DE1182219B - Verfahren zur Vorbehandlung von Eisen (II)-oxyd, das anschliessend in Pulverform mittels Wasserstoff reduziert wird - Google Patents

Description

• Verfahren zur Vorbehandlung von Eisen(II)-oxyd, das anschließend in Pulverfonn taittels Wasserstoff reduziert wird Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Vorbehandlung von Eisen(11)-oxyd, das anschließend in Pulverform in einem kontinuierlichen Verfahren im Fließbett mittels Wasserstoff reduziert wird.
• Im allgemeinen wird Eisen durch direkte Reduktion von natürlichen oder gerösteten Eisenerzen erhalten. Soweit man bereits darüber hinaus Eisenpulver durch Reduktion von pulveT#förrnigen Eisenoxyden hergestellt hat, handelt es sich um ein Verfahren, bei dem die Reduktion mittels Wasserstoff, und zwar unter erheblichem Oberschuß desselben und bei verhältnismäßig großen Strömungsgeschwindigkeiten durchgeführt wird. Nachteilig ist hierbei der hohe Verbrauch an teurem Wasserstoffgas, da das gesamte Verfahren und eventuell auch eine Nachbehandlung mit möglichst reinem Wasserstoff als Reduktionsgas vor sich geht.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird pulverförmiges Eisen(11)-oxyd von praktisch gleicher Korngröße zuerst bei mindestens 1000C kontinuierlich im Fließbett in direktem Wärmeaustausch mit einem trockenen, inerten, heißen, COg und N2 enthaltenden Gas gebracht. Anschließend wird es in übereinander angeordneten Fließbetten kontinuierlich auf 600 bis 800'C, vorzugsweise auf 700'C, durch direkten Wärmeaustausch mit einem im wesentlichen CO, C0i und N" gegebenenfalls auch noch Ht und HIO enthaltenden, bei diesen Temperaturen gegenüber dem Eisen(11)-oxyd in chemischem Gleichgewicht stehenden Gas erhitzt.
• Es kann hierbei von Eisen(11)-oxyd ausgegangen werden, das im abgeschreckten Zustand erhalten wurde und dementsprechend leicht vermahlbar ist. An sich ergeben sich insofern Schwierigkeiten, als Eisen(11)-oxyd in einer stark oxydierend wirkenden oder in einer stark reduzierenden Atmosphäre nicht oder kaum zu erhitzen ist, ohne es zu verändern. Insbesondere ist es schwierig, ihm die Wärme mitzuteilen, die erforderlich ist, um es auf 700'C zu bringen. Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, daß die Erhitzung des Eisen(11)-oxydpulvers von der Reduktion desselben getrennt wird. Durch den erwähnten direkten Wärmeaustausch mit einem im wesentlichen CO, CO, und N2 enthaltenden Gas, das sich bei der Erhitzungstemperatur gegenüber dem Eisen(11)-oxyd in chemischem Gleichgewicht befindet, wird folgendes erreicht, Wenn zu Beginn der Erhitzung eine langsame Zersetzung nach der Formel eingeleitet wird: 4 Fe0 - Fe + Fe,0, so wird diese Zersetzung, kaum daß sie eingeleitet worden ist, bei der weiteren Erhitzung, die rasch vor sich geht, wieder rückgängig gemacht, wobei von neuem nur FeO erhalten wird, sobald die Temperatur etwa 550'C erreicht, was sich aus dem Chaudron. Diagramm ergibt. Oberhalb dieser Temperatur befindet sich daher das Gas genau im Gleichgewicht.
• Das erwähnte zur Erhitzung dienende Gas kann durch unvollständige Verbrennung von Naturgas, das einen hohen Methangehalt hat, bei geeignet bemessener Luftmenge erhalten worden. Statt dessen läßt sich das Naturgas entsprechend den örtlich verschiedenen wirtschaftlichen Bedingungen auch durch einen gasförmigen oder flüssigen Kohlenwasserstoff oder durch Generatorgas oder durch ein Kokereigas ersetzen.
• Die Verbrennung beispielsweise des Naturgases ergibt ein heißes Gas, de&wn Wärme zur Erhitzung des Eisen(11)-oxydes ausgenutzt wird.
• Am oberen Teil einer Anlage zur Erhitzung des fließfähigen Eisen(II)-oxydes kann das aus der Anlage austretende Gas in zwei Teilt unterteilt werden, von denen der kleinere in der Feuerung eines Rekuperators unter Nebenluftzufuhr verbrannt wird, wobei die hierbei enthaltenen Abgase durch das Rohrbündel des Rekuperators oder- Aurch eine gle.ickwertige Anlage geleitet werden und schließlich durch den Kamin oder Abzug austreten, während der andere, größere Teil des austretenden Gaes,iip Rohrbündel des Rekuperators erhitzt und vbn neuem dem Feuerraum des Hauptbrenners, zugeführt -wird.. Bei einer Fließbetterhitzungsanlage, die in geeigneter Weise wätmeisoliert ist, findet daher keine äußere Erhitzung der Wandung statt. Auf diese Weise wird mit Ausnahme von geringen Verlusten die vollständige Verbrennungswärme des Naturgases zur inneren Erhitzung des Eisen(11)-oxydes im Fließbett verwertet, so daß sich wirtschaftliche Bedingungen ergeben.
• Der erste Schritt" nämlich daß' pulverförmiges Eisen(11)-oxyd zuerst bei mindestens 100'C kontinuierlich im Fließbett in direkten Wärmeaustausch mit einem trockenen,-# inerten, heißen, 'CO, und N, enthaltenden Gas gebracht wird, wobei also die Anwesenheit von Wasserdampf vermieden wird, dient dem Zweck, jeghche Verstopfung mit kaltem Eisen(11)-oxyd in der Förder- und Beschickungseinrichtung zu vermeiden. Aus dem Gemisch von Stickstoff und Kohlendioxyd kann das Wasser durch vorherige Ab- kühlung herauskondeilgiert sein.
• Zweckmäßig wird das aus der Fließbettvorerhitzungskammer austretende Gas durch ein Umwälzgebläse aufgenommen, v:(on neuem erhitzt und wieder in Umlauf gesetzt.
• Nachfolgend werden eine beispielsweise Ausführungsform des Verfahrens sowie zu dessen Durchführung bestimmte Anlagen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben, und zwar zeigt Fig. 1 ein Gesamthchema der Anlage, F i g. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit einer Zumeßschnecke für die Förderung des Pulvers mit einem` Differentiaimonometer.
• Wie sich aus F i g# 1 ergibt, weist die Anlage im wesentlichen ein Begchickurigssystem 1 für das Eisen(11)-oxyd, einen Vorerhitzer4 für das Eisen(11)-oxyd im Fließbett mit Hilfe eines inerten Gases, beispielsweise eines Gemisches'aus CO, und N" sowie den eigentlichen Erhitzer10 auf, der mehrere Fließbettstufen besitzt und in welchem das Eisen(II)-oxyd sowie das Erhitzungsgas in entgegengesetzter Richtung fließen bzw. strömen und an dessen unterem Ende sich die Hauptfeuerung 12 befindet, schließlich einen Rekuperator 17, der mit einer Hilfsfeuerung 18 versehen ist und die Hauptfeuerung mit von neuem in Umlauf gesetztem heißem Gas speist.
• Im besonderen weist die- Beschickungseinrichtung 1 einen Beschickungstrichter30 auf, aus dem das Eisen(11)-oxyd mit Hilfe eines Luftstroms, der durch ein Gebläse 31 in Bewegung gesetzt wird, entnommen und zu einem Zyklonabskheider 2 gefördert wird, aus dem das Eisen(II)-oxyd in den Trichter 3 fällt. Aus diesem wird es durch eine Zumeßschnecke 32 entnommen und einem Vorerhitzer 4 zugeführt, in welchem es auf einen Rost fällt, unterhalb welchem ein Strom eines inerten heißen Gases eintritt, der dazu dient, das Eisen(11)-oxyd auf eine Temperatur von etwa 100'C zu erwärmen. Dieses Gas besteht zweckmäßig aus einem Gemisch von CO, + N, das aus den Verbrennungsgasen stammt, aus denen vorher das Wasser herauskondensiert worden ist und die durch eine Leitung 33 eintreten. Das durch ein Umwälzgebläse 6 von neuem in Umlauf gesetzte Gas wird in einen Dampferhitzer 7 gefördert und von diesem unter den Rost des Vorerhitzers 4 geleiet. Am oberen Ende des letzteren wird das Gag durch das Gebläse 6 nach dem Durchtritt durch einen Staubabscheider 5 abgezogen.
• Aus dem Vorerhitzer wird das Eisen(11)-oxyd durch die Zumeßschnecke 8 entnommen und dem oberen Teil des vierstufigen Erhitzers 10 zugef ührt, in welchem es aufeinanderfolgend beispielsweise auf 250 bis 400 bis 550 bis 700'C gebracht wird. Am unteren Teil des Erhitzers wird das Eisen(11)-oxyd durch eine Zumeßschnecke 22 entnommen und zur Wasserstoffred ' uzieranlage bzw. zum Reaktor 24 gefördert. Im urfteren Teil des Erhitzers 10 befindet,sich der Hauptfeuerraurn 12, in welchem die Verbrennung eines geeigneten Gemisches von hohem Methangehalt, beispielsweise aus Naturgas und Zusatzluft, die einem Brenner 11 zugeführt werden, erfolgt.
• Die Abgase liefern nach dem Vermischen mit dem von neuem in Umlauf gesetzten und durch die Leitung 21 zugeführten Gas das Erhitzungsgas mit einer Temperatur von etwa 850'C, das aus einem Gemisch von CO, CO" H" H,0 und N, gebildet wird.
• Dieses Gas wird am oberen Teil des Erhitzers über einen Staubabscheider 13 mittels eines Urnwälzgebläses 14 entnommen und in einem durch Ventile 15 geregelten Verhältnis zu etwa drei Vierteln dem Rohrbündel 19 des Rekuperators 17 zugeführt und zu etwa einem Viertel dem Hilfsbrenner 16, der im unteren Teil des Rekuperators angeordnet ist, in welchen eine Zusatzluftzufuhrleitung mündet. Die Abgase dieses Brenners treten nach dem Hindurchtritt durch den Rekuperator durch den Abzug 20 aus. Das durch das Rohrbündel hindurchgetretene Gas wird mit einer Temperatur von etwa 650'C durch die Leitung 21 wieder in Umlauf gesetzt.
• Wie erwähnt, erfolgt die Oberführung des Eisen(11)-oxydpulvers zwischen zwei aufeinanderfolgenden Einrichtungen I und 11 vorzugsweise durch eine Zumeßschnecke, um jede unnüttelbare Verbindung zwischen den Gasen in den erwähnten Einrichtungen zu vermeiden. Es ist ferner vorteilhaft, entsprechend der schematischen Darstellung in F i g. 2 ein Differential. manometer vorzusehen, das zwischen die beiden Enden der Schnecke geschaltet ist, um eine vorzeitige Überführung des Gases zu vermeiden. Dieses Manometer, das beispielsweise aus zwei Membranelementen Ml und M2 besteht, wirkt mittels seiner Nadel auf nicht dargestellte Druckregelvorrichtungen, die jeder der beiden Einrichtungen zugeordriet sind.
• Das erfindungsgemäße Verfahren weist die folgenden Vorteile auf: a) eine Brennstoffeinsparung; b) bei der nachgeschatteten Wasserstoffreduktionsanlage einen geringstmöglichen Wasserstoffverbrauch sowie eine maximale Reduktionsgeschwindigkeit, soweit sie mit einer gegebenen Ab- messung -der Reduktionsanlage -vereinbar ist, und eine große Reinheit des erhaltenen Eisens.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Vorbehandlung von Eisen(II)-oxyd, das anschließend in Pulverform in einem kontinuierlichen Verfahren im Fließbett mittels Wasserstoff reduziert wird, d a d u r c h g c -k e n n z e i c h n e t, daß pulverförmiges Eisen(II)-oxyd von praktisch gleicher Korngröße zuerst bei mindestens 100'C kontinuierlich im Fließbett in direktem Wärineaustausch mit einem trockenen, inerten, heißen, CO, und N2 enthaltenden Gas gebracht und anschließend in übereinander angeordneten Fließbetten kontinuierlich auf 600 bis 800'C, vorzugsweise auf 700'C, durch direkten Wärmeaustausch mit einem im wesentlichen CO, CO, und N" gegebenenfalls auch noch H, und H,0 enthaltenden, bei diesen Temperaturen gegenüber dem Eisen(11)-oxyd in chemischem Gleichgewicht stehenden Gas erhitzt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die zweite Erhitzungsstufe ein durch unvollständige Verbrennung von Naturgas oder Kohlenwasserstoffen erzeugtes Gas verwendet wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiedererhitzung des Gases aus der zweiten Erhitzungsstufe in einem Rekuperator erfolgt, in dem das dieser Stufe zugeführte Gas erzeugt wird.
3. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 887 643.