeführt werden, wodurch auch die fühlbare Wärme des zweiten Reduktionsabgases in die erste Reduktionszone eingebracht werden kann.

[0056] Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die zweite Portion oxidischer Eisenträger zumindest einen Teil des ersten Reduktionsproduktes aus der ersten Reduktionszone.

[0057] Es kann auch gänzlich aus zumindest einem Teil des ersten Reduktionsproduktes aus der ersten Reduktionszone bestehen.

[0058] In der zweiten Reduktionszone erfolgt dann mit Hilfe des - im Vergleich zum Reduktionsgas zur Reduktion oxidischer Eisenträger in der ersten Reduktionszone -schärferen - das heißt einen geringeren Oxidationsgrad und damit ein höheres Reduktionspotential aufweisenden - und weitgehend schwefelfreien Reduktionsgases für die zweite Reduktionszone die finale Reduktion des ersten Reduktionsproduktes zu einem höher reduzierten, insbesondere einem weitgehend metallisierten und weitgehend schwefelfreien zweiten Reduktionsprodukt.

[0059] In diesem Fall können die zwei Reduktionszonen auch als Unter-Reduktionszonen innerhalb einer apparativen Einheit, insbesondere einem Festbettreaktor, ausgebildet sein.

[0060] Falls das erste Reduktionsprodukt, stammend aus der ersten Reduktionszone, im Hinblick auf die Qualitätsanforderungen an das Endprodukt der Reduktion zu stark mit Staub, stammend beispielsweise aus Kohleasche und Entschwefelungsmittel, verunreinigt ist, ist eine Sichtung des ersten Reduktionsproduktes zur Abtrennung eines solchen Staubes vorteilhaft. Dabei ist es vorteilhaft, das zweite Reduktionsabgas aus der zweiten Reduktionszone als Medium für die Sichtung zu nutzen.

[0061] Da in dem Fall, dass das erste Reduktionsprodukt der ersten Reduktionszone in der zweiten Portion oxidischer Eisenträger für die zweite Reduktionszone verwendet wird, das zweite Reduktionsabgas aus der zweiten Reduktionszone aufgrund der Wärmetauscherwirkung mit den in der ersten Reduktionszone vorerhitzten oxidischen Eisenträgern mit einer Temperatur von etwa 450-750°C austritt, ist es besonders vorteilhaft, dieses zweite Reduktionsabgas zunächst in einer Trockenenstaubung zu reinigen und anschließend seine fühlbare Wärme 7/19 österreichisches Patentamt AT 508 291 B1 2011-07-15 durch Wärmeaustausch auszukuppeln. Entsprechend ist es in dem Fall, dass das erste Reduktionsprodukt der ersten Reduktionszone in der zweiten Portion oxidischer Eisenträger für die zweite Reduktionszone verwendet wird, besonders vorteilhaft, das aus der zweiten Reduktionszone austretende zweite Reduktionsabgas nach einer Entstaubung, und gegebenenfalls Wärmeentzug, dem ersten Reduktionsgas zuzuführen, gegebenenfalls nach einer C02-Entfernung nach der Entstaubung und vor dem gegebenenfalls vorhandenen Wärmeentzug.

[0062] Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das in der zweiten Reduktionszone anfallende zweite Reduktionsabgas zumindest teilweise direkt in die erste Reduktionszone eingeleitet. Auf diese Weise wird Reduktionsabgas aus der zweiten Reduktionszone direkt für die Reduktion in der ersten Reduktionszone genutzt, ohne über die Rückführleitung für Zuschlagsgas geführt zu werden. Entsprechend verliert es weniger Wärme auf dem Weg zur ersten Reduktionszone, was eine bessere Nutzung seines Wärmeinhaltes für die Reduktion in der ersten Reduktionszone ermöglicht.

[0063] Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

[0064] Eine solche Vorrichtung weist auf [0065] - einen Kohlevergaser, [0066] - zumindest einen Reduktionsreaktor mit zumindest einer Reduktionszone, [0067] - eine Vorrichtung zur Trockenentstaubung, eine Vorrichtung zur Gasentschwefelung, [0068] - eine Vorrichtung zur Zufuhr von Rohgas aus dem Kohlevergaser in die Vorrichtung zur T rockenentstaubung, [0069] - eine Vorrichtung zur Zufuhr von entstaubtem Gas als erstem Reduktionsgas von der Vorrichtung zur Trockenentstaubung in eine erste Reduktionszone eines ersten Reduktionsreaktors, [0070] - eine ersten Reduktionsabgasleitung zur Ausfuhr von erstem Reduktionsabgas aus der ersten Reduktionszone des ersten Reduktionsreaktors, [0071] - eine Vorrichtung zur Entnahme von erstem Reduktionsprodukt aus der ersten Reduktionszone des ersten Reduktionsreaktors, [0072] - wobei die Vorrichtung zur Gasentschwefelung eine Vorrichtung zur Trocken-Gasent-schwefelung ist, [0073] - wobei die Vorrichtung zurTrocken-Gasentschwefelung entweder [0074] - in der Vorrichtung zur Zufuhr von entstaubtem Gas als erstem Reduktionsgas von der Vorrichtung zur Trockenentstaubung in eine erste Reduktionszone eines ersten Reduktionsreaktors angeordnet ist, [0075] - oder der Kohlevergaser und/oder die Vorrichtung zur Trockenentstaubung auch die Vorrichtung zurTrocken-Gasentschwefelung ist, [0076] - und wobei von der ersten Reduktionsabgasleitung eine Rückführleitung abzweigt, in der eine Vorrichtung zur C02-Entfernung und gegebenenfalls eine Vorrichtung zur Gaserhitzung angeordnet ist, wobei die Rückführleitung in zumindest ein Mitglied der Gruppe [0077] - Vorrichtung zur Zufuhr von Rohgas aus dem Kohlevergaser in die Vorrichtung zur T rockenentstaubung, [0078] - Vorrichtung zur Zufuhr von entstaubtem Gas als erstem Reduktionsgas von der Vorrichtung zur Trockenentstaubung in eine erste Reduktionszone eines ersten Reduktionsreaktors mündet, [0079] - und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführleitung hinter einer gegebenenfalls in der 8/19 österreichisches Patentamt AT 508 291 B1 2011-07-15 [0080] - Vorrichtung zur Zufuhr von entstaubtem Gas als erstem Reduktionsgas von der [0081] - Vorrichtung zur Trockenentstaubung in eine erste Reduktionszone eines ersten Reduktionsreaktors angeordneten Vorrichtung zur Trocken-Gasentschwefelung [0082] - in die Vorrichtung zur Zufuhr von entstaubtem Gas als erstem Reduktionsgas von der Vorrichtung zur Trockenentstaubung in eine erste Reduktionszone eines ersten Reduktionsreaktors mündet.

[0083] Die Vorrichtung zur Zufuhr von Rohgas aus dem Kohlevergaser in die Vorrichtung zur Trockenentstaubung kann beispielsweise als Rohrleitung ausgeprägt sein.

[0084] Die Vorrichtung zur Zufuhr von entstaubtem Gas als erstem Reduktionsgas von der Vorrichtung zur Trockenentstaubung in eine erste Reduktionszone eines ersten Reduktionsreaktors kann beispielsweise als Rohrleitung ausgeprägt sein.

[0085] Die Vorrichtung zur Entnahme von erstem Reduktionsprodukt aus der ersten Reduktionszone des ersten Reduktionsreaktors kann beispielsweise als Rohrleitung, gegebenenfalls versehen mit beispielsweise Beförderungseinrichtungen und/oder Schließeinrichtungen sein.

[0086] Es zweigt von der ersten Reduktionsabgasleitung eine Rückführleitung ab, in der eine Vorrichtung zur Vorrichtung zur C02-Entfemung und gegebenenfalls eine Vorrichtung zur Gaserhitzung angeordnet ist, wobei die Rückführleitung in zumindest ein Mitglied der Gruppe [0087] - Vorrichtung zur Zufuhr von Rohgas aus dem Kohlevergaser in die Vorrichtung zur T rockenentstaubung, [0088] - Vorrichtung zur Zufuhr von entstaubtem Gas als erstem Reduktionsgas von der Vorrichtung zur Trockenentstaubung in eine erste Reduktionszone eines ersten Reduktionsreaktors mündet.

[0089] Es mündet die Rückführleitung hinter einer gegebenenfalls in der [0090] Vorrichtung zur Zufuhr von entstaubtem Gas als erstem Reduktionsgas [0091] von der Vorrichtung zur Trockenentstaubung in eine erste Reduktionszone eines ersten Reduktionsreaktors angeordneten Vorrichtung zur Trocken-Gasentschwefelung [0092] in die Vorrichtung zur Zufuhr von entstaubtem Gas als erstem Reduktionsgas von der Vorrichtung zur Trockenentstaubung in eine erste Reduktionszone eines ersten Reduktionsreaktors.

[0093] Dabei ist der Begriff hinter bezüglich der Strömungsrichtung des Rohgases zu verstehen, also vom Einschmelzvergaser aus betrachtet stromabwärts.

[0094] Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein zweiter Reduktionsreaktor mit mindestens einer Reduktionszone vorhanden, [0095] mit einer zweiten Reduktionsabgasleitung zur Ausfuhr von zweitem Reduktionsabgas aus der Reduktionszone des zweiten Reduktionsreaktors, [0096] und einer Vorrichtung zur Entnahme von zweitem Reduktionsprodukt aus der Reduktionszone des zweiten Reduktionsreaktors, [0097] und wobei von der Rückführleitung eine Rückführungs-Reduktionsgasleitung abzweigt, welche gegebenenfalls mit einer Vorrichtung zur Gaserhitzung versehen ist, und welche in den zweiten Reduktionsreaktor mündet.

[0098] Nach einer anderen Ausführungsform ist eine zweite Reduktionszone in dem ersten Reduktionsreaktor vorhanden, [0099] mit einer zweiten Reduktionsabgasleitung zur Ausfuhr von zweitem Reduktionsabgas aus der zweiten Reduktionszone, [00100] und einer Vorrichtung zur Entnahme von zweitem Reduktionsprodukt aus der zweiten 9/19 österreichisches Patentamt AT 508 291 B1 2011-07-15

Reduktionszone, [00101] und wobei von der Rückführleitung eine Rückführungs-Reduktionsgasleitung abzweigt, welche gegebenenfalls mit einer Vorrichtung zur Gaserhitzung versehen ist, und welche in die zweite Reduktionszone mündet.

[00102] Vorteilhafterweise mündet die zweite Reduktionsabgasleitung in die erste Reduktionsabgasleitung.

[00103] Bevorzugt mündet die zweite Reduktionsabgasleitung in die [00104] Vorrichtung zur Zufuhr von entstaubtem Gas als erstem Reduktionsgas [00105] von der Vorrichtung zur Trockenentstaubung in eine erste Reduktionszone eines ersten Reduktionsreaktors.

[00106] Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist in der zweiten Reduktionsabgasleitung eine Entstaubungsvorrichtung und/oder eine Wärmeaustauschvorrichtung und/oder eine Vorrichtung zur C02-Entfemung vorhanden.

[00107] Nach einer vorteilhaften Ausführungsform mündet die [00108] Vorrichtung zur Entnahme von erstem Reduktionsprodukt aus der ersten Reduktionszone des ersten Reduktionsreaktors [00109] in den zweiten Reduktionsreaktor.

[00110] Nach einer vorteilhaften Ausführungsform mündet die Vorrichtung zur Entnahme von erstem Reduktionsprodukt aus der ersten Reduktionszone des ersten Reduktionsreaktors in die zweite Reduktionszone.

[00111] Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Reduktionszone in dem ersten Reduktionsreaktor vorhanden ist, wobei von der Rückführleitung eine Rückführungs-Reduktionsgasleitung abzweigt, welche gegebenenfalls mit einer Vorrichtung zur Gaserhitzung versehen ist, und welche in die zweite Reduktionszone mündet, und Reduktionsabgas aus der zweiten Reduktionszone innerhalb des ersten Reduktionsreaktors der ersten Reduktionszone zugeführt wird. Auf diese Weise wird das Reduktionsabgas aus der zweiten Reduktionszone direkt für die Reduktion in der ersten Reduktionszone genutzt, ohne über die Rückführleitung für Zuschlagsgas geführt zu werden. Entsprechend verliert es weniger Wärme auf dem Weg zur ersten Reduktionszone, was eine bessere Nutzung seines Wärmeinhaltes für die Reduktion in der ersten Reduktionszone ermöglicht.

[00112] Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung zur Entnahme von erstem Reduktionsprodukt aus der ersten Reduktionszone des ersten Reduktionsreaktors in die zweite Reduktionszone mündet.

[00113] Nachfolgend ist die vorliegende Erfindung anhand mehrerer schematischer Figuren erläutert.

[00114] Figur 1 zeigt ein Schaubild einer Vorrichtung, wobei Rohgas aus einem Kohlevergaser nach Entstaubung und Trockenentschwefelung in eine Reduktionszone eingeleitet wird.

[00115] Figur 2 zeigt eine Abwandlung der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung, bei der erstes

Reduktionsabgas über eine Rückführleitung dem Rohgas bzw. dem ersten Reduktionsgas zugemischt wird.

[00116] Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Abwandlung der in Figur 2 gezeigten Vorrichtung, in der ein zweiter Reduktionsreaktor mit Zuschlagsgas betrieben wird und dabei anfallendes zweites Reduktionsabgas dem ersten Reduktionsabgas zugemischt wird.

[00117] Figur 4 zeigt eine Abwandlung der in Figur 3 gezeigten Vorrichtung, bei der das erste Reduktionsprodukt dem zweiten Reduktionsreaktor zugeführt wird, und das 10/19

österreichisches Patentamt AT 508 291 B1 2011-07-15 zweite Reduktionsabgas vor Zugabe zum ersten Reduktionsabgas entstaubt wird. Zudem wird dem zweiten Reduktionsabgas vor Zugabe zum ersten Reduktionsabgas Wärme entzogen.

[00118] Figur 5 zeigt eine Abwandlung der in Figur 4 gezeigten Vorrichtung, bei der das zweite

Reduktionsabgas nach Trockenentstaubung, Entfernung von C02, und Erhitzung dem ersten Reduktionsgas zugemischt wird.

[00119] Figur 6 zeigt eine Abwandlung der in Figur 4 gezeigten Vorrichtung, bei der zwei Re duktionszonen 31 und 32 in einem Reduktionsreaktor angeordnet sind, und das zweite Reduktionsabgas aus der zweiten Reduktionszone direkt in die erste Reduktionszone eingeleitet wird.

[00120] In Figur 1 wird in einer Kohlevergasungszone eines Kohlevergasers 1 wird mit Hilfe von über Leitung 2 zugeführten Vergasungsmitteln, vorzugsweise Sauerstoff und Dampf, Kohle vergast. Dabei entstehende Asche beziehungsweise Schlacke wird aus dem Kohlevergaser über Leitung 3 ausgeführt. Das bei der Vergasung der Kohle entstehende CO- und H2-hältige Rohgas durchläuft eine Vorrichtung zur Trockenentstaubung 4, wird anschließend in einer Vorrichtung zur Trocken-Gasentschwefelung 5 trocken entschwefelt und anschließend als erstes Reduktionsgas einer ersten Reduktionszone, die in einem ersten Reduktionsreaktor 6 angeordnet ist, zugeführt. In der Vorrichtung zur Trocken-Gasentschwefelung entstehendes schwefelhaltiges Produkt wird über Leitung 7 ausgeführt.

[00121] In der ersten Reduktionszone werden in diese über Leitung 8 zugeführte oxidische Eisenträger zu einem weitgehend metallisierten Vorprodukt für die Stahlherstellung oder zu einem teilreduzierten Zwischenprodukt für die Roheisenherstellung umgewandelt. Das erste Reduktionsabgas wird durch eine erste Reduktionsabgasleitung 9 aus der ersten Reduktionszone ausgeführt. In dieser ersten Reduktionsabgasleitung ist eine Vorrichtung zur Trockenentstaubung 10 vorhanden. Das dort entstaubte Gas wird als Exportgas 11 einer weiteren Verwendung, insbesondere zum Zwecke der Erzeugung von Energie zugeführt. Der in der Vorrichtung zur Trockenentstaubung 4 abgeschiedene Staub kann zumindest teilweise in die Kohlevergasungszone, und der in der Vorrichtung zur Trockenentstaubung 4 abgeschiedene Staub kann zumindest teilweise in die erste Reduktionszone 6 rückgeführt werden, was durch entsprechende Pfeile angedeutet ist.

[00122] Über Leitung 12, die eine Vorrichtung zur Entnahme von erstem Reduktionsprodukt aus der ersten Reduktionszone des ersten Reduktionsreaktors ist, wird dieses erste Reduktionsprodukt aus der ersten Reduktionszone entnommen.

[00123] Die Leitung 13 ist eine Vorrichtung zur Zufuhr von Rohgas aus dem Kohlevergaser in die Vorrichtung zur Trockenentstaubung 4. Die Leitungen 14 a und 14b sind Teile einer Vorrichtung zur Zufuhr von entstaubtem Gas als erstem Reduktionsgas von der Vorrichtung zur Trockenentstaubung 4 in eine erste Reduktionszone eines ersten Reduktionsreaktors 6.

[00124] Figur 2 zeigt eine Abwandlung der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung. Ein Teil des ersten Reduktionsabgases wird nach Durchlaufen einer Vorrichtung zur Nassentstaubung 15 über die Rückführleitung 16 der Leitung 13 und der Leitung 14b zugeführt. In der Rückführleitung 16 ist ein Verdichter V und eine Vorrichtung zur C02-Entfernung 17 vorhanden. C02-reiches Tailgas 18 wird aus der Vorrichtung zur C02-Entfernung 17 ausgeführt. In dem Zweig der Rückführleitung 16, der in Leitung 14b mündet, ist eine Vorrichtung zur Gaserhitzung 19 vorhanden. Über die Rückführleitung 16 wird das bei aus der Vorrichtung zur C02-Entfernung 17 erhaltene Produkt als Zuschlagsgas dem Rohgas und dem ersten Reduktionsgas zugeführt.

[00125] Durch die Vorrichtung zur Nassentstaubung 15 wird neben einer intensiven Entstaubung auch eine Abkühlung des ersten Reduktionsabgases aus der ersten Reduktionszone und eine Auskondensation des darin enthaltenen Wasserdampfes bewirkt. Die Vorrichtung zur C02-Entfernung 17 entfernt ebenso als H2S enthaltene Schwefelfracht, wobei diese Entschwefelung intensiver als die Trocken-Gasentschwefelung ist. Durch die C02-Entfernung ist der Oxidationsgrad des über die Rückführleitung geführten Zuschlagsgases deutlich niedriger als der des 11 /19 österreichisches Patentamt AT 508 291 B1 2011-07-15

Rohgases. Entsprechend wird durch die Zuführung des Zuschlagsgases nicht nur die der ersten Reduktionszone zugeführte Menge reduzierend wirkender Gaskomponenten - und damit die pro im Kohlevergaser erzeugter Mengeneinheit an Rohgas in der ersten Reduktionszone erzeugte Menge an erstem Reduktionsprodukt - erhöht, sondern auch das Reduktionspotential des ersten Reduktionsgases für die erste Reduktionszone sowie die Qualität des ersten Reduktionsproduktes verbessert. In die Qualität eines Reduktionsproduktes geht dabei der Metallisierungsgrad ein; je höher er ist, also je mehr die oxidischen Eisenträger reduziert sind, desto besser ist die Qualität. Weiterhin geht in die Qualität eines Reduktionsproduktes auch sein Schwefelgehalt und Staubgehalt ein. Aufgrund der Verdünnung der Staub- und Schwefelfracht des ersten Reduktionsgases bei Zuführung von Zuschlagsgas sinkt der Staub- und Schwefelgehalt pro Mengeneinheit Reduktionsprodukt.

[00126] Zur Herstellung eines Reduktionsproduktes mit bestimmter Qualität kann eine Zuführung von Zuschlagsgas notwendig sein, wenn die entsprechende Qualität bei einem Verfahren wie in Figur 1 gezeigt nicht erzielbar wäre.

[00127] Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Abwandlung der in Figur 2 gezeigten Vorrichtung. Auf die Nummerierung der Figur 2 entsprechenden Symbole wird zur besseren Übersichtlichkeit überwiegend verzichtet. Es ist ein zweiter Reduktionsreaktor 20 vorhanden, in der über Leitung 25 zugegebene oxidische Eisenträger reduziert und über eine Leitung 21, die eine Vorrichtung zur Entnahme von zweitem Reduktionsprodukt aus der Reduktionszone des zweiten Reduktionsreaktors ist, ausgeführt. Von der Rückführleitung 16 zweigt eine Rückführungs-Reduktionsgasleitung 22 ab, die in den zweiten Reduktionsreaktor beziehungsweise dessen Reduktionszone mündet. Durch diese Rückführungs-Reduktionsgasleitung 22 wird ein Teil des aus dem aus der ersten Reduktionszone austretenden ersten Reduktionsabgases erhaltenen C02-befreite Produktes dem zweiten Reduktionsreaktor 20 als zweites Reduktionsgas zugeführt. Dabei wird es durch die Vorrichtung zur Gaserhitzung 23 erhitzt. Das in der Reduktionszone des zweiten Reduktionsreaktors entstehende zweite Reduktionsabgas wird über die zweite Reduktionsabgasleitung 24 ausgeführt und in die erste Reduktionsgasableitung 9 geleitet. Nach einer nicht dargestellten Variante können statt zwei Reduktionsreaktoren auch zwei Reduktionszonen innerhalb eines Reduktionsreaktors vorgesehen sein.

[00128] Figur 4 zeigt eine Abwandlung der in Figur 3 gezeigten Vorrichtung, in der Vorrichtung zur Entnahme von erstem Reduktionsprodukt aus der ersten Reduktionszone des ersten Reduktionsreaktors, dargestellt durch Leitung 12, in den zweiten Reduktionsreaktor 20 mündet. Auf die Nummerierung der Figur 3 entsprechenden Symbole wird zur besseren Übersichtlichkeit überwiegend verzichtet. Zusätzlich sind in der zweiten Reduktionsabgasleitung 24 eine Vorrichtung zur Trockenentstaubung 25 und eine Wärmeaustauschvorrichtung 26 vorhanden.

[00129] Figur 5 zeigt eine Abwandlung der in Figur 4 gezeigten Vorrichtung, in welcher in der Rückführleitung 16 eine Vorrichtung zur Gaserhitzung 27 vorhanden ist. Auf die Nummerierung der Figur 4 entsprechenden Symbole wird zur besseren Übersichtlichkeit überwiegend verzichtet. Die zweite Reduktionsabgasleitung 24 mündet nicht in die erste Reduktionsgasableitung 9, sondern in die Leitung 14b. Zusätzlich sind in der zweiten Reduktionsgasableitung 24, als Entstaubungsvorrichtung eine Vorrichtung zur Trockenentstaubung 28, eine Vorrichtung zur C02-Entfernung 29, sowie eine Vorrichtung zur Gaserhitzung 30 vorhanden.

[00130] Eine optionale Rückführung von in der Vorrichtung zur Trockenentstaubung 28 abgeschiedenem Staub in den zweiten Reduktionsreaktor 20 ist nicht dargestellt.

[00131] Weitere mögliche, nicht dargestellte Varianten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Figur 3 bis 5 sind: [00132] - anstatt der Vorrichtung zur Nassentstaubung 15 eine Vorrichtung zur Trockenentstaubung vorzusehen, hinter der - in Strömungsrichtung des ersten Reduktionsabgases gesehen - eine Vorrichtung zur Wärmeauskopplung aus dem ersten Reduktionsabgas angeordnet ist, beispielsweise ein Wärmeaustauscher.

[00133] - vor der Vorrichtung zur CQ2-Entfernung einen CO-Shift-Reaktor vorzusehen. Grund- 12/19

Claims (17)

1. österreichisches Patentamt AT 508 291 B1 2011-07-15 sätzlich ist es vorteilhaft, für die Reduktionsreaktionen nicht benötigte Wärmemengen aus den Gasströmen auszukuppeln und anderweitig außerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens zu nutzen, oder zur Erhitzung von in dem erfindungsgemäßen Verfahren genutztem Material zu nutzen. [00134] Figur 6 zeigt eine Abwandlung der in Figur 4 gezeigten Vorrichtung, bei der zwei Reduktionszonen 31 und 32 in einem Reduktionsreaktor 33 angeordnet sind, und das zweite Reduktionsabgas 34 aus der zweiten Reduktionszone 32 direkt in die erste Reduktionszone 31 eingeleitet wird. Auf die Nummerierung der Figur 4 entsprechenden Symbole wird zur besseren Übersichtlichkeit überwiegend verzichtet. BEZUGSZEICHENLISTE 1 Kohlevergaser 2 Leitung 3 Leitung 4 Vorrichtung zur Trockenentstaubung 5 Vorrichtung zur Trocken-Gasentschwefelung 6 erster Reduktionsreaktor 7 Leitung 8 Leitung 9 erste Reduktionsabgasleitung 10 Vorrichtung zur Trockenentstaubung 11 Exportgas 12 Leitung 13 Leitung 14a Leitung 14b Leitung 15 Vorrichtung zur Nassentstaubung 16 Rückführleitung 17 Vorrichtung zur C02-Entfernung 18 Tailgas 19 Vorrichtung zur Gaserhitzung 20 zweiter Reduktionsreaktor 21 Leitung 22 Rückführungs-Reduktionsgasleitung 23 Vorrichtung zur Gaserhitzung 24 zweite Reduktionsabgasleitung 25 Vorrichtung zur Trockenentstaubung 26 Wärmeaustauschvorrichtung 27 Vorrichtung zur Gaserhitzung 28 Vorrichtung zur Trockenentstaubung 29 Vorrichtung zur C02-Entfernung 30 Vorrichtung zur Gaserhitzung 31 erste Reduktionszone 32 zweite Reduktionszone 33 Reduktionsreaktor 34 zweites Reduktionsabgas Patentansprüche 1. Verfahren zur Reduktion von oxidischen Eisenträgern, bei dem oxidische Eisenträger in zumindest einer Reduktionszone von einem Reduktionsgas reduziert werden, wobei ein durch Kohlevergasung hergestelltes Rohgas einer Trockenentstaubung und einer Gasentschwefelung unterzogen wird, und das dabei erhaltene entschwefelte Produkt als erstes Reduktionsgas zur Reduktion der oxidischen Eisenträger in einer ersten Reduktionszone 13/19 österreichisches Patentamt AT 508 291 B1 2011-07-15 eingesetzt wird, wobei die Gasentschwefelung eine Trocken- Gasentschwefelung ist, und wobei zumindest ein Teil des aus der ersten Reduktionszone austretenden ersten Reduktionsabgases nach Entstaubung einer C02-Entfernung unterzogen wird und das dabei erhaltene C02-befreite Produkt zumindest zum Teil als Zuschlagsgas dem Rohgas oder, gegebenenfalls nach einer Erhitzung, dem ersten Reduktionsgas zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Portion oxidischer Eisenträger in die erste Reduktionszone eingebracht und dort reduziert wird, und das dabei erzeugte erste Reduktionsprodukt aus der ersten Reduktionszone entnommen wird, und eine zweite Portion oxidischer Eisenträger in eine zweite Reduktionszone eingebracht und dort reduziert wird, und das dabei erzeugte zweite Reduktionsprodukt aus der zweiten Reduktionszone entnommen wird, wobei zumindest ein Teil des aus der ersten Reduktionszone austretenden ersten Reduktionsabgases nach einer Entstaubung einer C02-Entfernung unterzogen wird und das dabei erhaltene C02-befreite Produkt, gegebenenfalls nach einer Erhitzung, der zweiten Reduktionszone als zweites Reduktionsgas zugeführt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aus der zweiten Reduktionszone austretende zweite Reduktionsabgas dem ersten Reduktionsabgas zugeführt wird, bevorzugt vor dessen Entstaubung.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Reduktionsabgas vor der Zuführung zum ersten Reduktionsabgas entstaubt und/oder einem Wärmeaustausch unterzogen wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aus der zweiten Reduktionszone austretende zweite Reduktionsabgas nach einer Entstaubung und Erhitzung dem ersten Reduktionsgas zugeführt wird, gegebenenfalls nach einer C02-Entferung, die nach der Entstaubung und vor der gegebenenfalls vorhandenen Erhitzung erfolgt.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Portion oxidischer Eisenträger zumindest einen Teil des ersten Reduktionsproduktes aus der ersten Reduktionszone umfasst.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Reduktionsabgas aus der zweiten Reduktionszone als Medium für die Sichtung von Staub aus dem ersten Reduktionsprodukt genutzt wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das in der zweiten Reduktionszone anfallende zweite Reduktionsabgas zumindest teilweise direkt in die erste Reduktionszone eingeleitet wird.
8. 8. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Kohlevergaser (1), - zumindest einem Reduktionsreaktor mit zumindest einer Reduktionszone, - einer Vorrichtung zur Trockenentstaubung (4), - einer Vorrichtung zur Gasentschwefelung, - einer Vorrichtung zur Zufuhr von Rohgas aus dem Kohlevergaser (1) in die Vorrichtung zur Trockenentstaubung (4), - einer Vorrichtung zur Zufuhr von entstaubtem Gas als erstem Reduktionsgas von der Vorrichtung zur Trockenentstaubung (4) in eine erste Reduktionszone eines ersten Reduktionsreaktors (6), - einer ersten Reduktionsabgasleitung (9) zur Ausfuhr von erstem Reduktionsabgas aus der ersten Reduktionszone des ersten Reduktionsreaktors (6), - einer Vorrichtung zur Entnahme von erstem Reduktionsprodukt aus der ersten Reduktionszone des ersten Reduktionsreaktors (6), - wobei die Vorrichtung zur Gasentschwefelung eine Vorrichtung zur Trocken-Gasentschwefelung (5) ist, - wobei die Vorrichtung zur Trocken-Gasentschwefelung (5) entweder in 14/19 österreichisches Patentamt AT 508 291 B1 2011-07-15 - der Vorrichtung zur Zufuhr von entstaubtem Gas als erstem Reduktionsgas von der Vorrichtung zur Trockenentstaubung (4) in eine erste Reduktionszone eines ersten Reduktionsreaktors (6) angeordnet ist, - oder der Kohlevergaser (1) und/oder die Vorrichtung zur Trockenentstaubung (4)auch die Vorrichtung zur Trocken-Gasentschwefelung (5) ist, - und wobei von der ersten Reduktionsabgasleitung (9) eine Rückführleitung (16) abzweigt, in der eine Vorrichtung zur CCVEntfemung (17) und gegebenenfalls eine Vorrichtung zur Gaserhitzung (19) angeordnet ist, wobei die Rückführleitung in zumindest ein Mitglied der Gruppe - Vorrichtung zur Zufuhr von Rohgas aus dem Kohlevergaser (1) in die Vorrichtung zur Trockenentstaubung (4), - Vorrichtung zur Zufuhr von entstaubtem Gas als erstem Reduktionsgas von der Vorrichtung zur Trockenentstaubung (4) in eine erste Reduktionszone eines ersten Reduktionsreaktors (6) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführleitung (16) hintereiner gegebenenfalls in der Vorrichtung zur Zufuhr von entstaubtem Gas als erstem Reduktionsgas von der Vorrichtung zur Trockenentstaubung (4) in eine erste Reduktionszone eines ersten Reduktionsreaktors (6) angeordneten Vorrichtung zur Trocken-Gasentschwefelung (5) in die Vorrichtung zur Zufuhr von entstaubtem Gas als erstem Reduktionsgas von der Vorrichtung zur Trockenentstaubung (4) in eine erste Reduktionszone eines ersten Reduktionsreaktors (6) mündet.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Reduktionsreaktor (20) mit mindestens einer Reduktionszone vorhanden ist, mit einer zweiten Reduktionsabgasleitung (24) zur Ausfuhr von zweitem Reduktionsabgas aus der Reduktionszone des zweiten Reduktionsreaktors (20), und einer Vorrichtung zur Entnahme von zweitem Reduktionsprodukt aus der Reduktionszone des zweiten Reduktionsreaktors (20), und wobei von der Rückführleitung eine Rückführungs-Reduktionsgasleitung (22) abzweigt, welche gegebenenfalls mit einer Vorrichtung zur Gaserhitzung (23) versehen ist, und welche in den zweiten Reduktionsreaktor (20) mündet.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Reduktionszone in dem ersten Reduktionsreaktor (6) vorhanden ist, mit einer zweiten Reduktionsabgasleitung (24) zur Ausfuhr von zweitem Reduktionsabgas aus der zweiten Reduktionszone, und einer Vorrichtung zur Entnahme von zweitem Reduktionsprodukt aus der zweiten Reduktionszone, und wobei von der Rückführleitung (16) eine Rückführungs-Reduktionsgasleitung (22) abzweigt, welche gegebenenfalls mit einer Vorrichtung zur Gaserhitzung (23) versehen ist, und welche in die zweite Reduktionszone mündet.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Reduktionsabgasleitung (24) in die erste Reduktionsabgasleitung (9) mündet.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Reduktionsabgasleitung (24) in die Vorrichtung zur Zufuhr von entstaubtem Gas als erstem Reduktionsgas von der Vorrichtung zur Trockenentstaubung (4) in eine erste Reduktionszone eines ersten Reduktionsreaktors (6) mündet. 15/19 österreichisches Patentamt AT 508 291 B1 2011-07-15
13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Reduktionsabgasleitung (24) eine Entstaubungsvorrichtung und/oder eine Wärmeaustauschvorrichtung (26) und/oder eine Vorrichtung zur C02-Entfernung (29) vorhanden ist.
14. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9, 11, 12, 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Entnahme von erstem Reduktionsprodukt aus der ersten Reduktionszone des ersten Reduktionsreaktors (5) in den zweiten Reduktionsreaktor (20) mündet.
15. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Entnahme von erstem Reduktionsprodukt aus der ersten Reduktionszone des ersten Reduktionsreaktors (6) in die zweite Reduktionszone mündet.
16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Reduktionszone in dem ersten Reduktionsreaktor (6) vorhanden ist, wobei von der Rückführleitung (16) eine Rückführungs-Reduktionsgasleitung (22) abzweigt, welche gegebenenfalls mit einer Vorrichtung zur Gaserhitzung (19) versehen ist, und welche in die zweite Reduktionszone mündet, und Reduktionsabgas aus der zweiten Reduktionszone innerhalb des ersten Reduktionsreaktors (6) der ersten Reduktionszone zugeführt wird.
17. 17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Entnahme von erstem Reduktionsprodukt aus der ersten Reduktionszone des ersten Reduktionsreaktors (6) in die zweite Reduktionszone mündet. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 16/19