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AT407879B - Verfahren zur direktreduktion eisenoxidhältigen materials - Google Patents

Verfahren zur direktreduktion eisenoxidhältigen materials Download PDF

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AT407879B
AT407879B AT0181699A AT181699A AT407879B AT 407879 B AT407879 B AT 407879B AT 0181699 A AT0181699 A AT 0181699A AT 181699 A AT181699 A AT 181699A AT 407879 B AT407879 B AT 407879B
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AT
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reducing gas
gas
fluidized bed
reformer
line
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AT0181699A
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Konstantin Dipl Ing Milionis
Gottfried Dipl Ing Rossmann
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Voest Alpine Ind Anlagen
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Priority to KR1020027005406A priority patent/KR20020045617A/ko
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Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 
 EMI1.1 
 eines CO- und H2-hältigen Reduktionsgases in mindestens einer Wirbelschicht-Reduktionszone, wobei aus der mindestens einen Wirbelschicht-Reduktionszone austretendes CO2-hältiges   ve ra-   uchtes Reduktionsgas rezirkuliert wird und frisches Reduktionsgas durch CO2-Reformieren des verbrauchten Reduktionsgases und eines methanhältigen Gases, insbesondere Erdgas, hergestellt wird, sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens. 



   Aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der US-5 082 251 A, sind Verfahren beka nnt, bei denen CO- und H2-hältiges Reduktionsgas durch sogenanntes Dampfreformieren von met anhältigem Gas und Wasserdampf hergestellt wird, wobei die Dampfreformierung bei hohen Drü ken und hohen Temperaturen durchgeführt wird und wobei Kohlenwasserstoffe und Wasserd mpf mittels Nickelkatalysatoren gemäss der folgenden Reaktion zu CO und H2 umgewandelt werden:
Dampfreformierungs-Reaktion : CH4 +   H2O #   CO + 3 H2
In einer der Dampfreformierung nachgeordneten CO-Shift-Reaktion wird das beim Reformieren gebildete CO sodann gemäss folgender Gleichung zu CO2 und H2 umgewandelt-
CO-Shift-Reaktion :

   CO +   H2O #   CO2 + H2 Üblicherweise muss das CO2 sodann aus dem reformierten Gas entfernt werden und das von CO2 befreite Gas einer Aufheizung unterzogen werden. 



   Hingegen wird beim CO2-Reformieren, welches beispielsweise aus der DE-196 37 180 A1 und der DE-195 17 766 A1 bekannt ist, nicht nur Wasserdampf, sondern auch CO2 nach der Gleich ng:
CO2-Reformierungs-Reaktion CH4 +   CO2 #   2 CO + 2 H2 umgesetzt. Der Vorteil der CO2-Reformierung liegt darin, dass keine   CO2-Entfernung   und ine nachfolgende Erhitzung des Reduktionsgases auf die gewünschte Reduktionstemperatur erforderlich sind. 



   Aus der DE-196 37 180 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem Eisenoxidfeinteilchen in einem 
 EMI1.2 
 Reduktionsgases reduziert werden, wobei das Reduktionsgas aus dem verbrauchten, CO-, CO2und H20-hältigen Reduktionsgas mittels CO2-Reformierung hergestellt wird. Die Reformierung und die Direktreduktion laufen bei niedrigen Drücken von 1,6 bis 2,4 bar ab. 



   Aus der DE-195 17 766 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem Eisenoxidfeinteilchen in ehreren in Serie geschalteten zirkulierenden Wirbelschichten ebenfalls mittels eines CO- und   H2-häl-   tigen Reduktionsgases reduziert werden, wobei frisches Reduktionsgas ebenso wie gemäss der DE-196 37 180 A1 aus dem verbrauchten, CO-, C02- und H20-hältigen Reduktionsgas durch C02-Reformierung hergestellt wird
Aus der US-4 348 226 A ist ein Verfahren bekannt, bei dem Abgas aus einem Redukt nsschachtofen mit Erdgas gemischt wird und das Gasgemisch in einem beheizten Reformer formiert wird, und bei dem dem reformierten Gas weiteres Erdgas zugemischt wird und das hi rbei gebildete Gasgemisch in einem nicht beheizten Reaktor einer endothermen Reformierungsrea tion unterzogen wird, wobei frisches Reduktionsgas für den Reduktionsschachtofen gebildet wird.

   In der zweiten endothermen Reformierungsreaktion wird die fühlbare Wärme des im beheizten R former reformierten Gases genutzt und die gewünschte Reduktionsgastemperatur eingestellt. 



   Es ist bekannt, dass die CO2-Reformierung günstiger bei niedrigeren Drücken abläuft und dass die Reformer-Rohre bei niedrigen Drücken dünner ausgebildet sein können und damit billiger s nd. 



   Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren zur Direktreduktion eisenoxidhältigen Materials zu schaffen, bei dem CO- und   H2-hältiges   Reduktionsgas durch CO2-Reformieren von e nem methanhältigen Gas, insbesondere Erdgas, und verbrauchtem Reduktionsgas herstellbar ist, wobei jedoch die Nachteile der bekannten, einen C02-Reformer einsetzenden Verfahren, wie Kohlen stoffbildung, Ablagerung, grosse Reaktordurchmesser, etc., vermieden werden sollen. Die Baugrösse eines die Reduktionszone aufnehmenden Reaktors soll klein gehalten werden, gleichzeiti soll jedoch eine den metallurgischen Erfordernissen genügende Reduktionsgasmenge die Redukt onszone durchsetzen. 



   Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die   C02-Reformierung   un die Direktreduktion bei hohem Druck, vorzugsweise bei einem Druck von mindestens 4 bar Über ruck (5 bar absolut), insbesondere bei einem Druck von etwa 7 bar Überdruck, durchgeführt wird Der technisch sinnvolle Bereich für den Druck liegt bei einem Verfahren dieser Art bei 6 bis 8 bar berdruck ; die Druckobergrenze bei 15 bar Überdruck.    



  @    

 <Desc/Clms Page number 2> 

 Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass hierdurch viele sich auf das Reduktionsverfahren störend auswirkende Faktoren, wie Kohlenstoffbildung und Ablagerungen, in der WirbelschichtReduktionszone vermieden werden können. 



   Darüber hinaus wird für die Reduktion ein den metallurgischen Erfordernissen genügendes, ausreichend hohes Gasangebot pro Volumen des Reduktionsreaktors zur Verfügung gestellt, so dass die die Wirbelschicht-Reduktionszonen aufnehmenden Reaktoren kleiner bemessen werden können. Trotzdem ist ein ausreichender Gasdurchsatz gewährleistet. Zudem ist das Reduktionspotential des Reduktionsgases höher. 



   Weiters kann vorteilhaft bei der Direktreduktion von   eisenoxidhältigem   Material hergestellter Eisenschwamm durch pneumatische Förderung mittels des Reduktionsgases einer Brikettierung zugeführt werden, so dass eine der Brikettierung dienende Brikettiereinrichtung neben einer der Direktreduktion dienenden Direktreduktionsvorrichtung angeordnet werden kann, wodurch die Bauhöhe der Gesamtanlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geringgehalten werden kann. 



   Der Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens liegt darin, dass das im verbrauchten Reduktionsgas vorhandene CO2 nicht entfernt werden muss, sondern direkt zur Herstellung frischen Reduktionsgases genutzt wird. Im Vergleich zu bekannten Direktreduktionsverfahren, beispielsweise gemäss der eingangs erwähnten US-5 082 251 A, bei denen das Reduktionsgas durch Dampfreformieren hergestellt wird, wobei der Dampfreformer nicht in den Reduktionsgaskreislauf geschaltet ist, wird durch Schaltung des CO2-Reformers in den Reduktionsgaskreislauf ein geringerer spezifischer Reduktionsgasfluss für die Direktreduktion benötigt, wobei unter dem spezifischen Reduktionsgasfluss der Fluss an frisch zugeführtem Reduktionsgas bezogen auf das zu reduzierende Material verstanden wird. 



   Vorzugsweise wird das verbrauchte Reduktionsgas zumindest teilweise vor dem Reformieren einer CO-Shift-Reaktion unterzogen. Hierdurch wird das CO mittels Wasserdampf gemäss der Gleichung: 
 EMI2.1 
 zu CO2 und H2 umgewandelt. Der CO-Anteil des dem Reformer zugeführten Gases wird hierbei vorteilhaft minimiert, und das CO/CO2-Verhältnis eingestellt. 



   Infolge eines hohen CO-Gehalts im Reduktionsgas, insbesondere, wenn schon das zu reformierende Gas CO-hältig ist, können in metallischen Anlagenteilen Probleme durch "metal dusting", worunter eine Zerstörung der metallischen Anlagenteile durch CO verstanden wird, auftreten. Wird das zu reformierende Gas, falls CO-hältig, einer CO-Shift-Reaktion unterzogen, so kann "metal dusting" weitgehend vermieden werden. 



   Ist der H20-Gehalt des CO2- und CO-hältigen Gases für eine CO-Shift-Reaktion nicht hoch genug, so wird der CO-Shift-Reaktion vorteilhaft Dampf zugegeben. 



   Infolge der "once through"-Operation, worunter die Schaltung des Reformers direkt in den Reduktionsgaskreislauf verstanden wird und wobei zwischen dem Reformer und einem die Wirbelschicht-Reduktionszone aufnehmenden Reduktionsreaktor keine Einrichtungen vorgesehen sind, die auf die Temperatur und die Zusammensetzung des Reduktionsgases wesentlichen Einfluss nehmen, gibt es weniger Möglichkeiten zur Einstellung der Reduktionsgasqualität als bei Schaltung des Reformers ausserhalb des Reduktionsgaskreislaufes.

   Gemäss der WO-96 00304 A1, aus der ebenso wie aus der US-5 082 251 A ein Direktreduktionsverfahren unter Einsatz eines ausserhalb des Reduktionsgaskreislaufes geschalteten Dampfreformers bekannt ist, ergeben sich beispielsweise Möglichkeiten zur Einstellung der Reduktionsgasqualität durch eine Änderung der Fahrweise des Reformers, durch eine Änderung des Auswaschungsgrades von CO2 aus dem reformierten Gas und/oder verbrauchten Reduktionsgas, etc. 



   Mit Hilfe der gemäss einer bevorzugten Variante des erfindungsgemässen Verfahrens vorgesehenen CO-Shift-Reaktion lassen sich auch bei einer "once through"-Operation die für das Reformieren und die Direktreduktion benötigten Gasverhältnisse je nach Bedarf einstellen, d. h. das CO/H2-Verhältnis kann variiert werden bzw. der CO-Gehalt entsprechend den Erfordernissen reduziert werden. 



   Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das verbrauchte Reduktionsgas vor dem Reformieren verdichtet, vorzugsweise auf einen Druck von etwa 8 bar Überdruck. 



   Vorzugsweise wird die Abwärme des Reformierens zur Vorwärmung von Luft, H20, Erdgas etc. 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 



    I   genutzt. 



   Vorteilhaft wird das verbrauchte Reduktionsgas vor der CO-Shift-Reaktion verdichtet, vorz gsweise auf einen Druck von etwa 8 bar Überdruck. 



   Zweckmässig wird das verbrauchte Reduktionsgas vor dem Reformieren und vor der gegebenenfalls vorgesehenen CO-Shift-Reaktion erhitzt. 



   Die vorliegende Erfindung betrifft weiters eine Anlage zur Durchführung des   erfindungsg ä-   &num;en Verfahrens, mit mindestens einem eine Wirbelschicht-Reduktionszone aufnehmenden Wrbelschichtreaktor, einer Zuleitung für ein CO- und H2-hältiges Reduktionsgas zum Wirbelschichtr aktor und einer Gasableitung für verbrauchtes Reduktionsgas, die vom Wirbelschichtreaktor zu einem CO2-Reformer zur Herstellung des CO- und   H2-hältigen   Reduktionsgases aus einem methan ältigen Gas, insbesondere Erdgas, und dem verbrauchten Reduktionsgas führt, wobei der CO2-Reformer mit dem Wirbelschichtreaktor über die Zuleitung leitungsmässig verbunden ist. 



   Diese Anlage ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass eine   Verdichtungsvorrich ung   zum Verdichten des dem Wirbelschichtreaktor zugeführten Gases auf einen hohen Druck, vorz gsweise auf einen Druck von mindestens 5 bar Überdruck, insbesondere auf einen Druck von twa 8 bar Überdruck, leitungsmässig vor dem CO2-Reformer vorgesehen ist. 



   Vorzugsweise ist vor den CO2-Reformer für verbrauchtes Reduktionsgas ein   CO-Shiftreaktor   vorgesehen. Die Zuleitung für Wasserdampf kann hierbei vor dem CO-Shiftreaktor in eine   Z lei-   tung für das CO2- und gegebenenfalls CO-hältige Gas und/oder in den CO-Shiftreaktor selbst einmünden. 



   Gemäss einer noch weiters bevorzugten Ausführungsform ist die Verdichtungsvorrichtung um Verdichten des verbrauchten Reduktionsgases vor dem CO-Shiftreaktor vorgesehen. 



   Bevorzugt sind bei der erfindungsgemässen Anlage mindestens drei und insbesondere bevorzugt vier in Serie hintereinandergeschaltete Wirbelschichtreaktoren vorgesehen. 



   Für eine genaue Einstellung der chemischen Zusammensetzung des Reduktionsgases bei bester Effizienz des CO2-Reformers ist zweckmässig der CO-Shiftreaktor mittels einer   Bypas lei-   tung für das verbrauchte Reduktionsgas umgehbar. 



   Vorteilhaft mündet eine ein CH4-hältiges Gas, insbesondere Erdgas, zuführende Leitung in die verbrauchtes Reduktionsgas dem   CO2-Reformer   zuführende Gasleitung. 



   Die erfindungsgemässe Anlage ist zweckmässig gekennzeichnet durch eine Aufheizeinrich ung für das gereinigte und verdichtete verbrauchte Reduktionsgas. 



   Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung, in der jede der Figuren 1 und 2 jeweils eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, näher erläutert, wobei sind jeweils gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. 



   In Figur 1 sind vier in Serie hintereinandergeschaltete Wirbelschichtreaktoren 1 bis 4, we ehe jeweils eine stationäre Wirbelschicht aufnehmen, dargestellt, wobei eisenoxidhältiges Material, wie Feinerz, über eine Erzzuleitung 5 dem obersten Wirbelschichtreaktor 4, in dem eine Aufheizung auf Reduktionstemperatur und gegebenenfalls eine Vorreduktion stattfindet, zugeleitet und   ansc lie-   &num;end von Wirbelschichtreaktor 4 zu Wirbelschichtreaktor 3,2 und 1 über Förderleitungen 6a bi 6c geführt wird. Das fertig reduzierte Material (Eisenschwamm) wird über eine Austragsleitung 7 und einen sogenannten "Riser" 8, worunter ein im wesentlichen senkrechtes, ausgemauertes Rohrstück verstanden wird, durch welches der Eisenschwamm mittels des Reduktionsgases pneuma- 
 EMI3.1 
 zugeführt, in welcher der Eisenschwamm heissbrikettiert wird.

   Erforderlichenfalls wird das   redu ier-   te Material während der Brikettierung vor einer Reoxidation durch ein nicht dargestelltes Inert asSystem geschützt oder einem darunter befindlichen Elektro-Lichtbogenofen zugeführt. 



   Das zur Förderung des Eisenschwamms durch den Riser 8 eingesetzte Reduktionsgas ird über eine Leitung 11 abgezogen und entspannt und sodann einer nicht dargestellten weiteren Verwendung, beispielsweise Heizzwecken, zugeführt Der Einsatz eines Risers 8 hat den Vorteil, dass die Brikettiereinrichtung 10 neben der aus den Wirbelschichtreaktoren 1 bis 4 gebildeten   Re uk-   tionseinrichtung angeordnet werden kann, wodurch die Bauhöhe der Gesamtanlage niedriger gehalten werden kann.

   Eine weitere Möglichkeit (nicht dargestellt) zur Förderung des Ei enschwamms in den Vorratsbunker 9, ohne Einsatz eines Risers 8, besteht darin, dass der unterste Wirbelschichtreaktor 1 so hoch angeordnet ist, dass der Eisenschwamm mittels Schwerkraft in den niveaumässig darunterliegenden Vorratsbunker 9 fliessen kann, wobei jedoch der Nachteil iner      

 <Desc/Clms Page number 4> 

 grösseren Bauhöhe der Gesamtanlage in Kauf genommen werden muss. 



   Vor Einleitung des eisenoxidhältigen Materials in den in Flussrichtung des Materials ersten Wirbelschichtreaktor 4 wird es einer nicht näher dargestellten Vorbereitungsbehandlung, wie einer Trocknung, unterzogen. 



   Reduktionsgas wird dem untersten Wirbelschichtreaktor 1 über eine Zuleitung 12 zugeführt, über Leitungen 13a bis 13c im Gegenstrom zum Fluss des zu reduzierenden Materials von Wirbelschichtreaktor 1 zu Wirbelschichtreaktor 2,3 und 4 geführt und als verbrauchtes Reduktionsgas über eine Gasableitung 14 abgezogen. Das Reduktionsgas strömt beispielsweise mit einer Temperatur von etwa 800 C und einem Druck von etwa 8 bar absolut in den untersten Wirbelschichtreaktor 1 und verlässt den obersten Wirbelschichtreaktor 4 als verbrauchtes Reduktionsgas mit einer Temperatur von etwa 550 C und einem Druck von etwa 6 bar absolut. 



   Das verbrauchte Reduktionsgas wird in einem Kühler/Reiniger 15 gekühlt und gewaschen, wobei es von Staub und Wasserdampf befreit wird. Das gekühlte und gereinigte Gas, das gemäss den dargestellten Ausführungsformen im Kreislauf geführt wird, wird sodann über eine Leitung 16 einem Verdichter 17 zugeführt. Im Verdichter 17 wird das verbrauchte Reduktionsgas beispielsweise auf einen Druck von etwa 8 bar verdichtet. Anschliessend an den Verdichter 17 ist eine Heizvorrichtung 18 vorgesehen, die dazu dient, das beim Reinigen durch den Kühler/Reiniger 15 stark abgekühlte verbrauchte Reduktionsgas wiederum auf eine Temperatur aufzuheizen, die es für eine CO-Shiftreaktion benötigt.

   Das so aufgeheizte verbrauchte Reduktionsgas wird dann über die Leitung 16a einem CO-Shiftreaktor 19 zugeführt, in dem das im verbrauchten Reduktionsgas vorhandene CO mittels Wasserdampf teilweise zu CO2 und H2 umgewandelt wird. Wasserdampf wird im in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Zuleitung 20 in die Leitung 16a, mittels der das verbrauchte Reduktionsgas zum CO-Shiftreaktor 19 geführt wird, eingespeist. Der Wasserdampf kann aber auch beispielsweise direkt in den CO-Shiftreaktor 19 eingespeist werden. 



  Im CO-Shiftreaktor 19 wird das im verbrauchten Reduktionsgas vorhandene CO mittels Wasserdampf zu CO2 und H2 umgewandelt (teilweise). 



   Durch Vorsehen des CO-Shiftreaktors 19 wird einerseits vorteilhaft der CO2-Anteil des dem   CO2-Reformer   zugeführten Gases erhöht, was die Reformerreaktion begünstigt, und andererseits der CO-Gehalt vermindert, wodurch "metal dusting", d. h. die Zerstörung metallischer Anlagenteile durch CO, weitgehend vermieden wird. Zusätzlich ergeben sich durch den CO-Shiftreaktor 19 mehr Möglichkeiten zur Einstellung der gewünschten Reduktionsgasqualität. Die für das Reformieren und die Direktreduktion benötigten Gasverhältnisse lassen sich je nach Bedarf einstellen, d.h. das CO/H2-Verhältnis kann variiert werden bzw. der CO-Gehalt entsprechend den Erfordernissen reduziert werden. 



   Der CO-Shiftreaktor 19 kann mittels einer Bypassleitung 21 umgangen werden, so dass eine weite Variationsmöglichkeit zur Einstellung der gewünschten Reduktionsgasqualität gegeben ist, indem beispielsweise eine Teilmenge des verbrauchten Reduktionsgases direkt dem   CO2-Refor-   mer 22 zugeführt wird, ohne durch den CO-Shiftreaktor 19 geleitet zu werden. 



   Im C02-Reformer 22 wird das über die Leitung 16b zugeführte Gas eventuell vor einem Wärmen gemeinsam mit über eine Leitung 23 zugeführtem methanhältigem Gas, im gezeigten Beispiel Erdgas, umgesetzt, wobei CO und H2 gebildet werden. 



   Das reformierte Gas verlässt den CO2-Reformer beispielsweise mit einer Temperatur von etwa 930 C. Um als frisches Reduktionsgas eingesetzt werden zu können, muss das reformierte Gas noch auf die gewünschte Reduktionsgastemperatur gebracht werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird das über eine Leitung 12 aus dem C02-Reformer 22 abgezogene reformierte Gas zum Teil über einen Kühler 24 und zum anderen Teil über eine den Kühler umgehende Leitung 12a mit einem Ventil 25 geführt, wobei eine Reduktionsgastemperatur von etwa 800 C eingestellt wird. 



   Der CO2-Reformer 22 wird durch Verbrennen von Erdgas, welches über eine Leitung 26 zugeführt wird, mit einem sauerstoffhältigen Gas, wie Luft, welches Gas über eine Leitung 27 zugeführt wird, beheizt. Ein Teil des verbrauchten aufgeheizten Reduktionsgases kann über eine Leitung 28 abgezweigt und ebenfalls mit einem sauerstoffhältigen Gas, wie Luft, zur Beheizung des   COz-Re-   formers 22 verbrannt werden. Die hierbei entstehenden Verbrennungsabgase werden über eine Leitung 29 aus dem C02-Reformer 22 abgezogen. 



   Durch den hohen Druck im Reduktionsgaskreislauf, beispielsweise etwa 7 bis 8 bar absolut vor dem CO2-Reformer 22 und etwa 6 bis 7 bar vor dem Einleiten in den untersten Wirbelschicht- 

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 reaktor 1, können sämtliche Einbauten (Leitungen, Wirbelschichtreaktoren) entsprechend lein dimensioniert werden. Weiters wird eine Kohlenstoffbildung und Ablagerung in allen Bauteilen weitgehend vermieden. Schliesslich kann zur Förderung des reduzierten Materials zur Brikettierein ichtung 10 vorteilhaft ein Riser 8 eingesetzt werden, wie oben bereits näher erläutert. 



   Gemäss der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform wird das verbrauchte Reduktionsgas ach dem Erhitzen in der Aufheizeinrichtung 18 direkt dem CO2-Reformer 22 zugeführt, wodurch sich eine Vereinfachung der Anlage ergibt, jedoch nicht die Breite der Möglichkeiten gegeben ist die Zusammensetzung des den C02-Reformer verlassenden Reduktionsgases zu beeinflussen wie gemäss der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform. 



   Im nachstehenden Beispiel sind chemische Zusammensetzungen der Gase, Temperat ren und Drücke gemäss dem in Fig 1 dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert (Druckang ben in bar absolut). 



    A) Erzfluss   
Erzeintritt in den Wirbelschichtreaktor 4 über die Erzzuleitung 5-
Temperatur : ca. 50 C, Erzgewicht bezogen auf das Produkt ca. 1,44. 



   Zusammensetzung : Hämatit (Fe203) mit einem Reineisenanteil von ca. 67 % Korngross bis max. 12,5 mm. 



   Erzaustritt aus dem Wirbelschichtreaktor 1 über die Austragsleitung 7 :
Temperatur : ca. 800 C, reduziertes Erz
Zusammensetzung: Gesamt-Eisenanteil ca. 93 % (Fe), Metallisierung 92 %   C = 1,5 - 2,5 %   
Korngrösse bis max. 6,3 mm
Das reduzierte Erz wird über den Riser 8 zur Brikettierung 10 befördert. 



   B) Gasfluss
Gaseintritt in den Wirbelschichtreaktor 1 über die Leitung 13 :
Druck : ca. 7 bar Überdruck
Temperatur : ca. 800 C
Reduktionsgaszusammensetzung: CO.   21,7%  
CO2: 3,2 %
H2   57, 2 %  
H2O: 5,6 %
CH4 6,2 %
N2: 6,1 %
Gasaustritt des verbrauchten Reduktionsgases aus dem Wirbelschichtreaktor 4 über die asableitung 14 :
Druck : ca. 5 bar Überdruck
Temperatur :   ca. 550 C  
Gaszusammensetzung : CO.   15,4%  
C02: 8,8 %
H2:   46,5 %  
CH4: 4,4 %
H20:   18,3%  
N2:   6,5 %     Staubgehalt im Gas : 27 kg/t Produkt mit 9,5 g/m3n.   



  Abscheidung des Staubes durch Reduktionsgaswascher 15 (auch als Kühler/Reiniger bezeichnet):
Verbrauchtes Reduktionsgas nach Wäscher 15. 



   Druck : ca. 4 bar Überdruck
Temperatur : ca. 40 C Mg/
Staubanteil: 27,3 g/t Produkt mit ca. 10 mg/ m3n. 



   Verbrauchtes Reduktionsgas nach dem Verdichter 16 (Kompressor)
Druckerhöhung auf ca. 8 bar Überdruck
Temperatur : ca. 100 C 

 <Desc/Clms Page number 6> 

 
Verbrauchtes Reduktionsgas nach der Aufheizeinrichtung 18:
Druck : ca. 7,8 bar Überdruck
Temperatur :   ca. 350 C  
Input in den CO-Shiftreaktor 19:
Druck : ca. 7,8 bar Überdruck
Temperatur : ca.350 C
Gaszusammensetzung : CO : 14,0 %
C02: 8,0 %
H2: 42,4 %
H20:   26,6 %  
CH4: 4,0 %
N2: 5,2 %
Verbrauchtes Reduktionsgas nach dem CO-Shiftreaktor 19:
Druck : ca. 7,5 bar Überdruck
Temperatur :   ca. 450 C  
Eintritt des verbrauchten Reduktionsgases in den CO2-Reformer 22 (nach Zumischung von   CH4):  
Druck : ca. 7,5 bar Überdruck
Temperatur :   ca. 450 C  
Gaszusammensetzung :

   CO 4,4 %
CO2: 13,6 %
H2: 43,9 %
H20:   14,9%  
CH4 :   17,5 %  
N2: 5,8 %
Reduktionsgasaustritt aus CO2-Reformer 22 über die Leitung 12:
Druck : ca. 7 bar Überdruck
Temperatur :   ca. 930 C  
Gaszusammensetzung : CO 22,6 %
C02: 3,3 %
H2: 59,5 %
H20: 6 %
CH4 : 2,4 %
N2 :   6,1 %   
PATENTANSPRÜCHE: 
1.

   Verfahren zur Direktreduktion eisenoxidhältigen Materials mittels eines CO- und H2-häl- tigen Reduktionsgases in mindestens einer Wirbelschicht-Reduktionszone, wobei aus der mindestens einen Wirbelschicht-Reduktionszone austretendes C02-hältiges verbrauchtes
Reduktionsgas rezirkuliert wird und frisches Reduktionsgas durch CO2-Reformieren des verbrauchten Reduktionsgases und eines methanhältigen Gases, insbesondere Erdgas, hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die CO2-Reformierung und die Direkt- reduktion bei hohem Druck, vorzugsweise bei einem Druck von mindestens 4 bar Über- druck (5 bar absolut), insbesondere bei einem Druck von etwa 7 bar Überdruck, durchge- führt wird.

Claims (1)

  1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das verbrauchte Reduktionsgas zumindest teilweise vor dem Reformieren einer CO-Shift-Reaktion unterzogen wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem verbrauchten Reduktions- gas vor und/oder bei der CO-Shift-Reaktion Dampf zugegeben wird.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das verbra- uchte Reduktionsgas vor dem Reformieren verdichtet wird, vorzugsweise auf einen Druck von etwa 8 bar Überdruck 5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, <Desc/Clms Page number 7> dass das verbrauchte Reduktionsgas vor der CO-Shift-Reaktion verdichtet wird, vorzugs- weise auf einen Druck von etwa 8 bar Überdruck.
    6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das verbrauchte Reduktionsgas vor dem Reformieren und vor der gegebenenfalls vor- gesehenen CO-Shift-Reaktion erhitzt wird.
    7. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit mi es- tens einem eine Wirbelschicht-Reduktionszone aufnehmenden Wirbelschichtreaktor (1bis 4), einer Zuleitung (12,13) für ein CO- und H2-hältiges Reduktionsgas zum Wirbelsc icht- reaktor (1 bis 4) und einer Gasableitung (14,16, 16a, 16b) für verbrauchtes Reduk ns- gas, die vom Wirbelschichtreaktor (1 bis 4) zu einem C02-Reformer (22) zur Herste lung des CO- und H2-hältigen Reduktionsgases aus einem methanhältigen Gas, insbeso ere Erdgas, und dem verbrauchten Reduktionsgas führt, wobei der COz-Reformer (22 mit dem Wirbelschichtreaktor (1 bis 4) über die Zuleitung (12, 13) leitungsmässig verbunde ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verdichtungsvorrichtung (17)
    zum Verdichten des dem Wirbelschichtreaktor (1 bis 4) zugeführten Gases auf einen hohen Druck, vorzugsweise auf einen Druck von mindestens 5 bar Überdruck, insbesondere auf einen Druck von etwa 8 bar Überdruck, leitungsmässig vor dem C02-Reformer (22) vorgesehen ist.
    8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem CO2-Reformer (22) für verbrauchtes Reduktionsgas ein CO-Shiftreaktor (19) vorgesehen ist.
    9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuleitung (20) für Wasser- dampf in den CO-Shiftreaktor (19) oder in die verbrauchtes Reduktionsgas führende u nd in den CO-Shiftreaktor (19) mündende Gasleitung (16a) mündet.
    10. Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ver ich- tungsvorrichtung (17) zum Verdichten des verbrauchten Reduktionsgases vor dem CO-Shiftreaktor (19) vorgesehen ist.
    11. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei, bevorzugt vier, in Serie hintereinandergeschaltete Wirbelschichtreak oren (1 bis 4) vorgesehen sind.
    12. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der CO-Shiftreaktor (19) mittels einer Bypassleitung (21) für das verbrauchte Reduktons- gas umgehbar ist.
    13. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet dass eine ein CH4-hältiges Gas, insbesondere Erdgas, zuführende Leitung (23) in die verbra- uchtes Reduktionsgas dem COz-Reformer (22) zuführende Gasleitung (16b) mündet.
    14. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 13, gekennzeichnet durch eine Aufheizeinrichtung (19) für das gereinigte und verdichtete verbrauchte Reduktionsgas.
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