DE1266329B

DE1266329B - Process for the gradual reduction of finely divided iron ore to iron

Info

Publication number: DE1266329B
Application number: DEE17561A
Authority: DE
Inventors: Warren K Lewis
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: ExxonMobil Technology and Engineering Co
Priority date: 1958-05-12
Filing date: 1959-04-29
Publication date: 1968-04-18
Also published as: MY6500156A; GB907354A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.: Int. Cl .:

C21bC21b

Deutschem.: 18 a-13/14 German: 18 a -13/14

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:Number:
File number:
Registration date:
Display day:

1266 329
E17561VI a/18 a
29. April 1959
18. April 19681266 329
E17561VI a / 18 a
April 29, 1959
April 18, 1968

Es ist bekannt, Eisenerze in einem Wirbelschichtverfahren in eine, zwei oder drei Stufen zu reduzieren. Das am weitesten verbreitete Verfahren besteht darin, eine Wirbelschicht aus Eisenerz, z. B. aus Fe₂O₃, in einem Reaktionsbehälter vorzuerhitzen und die Wirbelschicht kontinuierlich in eine zweite Stufe zu überführen, in der die aufgewirbelte Eisenerzschicht durch Kontakt mit einem Reduktionsgas, wie Methan, Wasserstoff, Kohlenmonoxyd oder Gemischen dieser Gase, zu FeO reduziert wird. Schließlich wird das FeO in eine dritte Stufe geführt, in der es durch Kontakt mit Reduktionsgasen der genannten Art zu Metall reduziert wird.It is known to reduce iron ores in a fluidized bed process in one, two or three stages. The most common method is to use a fluidized bed of iron ore, e.g. B. Fe ₂ O ₃ , preheat in a reaction vessel and continuously transfer the fluidized bed to a second stage in which the fluidized iron ore layer is reduced to FeO by contact with a reducing gas such as methane, hydrogen, carbon monoxide or mixtures of these gases. Finally, the FeO is fed into a third stage, in which it is reduced to metal by contact with reducing gases of the type mentioned.

Jahrelang sind Versuche durchgeführt worden, um das technische Verfahren zur direkten Reduktion von Eisenerz mittels Methan und anderen Kohlenwasserstoffen zu vervollkommnen. Doch weisen alle diese bisherigen Verfahren eine Reihe von Nachteilen auf und sind wirtschaftlich uninteressant. Zur Reduktion mit Methan ist eine große Wärmemenge erforderlich. Um diese zu liefern, wurde Luft oder Sauerstoff in der Erzreduktionszone mit dem Methan gemischt, wodurch mindestens ein Teil des Methans in situ teilweise zu Kohlenmonoxyd und Wasserstoff oxydiert wurde. Dieses Verfahren hat in verschiedener Hinsicht Nachteile, da nicht die gesamte Luft unter den für die Erzreduktion erforderlichen Bedingungen verbraucht wird und da diese zurückbleibende oder überschüssige Luft offensichtlich die Bildung eines Oxydfilms auf den Eisenerzteilchen, mit denen sie in Berührung kommt, verursacht. Dieser Film macht die Teilchen einer weiteren Reduktion gegenüber inert. Auch das infolge der teilweisen Oxydation des Methans anwesende Wasser oder Wasserdampf und das Kohlendioxyd hemmen die Reduktion.For years, attempts have been made to develop the technical process for the direct reduction of To perfect iron ore using methane and other hydrocarbons. Yet all of these point previous methods have a number of disadvantages and are economically unattractive. For reduction with methane, a large amount of heat is required. To deliver this, air or oxygen was put in the ore reduction zone is mixed with the methane, creating at least some of the methane in situ was partially oxidized to carbon monoxide and hydrogen. This procedure does in several ways Disadvantages, since not all of the air is consumed under the conditions required for ore reduction and since this remaining or excess air will obviously result in the formation of an oxide film on the iron ore particles with which it comes into contact. This film does that Particles inert to further reduction. This is also due to the partial oxidation of the methane the presence of water or steam and the carbon dioxide inhibit the reduction.

Es wurde nun ein Verfahren zur stufenweisen Reduktion von feinverteiltem Eisenerz zu Eisen gefunden, bei welchem das Erz in einer ersten Stufe in an sich bekannter Weise auf 925 bis 1200° C vorerhitzt, in einer zweiten Stufe der Eisengehalt des Erzes durch Kohlenmonoxyd und Wasserstoff, die durch Umsetzung von Dampf mit einem Kohlenwasserstoff hergestellt werden, zur FeO-Form reduziert und dieses in einer dritten Stufe mittels der gleichen Reduktionsgase zu Eisen reduziert wird, das daran besteht, daß man ein Reduktionsgas verwendet, welches im Verhältnis von 0,8 bis 1 Mol Dampf je Kohlenstoffatom bei 870 bis 1090° C in einer Reaktionszone, in der überall eine gleichmäßige Temperatur aufrechterhalten wird, hergestellt ist.A process has now been found for the gradual reduction of finely divided iron ore to iron, in which the ore is preheated to 925 to 1200 ° C in a known manner in a first stage, in a second stage the iron content of the ore by carbon monoxide and hydrogen, which produced by reacting steam with a hydrocarbon, reduced to the FeO form and this is reduced to iron in a third stage by means of the same reducing gases that there is that one uses a reducing gas, which in a ratio of 0.8 to 1 mol of steam each Carbon atom at 870 to 1090 ° C in a reaction zone in which a uniform temperature everywhere is maintained, is established.

Durch dieses Verfahren der Reformierung von Kohlenwasserstoffen erhält man ein Gas, das für dieThis process of reforming hydrocarbons produces a gas that is suitable for the

Verfahren zur stufenweisen Reduktion
von feinverteiltem Eisenerz zu EisenStep-by-step reduction method
from finely divided iron ore to iron

Anmelder:Applicant:

Esso Research and Engineering Company,Esso Research and Engineering Company,

Elizabeth, N. J. (V. St. A.)Elizabeth, N. J. (V. St. A.)

Vertreter:Representative:

Dipl.-Chem. Dr. jur. W. Beil,Dipl.-Chem. Dr. jur. W. Beil,

und A. Hoeppener, Rechtsanwälte,and A. Hoeppener, lawyers,

6230 Frankfurt-Höchst, Adelonstr. 586230 Frankfurt-Höchst, Adelonstr. 58

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Warren K. Lewis, Newton, Mass. (V. St. A.)Warren K. Lewis, Newton, Mass. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

V. St. v. Amerika vom 12. Mai 1958 (734 619)V. St. v. America May 12, 1958 (734 619)

Reduktion von Eisenerz nach den mit aufgewirbelten Feststoffen arbeitenden Verfahren besonders geeignet ist. Um die Erfindung voll zu würdigen, muß man sich vergegenwärtigen, daß zwar sowohl Wasserstoff als auch Kohlenmonoxyd wirksame und schnell reduzierende Gase sind, daß jedoch nur ein Bruchteil der gesamten, in die Reduktionszone eingeführten Wasserstoff- und/oder Kohlenmonoxydbeschickung zur Verwertung kommt. Infolge der Gleichgewichtslage und der Bildung von Wasser und Kohlendioxyd durch die Reduktion mittels Wasserstoff und Kohlenmonoxyd beträgt die Reduktionsleistung dieser Gase bei z. B. 820° C nur 34%, wenn man annimmt, daß die Umsetzung bis zur Erreichung des Gleichgewichts erfolgt.Reduction of iron ore by the fluidized solids processes are particularly suitable is. In order to fully appreciate the invention, one must realize that both hydrogen as well as carbon monoxide are effective and rapidly reducing gases, but only a fraction of that total hydrogen and / or carbon monoxide feed introduced into the reduction zone comes to recovery. As a result of the equilibrium and the formation of water and carbon dioxide through the reduction by means of hydrogen and carbon monoxide, the reduction capacity of these gases is greater at z. B. 820 ° C only 34%, assuming that the implementation until equilibrium is reached he follows.

Wenn Methan oder andere Kohlenwasserstoffe nach dem bisherigen Verfahren reformiert werden, so müssen normalerweise große Mengen Wasserdampf eingesetzt werden, um die notwendige Antriebskraft zu liefern, um !angemessene Umwandlungen zu erzielen und insbesondere um ein Absetzen von Kohlenstoff zu verhindern. Die bed einem solchen Reformie-If methane or other hydrocarbons are reformed using the previous process, normally large amounts of water vapor have to be used to generate the necessary driving force in order to achieve adequate conversions and, in particular, to achieve carbon deposition to prevent. The bed of such a reform

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rungsverfahren erhaltenen Gase sind mit wesentlichen Diese haben zweckmäßig bei einer Wirbelschichit Mengen Wasserdampf und gewöhnlich Kohlendioxyd einen mittleren Teilchendurchmesser von 1 bis 1000 μ verunreinigt. Wird ein solches Gas zur Reduktion und bei einer in Bewegung befindlichen Schicht einen von Eisenerz verwendet, so ist die Reduktionsleistung Durchmesser bis zu 6,35 mm. Nach dieser Ausfühdes Wasserstoffes und/oder des Kohlenmonoxyds auf 5 rungsform kann den Außenwänden des Reaktors einen äußerst niedrigen Grad herabgemindert. Wird Wärme zugeführt werden, wobei man sich auf die beispielsweise ein Reduktionsgas, das durch Refor- Gasgeschwindigkeit zur Aufwirbelung der Teilchen mierung von 1 Mol Methan mit 3 Mol Wasserdampf verläßt, durch welche die Wärme von den Reaktorerhalten wurde, eingesetzt, so beträgt die Reduktions- wänden weg in das Zentrum des Reaktors geführt leistung des zur Verfugung stehenden Wasserstoffes io und gleichmäßig verteilt wird. Die Schicht wird vor- und Kohlenmonoxyds in den entstehenden Gasen 3 °/o zugsweise durch den Wasserdampf und das Methan, oder annähernd ein Zehntel der Reduktionsleistung die in der Reaktionszone aufsteigen, aufgewirbelt, der reinen Gase. Andererseits ist es vom wirtschaft- Anstatt Wärme durch die Reaktorwände zuzu-The gases obtained in the process are essential with a fluidized bed Amounts of water vapor and usually carbon dioxide have an average particle diameter of 1 to 1000 μ contaminated. If such a gas is used for reduction and a moving layer Used by iron ore, the reduction performance is diameter up to 6.35mm. After this execution Hydrogen and / or carbon monoxide can form the outer walls of the reactor degraded to an extremely low degree. Will heat be supplied, whereby one can rely on the For example, a reducing gas that is used by Refor- gas velocity to whirl up the particles tion of 1 mole of methane with 3 moles of water vapor, through which the heat is obtained from the reactor was used, the reduction walls are led away into the center of the reactor power of the available hydrogen is ok and evenly distributed. The shift is and carbon monoxide in the gases formed 3%, preferably by the water vapor and methane, or approximately one tenth of the reduction power rising in the reaction zone, whirled up, of pure gases. On the other hand, it is economical, instead of supplying heat through the reactor walls.

lichen Standpunkt aus unpraktisch, das Gas zwecks führen, kann diese erfindungsgemäß auch durch Entfernung des Wassers oder des Kohlendioxyds zu 15 inerte Wärmeträgerfeststoffe eines schwereren Stoffes kühlen und es dann zur Verwendung in der Reduk- zugeführt werden, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. tionszone wiederzuerhitzen. Diese größeren und verhältnismäßig schwererenUnion point of view from impractical to lead the gas for the purpose, this can also be carried out according to the invention Removal of the water or carbon dioxide to 15 inert heat transfer solids of a heavier substance cool and then be fed for use in the Reduk-, as shown in FIG. reheat the zone. These larger and relatively heavier ones

Gemäß der Erfindung werden nun Kohlenwasser- inerten Feststoffe von z. B. 200 μ bis zu etwa 6,35 mm stoffe, wie Methan, Äthan, andere Paraffine, Olefine, läßt man oben auf den Reaktor rieseln, von wo sie gemischte Kohlenwasserstofffraktion(en), wie Kerosin, 20 durch die leichtere Schicht aus aufgewirbelten Festleichte und schwere Heizöle usw., nach einem neuen stoffen innerhalb des Reaktors hindurchfallen und Verfahren reformiert, um ein Reduktionsgas mit schließlich unten abgezogen werden. Diese schwereäußerst hoher Reduktionsleistung herzustellen. Ferner ren Feststoffe bestehen vorzugsweise aus Al₂O₃, MgO, wird ein neues Verfahren geschaffen, um Eisenerz allgemein aus irgendeinem festen Stoff, der die anmittels dieses so hergestellten Reduktionsgases zu 25 gewendeten hohen Temperaturen aushält. Die Festreduzieren, stoffe können natürlich auf jede geeignete Art, z. B.According to the invention, hydrocarbon-inert solids of z. B. 200 μ up to about 6.35 mm materials, such as methane, ethane, other paraffins, olefins, are allowed to trickle on top of the reactor, from where they mixed hydrocarbon fraction (s), such as kerosene, whirled up through the lighter layer Solid light and heavy fuel oils etc., after a new substance fall through inside the reactor and process reformed to finally be withdrawn from a reducing gas with below. This heavy to produce extremely high reduction performance. Furthermore ren solids preferably consist of Al ₂ O ₃ , MgO, a new method is created for iron ore in general from any solid substance which can withstand the high temperatures applied by means of this reducing gas produced in this way. The solid reducing substances can of course be used in any suitable manner, e.g. B.

Erfindungsgemäß wird Methan bei Temperaturen exotherme Umsetzungen usw., wiedererhitzt und oben zwischen 927 und 1093° C in >einer Reaktionszone, auf den Reaktor zurückgeführt werden, in der durchweg eine im wesentlichen einheitliche Nach Fig. 3 wird die Wärme in der Weise zuge-According to the invention, methane is reheated at temperatures exothermic, etc., and above between 927 and 1093 ° C in> a reaction zone, are returned to the reactor, in which a substantially uniform according to Fig. 3, the heat is added in the way

Temperatur herrscht, mit 0,8 bis 1 Mol Wasserdampf 30 führt, daß kontinuierlich eine Schicht aus heißen je Kohlenstoffatom in dem Kohlenwasserstoff in Kon- Feststoffen durch den Reaktor bewegt wird. Die hiertakt gebracht. Schwere Kohlenwasserstoffe lassen sich bei verwendeten Feststoffe sind größer als die in leichter reformieren, so daß etwas niedrigere Tempe- F i g. 1 und sind zweckmäßig nicht fähig, bei den anraturen angewendet werden können. Höhere, bis zur gewendeten Gasgeschwindigkeiten aufgewirbelt zu Betriebsgrenze der Refraktoren gehende Tempera- 35 werden. Ihre Größe ist z. B. 2,54 bis 12,7 mm. türen können angewendet werden, doch sollten die Eine weitere Vorrichtung zur AufrechterhaltungTemperature prevails, with 0.8 to 1 mol of water vapor 30 leads that continuously a layer of hot per carbon atom in which the hydrocarbon is moved through the reactor in con solids. The hectic rhythm brought. Heavy hydrocarbons can be used when solids are larger than those in reform easier so that slightly lower tempe- F i g. 1 and are appropriately not able to use the fittings can be applied. Higher, whirled up to the turned gas velocities The operating limit of the refractors is going to be 35. Their size is e.g. B. 2.54 to 12.7 mm. Doors can be used, but should be another device for maintaining

Reformierungstemperaturen nicht niedriger sein als einer einheitlichen Temperatur in der gesamten die für die Reduktion von FeO zu Fe angewendeten Reaktionszone ist ein kurzer, gestutzter Drehofen, der Temperaturen. Gegebenenfalls kann die Temperatur Feststoffe in ausreichender Durchmischung enthält, jedoch höher sein. Um in der gesamten Reaktions- 40 um die Aufrechterhaltung einheitlicher Temperaturen zone eine einheitliche Temperatur aufrechtzuerhalten, und eines guten Kontaktes zwischen den Feststoffen ist es notwendig, innerhalb der Reaktionszone Fest- und dem Gas sicherzustellen. Bei diesem Verfahren stoffe, vorzugsweise feinzerteilte Feststoffe, zu halten, wird die Wärme durch feste Wärmeträger geliefert, um die Wärme gleichmäßig zu verteilen. Die Refor- doch ist es auch möglich, den unteren Teil des Drehmierung verläuft endotherm und erfordert die An- 45 ofens zu erhitzen, wenn genügend Feststoffe dauernd Wendung äußerer Wärme, die durch die Wände des gemischt werden.Reforming temperatures should not be lower than a uniform temperature throughout the reaction zone used for the reduction of FeO to Fe is a short, clipped rotary kiln, the Temperatures. If necessary, the temperature may contain solids in sufficient mixing, however, be higher. In order to maintain uniform temperatures throughout the reaction zone to maintain a uniform temperature and good contact between the solids it is necessary to ensure solid and gas within the reaction zone. In this procedure to hold materials, preferably finely divided solids, the heat is supplied by solid heat carriers, to distribute the heat evenly. The refor- but it is also possible to rotate the lower part of the runs endothermic and requires the oven to be heated if there is sufficient solid matter continuously Turning external heat mixed through the walls of the.

Reaktors hindurch zugeführt werden kann, wenn Unabhängig von der speziellen ReaktorkonstruktionReactor can be fed through if Independent of the specific reactor design

man ein Reaktionsrohr mit verhältnismäßig kleinem ist es wesentlich, daß die Reaktionszone sich be* Durchmesser verwendet. Die Wärme kann aber auch wegende, inerte Feststoffe enthält, und zwar in Form dadurch zugeführt werden, daß man Feststoffe als 50 einer aufgewirbelten oder einer in Bewegung befind-Wärmeträger durch die Reaktionszone umlaufen läßt. liehen Schicht. Es ist notwendig, daß alle Gase unter Die Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Einhaltung im wesentlichen gleicher Zeit-Temperatur-Temperatur innerhalb der Reaktionszone erfolgt vor- Verhältnisse auf annähernd die gleiche Temperatur zugsweise dadurch, daß feinzerteilte Feststoffe, die gebracht werden. So kann z. B. in einem dem bissich in der Reaktionszone entweder inert oder kataly- 55 herigen Stand der Technik entsprechenden rohrförtisch wirksam verhalten, zweckmäßig in einem magen Reaktor mit Ruheschüttung bei einem inneren Bewegungszustand hält. Zwar ist eine Aufwirbelung Durchmesser von nur 101,6 bis 127 mm die Tempeder Feststoffe in der Reaktionszone nicht unbedingt ratur an den Wänden 333 bis 388° C höher sein als notwendig, doch ist es wesentlich, die Feststoffe in die Temperatur im Zentrum des Reaktionsrohres. Bewegung zu halten, um die Wärme zu verteilen. 60 Ein Temperaturgefälle von diesem Ausmaß würde dieIf you have a reaction tube with a relatively small size, it is essential that the reaction zone be * Diameter used. However, the heat can also contain inert solids, namely in the form of be supplied by solids as 50 a fluidized or a moving heat carrier circulated through the reaction zone. borrowed layer. It is necessary that all gases are under Maintaining a uniform maintenance of essentially the same time-temperature-temperature conditions take place within the reaction zone at approximately the same temperature preferably in that finely divided solids that are brought. So z. B. in one of the bissich in the reaction zone either inert or catalytic converter according to the state of the art behave effectively, expediently in a gastric reactor with quiescent bed with an internal one State of motion. It is true that the Tempeder has a whirling diameter of only 101.6 to 127 mm Solids in the reaction zone do not necessarily have to be 333 to 388 ° C higher than the temperature on the walls necessary, but it is essential to bring the solids to the temperature in the center of the reaction tube. Maintain movement to distribute heat. 60 A temperature gradient of this magnitude would be the

Fig. I₅ 2, 3 und 4 zeigen schematisch vier Ver- Verwendung von mindestens 3 Mol Wasserdampf je fahren zur Aufrechterhaltung gleichmäßiger Tempe- Mol Kohlenwasserstoff erforderlich machen, raturen innerhalb des Reaktors. Ein weiterer Vorteil, der durch eine ReformierungFig. I _5, 2, 3 and 4 schematically show four use of at least 3 moles of water vapor per drive to maintain uniform tempe- Mol hydrocarbon require temperatures within the reactor. Another benefit of reforming

Fig. 1 zeigt einen Reaktor mit einem zylindrischen unter den beschriebenen Bedingungen erzielt wird, Reaktionsrohr, in dem sich eine Schicht aus fein- 65 liegt darin, daß die Ablagerung von Kohlenstoff verzerteilten Feststoffen befindet, wie Glaskugeln, Ton- mieden oder auf ein Mindestmaß beschränkt wird, erde, Kohlekörnern, auf einem Träger befindlichem Diese Kohlenstoff ablagerung stellt ein besonders Kupfer, auf einem Träger befindlichen Nickel usw. ernstes Problem in dem Gesamtverfahren dar, da derFig. 1 shows a reactor with a cylindrical is achieved under the conditions described, Reaction tube in which there is a layer of fine-65 in that the deposit of carbon is dispersed Solids is located, such as glass balls, clay mitts or is kept to a minimum, earth, grains of coal, on a carrier This carbon deposit represents a special Copper, supported nickel, etc. pose a serious problem in the overall process as the

Kohlenstoff in der Wasserdampf-Reformierungsstufe leicht agglomeriert und sich auf den inerten Teilen ansammelt und in die FeO-Reduktionsstufe hinübergetragen werden kann, wo es zu einer Verunreinigung des Eisens kommt. Die Ablagerung von Kohlenstoff in der Wasserdampf-Reformierungsstufe wird durch eine rasche Umwandlung des Kohlenwasserstoffes in Kohlenmonoxyd und Wasserstoff bei den vorstehend beschriebenen einheitlich hohen Temperaturen auf ein Mindestmaß beschränkt oder ausgeschaltet. Bei einer langsamen Umwandlung ist also die Kohlenstoffablagerung bei kleinen Wasserdampf mengen groß.Carbon easily agglomerates in the steam reforming stage and settles on the inert parts accumulates and can be carried over to the FeO reduction stage, where it becomes an impurity of iron comes. The deposition of carbon in the steam reforming stage is caused by rapid conversion of the hydrocarbon to carbon monoxide and hydrogen in the above described uniformly high temperatures to a minimum or switched off. at With a slow conversion, the carbon deposition is large with small amounts of water vapor.

Erfindungsgemäß werden die Gase aus der Wasserdampfreformierung eines Kohlenwasserstoffes durch die Reduktionszone der letzten Stufe eines dreistufigen Erz-Reduktionsprozesses geleitet. Diese Stufen haben die nachstehende Reihenfolge: (1) Vorerhitzungszone des Eisenerzes, (2) eine Reduktionszone zur Überführung des Fe₂O₃ in FeO und schließlich (3) eine Reduktionszone zur Umwandlung des FeO in Fe. Während die Vorerhitzung des Erzes nach einem beliebigen Verfahren erfolgen kann, werden die beiden Reduktionsstufen mit Wirbelschichten durchgeführt, um eine Homogenität des Feststoffgemisches, ein gleichmäßiges Erhitzen und eine gleichmäßige Reduktion zu gewährleisten. In der Vorerhitzungszone wird die Temperatur des Erzes so stark und vorzugsweise einheitlich in der ganzen Schicht auf eine solche Höhe gebracht, daß eine Reduktion des Erzes in den späteren Stufen ermöglicht wird. Da die Gase aus der erfindungsgemäß durchgeführten Wasserdampfreformierung ein H₂-CO-Molverhältnis von etwa 3 :1 aufweisen und da die FeO-Reduktion mittels Wasserstoff endotherm verläuft, während die FeO-Reduktion mittels CO exotherm ist, muß dem System eine erhebliche Wärmemenge zugeführt werden. Gegebenenfalls kann eine kleine Menge der Gase aus der Wasserdampf-Reformierungszone mit Luft verbrannt werden, um die Temperatur des Reduktionsgases zu erhöhen.According to the invention, the gases from the steam reforming of a hydrocarbon are passed through the reduction zone of the last stage of a three-stage ore reduction process. These stages are in the following order: (1) a pre-heating zone for the iron ore, (2) a reduction zone to convert the Fe ₂ O ₃ into FeO, and finally (3) a reduction zone to convert the FeO into Fe. While the ore can be preheated by any method, the two reduction stages are carried out with fluidized beds in order to ensure homogeneity of the solid mixture, uniform heating and uniform reduction. In the preheating zone, the temperature of the ore is brought so strongly and preferably uniformly in the entire layer to such a level that a reduction of the ore is made possible in the later stages. Since the gases from the steam reforming carried out according to the invention have an H ₂ -CO molar ratio of about 3: 1 and since the FeO reduction by means of hydrogen is endothermic, while the FeO reduction by means of CO is exothermic, a considerable amount of heat must be supplied to the system . Optionally, a small amount of the gases from the steam reforming zone can be burned with air to raise the temperature of the reducing gas.

Die in dieser dritten Stufe erforderliche Wärme, die übrigens etwa das Zweifache der in der zweiten Stufe erforderlichen Wärmemenge beträgt, kann aber auch mittels eines inerten Umlauffeststoffes zugeführt werden, um die aus FeO bestehenden Feststoffe in der Zone auf 927 bis 1093° C zu halten. Die Wärme kann aber auch auf einem anderen Weg zugeführt werden.The heat required in this third stage, which, by the way, is about twice that in the second Stage required amount of heat, but can also be supplied by means of an inert circulating solid to maintain the FeO solids in the zone at 927-1093 ° C. The heat but can also be supplied in a different way.

Auf jeden Fall dürfen die reformierten Gase nicht wesentlich abkühlen, bevor sie in die FeO-Reduktionszone geleitet werden. Es ist für die Durchführung des Verfahrens wesentlich, daß die FeO-Reduktionszone auf einer nicht wesentlich unterhalb der Reforniierungstemperatur liegenden Temperatur gehalten wird. Eine Reduktion des Erzes bei einer niedrigeren Temperatur würde das Gleichgewicht zwischen dem Kohlenstoff und seinen Oxyden beeinträchtigen und die Ablagerung von Kohlenstoff fördern. In der dritten, wie in der zweiten Stufe müssen die Oberflächen-Gasgeschwindigkeiten so hoch gehalten werden, daß die Schichten in einem aufgewirbelten Zustand bleiben, d. h. beispielsweise von 0,1525 m/s bei einer Teilchengröße von 30 bis 35 μ bis 1,525 m/s bei schwereren Stoffen sein. Die obere Grenze wird durch die Geschwindigkeit des freien Falls der Teilchen bestimmt. Allgemein können die Gasgeschwindigkeiten so hoch sein, daß sie etwa dem Fünffachen der Geschwindigkeit des freien Falls der Feststoffe entsprechen. Der Wasser- plus Kohlendioxydgehalt der Produktgase wird vorzugsweise unterhalb 5°/o gehalten.In any case, the reformed gases must not cool significantly before entering the FeO reduction zone be directed. It is essential for the implementation of the process that the FeO reduction zone kept at a temperature not significantly below the Reforniiertemperatur will. A reduction of the ore at a lower temperature would break the equilibrium between the Affect carbon and its oxides and promote the deposition of carbon. In the third, as in the second stage, the surface gas velocities must be kept so high that that the layers remain in a fluidized state; d. H. for example 0.1525 m / s a particle size of 30 to 35 μ to 1.525 m / s for heavier substances. The upper limit will be determined by the speed of the free fall of the particles. In general, the gas velocities be so high that they are about five times the free fall speed of the solids correspond. The water plus carbon dioxide content of the product gases is preferably below 5% held.

Ein anderes Verfahren zur Einführung der notwendigen Wärme in die Reduktionszone der dritten Stufe besteht darin, daß man einen inerten Wärmeträgerfeststoff, wie MgO, umlaufen läßt. Dieser bann in jeder Form, doch vorzugsweise in solcher Gestalt und Teilchengröße vorliegen, daß er sich leicht von der FeO-Schicht trennen läßt. Nach Abtrennung von der Schicht wird dann der inerte Wärmeträgerfeststoff in einer üblichen Vorrichtung, z, B. in einem Durchflußbrenner auf 1093 bis 1204° C wiedererhitzt.Another method of introducing the necessary heat into the reduction zone of the third Stage consists in circulating an inert heat transfer solid such as MgO. This spell in any form, but preferably in a shape and particle size such that it can be easily separated from the FeO layer can be separated. After separation from the layer, the inert heat transfer solid then becomes reheated to 1093 to 1204 ° C. in a conventional device, for example in a flow-through burner.

Die aus der Reduktionszone der dritten Stufe kommenden Gase gelangen dann direkt in die Zone der zweiten Stufe, in der das Fe₂O₃ zu FeO reduziert wird. Da diese zweite Zone etwa die Hälfte von der dritten Zone beanspruchten Wärme erfordert, ist keine zusätzliche Erwärmung dieser Gase erforderlich. Die Eigenwärme der aus der dritten Stufe kommenden Gase reicht unter Berücksichtigung dessen, daß die Fe₂O₃-Schicht in der ersten Zone vorerhitzt ist, für die Reduktion zu FeO aus. Die Abgase aus der zweiten Zone können durch die erste Zone, d. h. die Schicht zur Vorerhitzung des Erzes, geführt werden. Es können natürlich auch andere Heizmittel für die Vorerhitzungszone angewendet werden. Vorzugsweise wird ein kleiner Teil der Abgase aus der zweiten Zone teilweise mit Luft verbrannt, um die Gastemperatur für die Vorerhitzung des Erzes auf 927 bis 1204° C zu erhöhen. Ein Teil der Abgase aus der zweiten Zone kann zur Vorerhitzung der in der Wasserdampf-Reformierungszone verwendeten Feststoffe dienen. Schließlich können die Abgase aus der ersten Vorerhitzungszone zur Deckung des Wasserdiampfbedarfs in der Wasserdampf-Reformierungszone verwendet werden. Die Abgase aus den Reduktionsstufen werden also zur Lieferung der für das Verfahren notwendigen Wärme verwendet. Gegebenenfalls kann Sauerstoff an Stelle von Luft für die teilweise Vorverbrennung der Gase verwendet werden, und gegebenenfalls kann auch die Luft oder der Sauerstoff zwecks Zusetzung weiterer Wärme vorerhitzt werden.The gases coming from the reduction zone of the third stage then pass directly into the zone of the second stage, in which the Fe ₂ O _{3 is} reduced to FeO. Since this second zone requires about half of the heat consumed by the third zone, no additional heating of these gases is required. The inherent heat of the gases coming from the third stage is sufficient, taking into account that the Fe ₂ O ₃ layer in the first zone is preheated, for the reduction to FeO. The exhaust gases from the second zone can be passed through the first zone, ie the layer for preheating the ore. Of course, other heating means can also be used for the preheating zone. Preferably, a small portion of the exhaust gases from the second zone is partially burned with air in order to raise the gas temperature for the preheating of the ore to 927 to 1204 ° C. A portion of the exhaust gases from the second zone can be used to preheat the solids used in the steam reforming zone. Finally, the exhaust gases from the first preheating zone can be used to cover the steam requirement in the steam reforming zone. The exhaust gases from the reduction stages are used to supply the heat required for the process. If necessary, oxygen can be used instead of air for the partial pre-combustion of the gases, and if necessary the air or the oxygen can also be preheated for the purpose of adding further heat.

Das Verfahren führt zu Methanersparnissen, die gegenüber den bekannten Erz-Reduktionsverfahren dieser Art mindestens 20 % ausmachen. Zwar sind die vorstehenden Ausführungen in bezug auf ein Wasserdampf-Reformierungsverfahren gegeben worden, in dem im wesentlichen Gleichgewichtsausbeuten der Wasserdampfreformierung erzielt wurden, doch kann man natürlich auch etwas von diesem Verfahren abweichen und eine geringere Umwandlung und/ oder Selektivität in der Wasserdampf-Reformierungsstufe in Kauf nehmen und doch noch den größten Teil der Vorteile der Erfindung erzielen.The process leads to methane savings compared to the known ore reduction processes of this type make up at least 20%. Although the above statements are in relation to a Steam reforming processes have been given in which essentially equilibrium yields steam reforming were achieved, but you can of course also use this process differ and a lower conversion and / or selectivity in the steam reforming stage accept and still achieve most of the advantages of the invention.

Zum Stand der Technik ist auf die deutschen Patente 849 710, 880 655 hinzuweisen. Das erste dieser beiden Patente beschreibt jedoch kein System zur Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur über den gesamten Bereich der Reaktionszone, z. B. ein Wirbelschichtbett. Auch fehlt jeder Hinweis auf die Bedeutung einer Einstellung des Kohlenwasserstoff-zu-Dampf-Verhältnisses innerhalb sehr enger Grenzen zur Unterdrückung der Bildung von Kohlendioxyd. Das Patent 880 655 arbeitet unter Bildung einer erheblichen Menge von Kohlendioxyd, da die Herstellung des Reduktionsgases mit sauerstoffreichenThe German patents 849 710, 880 655 should be referred to for the state of the art. The first however, these two patents do not disclose a system for maintaining a constant temperature over the entire area of the reaction zone, e.g. B. a fluidized bed. There is also no reference to this the importance of adjusting the hydrocarbon to steam ratio within very narrow limits to suppress the formation of carbon dioxide. The 880,655 patent works to produce a significant amount of carbon dioxide as the Production of the reducing gas with oxygen-rich

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Gasen, vorzugsweise einem mehr als 90 % Sauer- durch die Wirbelschicht in einen eingeengten Abstoff enthaltenden Gas, durchgeführt wird. schnitt 20 niedergehen. Das durch Leitung 19 ein-Gases, preferably more than 90% acid, through the fluidized bed into a concentrated waste containing gas. cut 20 go down. The through line 19

In der Zeichnung zeigt Fig. 1 einen rohrförmigen geführte Gas bläst alle leichteren Teilchen zurück, Reaktor mit einer darin befindlichen Schicht aus fein- die dann in den eingeengten Abschnitt 20 gelangen, zerteilten, inerten oder katalytisch aktiven Feststoffen. 5 Aus diesem Abschnitt werden die schwereren Wasserdampf und Kohlenwasserstoff werden durch Teilchen abgezogen und in das Füllgefäß 13 zuriickdie Leitungen 3 und 4 zugeleitet, wobei vorzugsweise geführt. Da diese schweren Teilchen den Wärmesolche Mengen zugeführt werden, daß die Schicht in bedarf für die Umsetzung ganz oder teilweise decken, einem aufgewirbelten Zustand gehalten wird. Wasser- werden sie auf 1093 bis 1149° C erhitzt, bevor sie dampf und Kohlenwasserstoff werden zweckmäßig io das Füllgefäß erreichen, oder sie werden in diesem gemischt, bevor sie mit der Schicht in Berührung erhitzt. Die Vorrichtung zur Beförderung der kommen. Gegebenenfalls kann auch ein von außen schweren Feststoffe von dem unteren Teil des Reakhinzugeführtes Gas zur Förderung der Aufwirbelung tors in das Füllgefäß ist nicht eingezeichnet, da hierverwendet werden, doch mischt man zweckmäßig die für jede bekannte Konstruktion angewendet werden Produktgase so wenig wie möglich. Der Reaktor nach 15 kann. Eine hierfür typische Anlage besteht z. B. aus Fig. 1 ist mit einem Zyklonabscheider 5 versehen, einem Steigrohr mit dichter oder disperser Phase, um das gasförmige Produkt über die Leitung 6 von das die schwereren Feststoffe zurückführt. Wie in allen mitgeführten Feststoffen zu scheiden. Die F i g. 1 wird durch die Wirbelschicht die Temperatur Wärme für die Wasserdampfreformierung in dem in der gesamten Reaktionszone auf einer gleich-Reaktor Fig. 1 kann dadurch der Außenwand des ao mäßigen Höhe gehalten, ohne daß ein wesentliches Reaktors zugeführt werden, daß man den Reaktor radiales Temperaturgefalle zwischen dem Zentrum als Rohr in einen Ofen od. dgl. bringt, oder man er- und den Wänden des Reaktors entsteht. Mtzt die gasförmige Beschickung auf den erforder- Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform, die ausIn the drawing, Fig. 1 shows a tubular guided gas blowing back all the lighter particles, Reactor with a layer of fine- which then get into the narrowed section 20, divided, inert or catalytically active solids. 5 This section becomes the heavier ones Water vapor and hydrocarbons are drawn off by particles and returned to the filling vessel 13 Lines 3 and 4 fed, preferably out. Because these heavy particles give heat such Quantities are supplied that cover the shift in whole or in part as required for the implementation, is held in a whirled-up state. Water- they are heated to 1093 to 1149 ° C before they Steam and hydrocarbons will expediently reach the filling vessel, or they will be in it mixed before being heated in contact with the layer. The device for conveying the come. If necessary, an externally heavy solid can also be added from the lower part of the reactor Gas to promote the resuspension tor in the filling vessel is not shown because it is used here be used, but it is appropriate to mix those used for each known construction Product gases as little as possible. The reactor after 15 can. A typical system for this consists, for. B. off Fig. 1 is provided with a cyclone separator 5, a riser pipe with a dense or disperse phase, around the gaseous product via line 6 from which the heavier solids are returned. As in to separate all entrained solids. The F i g. 1 becomes the temperature through the fluidized bed Heat for steam reforming in the entire reaction zone on an equal reactor Fig. 1 can thereby keep the outer wall of the ao moderate height without a substantial Reactor are fed that the reactor radial temperature gradient between the center as a tube in an oven or the like. Or he and the walls of the reactor is created. With the gaseous feed to the required level, FIG. 3 shows a third embodiment that consists of

liehen Grad, um dadurch die für die Umsetzung er- einem Reaktor 31 mit einem Füllgefäß 32, einem forderliche Wärme zu erhalten. Nach einer beispiels- 35 Verschlußventil oder einer anderen Vorrichtung zur weisen Arbeitsweise der Fig. 1 wird ein inerter Fest- Einführung der Feststoffe 33 besteht. Im Betrieb stoff aus Tonerde mit einer mittleren Teilchengröße werden Wasserdampf und Kohlenwasserstoff durch Von 60 μ in einem aufgewirbelten Zustand gehalten, die Leitungen 34 und 35 eingeleitet und passieren indem man Wasserdampf und Kohlenwasserstoff mit durch eine in Bewegung befindliche Schicht aus vereiner linearen Geschwindigkeit von 0,305 bis 30 hältnismäßig schweren Feststoffen, die zwecks Zu-0,610 m/s durch die Schicht leitet. Durch Einwirkung führung des notwendigen Wärmebedarfs vorerhitzt von Wärme auf die Außenwand des Reaktors wird worden sind. Diese Schicht aus Teilchen mit einem in dem ganzen Reaktor eine einheitliche Temperatur Durchmesser von z. B. 6,35 bis 12,7 mm befindet von 1038μ C aufrechterhalten. Durch die aufgewir- sich in einem gleichmäßigen Fluß, der durch ein belten Feststoffe wird das Temperaturgefälle zwischen 35 nicht gezeigtes Ventil gesteuert werden kann. Die der Reaktorwand und dem Zentrum auf weniger als Geschwindigkeit, mit der sich die Schicht bewegt, —2,6μΟ gehalten, wobei ein Reaktor mit einem läßt sich leicht durch die Geschwindigkeit steuern, Durchmesser von 152,4 bis 203,2 mm verwendet mit der die Feststoffe von dem Reaktor abgezogen wird. Mehrere Anlagen mit kleinerem Durchmesser werden. Letztere werden, wie nach F i g. 2, nach ordnet man in einem einzigen Ofen an. 40 Wiedererhitzung in das Füllgefäß und in den Reaktorborrowed degree, in order to thereby provide the necessary for the implementation of a reactor 31 with a filling vessel 32, a to receive necessary warmth. According to an example 35 shut-off valve or other device for According to the mode of operation of FIG. 1, there is an inert solid introduction of the solids 33. Operational Alumina substance with a medium particle size is transformed into water vapor and hydrocarbons Held in a whirled up state by 60 μ, the lines 34 and 35 are initiated and pass by combining water vapor and hydrocarbons with a layer in motion linear velocity from 0.305 to 30 proportionally heavy solids, which in order to -0.610 m / s passes through the layer. Preheated by applying the necessary heat requirement of heat on the outside wall of the reactor will have been. This layer of particles with a in the whole reactor a uniform temperature diameter of z. B. 6.35 to 12.7 mm of 1038μ C maintained. Through the whirled up in a steady flow that runs through a With solids, the temperature gradient between the valve, not shown, can be controlled. the the reactor wall and the center to less than the speed at which the layer moves, —2,6μΟ held, whereby a reactor with a can easily be controlled by the speed, Diameters from 152.4 to 203.2 mm are used with which the solids are withdrawn from the reactor will. Several plants with a smaller diameter will be. The latter are, as shown in FIG. 2, after placed in a single oven. 40 Reheating in the filling vessel and in the reactor

F i g. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Er- zurückgeführt.F i g. 2 shows another embodiment of the er-recirculated.

findung. Sie besteht aus einem Reaktor 11 mit einer F i g. 4 zeigt eine vierte Ausführungsform zurfinding. It consists of a reactor 11 with a F i g. 4 shows a fourth embodiment for

Wirbelschicht 12, einem Füllgefäß 13, einer Vorrich- Reformierung eines Kohlenwasserstoffes unter Antung zur Einführung der Feststoffe in den Reaktor, Wendung der oben beschriebenen niedrigen Verhältz. B. ein Verschlußventil 14, einen Auslaß für das 45 nisse von Wasserdampf zu Kohlenwasserstoff. · Der gasförmige Produkt 15 und einer Prallplatte oder Reaktor 41 ist ein Drehofen, der verhältnismäßig kurz Dispergiervorrichtung 16, um die Feststoffe gleich- und gestutzt ist. Die Länge des Ofens wird dadurch mäßig in dem ganzen Reaktor zu verteilen. Die Ein- begrenzt, daß die Temperatur in dem ganzen Ofen laßöffnungen für den Wasserdampf und Kohlen- innerhalb bestimmter, genau festgelegter Grenzen wasserstoff sind in dem unteren Teil des Reaktors, 50 gehalten werden muß. Der Drehofen ist so konstruiert, z. B. bei 17 und 18 mit einem Einlaß 19 für Wasser- daß ein angemessenes Mischen der vorerhitzten Festdampf und Kohlenwasserstoff ebenfalls im unteren stoffe erfolgt, die durch die Leitung 42 zugeführt Teil des Reaktors angebracht. Befindet sich der werden und in dem Ofen umstürzen und so die Reaktor 11 in Betrieb, so enthält er eine aufwirbel- Wärme für das Reformierungsverfahren liefern. Die bare Schicht aus dem gleichen Material wie der 55 Reaktionsgase werden durch die Leitung 43 einge-Reaktor der Fig. 1. Größere, schwerere Feststoffe führt, und die verhältnismäßig kühlen Feststoffe wergelangen in den Reaktor aus dem Füllgefäß 13 über den durch die Leitung 44 abgezogen, um sie wiederdas Durchgangsverschlußventil 14 und die Prall- zuerhitzen und in den Ofen zurückzuführen. Mit der platten 16 und werden in der Schicht aus leichteren Bezeichnung »verhältnismäßig kühl« sind abgezogene aufgewirbelten Feststoffen nach unten dispergiert. 60 Feststoffe gemeint, deren Temperatur erheblich, z. B. Die Wirbelschicht wird in diesem Zustand durch die um 111 bis 166° C geringer ist als die der eintreten-Einführung der Beschickungsgase, des Wasserdamp- den Feststoffe.Fluidized bed 12, a filling vessel 13, a device reforming a hydrocarbon under Antung to introduce the solids into the reactor, reversing the low ratio described above. B. a shut-off valve 14, an outlet for the 45 nisse of water vapor to hydrocarbon. · Of the gaseous product 15 and a baffle plate or reactor 41 is a rotary kiln which is relatively short Dispersing device 16, around the solids is equal and trimmed. This increases the length of the oven to be distributed moderately throughout the reactor. The one that limits the temperature in the whole oven Let openings for the water vapor and coal - within certain, precisely defined limits hydrogen are in the lower part of the reactor, 50 must be kept. The rotary kiln is constructed in such a way z. B. at 17 and 18 with an inlet 19 for water - that adequate mixing of the preheated solid steam and hydrocarbon also takes place in the lower substances, which are fed through line 42 Part of the reactor attached. If the will be in the furnace and overturn and so the Reactor 11 in operation, it contains a fluidizing heat supply for the reforming process. the Bare layer of the same material as the 55 reaction gases are introduced through line 43 into the reactor 1. Larger, heavier solids result, and the relatively cool solids result withdrawn into the reactor from the filling vessel 13 via the line 44 in order to restore it Gate valve 14 and the impingement to be heated and returned to the furnace. With the plates 16 and are peeled off in the layer of lighter designation "relatively cool" fluidized solids dispersed downward. 60 solids meant, the temperature of which is considerable, e.g. B. The fluidized bed is in this state by 111 to 166 ° C lower than that of the entering-introduction the feed gases, the steam and the solids.

fes und des Kohlenwasserstoffes durch die Leitungen Abgesehen von Fig. 1, wird der Wärmebedarffes and the hydrocarbon through the lines Apart from Fig. 1, the heat demand

17,18 und 19 mit einer linearen Gesamtgeschwindig- mindestens teilweise von den festen Wärmeträgern keit von 0,305 bis 0,61 m/s gehalten. Diese Ge- 6g geliefert, doch kann zusätzliche Wärme auch nach schwindigkeit reicht aus, um die leichteren Teilchen anderen bekannten Verfahren zugeführt werden, in aufgewirbeltem Zustand zu halten, nicht aber, um Nach Fig. 1 wird die Temperaturgleichheit durch die schwereren Teilchen aufzutreiben, die daher die aufgewirbelten Feststoffe innerhalb des Reaktors17,18 and 19 with a linear overall speed - at least partially from the solid heat carriers Maintained a speed of 0.305 to 0.61 m / s. These 6g delivered, but additional heat can also be added after speed is sufficient to feed the lighter particles to other known processes, to keep in the whirled-up state, but not to. According to Fig. 1, the temperature equality is through to blow up the heavier particles, which therefore causes the fluidized solids within the reactor

aufrechterhalten. Bei Anwendung eines der beschriebenen Verfahren können die niedrigen Verhältnisse von Wasserdampf zu Kohlenwasserstoff und die hohen Temperaturen erreicht werden, die zur Herstellung eines insbesondere für die Reduktion von Eisenerz geeigneten Reduktionsgases besonders geeignet sind.maintain. When using one of the methods described, the low ratios from water vapor to hydrocarbon and the high temperatures required to produce it a reducing gas particularly suitable for the reduction of iron ore are.

Fig. 5 zeigt eine dreistufige Wirbelschichtanlage für die Erzreduktion. In der Stufe A wird das Erz auf 927 bis 1204° C vorerhitzt, was zweckmäßig durch Verbrennung der Abgase aus der zweiten Stufe erfolgt, die ihrerseits durch die Abgase der dritten Reduktionsstufe C erhitzt wird. In den beiden letzten Stufen werden die Feststoffe durch Einhaltung geeigneter Teilchengrößen, ζ. B. zwischen 60 und 600 μ, sowie durch ausreichende lineare Geschwindigkeiten von beispielsweise 0,61 bis 1,525 m/s in aufgewirbeltem Zustand gehalten. So wird z. B. ein Reduktionsgas, das durch Reformierung von Methan bei 982° C unter Anwendung eines Verhältnisses von Mol Wasserdampf zu Kohlenstoffatomen von 0,9 bis 1 erhalten worden ist und das 73,6 % H₂, 23,8 °/o CO, 0,2 °/o CO₂, 1,0 °/o H₂O und 1,2 °/o nicht umgesetztes Methan enthält, durch die Leitung 51 in die FeO-Reduktionszone eingeführt. Ein Teil des restlichen Methans kann mit durch Leitung 52 eintretende Luft verbrannt werden, um die Temperatur der in die FeO-Reduktionszone eintretenden Gase zu erhöhen. Die lineare Geschwindigkeit der durch die Zone C geführten Gase reicht aus, um die FeO-Schicht in aufgewirbeltem Zustand zu halten. Gegebenenfalls können feste Wärmeträgerstoffe in diese Zone eingeleitet werden, um die Temperatur auf die erforderliche Höhe zu bringen. Metallisches Eisen wird durch das Fallrohr 53 entfernt, wobei seine Reinheit von dem ursprünglichen, in das Reduktionssystem eingeführten Erz abhängt. Zweckmäßig wird die Reduktion in Zone C nicht über 95 °/o durchgeführt, und die Feststoffe werden zu einer Endzone zwecks Umwandlung des restlichen Oxyds geführt. Bei der Verbrennung eines Teiles der reformierten Gase wird ein niedriges Luft-Gas-Verhältnis angewendet, um eine übermäßige Konzentration von Kohlendioxyd und Wasser in den Reduktionsgasen zu vermeiden. Ferner ist es notwendig, daß diese Verbrennung beendet ist, bevor die Reduktionsgase in die FeO-Reduktionszone gelangen, um die Reduktion nicht zu hemmen.Fig. 5 shows a three-stage fluidized bed plant for ore reduction. In stage A , the ore is preheated to 927 to 1204 ° C, which is expediently done by burning the exhaust gases from the second stage, which in turn is heated by the exhaust gases from the third reduction stage C. In the last two stages, the solids are determined by maintaining suitable particle sizes, ζ. B. between 60 and 600 μ, and held by sufficient linear speeds of, for example, 0.61 to 1.525 m / s in the whirled up state. So z. B. a reducing gas obtained by reforming methane at 982 ° C using a ratio of moles of water vapor to carbon atoms of 0.9 to 1 and containing 73.6% H ₂ , 23.8% CO, 0 , 2 _{% CO 2} , 1.0% H ₂ O and 1.2% unreacted methane, introduced through line 51 into the FeO reduction zone. Some of the remaining methane can be burned with air entering through line 52 to increase the temperature of the gases entering the FeO reduction zone. The linear velocity of the gases passed through zone C is sufficient to keep the FeO layer in a fluidized state. If necessary, solid heat transfer materials can be introduced into this zone in order to bring the temperature to the required level. Metallic iron is removed through downcomer 53, the purity of which depends on the original ore introduced into the reduction system. Conveniently, the reduction in zone C is not carried out above 95% and the solids are passed to an end zone for conversion of the residual oxide. When burning some of the reformed gases, a low air-to-gas ratio is used in order to avoid an excessive concentration of carbon dioxide and water in the reducing gases. It is also necessary that this combustion has ended before the reducing gases enter the FeO reduction zone in order not to inhibit the reduction.

Die Abgase aus der Zone C werden durch die Leitung 54 in die Fe₂O₃-Reduktionszone geführt, die eine Wirbelschicht aus vorerhitztem Erz enthält. Da der Wärmebedarf für die Reduktion von Fe₂O₃ zu FeO wesentlich geringer ist als der für die Reduktion von FeO zu Fe, ist keine zusätzliche Wärme für die Reduktionszone B erforderlich. Der gesamte Wärmebedarf hierfür wird durch die Wärme der Abgase aus der Zone C und dem vorerhitzten Erz gedeckt. Doch kann gegebenenfalls zusätzliche Wärme nach jedem bekannten Verfahren der Zone B zugeführt werden. So kann z. B. die Temperatur innerhalb der Zone B auf bis zu etwa 927 bis 982° C gehalten werden. Das in der Zone B hergestellte FeO wird über die Leitung 55 in die Zone C geführt. Ein Teil der Abgase aus der Zone B, die aus CO₂, H₂O, CO und H₂ bestehen, wird bei erhöhter Temperatur über die Leitung 56 in die Erzvorerhitzungszone A geleitet, in der das Erz auf 1204° C erhitzt wird. Die brennbaren Teile in den Abgasen aus der Zone B werden mittels der durch Leitung 57 eingeführten Luft verbrannt. Frisches Erz wird durch die Leitung 58 eingebracht, und die Abgase aus der Vorerhitzungszone verlassen die Zone A durch die Leitung 59, wonach sie für jeden Zweck, z. B. in einem Abgaskessel verwendet werden können. Der restliche Teil der Abgase aus der Zone B wird zweckmäßig aus der Anlage durch die Leitung 60 abgezogen und mit Luft verbrannt, um die Wärmeträgerfeststoffe für die Reformierung oder für einen anderen Zweck zu erhitzen. The exhaust gases from zone C are passed through line 54 into the Fe ₂ O ₃ reduction zone which contains a fluidized bed of preheated ore. Since the heat requirement for the reduction of Fe ₂ O ₃ to FeO is significantly lower than that for the reduction of FeO to Fe, no additional heat is required for the reduction zone B. The entire heat requirement for this is covered by the heat from the exhaust gases from zone C and the preheated ore. However, additional heat can optionally be added to zone B by any known method. So z. B. the temperature within zone B can be maintained up to about 927 to 982 ° C. The FeO produced in zone B is fed into zone C via line 55. Some of the exhaust gases from zone B, which consist of CO ₂ , H ₂ O, CO and H ₂ , are passed at elevated temperature via line 56 into ore preheating zone A , in which the ore is heated to 1204 ° C. The combustible parts in the exhaust gases from zone B are burned by means of the air introduced through line 57. Fresh ore is introduced through line 58 and the exhaust gases from the preheating zone leave zone A through line 59, after which they are used for any purpose, e.g. B. can be used in an exhaust gas boiler. The remaining part of the exhaust gases from zone B is expediently withdrawn from the plant through line 60 and burned with air in order to heat the heat carrier solids for reforming or for some other purpose.

Die günstigsten Temperaturen für die erfindungsgemäße Reformierung von Kohlenwasserstoffen hängen zu einem gewissen Grad von dem im Einzelfall verwendeten Kohlenwasserstoff ab. Bei Verwendung schwererer Kohlenwasserstoffe, wie unbearbeitete Rohbenzine, Gasöl, Rohöl oder Rückständen, können Temperaturen von nur 871° C angewendet werden. Wird ein Katalysator verwendet, so kann bei noch niedrigeren Temperaturen gearbeitet werden.The most favorable temperatures for the reforming of hydrocarbons according to the invention depend to a certain extent on the hydrocarbon used in the individual case. Using heavier hydrocarbons such as unprocessed petrol, gas oil, crude oil or residues Temperatures of only 871 ° C can be applied. If a catalyst is used, it can also be used with work at lower temperatures.

Um die außerordentlichen Ersparnisse an Methanverbrauch festzustellen, wurde das erfindungsgemäße Wasserdampf-Reformierungsverfahren mit einem ähnlichen Verfahren verglichen, in dem durch Teiloxydation von Methan gewonnene Reduktionsgase verwendet wurden. Dieser Vergleich mit ähnlichen Verfahren, bei denen die Luft nicht vorerhitzt worden war, ergab, daß der Gesamtmethanverbrauch bei Anwendung des erfmdungsgemäßen Verfahrens 361 m³/t, bei Anwendung eines ähnlichen Verfahrens, bei dem das Reduktionsgas durch die Teiloxydation von Methan erhalten wurde, 868 m^s/t beträgt.In order to determine the extraordinary savings in methane consumption, the steam reforming process according to the invention was compared with a similar process in which reducing gases obtained by partial oxidation of methane were used. This comparison with similar methods in which the air had not been preheated showed that the total methane consumption when using the method according to the invention was 361 m ³ / t, when using a similar method in which the reducing gas was obtained by partial oxidation of methane, 868 m ^s / t.

Claims

Patent claims:

1. Process for the gradual reduction of finely divided iron ore to iron, in which the Ore preheated to 925 to 1200 ° C in a known manner in a first stage, in one second stage of the iron content of the ore by carbon monoxide and hydrogen, which by conversion produced by steam with a hydrocarbon, reduced to the FeO form and this is reduced to iron in a third stage by means of the same reducing gases, thereby characterized in that a reducing gas is used, which in the ratio of 0.8 to 1 mol of steam per carbon atom 870 to 1090 ° C in a reaction zone in which a uniform temperature is maintained everywhere is made.

2. The method according to claim 1, characterized in that the uniform temperature maintained in the steam-hydrocarbon reaction zone with the aid of a solid-state fluidized bed will.

3. Process according to Claims 1 and 2, characterized in that the steam-hydrocarbon reaction zone by adding heat by passing exothermic solids down through or into the fluidized bed a rotating reaction zone can be introduced so that the exothermic solids come with it mix the particles of the fluidized bed.

4. Process according to claims 1 to 3, characterized in that the FeO is characterized on Reduction temperatures is maintained that one

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circulating hot inert solids in the reduction zone.

5. Process according to claims 1 to 4, characterized in that the reducing Gases from the steam hydrocarbon reactor

tion zone can be brought into direct contact with the FeO without cooling.

Considered publications: German Patent Specifications No. 849 710, 880 655.

1 sheet of drawings