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DE2407939A1 - Verfahren und vorrichtung fuer die gasreduktion von klassierten eisenerzen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung fuer die gasreduktion von klassierten eisenerzen

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Publication number
DE2407939A1
DE2407939A1 DE19742407939 DE2407939A DE2407939A1 DE 2407939 A1 DE2407939 A1 DE 2407939A1 DE 19742407939 DE19742407939 DE 19742407939 DE 2407939 A DE2407939 A DE 2407939A DE 2407939 A1 DE2407939 A1 DE 2407939A1
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DE
Germany
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gas
shaft furnace
exhaust gas
cooled
ores
Prior art date
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Application number
DE19742407939
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DE2407939B2 (de
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Jun Clyde L Cruse
Arthur P Kerschbaum
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Armco Inc
Original Assignee
Armco Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Armco Inc filed Critical Armco Inc
Publication of DE2407939A1 publication Critical patent/DE2407939A1/de
Publication of DE2407939B2 publication Critical patent/DE2407939B2/de
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Description

Unser Zeichen; A 1689
Armco Steel Corporation
703 Curtis Street
Middletown, Ohio, V.St.A.
Verfahren und Vorrichtung für die Gasreduktion von klassierten
Eisenerzen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Gasreduktion von klassierten oder pelletisieren Eisenerzen.
Ein Eszdirektreduktionssystem gemäß der Erfindung umfaßt ein Feststoffvarfahren, bei dem Eisenerz in einen Schachtofen befördert wird, in dem es bei erhöhten Temperaturen mittels einer stark reduzierenden Gasatmosphäre reduziert wird. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar für die Reduktion von pelletisiertem Eisenerz und klassierten Erzpartikeln mit einer Größe innerhalb des Bereiches von beispielsweise etwa 6,4 bis etwa 1 9 Dun (1/4 bis 3/4 inch) im Durchmesser. Unter dem hier verwendeten Ausdruck "klassierte Erze" sind nachfolgend aufbereitete und pelletisierte Eisenerze oder solche Erze zu verstehen» die zerkleinert und zur Abtrennung der gewünschten Partikel mit einer Größe innerhalb des oben angegebenen Bereiches gesiebt worden sind.
Dr.Hn/ju
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.,jiff ^
Die Erfindung eignet sich auch für die Herstellung eines
teilweise reduzierten Produktes (Entfernung von etwa 60
"bis 85 % des Sauerstoffs) für die Beschickung eines Hochofens oder eines vollständiger reduzierten Produktes (Entfernung von etwa 90 bis 95 % des Sauerstoffs) für die Beschickung eines Elektroofens für die weitere Eaffinierung
zur Stahlherstellung.
Zahlreiche Patentschriften und technische Publikationen befassen sich mit der Gasreduktion von Eisenerzen in pelletisierter, klassierter oder pulveriger Form. Im allgemeinen
umfassen die bekannten Verfahren die Erzeugung oder Reformierung einer Reduktionsgasatmosphäre, bestehend aus Kohlenmonoxyd und Wasserstoff, die Einführung einer Reduktionsgasatmosphäre in eine die Eisenerze enthaltende Eeduktionssone, die Gasreduktion der Erze bei erhöhter Temperatur, den Abzug der Atmosphäre aus der Reduktionszone, die Kühlung des reduzierten Produktes und den Abzug desselben für die anschließende ' Einführung in einen Hochofen oder in einen Elektroofen.
Die Hauptkomponenten eines Erzdirektreduktionssystems sind
ein Reduktionsgasgenerator (auch als Reformator bezeichnet), eine Erzreduktions- und Reduktionsgasverbrauchszone sowie ein Rezirkulationssystem für das verbrauchte Reduktionsgas.
In dem Reduktionsgasgenerator wird ein kohlenwasserstoffhaltiges Fluid, in der Regel Erdgas (hauptsächlich Methan), mit Wasserdampf gemischt und katalytisch reformiert zu einem Gasgemisch mit einem hohen Reduktionsvermögen. Die Reaktion
läuft nach der folgenden Gleichung ab:
(1) CH4 + H2O CO + ^2
Kat.
In dem Generator unterliegen die Reaktanten auch der Wassergasgleichgewichtsreaktion entsprechend der folgenden Gleichung :
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(2) CO + H2O λ ^ H2 + CO2
Die Molkonzentrationen der Reaktanten sowie die Temperatur- und Druckbedingungen beherrschen bekanntlich die Gleichgewichtsbedingungen in beiden Gleichungen.
In den US-Patentschriften 3 160 498 und 3 020 149 sind Verfahren beschrieben, bei denen eine Reduktionsgasatmosphäre durch die Erzreduktionsstufe(n) geführt wird ohne in den Reduktionsgasgenerator rezirkuliert oder recyclisiert zu werden.
Bei einem weiteren bekannten Verfahren wird die geontnte, aus der Erzreduktionsstufe abgezogene Reduktionsgasatmoßphäre oder ein Teil davon wieder durch den Reduktionsganp.enerator recyclisiert, um sie mit Methan oder einem anderen Kohlenwasserstoff mit niedrigem Molekulargewicht zu regenerieren, wobei als Reformierungsmittel Sauerstoff, Kohlendioxyd oder Wasserdampf verwendet wird. In den US-Patentsehr iften 3 375 098, 3 375 099 und 3 148 059 sind Verfahren beschrieben, bei denen eine Reduktionsgasatmosphäre für die Regenerierung recyclisiert wird. Bei dem in der US-Patentschrift 3 020 149 beschriebenen Verfahren werden Erdgas, Luft und Wasserdampf in eine Kammer eingeführt für die Reformierung in Gegenwart eines Nickelkatalysators bei einer Temperatur zwischen etwa 750 und etwa 12000C. Die die Kammer verlassende Reduktionsgasatmosphäre enthält etwa 21 VoI·-% Kohlenmonoxyd, etwa 49 Vol.-% Wasserstoff, geringe Mengen Kohlendioxyd und Wasserdampf und als Rest Stickstoff, Diese Reduktionsgasatmosphäre wird direkt aus der Katalysatorkainmer in eine Endredukt ions stufe in einem Wirbelbettsystem bei einer Temperatur von nicht weniger als etwa 7000C eingeführt. Die Reduktionsgasatmosphäre wird dann in die aufeinanderfolgenden Stufen des Wirbelbett syst ems eingeführt, wobei zwischendurch die mitgerissenen Partikel aus dem Gas entfernt und das Gas wieder erhitzt wird, und das aus der Endreduktionsstufe abgezogene Gas wird als Brennstoff verwendet,
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Bei dem in der US-Patentschrift 3 160 498 beschriebenen Verfahren werden Wasserdampf und Methan unter Atmosphärenüberdruck und bei erhöhter Temperatur in Gegenwart eines Katalysators reformiert. Die aus dem Reformator abgezogene Reduktionsgasmischung enthält etwa 11,5 Vol.-% Kohlenmonoxyd, etwa 54- Vol.-% Wasserstoff, etwa 5 Vol.-% Kohlendioxyd, etwa 25 Vol.-% Wasser, etwa 5 Vol.-% Methan und als Rest Stickstoff. Die Reduktionsgasatmosphäre wird dann gekühlt, um die überschüssige Menge an darin enthaltenem Wasserdampf zu entfernen. Nach dem Abkühlen und Kondensieren der Feuchtigkeit enthält die Reduktionsgasmischung etwa 15 % Kohlenmonoxyd, etwa 71 % Wasserstoff, etwa 7 % Kohlendioxyd, etwa 1 % Wasser, etwa 6 % Methan und als Rest Stickstoff. Dann muß das Gas wieder auf eine Temperatur von etwa 8700C erhitzt werden, bevor es für die Reduktion des Eisenerzes in den Reaktor eingeführt wird.
Obgleich die in den Verfahren gemäß den oben genannten US-Patentschriften 3 020 14-9 und 3 160 4-98 erzeugten Reduktionsgasatmosphären ein Wasserstoff : Kohlenmonoxyd-Volumenverhältnis von mehr als 2 : 1 aufweisen, was erwünscht ist, weil der Wasserstoff eine höhere Reduktionsgeschwindigkeit als Kohlenmonoxyd hat, waren die Reduktionsgasatmosphären dieser bekannten Verfahren verhältnismäßig unwirksam, da sie weniger als etwa 85 Vol.-% Wasserstoff plus Kohlenmonoxyd enthielten. Dadurch war der Durchsatz eines verhältnismäßig hohen Volumens der Reduktionsgasatmosphäre erforderlich, was hohe Kapitalinvestitionen für Pumpen, Kompressoren, Leitungen und .ähnliche Apparaturen für die Handhabung von Strömen mit einem großen Volumen erforderlich machte. Darüber hinaus machte in der US-Patentschrift 3 160 4-98 der hohe Prozentsatz an Wasserdampf in der aus dem katalytischen Reformator abgezogenen Reduktionsgasatmosphäre die Verwendung eines Gaskühlers für die Kondensation von Wasserdämpf und eines sich daran anschließenden · Vorwärmofens für das Wiedererhitzen der Atmosphäre auf die für die endotherme Reduktion der Erze benötigte erhöhte Temperatur erforderlich. Selbst nach Entfernung der Feuchtigkeit
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enthielt die Gasmischung höchstens etwa 86 Vol.-% Wasserstoff plus Kohlenmonoxyd.
Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein kontinuierliches, wirksames Verfahren und eine Vorrichtung für die Gasreduktion (gasförmige Reduktion) von Eisenerzen anzugeben, worin eine Reduktionsgasatmosphäre erzeugt wird durch Reformieren eines kohlenwasserstoffhaltigen Fluids (Kohlenwasserstoff luids) allein mit Wasserdampf in Gegenwart eines Nickelkatalysators, wobei die so erzeugte Atmosphäre eine verhältnismäßig geringe Menge an Wasserdampf (weniger als 15 Vol.-%) und 85 bis 98 Vol.-% Wasserstoff plus Kohlenmonoxyd enthält, so daß die Reduktionsgasatmosphäre bei erhöhter Temperatur direkt in die Reduktionszone eines klassierte Eisenerze enthaltenden Schachtofens eingeführt werden kann. Ziel der Erfindung ist es ferner, praktisch den gesamten Wärmeinhalt des verbrauchten Reduktionsgases, nachfolgend als Abgan bezeichnet, das nach der Reduktion der Erze aus dem Schachtofen abgezogen wird, auszunutzen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren für die Gasreduktion von klassierten Eisenerzen, das durch die folgenden Stufen gekennzeichnet ist: Erzeugung einer Reduktionsgasatmosphäre durch Reformieren eines kohlenwasserstoffhaltigen Fluids allein mit Wasserdampf in Gegenwart eines Nickelkatalysators, wobei das Molverhältnis von Wasserdampf zu Kohlenstoff in der Reformierungsbeschickung innerhalb des Bereiches von 0,9 : 1 bis 1,8 : 1 liegt, unter solchen Bedingungen, daß die Reduktionsgasatmosphäre 85 bis 98 Vol.-% Wasserstoff plus Kohlenmonoxyd enthält und das Wasserstoff : Kohlenmonoxyd-Volumenverhältnis mindestens etwa 2 : 1 beträgt, direkte Einführung der Reduktionsgasatmosphäre in eine Reduktionszone eines klassierte Eisenerze enthaltenden Schachtofens bei einer Temperatur von 700 bis 980°C, Durchführung einer Gasreduktion der Erze in der Reduktionszone des Schachtofens bei einer Tempera-
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tür von 65O bis 93O0C in der Reduktionsgasatmosphäre, Abziehen der Gasatmosphäre aus einem oberen Abschnitt des Schachtofens nach der Reduktion der Erze durch die Atmosphäre, Reinigen, Kühlen und Trocknen des abgezogenen Abgases und überführen der reduzierten Erze in eine Kühlzone des Schachtofens, Abkühlen der Erze auf eine Temperatur unterhalb der Rückoxydationstemperatur vind Entfernen der gekühlten, reduzierten Erze aus dem Ofen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren führen die Eliminierung von Luft in dem Ausgangsgeniisch und ein niedriges Wasserdampf : Kohlenstoff-Verhältnis in der Generatorbeschickungsmischung zur Bildung einer Reduktionsgasmischung, die eine verhältnismäßig geringe Menge Wasserdampf und mindestens 85 Vol.~% Wasserstoff plus Kohlemaonoxyd enthält. Durch neuerdings verfügbare wirksame Katalysatoren ist es möglich, die bisherige Praxis der Zugabe eines Wasserdampfüberschusses, um die oben angegebene Reaktion (1) nach rechts zu verschieben und eine Kohlenstoffablagerung auf dem Katalysator zu vermeiden, oder der Zugabe von Luft zur Lieferung eines Teils des für die Reformierungsreaktionen benötigten Sauerstoffs zu eliminieren.
Die Folge davon ist, daß eine qualitativ hochwertige Reduktionsgasriiischung erhalten wird durch Ausschluß der Anwesenheit großer Mengen Wasserdampf und/oder Stickstoff, die bei den oben erwähnten bekannten Verfahren zugegen waren. Bei dem erfindungs-
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gemäßen Verfahren wird auch die bisherige Praxis der Recyclisierung der Abgase für die Verwendung als Generator- oder Reformatorbeschickung eliminiert. Daher ist ein Recyclisierungskompressor mit einer großen Kapazität nicht mehr erforderlich·
Das Wasserstoff : Kohlenmonoxyd-Volumenverhältnis der mit einem niedrigen Wasserdampf : Kohlenstoff-Verhältnis in Gegenwart eines wirksamen Katalysators erzeugten Reduktionsgasatmosphäre beträgt mindestens 2:1, wodurch eine schnelle Reduktion der Eisenerze gewährleistet ist. Die Reduktionsgasmischung wird direkt in einen reduzierenden Abschnitt eines Schachtofens eingeführt, da der verhältnismäßig niedrige Feuchtigkeitsgehalt der Mischung die Kühlung und Kondensation von Wasserdampf überflüssig macht. Das Gas tritt aus dem Reformator mit einer Temperatur von 7°0 "bis 98O°O aus und kann daher direkt in den reduzierenden Abschnitt eines Schachtofens, in dem der bevorzugte Temperaturbereich für die Reduktion bei 65O bis 93O0C liegt, ohne oder mit nur geringer Verminderung der Temperatur eingeführt werden. Die Gasmischung wird nach der Reduktion der Erze aus dem oberen Abschnitt des Schachtofens abgezogen und gereinigt, gekühlt und getrocknet. Das gereinigte, gekühlte und getrocknete Abgas kann dann als Brennstoff für die Reformierung, Wasserdampferzeugung und Vorwärmung verwendet oder an Gasproduzenten verkauft werden· Ein Teil des gereinigten, gekühlten und getrockneten Abgases wird vorzugsweise zum Abkühlen der reduzierten Eisenerze in einem unteren Abschnitt des Schachtofens auf eine Temperatur unterhalb der Luftrückoxydationstemperatur vor dem Austrag des reduzierten Produktes in die Atmosphäre verwendet.
Bekanntlich vergiftet Schwefel Nickelkatalysatoren und die frische Beschickung, bei der es sich in der Regel um Methan handelt, wird deshalb zuerst desulfuriert, vorgewärmt und mit überhitztem Wasserdampf gemischt; die Mischung wird dann zur Einführung in den katalytischen Reformator auf eine Temperatur
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von etwa 54O°C vorgewärmt. Da kein Abgas durch den katalytischen Reformator für die Verwendung als Reformierbeschikkung recyclisiert wird, kann der eventuell durch das Reduktionsgas aus den Eisenerzen aufgenommene Schwefel nicht mit den Reformierkatalysatoren in Kontakt kommen, wodurch ein möglicher Wirksamkeitsverlust des Katalysators durch Schwefelvergiftung vermieden und eine Hauptursache für die "Ausfallzeit" beim Betrieb von konventionellen Systemen eliminiert werden kann.
Die Vorrichtung der Erfindung ist gekennzeichnet durch die Kombination aus einem katalytischen Kohlenwasserstoff- und Wasserdampfreformator, enthaltend einen elementaren 2-Stufen-Mekelkatalysator, einem Schachtofen mit einem oberen Abschnitt, einem mittleren Reduktionsabschnitt und einem Kühlabschnitt, einer Einrichtung zur direkten Überführung der in dem Reformator erzeugten Reduktionsgasatmosphäre in den reduzierenden Abschnitt des Schachtofens bei erhöhter Temperatur, einerEinrichtung zum Abziehen der Gasatmosphäre aus dem oberen Abschnitt des Schachtofens,einer Einrichtung zum Reinigen, Kühlen und Trocknen des abgezogenen Abgases und einerEinrichtung zur Zurückführung mindestens eines Teils des gereinigten und gekühlten Abgases in den Reformator für die Verbrennung mit Luft. In einer bevorzugten Vorrichtung sind auch Einrichtungen zur Einführung eines Teils des gereinigten, gekühlten und getrockneten Abgases in den Kühlabschnitt des Schachtofens zum Abkühlen der reduzierten Erze auf eine Temperatur unterhalb der Rückoxydationstemperatur und Einrichtungen zum Mischen eines Teils des gereinigten, gekühlten und getrockneten Abgases mit der in dem Reformator erzeugten Reduktionsgasatmosphäre vor der Einführung der Atmosphäre in den reduzierenden Abschnitt des Schachtofens zur Herabsetzung der Temperatur der Reduktionsgasatmosphäre in dem erforderlichen Maße vorgesehen.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung, die in Form eines Fließdiagrarams eine beispielhafte Auöführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert und in schematischer Form die erfindungsgemäße Vorrichtung zeigt, näher erläutert.
In der beiliegenden Zeichnung bedeutet die Ziffer 10 eine Erzreduktions- und Reduktionsgasverbrauchszone, die Ziffer bedeutet einen Eeduktionsgasgenerator und die damit verbundenen Elemente und die Ziffer 4-0 bedeutet ein Eezirkulationssystem für das verbrauchte Eeduktionsgas.
Oberhalb des oberen Abschnitts 12 eines Schachtofens ist ein Beschickungstrichter 11 vorgesehen, in welchen klassierte Erze oder Erzpellets mittels eines Förderbandes oder auf eine andere bekannte Art und Weise eingeführt werden. Das Erz gelangt aufgrund seines spezifischen Gewichtes in ein« Reduktionszwischenzone 13 äLes Schachtofens, die durch Einführung
einer erhitzten Reduktionsgasmischung, wie nachfolgend näher beschrieben, auf einer Temperatur von 650 bis 93O0G gehalten wird» Die Reduktion der Erze erfolgt in dem Abschnitt 13 des Schachtofens und die Erze bewegen sich infolge des spezifischen Gewichtes der Beschickung allmählich nach unten in einen unteren Kühlabschnitt 14· mit vorzugsweise sich nach innen verjüngenden Seitenwänden. Das reduzierte Erz wird auf eine Temperatur unterhalb der Eückoxydationstemperatur in dem Abschnitt 14 abgekühlt und aus dem Bodenabschnitt des Schachtofens auf konventionelle Art und Weise, wie bei 15 angegeben, abgezogen*
Die Reduktionsgasmischung kann durch Düsen oder andere übliche Gaseinleitungsöffnungen, die um den Umfang des Schachtofens herum angeordnet sind, wie bei 16 schematisch dargestellt,durch eine Leitung 1? eingeführt v/erden. Eine bevorzugte Einlaßtemperatur liegt bei etwa 87O0C und das Gas kann bei einem Druck eingeführt werden, der innerhalb des Bereiches von etwas
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oberhalb Atmosphärendruck bis zu mehreren Atmosphären variieren kann.
In den Reduktionsgasgenerator 20 wird ein kohlenwasserstoffhaltiger Reaktant, vorzugsweise Erdgas, durch die Leitung 21 eingeführt und durch Desulfurisierungseinrichtungen, wie sie schematisch bei 22 dargestellt sind, die vorzugsweise Aktivkohle enthaltende Kammern aufweisen, geführt. Es können aber auch andere übliche Desulfurierungsmittel verwendet werden. Bei 23 ist schematisch eine Wärmeaustauschereinheit vorgesehen, durch welche die heißen Verbrennungsprodukte aus der Wasserdampf-liethan-Reformierungseinheit geleitet werden, um den desulfurierten Erdgasbrennstoff vorzuwärmen. Das behandelte Beschickungswasser wird ebenfalls in Vorwärmerschlangen 24 in der Wärmeaustauschereinheit 2$ erhitzt und in einen Boiler (Heizkessel) 25 eingeführt. Der Abstrom aus' dem Boiler 25 strömt durch die Wasserdampfgeneratorschlangen 26, die in der Wärmeaustauschereinheit 23 angeordnet sind. Der Wasserdampfabstrom aus dem Boiler 25 wird in eine Wasserdampfüberhitzungseinrichtung 27 geführt, die in der Wärmeaustauschereinheit 23 angeordnet ist, und der überhitzte Wasserdampf wird zum Betreiben von Pumpen und Kompressoren verwendet, während ein Teil des überhitzten Wasserdampfes zum Mischen mit dem desulfurierten vorgewärmten Erdgas durch eine Leitung 28 geführt wird» Die Wasserdampf/Methan-Mischung wird dann durch eine weitere Vorerhitzungsstufe 29 in der Wärmeaustauschereinheit 23 geleitet, in welcher die Temperatur auf etwa ^O C erhöht wird. Die vorgewärmte Wasserdampf/Methan-Mischung wird dann in einen katalytischen Reformator, wie er durch die Ziffern 31 bis 32J- dargestellt ist, geleitet. Eine bevorzugte Ausführungsform weist eine oder mehrere rohrförmige Kammern 31 auf, die jeweils einen 2-Stufen-Katalysator 32, 33 enthalten. Die Reformatorbeschickung strömt durch die Rohre 31 nach unten und bei einer Ausführungsform besteht der obere Teil 32 des Katalysatorbettes aus einem mit Kalium aktivierten elementaren Nickelkatalysator,
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während der untere Teil des Bettes 33 aus einem üblichen elementaren Nickelkatalysator auf einem Aluminiumoxydträger besteht. Bei einer anderen Ausführungsform enthält der obere Teil des Bettes 32 einen harten, verhältnismäßig langsam wirkenden elementaren Niekelkatalysator, während der untere Teil (Bodenteil) 33 einen üblichen elementaren Nickelkatalysator enthält. Bei der Ausführungsform mit dem mit Kalium aktivierten Katalysator im oberen Abschnitt wird eine Kohlenstoff verschmutzung im oberen Teil des Rohres dadurch vermieden, daß man die Reaktion C + H2O >H2 + CO fördert.
Bei der Ausführungsform mit dem verhältnismäßig langsam wirkenden Katalysator im oberen Abschnitt 32 wird ein sehr harter Träger verwendet, der gegen Aufbrechen bei Ablagerung von Kohlenstoff beständig ist. Bei jeder Ausführungsform besteht keine Tendenz der Ablagerung von Kohlenstoff im unteren Abschnitt wegen der dort herrschenden hohen Temperabur (etwa 98O0C).
In Verbindung mit dem Problem der Kohlenstoffablagerung sei darauf hingewiesen, daß der Betrieb des Reformators innerhalb des Temperaturbereiches von 480 bis 5AO0C zu einem Tendenzmaximum zur Ablagerung von Kohlenstoff führt. Oberhalb dieses Temperaturbereiches nimmt die Tendenz zur Kohlenstoffablagerung allmählich ab und bei einer Temperatur von etv/a 980°C tritt keine merkliche Kohlenstoffablagerung auf.
Die für die endotherme Reformierungsreaktion erforderliche Wärme wird durch Verbrennen des Brennstoffes in Brennern, die bei 34- schematisch dargestellt sind, geliefert. Bei dem Brennstoff kann es sich um rohes Erdgas, rohes Ergas plus gereinigtes und getrocknetes Abgas aus dem Schachtofen oder nur um gereinigtes und getrocknetes Abgas handeln.
Die Wasserdampf/Methan-Mischung wird durch den Katalysator zu einer Gasmischung mit einem hohen Reduktionsvermögen, die
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mindestens 85 Vol.-% Kohlenmonoxyd und Wasserstoff enthält, wobei der Rest aus H2O, CO2, CH^ und N2 besteht, reformiert. Eine typische Reduktionsgasanalyse, jedoch keineswegs die einzig mögliche, ist die folgende:
CO 21,2 Vol.-%
H2 69,2 ». H2O 7,9 "
CO2 1,5 "
CH4 0,2 «
N2 Spuren
Wie weiter oben angegeben, wird die aus dem Wasserdampf/Methan-Reformator herauskommende Reduktionsgasmischung durch die Leitung 17 direkt in die Einlaßöffnungen 16 in dem Mit~ telabschnitt des Schachtofens eingeführt. Die aus dem Reformator austretende Reduktionsgasmischung weist eine (Temperatur innerhalb des Bereiches von etwa 700 bis etwa 9800C auf und sie wird vorzugsweise durch Mischen mit einem kleineren Anteil an gereinigtem und getrocknetem Abgas temperiert oder ihre Temperatur wird etwas herabgesetzt, so daß die Reduktionsgasmischung bei einer Temperatur zwischen etwa 650 und etwa 93O°C in den Schachtofen eingeführt werden kann.
In dem Rezirkulationssystem 4-0 für das verbrauchte Reduktionsgas wird das verbrauchte Reduktionsgas, als Abgas bezeichnet, aus dem oberen Abschnitt des Schachtofens durch die Leitung in einen Sättiger 4-1 eingeführt, welcher das Abgas sättigt, von da gelangt es in einen Venturi-Wascher 42, in dem irgendwelche mitgerissenen Feststoffe benetzt werden. Die Feststoffe und das Wasser werden in dem Separator am Boden des Venturi und des Kühlers von dem Gas abgetrennt. Das saubere Abgas, das einer weiteren Reinigung und Kühlung mit Wasser in einem Kühler 4-3 unterzogen wird, wird aus dem oberen Abschnitt desselben abgezogen und ein Teil des Abgases wird durch die Lei-
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tung 44 in einen Kompressor 45 eingeführt, um dort auf einen Druck etwas oberhalb des Druckes gebracht zu werden, der im Innern des Schachtofens und in der Reduktionsgasleitung 17 herrscht. Das saubere feuchte Gas aus dem Kompressor 45 wird in einem komprimierten Gaskühler 46, der mit zusätzlichen Wasserkühleinrichtungen versehen ist, gekühlt und getrocknet. Dieses Gas wird durch die Leitung 47 abgezogen und ein Teil desselben kann zum Kühlen der reduzierten Erze in dem Kühlabschnitt 14 des Schachtofens verwendet werden, wobei für diesen Zweck eine Leitung 48 vorgesehen ist, während ein weiterer Teil desselben zur Herabsetzung der Temperatur der erhitzten Reduktionsgasmischung aus dem Reformator verwendet wird, wobei für diesen Zweck eine Leitung 49 vorgesehen ist.
Ein Teil des sauberen Abgases wird aus der Leitung 44 abgezweigt und durch die Leitung 50 (unter Umgehung des Kompressors 45) als Brennstoff in den Wasserdampf/Methan-Reformator eingeführt, der, wie weiter oben angegeben, durch rohes Erdgas ergänzt werden kann. Alternativ kann ^e nach Ort und/oder Schwankung der Brennstoffkosten das gesamte gereinigte, gekühlte und getrocknete Abgas oder ein Teil davon an Gasproduzenten verkauft werden, wodurch die Behandlungsgesamtkosten gesenkt werden.
An dem Auslaß aus dem Kompressor 45 ist eine Umgehungsleitung 45a vorgesehen, durch welche ein kleiner Strom von komprimiertem Gas (das als Folge der Kompression erhitzt wird) in die Brennstoffleitung 50 eingeführt wird, um eine Kondensation in der Brennstoffgasleitung zu verhindern, wobei der Rest in den komprimierten Gaskühler 46 eingeführt wird.
Aus der vorstehenden Erläuterung geht hervor, daß dann, wenn ein Teil des Abgases zum Heizen des Reformators verwendet wird, die erhitzten Verbrennungsprodukte die Vorwärmung der Wasserdampf/Erdgas-Mischung, des Erdgases, des überhitzten Wasserdampfes und des Abgasvorwärmers unterstützen und schließlich
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die Wärmeaustauschereinheit 23 als gekühltes Abgas verlassen.
Es sei ferner darauf hingewiesen, daß das gereinigte, gekühlte Abgas nicht mit der Wasserdampf/Erdgas-Mischung vermischt wird, welche die frische Beschickung für den Reformator darstellt. Daher können Schwefelverbindungen oder andere Katalysatorgifte, die von der Reduktionsgasmischung beim Passieren des Schachtofens in Aufwärtsrichtung aus den Erzen aufgenommen werden könnten, nicht mit dem Katalysator in Kontakt kommen· Dementsprechend wird dadurch die Katalysatorlebensdauer (Aktivität) verlängert und es ist keine periodische Abschaltung für die Wiederherstellung der normalen Katalysatoraktivität erforderlich.
Der Teil des gekühlten Abgases, der in den Kühlabschnitt 14 des Schachtofens oder in die heiße Reduktionsgasleitung 17 eingeführt wird, passiert natürlich den Schachtofen in Aufwärtsrichtung und unterstützt die Reduktion der Eisenerze in dem reduzierenden Abschnitt 13, da das Reduktionsvermögen des Abgases als Folge der Reinigung und Trocknung z.T. wiederhergestellt wird.
In einer beispielhaften Anlage mit einer nominellen Erzbeschickungsgeschwindigkeit von 1365 Tonnen (I5OO tons) pro Tag und einer nominellen Produktausbeute von 1000 Tonnen (1100 tons) pro Tag, einer Erdgasbeschickungsgeschwindigkeit von etwa 300 m* (10 600 SGPM) pro Minute und einer überhitzten Wasserdampfbeschickungsgeschwindigkeit von etwa 19 550 kg (43 100 pounds) pro Stunde wird eine Reduktionsgasmischung von etwa 1330 ir5 (47 000 SCFM) erzeugt und in den Schachtofen eingeführt. Aus dem Schachtofen werden etwa 1980 mP (69 900 SCFIi) Abgas abgezogen und etwa 520 m^ (18 400 SCFM) gereinigtes und gekühltes Abgas werden in den Kühlabschnitt des Schachtofens eingeführt zum Kühlen der reduzierten Erze und als Bodenabdichtungsmittel, während etwa 918 tu? (32 400 SCFM) gereinigtes,
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gekühltes Abgas als Brennstoff in dem Wasserdampf/Methan-Reformator verwendet werden.
In der vorstehend beschriebenen beispielhaften Anlage betrug das Wasserdampf : Kohlenstoff-Molverhältnis der Wasserdampf/ Methan-Mischung 1,4 ! 1 und das war ein optimales Verhältnis, Jedoch können,-wie weiter oben angegeben, auch Wasserdampf : Kohlenstoff-Verhältnisse innerhalb des Bereiches von 0,9 : 1 bis 1,8:1 angewendet werden, wobei der bevorzugte Bereich bei 1,2 : 1 bis 1,6 : 1 liegt· Wenn die Kohlenstoffablagerung in dem Reformator nicht problematisch ist, wenn z.B. in dem oberen Abschnitt ein verhältnismäßig langsam wirkender Katalysator verwendet wird, der gegen Aufbrechen ^ei der Ablagerung von Kohlenstoff beständig ist, kann ein Wasserdampf : Kohlenstoff-Verhältnis von 0,9 ' 1 bis 0,95 J 1 angewendet werden. Über den oben angegebenen breiten Bereich der Wasserdampf : Kohlenstoff-Verhältnisse enthält die reformierte Reduktionsgasmischung 85 bis 98 Vol.-% Kohlenmonoxid plus Wasserstoff. Die Wasserdampfmenge liegt innerhalb des Bereiches von etwa 1 Vol.-% bei einem Wasserdampf : Kohlenstoff-Verhältnis von 0,9 : 1 bis etwa 14- Vol.-% bei einem Wasserdampf : Kohlenstoff-Verhältnis von 1,8 : 1. Das Wasserstoff : Kohlenmonoxyd-Volumenverhältnis beträgt mindestens 2 : 1 und ein bevorzugter Bereich beträgt etwa 3 : 1,
Der in den Schlangen 26 erzeugte Wasserdampf wird zum Betreiben des Abgaskompressors 45 und der Pumpe 41 für die Recyclisierung von Wasser aus dem unteren Abschnitt des Kühlers 43 in den Sättiger 41 verwendet.
Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert, es ist jedoch für den Fachmann klar, daß sie darauf keineswegs beschränkt ist, sondern daß diese in vielerlei Hinsicht abgeändert und modifiziert werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.
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Claims (14)

Patentansprüche
1. Verfahren für die Gasreduktion von klassierten Eisenerzen, gekennzeichnet durch die folgenden Stufen:
(a) Erzeugung einer EeduktionsgasatmoSphäre durch Reformieren eines kohlenwasserstoffhaltigen Fluids allein mit Wasserdampf in Gegenwart eines Nickelkatalysators, wobei das Molverhältnis von Wasserdampf zu Kohlenstoff in der Reformierungsbeschickung innerhalb des Bereiches von 0,9 : 1 bis 1,8 : 1 liegt, unter solchen Bedingungen, daß die Reduktionsgasatmosphäre 85 bis 98 VoI.-^ Wasserstoff plus Kohlenmonoxyd enthält und das Wasserstoff : Kohlenmonoxyd-Yolumenverhältnis mindestens etwa 2 : 1 beträgt;
(b) direkte Einführung der in der Stufe (a) erzeugten Reduktionsgasatmosphäre in einen reduzierenden Abschnitt eines klassierte Eisenerze enthaltenden Schachtofens bei einer Temperatur von 700 bis 9800C;
(c) Durchführung einer Gasreduktion der Erze in dem reduzierenden Abschnitt des Schachtofens bei einer Temperatur von 650 bis 93O°C in der Reduktionsgasatmosphäre;
(d) Abziehen der Gasatmosphäre aus einem oberen Abschnitt des Schachtofens nach der Reduktion der Erze durch die Atmosphäre ;
(e) Reinigen, Kühlen und Trocknen des abgezogenen Abgases; und
(f) überführung der reduzierten Erze in einen Kühlabschnitt des Schachtofens, Abkühlen der Erze auf eine Temperatur' unterhalb der Rückoxydationstemperatur und Entfernen der gekühlten, reduzierten Erze aus dem Ofen.
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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des gereinigten, gekühlten und getrockneten Abgases mit der EeduktionsgasatmoSphäre gemischt wird während der Einführung derselben in den Schachtofen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reduzierten Eisenerze durch Einführen eines Teils des gereinigten, gekühlten und getrockneten Abgases in den Kühlabschnitt des Schachtofens abgekühlt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des gereinigten und gekühlten Abgases als Brennstoff verwendet wird, daß das kohlenwasserstoffhaltig Fluid aus desulfuriertem Erdgas besteht und daß das Erdgas vor und nach dem Mischen mit Wasserdampf mittels der Wärme vorgewärmt wird, die der als Brennstoff verwendete Teil des Abgases liefert.
5. Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die von diesem Teil des Abgases gelieferte Wärme außerdem zur Erzeugung und Überhitzung von Wasserdampf verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennz eichnet, daß der als Brennstoff verwendete Teil des Abgases als Wärmequelle für die Reformierung verwendet und nicht mit der Reformierungsbeschickung in Kontakt gebracht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des gereinigten und gekühlten Abgases auf einen Atmosphärenüberdruck komprimiert wird, der größer ist als der Druck innerhalb des Schachtofens.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator in zwei Stufen angeordnet ist, wobei die erste Stufe aus verhältnismäßig langsam wirkendem elementarem Nickel auf einem sehr harten,schwer-schmelzbaren Träger und die zweite Stufe aus einem verhältnismäßig schnell wirkenden elementaren Nickel auf einem schwer-schmelzbaren Träger begeht. 4098 35/0794
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator in zwei Stufen angeordnet ist, wobei die erste Stufe aus verhältnismäßig schnell wirkendem, mit Kalium aktiviertem elementarem Nickel auf einem schwerschmelzbaren Träger und die zweite Stufe aus verhältnismäßig langsam wirkendem elementarem Nickel auf einem schwer-schmelzbaren Träger besteht.
10. Vorrichtung für die Gasreduktion von klassierten Eisenerzen durch Behandlung mit einer Reduktionsgasatmosphäre bei erhöhter Temperatur, gekennzeichnet durch die Kombination aus einem katalytischen Kohlenwasserstoff- und Wasserdampfreformator jflit einem Zwei-Stufen-Katalysator auö elementarem Nickel für die Erzeugung der fieduktionsgasatmoSphäre, einem Schachtofen mit einem oberen Abschnitt, einem mittleren Reduktionsabschnitt und einem Kühlabschnitt, einer Einrichtung für die direkte Einführung der in dem Reformator erzeugten Reduktionsgasatmosphäre in den ßeduktionsabschnitt des Schachtofens bei erhöhter Temperatur, eine Einrichtung zum Abziehen der Gasatmosphäre aus dem oberen Abschnitt des Schachtofens, einer Einrichtung zum Reinigen, Kühlen und Trocknen des abgezogenen Abgases und einer Einrichtung zur Einführung mindestens eines Teils des gereinigten und gekühlten Abgases in den Reformator für die Verbrennung mit Luft.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem eine Einrichtung zum Mischen eines Teils des gereinigten, gekühlten und getrockneten Abgases mit dem in dem Reformator erzeugten Reduktionsgas vor der Einführung der Atmosphäre in den Reduktionsabschnitt des Schachtofens aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem eine Einrichtung zur Einführung eines Teils des gereinigten, gekühlten und getrockneten Abgases in den Kühlabschnitt des Schachtofens auf v/eist, wodurch die reduzierten Gase auf eine Temperatur unterhalb der Rückoxydationstemperatur abgekühlt werden.
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13· Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem eine Wärmeaustauschereinrichtung aufweist, die bewirkt, daß die Verbrennungsprodukte dieses Teils des Abgases in den Reformator eingeführt werden zur Erzeugung von Wasserdampf und zum Vorerhitzen des Kohlenwasserstoffs.
14. . Vorrichtung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem eine Einrichtung zum Desulfurieren des Kohlenwasserstoffs vor dem Vorerhitzen desselben aufweist.
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