DE3317701A1 - Process and device for controlling the metallisation and cementation in the reduction of iron ore to sponge iron - Google Patents
Process and device for controlling the metallisation and cementation in the reduction of iron ore to sponge ironInfo
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Abstract
Description
Verfahren und Vorrichtung zur Kontrolle der Metalli-Method and device for checking the metal
sierung und Zementierung bei der Reduktion von Eisenerz zu Schwammeisen Die Erfindung betrifft die gasförmige Reduktion von körnigem Metallerz zu Metall in körniger Form in einem Bewegtbettreaktor mit senkrechtem Schacht und insbesondere ein Verfahren zur.Herstellung eines "ausbalancierten" Schwammmetallproduktes mit einem vorausgewählten und kontrollierten Niveau an Metallisierung und Zementierung. Die Erfindung besteht aus einem Verfahren, durch welches man eine höhere Verfahrensflexibilität und -kontrolle hinsichtlich der Metallisierung und Zementierung (Kohlung) des Schwammeisenproduktes erzielt, indem man die Menge an Kohlendioxid in dem Verfahrensgas reguliert und indem man die Verteilung des frischen Reduktionsgas in den Reduktions- und Kühlschleifen reguliert. Ausser dem ausbalancierten Schwammetallprodukt, das man nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhält, wird der Verbrauch an Naturgas vermindert und die Gesamtenergieeffizienz des Reduktionsverfahrens verbessert. Dabei bleibt festzuhalten, dass die nachfolgende Beschreibung zwar ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduktion von Eisenerz zu Schwammeisen betrifft, es für den Fachmann aber klar ist, dass die Erfindung auch auf die Behandlung von anderen Erzen als Metallerzen anwendbar ist.ization and cementation in the reduction of iron ore to sponge iron The invention relates to the gaseous reduction of granular metal ore to metal in granular form in a moving bed reactor with a vertical shaft and in particular a method zur.Herstellung of a "balanced" sponge metal product with a pre-selected and controlled level of metallization and cementation. The invention consists of a process which allows greater process flexibility and control of the metallization and cementation (carbonization) of the sponge iron product achieved by regulating the amount of carbon dioxide in the process gas and by the distribution of the fresh reducing gas in the reducing and cooling loops regulated. Except for the balanced sponge metal product that obtained by the process according to the invention, the consumption of natural gas is and the overall energy efficiency of the reduction process is improved. Included It should be noted that although the following description is a method and a Device for reducing iron ore to sponge iron concerns it for the skilled person but it is clear that the invention also applies to the treatment of ores other than Metal ores is applicable.
Typischerweise wird die Herstellung von Schwammeisen in einem Bewegtbettreaktor mit Vertikal schacht durchgeführt und zwar in zwei Hauptstufen: nämlich der Reduktion des Erzes in einer Reduktionszone, durch welche ein geeignetes heisses Reduktionsgas, das sich hauptsächlich durch Kohlenmonoxid und Wasserstoff zusammensetzt, bei einer Temperatur im Bereich von 700 bis 1.0000C und vorzugsweise 750 bis 950"C geleitet wird, und der Kühlung des reduzierten Schwammeisens in einer Kühlzone, durch welche ein gasförmiges Kühlmittel bei einer Temperatur unterhalb etwa 2000C und vorzugsweise unterhalb 1000C geleitet wird. Systeme dieser allgemeinen Art werden in den US-PSen 3 765 872, 3 816 102 und 4 216 011 beschrieben, in denen ein senkrechter Reaktor mit einer Reduktionszone im oberen Teil und einer Kühlzone im unteren Teil verwendet wird. Das zu behandelnde Erz wird am Kopf des Reaktors aufgegeben und dort nach unten durch die Reduktionszone fliessen gelassen, wo es durch heisses Reduktionsgas reduziert wird und anschliessend fliesst das reduzierte Erz in die Kühlzone nach unten, wo es durch Berührung mit einem Strom eines geeigneten Kühlgases abgekühlt und zementiert wird. Das gekühlte Schwammeisen wird dann am Boden des Reaktors entnommen. Typischerweise werden sowohl das Reduktionsgas als auch das Kühlgas im Kreislauf gefahren, gewünschtenfalls in geschlossenen Schleifen, zu denen Ströme von frischem (sogenanntem make-up) Reduktionsgas zugegeben wird und aus denen Ströme von verbrauchtem Gas abgezogen werden.Typically, the manufacture of sponge iron is carried out in a moving bed reactor carried out with a vertical shaft in two main stages: namely the reduction of the ore in a reduction zone through which a suitable hot reducing gas, which is composed mainly of carbon monoxide and hydrogen, in one Temperature in the range of 700 to 1.0000C and preferably 750 to 950 "C is, and the cooling of the reduced sponge iron in a cooling zone through which a gaseous coolant at a temperature below about 2000C and preferably is conducted below 1000C. Systems of this general type are described in U.S. Patents 3,765,872, 3,816,102, and 4,216,011, in which a vertical reactor used with a reduction zone in the upper part and a cooling zone in the lower part will. The ore to be treated is placed at the top of the reactor and then after down through the reduction zone let flow where it is hot Reducing gas is reduced and then the reduced ore flows into the Cooling zone down where it comes into contact with a stream of a suitable cooling gas is cooled and cemented. The cooled sponge iron is then placed on the bottom of the Taken from the reactor. Typically, both the reducing gas and the Cooling gas circulated, if desired in closed loops, to which Streams of fresh (so-called make-up) reducing gas is added and from which Streams of spent gas are withdrawn.
Bei einer Reihe von bekannten Direktreduktionsverfahren wird das zur Reduktion des Eisens benötigte Reduktionsgas in einer katalytischen Reformiereinheit durch Umwandlung von Naturgas gemäss den folgenden Gleichungen erzeugt: Bei den Reformierreaktionen von Naturgas, das sich hauptsächlich aus Methan zusammensetzt, wird dieses in Wasserstoff und Kohlenmonoxid in Gegenwart eines Oxidationsmittels aus entweder Wasser oder Kohlendioxid umgewandelt. Als Ergebnis erhält man ein Reformiergas, das sich im wesentlichen aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid zusammensetzt. In jüngerer Zeit ist es aufgrund der Abnahme der Verfügbarkeit und der zunehmenden Kosten für Naturgas ausserordentlich wichtig und wünschenswert geworden, für ein Direktreduktionsverfahren die erforderliche Menge an Naturgas zu minimalisieren.In a number of known direct reduction processes, the reducing gas required to reduce the iron is generated in a catalytic reforming unit by converting natural gas according to the following equations: In the reforming reactions of natural gas, which is mainly composed of methane, it is converted into hydrogen and carbon monoxide in the presence of an oxidizing agent from either water or carbon dioxide. As a result, a reforming gas is obtained which is composed essentially of hydrogen and carbon monoxide. More recently, with the decrease in availability and the increasing cost of natural gas, it has become extremely important and desirable to minimize the amount of natural gas required for a direct reduction process.
Das in die Reduktionszone des Reaktors eingeführte Reduktionsgas hat typischerweise eine höhere Temperatur und berührt das nach unten strömende Eisenerz, wodurch das darin enthaltene Eisenoxid gemäss den folgenden Grundreaktionen reduziert wird: Das verbrauchte, den Reaktor verlassende Reduktionsgas wird gekühlt, um das durch die Reduktion des Eisenerzes mit Wasserstoff gebildete Wasser zu entfernen und anschliessend wird das entwässerte Abgas in die Reduktionszone des Reaktors rezirkuliert. Die Rezierkulierung oder das Recycling des Abgases kann auf verschiedene Weise erfolgen: Zum Beispiel kann man das Gas direkt zurück in den Reaktor führen oder man kann das Gas zunächst durch den Reformer und eine Heizvorrichtung führen oder man kann das Gas nur durch die Heizvorrichtung im Kreislauf führen. In jedem Fall gibt man jedoch frisches Reduktionsgas zu dem im Kreislauf gefahrenen Abgas zu, bevor dieses in den Reaktor eingeführt wird. Da die Menge an dem während des Reduktionsverfahrens gebildeten Kohlendioxid in dem Reaktor beachtlich ist, muss ein Teil des verbrauchten Gases abgelüftet oder gereinigt werden, um eine geeignete Gesamtkohlenstoffbilanz innerhalb der Reduktionszone aufrecht zu erhalten.The reducing gas introduced into the reduction zone of the reactor is typically at a higher temperature and contacts the iron ore flowing downwards, whereby the iron oxide contained therein is reduced according to the following basic reactions: The used reducing gas leaving the reactor is cooled in order to remove the water formed by the reduction of the iron ore with hydrogen and then the dehydrated exhaust gas is recirculated into the reduction zone of the reactor. The recirculation or recycling of the exhaust gas can be done in different ways: For example, the gas can be fed back directly into the reactor, or the gas can first be fed through the reformer and a heating device, or the gas can only be circulated through the heating device . In any case, however, fresh reducing gas is added to the circulating exhaust gas before it is introduced into the reactor. Since the amount of carbon dioxide formed in the reactor during the reduction process is significant, some of the spent gas must be vented or cleaned in order to maintain a suitable overall carbon balance within the reduction zone.
Wie vorher schon erwähnt, stellt das frische Reduktionsgas, das typischerweise durch katalytische Umwandlung von Methan in dem in das Verfahren zugeführten Naturgas erzeugt wird, die Nettokohlenstoffzufuhr zu dem Verfahren aufgrund des Kohlenstoffgehaltes des Naturgases dar. Um das Reduktionsverfahren unter konstanten Bedingungen und kontinuierlich durchführen zu können, ist es erforderlich, den Kohlenstoff aus dem System in einer solchen Menge zu entfernen, die im wesentlichen der Nettomenge der zugeführten Kohlenstoffmenge äquivalent ist. Kohlenstoff kann aus dem System in kombinierter Form mit dem Schwammeisen in Form von Eisenkarbid oder in gasförmiger Form als CO, CO2 und CH4, das aus der Kreislaufschleife in Form von verbrauchtem Gas abgelüftet wird, aus dem System entfernt werden.As mentioned earlier, the fresh reducing gas, typically by catalytic conversion of methane in the natural gas fed into the process is generated, the net carbon input to the process due to the carbon content of the natural gas. To the reduction process under constant conditions and To be able to carry out continuously, it is necessary to remove the carbon from the System to be removed in such an amount that is essentially the net amount of the supplied amount of carbon is equivalent. Carbon can be in from the system combined form with the sponge iron in the form of iron carbide or in gaseous form Form as CO, CO2 and CH4, which comes out of the circulatory loop in the form of consumed Gas is vented, removed from the system.
Ein geeignetes Gleichgewicht zwischen der Menge des in das Verfahren eintretenden und austretenden Kohlenstoffs ist erforderlich, um eine zu grosse Kohlenstoffabscheidung auf der Schwammeisen, das sich durch den Reaktor bewegt, zu vermeiden. Zwar kann man Kohlenstoff wirksam aus dem Verfahren eliminieren, indem man wenigstens einen Teil des Abgases aus dem Reaktor ablüftet, jedoch geht bei diesem Verfahren auch der Wasserstoff, der ebenfalls im Abgas vorliegt und der besonders wirksam bei der Reduktion ist, verloren.A suitable balance between the amount of in the process Entering and exiting carbon is necessary to prevent excessive carbon deposition to avoid the sponge iron moving through the reactor. Although it can one can effectively eliminate carbon from the process by having at least one part of Exhaust gas vented from the reactor, however, goes with this Process also the hydrogen, which is also present in the exhaust gas and which is special is effective in reducing, lost.
Es besteht somitein echtes Bedürfnis für ein direktes gasförmiges Reduktionsverfahren, bei dem man den Kohlenstoff aus dem Verfahren abziehen kann, ohne dass ein Verlust an wertvollen Reduktionskomponenten, wie Wasserstoff oder Methan, eintritt. Es besteht auch ein Bedürfnis für ein Reduktionsverfahren, welches flexibler ist hinsichtlich der Kontrolle des Niveaus der Metallisierung und Zementierung des Schwammeisenproduktes.There is thus a real need for a direct gaseous one Reduction process in which the carbon can be extracted from the process, without a loss of valuable reducing components, such as hydrogen or Methane, entering. There is also a need for a reduction process which is more flexible in terms of controlling the level of metallization and cementation of the sponge iron product.
Eine solche Verfahrensflexibilität wird wünschenswerterweise gleichzeitig mit einer Optimierung des Gesamtenergieverbrauchs des Direktreduktionsverfahrens erzielt.Such procedural flexibility desirably becomes concurrent with an optimization of the total energy consumption of the direct reduction process achieved.
Erfindungsgemäss wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, mittels welchen man eine grössere Verfahrensflexibilität hinsichtlich des Metallisierungs- und Zementierungsgrades des Schwammeisenproduktes erzielt und wobei man gleichzeitig den Verbrauch an Naturgas in dem Reduktionsverfahren minimalisiert und den Gesamtenergiebedarf- optimiert.According to the invention, a method and a device are available provided, by means of which one has a greater procedural flexibility with regard to the degree of metallization and cementation of the sponge iron product and while minimizing the consumption of natural gas in the reduction process and the total energy demand - optimized.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein neues Verfahren und eine Vorrichtung zur Direktreduktion von Eisenerz zu Schwammeisen zur Verfügung zu stellen, bei welchem das gewünschte Niveau der Metallisierung und Zementierung des Schwammeisenproduktes ausgewählt und reguliert werden kann.It is an object of the invention to provide a new method and apparatus for the direct reduction of iron ore to sponge iron available, in which the desired level of metallization and cementation of the sponge iron product selected and regulated can be.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Direktreduktionsverfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, worin der Naturgasverbrauch minimiert und der Gesamtenergieverbraucht optimiert wird.It is another object of the present invention to provide a direct reduction process and to provide an apparatus wherein natural gas consumption is minimized and the total energy consumption is optimized.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein neues Verfahren und eine Vorrichtung zur Direktreduktion von Eisenerz zu Schwammeisen zur Verfügung zu stellen, bei dem die Gesamtkohlenstoffbilanz wirksam überwacht werden kann. Weitere Ziele der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor.Another object of the invention is to provide a new method and a To provide a device for the direct reduction of iron ore to sponge iron, where the overall carbon balance can be effectively monitored. Other goals of the invention will emerge from the following description.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird dargelegt, dass die Reduktion von FeO in der Reduktionszone des Reaktors durch eine Umsetzung des heissen Reduktionsgases, das sich hauptsächlich aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff zusammensetzt, wie folgt verläuft: Die Zementierungsreaktionen, die gleichzeitig im Reaktor mit den Reduktionsreaktionen ablaufen, können durch diefolgenden Gleichungen ausgedrückt werden: Es ist bekannt, dass die obigen Zementierungsreaktionen bei Temperaturen im Bereich von etwa 500 bis 7000C begünstigt werden und dass die Kohlenstoffabscheidung auf dem Schwammeisen deshalb in viel grösserem Masse in der Kühlzone des Reaktors stattfindet.For a better understanding of the invention, it is shown that the reduction of FeO in the reduction zone of the reactor by conversion of the hot reducing gas, which is mainly composed of carbon monoxide and hydrogen, proceeds as follows: The cementation reactions that take place in the reactor at the same time as the reduction reactions can be expressed by the following equations: It is known that the above cementing reactions are favored at temperatures in the range from about 500 to 7000 ° C. and that the carbon deposition on the sponge iron therefore takes place to a much greater extent in the cooling zone of the reactor.
Aus der Gleichung (8) wird deutlich, dass die Zementierungsrate in der Reduktionszone und in der Kühlzone zu einem grossen Masse durch die Konzentration von in dem Reduktions- oder Kühlgas enthaltenen CO abhängig ist. In gleicher Weise kann man aus der Gleichung (6) entnehmen, dass die Reduktionsrate in erheblichem Masse durch die Konzentration von CO im Reduktionsgas bestimmt wird.From equation (8) it is clear that the cementation rate in the reduction zone and in the cooling zone to a large extent due to the concentration is dependent on CO contained in the reducing or cooling gas. In the same way one can see from equation (6) that the rate of reduction is considerable Mass is determined by the concentration of CO in the reducing gas.
Wie vorher erwähnt, ist es bekannt, Kohlenstoff aus dem Reduktionsverfahren zu eliminieren, um die gewünschte Gesamtkohlenstoffbilanz zu erhalten, indem man wenigstens einen Teil des verbrauchten Kreislaufgases ablüftet. Die vorliegende Erfindung stellt eine alternative Methode und eine Vorrichtung zur selektiven Eliminierung von Kohlenstoff aus dem Reduktionssystem zur Verfügung, indem man kontrolliert Kohlendioxid aus dem im Kreislauf des Reaktors geführten verbrauchten Gas absorbiert. Durch die Absorption von Kohlendioxid aus dem Kreislaufgas kann man die erforderliche Menge an Kohlenstoff eliminieren, ohne dass ein Verlust an Wasserstoff in dem System stattfindet.As previously mentioned, it is known to produce carbon from the reduction process to get the desired total carbon footprint by adding ventilates at least part of the used cycle gas. The present Invention provides an alternative method and apparatus for selective elimination of carbon from the reduction system available by controlling carbon dioxide absorbed from the spent gas circulating in the reactor. Through the Absorption of carbon dioxide from the cycle gas can be the required amount of carbon without loss of hydrogen taking place in the system.
Als Ergebnis muss man weniger Naturgas zum Kompensieren des Verlustes der Reduktionskapazität in dem Kreislaufgas, im Vergleich zu den bekannten Systemen, bei denen ein erheblicher Teil des Kreislaufgases gereinigt oder abgelüftet wird, zufügen.As a result, one has to use less natural gas to compensate for the loss the reduction capacity in the cycle gas, compared to the known systems, where a significant part of the cycle gas is cleaned or is vented, add.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines vertikalen Bewegtbett-Reduktionsreaktors zum Reduzieren von Eisenerz zu Schwammeisen, um den gewünschten Grad der Metallisierung des reduzierten Erzes und den gewünschten Grad der Zementierung zu erreichen, indem man den Reaktor mit einem vorbestimmten Fluss des Reduktionsgases, das im wesentlichen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff zusammengesetzt ist, versorgt und das Verhältnis des Reduktionsgasstroms in die Reduktionszone zu dem Reduktionsgasstrom in die Kühlzone variiert, um dadurch wenigstens die Menge der Metallisierung und die Menge der Zementierung zu verändern, während man die Kohlendioxidkonzentration sowohl in der Reduktionszone als auch in der Kühlzone bei einem Wert aufrecht erhält, bei dem man den gewünschten Grad der Metallisierung und Zementierung des Schwammetallproduktes erzielt.The invention relates to a method for operating a vertical Moving bed reduction reactor for reducing iron ore to sponge iron, around the desired level of metallization of the reduced ore and the desired level Achieve the cementation by running the reactor at a predetermined flow of the reducing gas, which is composed essentially of carbon monoxide and hydrogen is, supplied and the ratio of the reducing gas flow into the reduction zone the reducing gas flow in the cooling zone varies, thereby at least the amount of metallization and the amount of cementation while changing the Carbon dioxide concentration both in the reduction zone and in the cooling zone is maintained at a level that provides the desired level of metallization and cementing the sponge metal product.
Die Ziele und die Vorteile der Erfindung werden am besten anhand der Zeichnungen verstanden.The objects and advantages of the invention are best understood from the Drawings understood.
Fig. 1 ist ein Diagramm eines Systems mit einem Bewegtbettreaktor mit senkrechtem Schaft gemäss einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens, Fig. 2 zeigt eine Kurve, in welcher der Prozentsatz der Metallisierung als Funktion des relativen Gasstroms in die Reduktions- und Kühlzonen gezeigt wird, Fig. 3 zeigt eine Kurve für den Prozentsatz an Kohlenstoff auf dem Schwammeisen, d.h. die Zementierung, als Funktion des relativen Gasstroms in die Reduktionszonen und Kühlzonen, und Fig. 4 zeigt eine Kurve für den Gesamtprozentsatz des in Form von CO2 absorbierten Kohlenstoffs als Funktion des relativen Gasflusses in die Reduktions- und Kühlzonen.Figure 1 is a diagram of a system including a moving bed reactor with a vertical shaft according to a preferred embodiment of the invention Process, Fig. 2 shows a curve in which the percentage of metallization as a function of the relative gas flow in the reduction and Cooling zones Figure 3 shows a graph for the percentage of carbon on the Sponge iron, i.e. the cementation, as a function of the relative gas flow into the Reduction zones and cooling zones, and Figure 4 shows a graph for the total percentage of the carbon absorbed in the form of CO2 as a function of the relative gas flow in the reduction and cooling zones.
Bezugnehmend auf Fig. 1 wird eine katalytische Reformiereinheit 80 bekannter Art mit Naturgas durch eine Leitung 78 und mit Dampf, der durch eine Leitung 79 eingespritzt wird, versorgt. Der Dampf wird aus Wasser erzeugt, die durch eine Leitung 85 in einen Abwärmeofen 84 durch die Schlangen der Leitung 79 in den Schacht 81 eingeführt wird. Das Naturgas und das Dampfgemisch werden vorerhitzt, indem es durch Schlangen im Schachtteil 81 des Reformers 80 geleitet wird, worauf man es dann durch ein erhitztes Katalysatorbett im unteren Teil 82 des Reformers strömen lässt, wo es in eine Gasmischung umgewandelt wird, die hauptsächlich aus Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Wasserdampf besteht.Referring to FIG. 1, a catalytic reforming unit 80 known type with natural gas through a line 78 and with steam through a line 79 is injected, supplied. The steam is generated from water that is passed through a Line 85 into a waste heat furnace 84 through the coils of line 79 into the shaft 81 is introduced. The natural gas and the steam mixture are preheated by it is passed through snakes in the shaft part 81 of the reformer 80, whereupon it then flow through a heated catalyst bed in the lower portion 82 of the reformer leaves, where it is converted into a gas mixture consisting mainly of carbon monoxide, Consists of hydrogen and water vapor.
Das reformierte Gas verlässt den Reformer 80 durch eine Leitung 83 und tritt in einen Abschreckkühler 90 ein, wo das Gas gekühlt und entwässert wird. Beim Verlassen des Kühlers 90 strömt das Gas durch eine Leitung 92, die ein Durchflussstrom-Stellglied 94 aufweist mit einer Fliessrate, die als Fg bezeichnet wird. Der Gasstrom F0 teilt sich in zwei getrennte Ströme auf, nämlich in F1, der durch die Leitung 95 fliesst und als Ergänzungsreduktionsgas in der Reduktionsschleife verwendet wird, und in F4, der durch eine Leitung 96 fliesst und als Ergänzungskühlgas in der Kühl schleife verwendet wird.The reformed gas leaves the reformer 80 through a line 83 and enters a quench cooler 90 where the gas is cooled and dewatered. Upon exiting the cooler 90, the gas flows through a conduit 92 which is a flow rate actuator 94 has at a flow rate referred to as Fg. Of the Gas stream F0 splits into two separate streams, namely F1, which flows through the Line 95 flows and is used as make-up reducing gas in the reduction loop is, and in F4, which flows through a line 96 and as supplementary cooling gas in the cooling loop is used.
Unter besonderer Bezugnahme auf die Reduktionsschleife, wie sie in Fig. 1 gezeigt wird, fliesst der Gasstrom F1 durch eine Leitung 95, die mit einem Durchflussstrom-Stellglied 97 versehen ist und wird mit dem verbrauchten Gas aus dem Reaktor, das in die Reduktionszone zurückgeführt wird und das als F3 bezeichnet wird, vereint undbildet einen Reduktionsgasstrom F2l der durch eine Leitung 98 in einen Erhitzer 100 strömt, worin das Gas in bekannter Weise auf eine Temperatur im Bereich von 700 bis 1.100"C, vorzugsweise etwa 9000C, erhitzt wird. Das erhitzte Reduktionsgas verlässt den Erhitzer 100 durch eine Leitung 101 und tritt in die Reduktionszone 12 des mit 10 bezeichneten Reaktors ein.With particular reference to the reduction loop as set out in Fig. 1 is shown, the gas stream F1 flows through a line 95 which is connected to a Flow rate actuator 97 is provided and is made with the spent gas the reactor which is returned to the reduction zone and which is designated as F3 is, combined and forms a reducing gas flow F2l through a line 98 in a heater 100 flows wherein the gas is raised to a temperature in a known manner is heated in the range of 700 to 1,100 "C, preferably about 9000C. The heated Reducing gas leaves the heater 100 through a line 101 and enters the Reduction zone 12 of the reactor designated 10 a.
Das in die Reduktionszone 12 des Reaktors 10 eintretende Reduktionsgas lässt man darin nach oben in Kontakt mit dem absteigenden Eisenerz fliessen, um dadurch die Reduktion des darin enthaltenen Eisenerzes zu bewirken. Das verbrauchte Reduktionsgas verlässt den Reaktor 10 durch eine Leitung 18 und tritt in den Kühler 20 ein, wo es gekühlt und entwässert wird Das gekühlte und entwässerte verbrauchte Gas verlässt den Kühler 20 durch eine Leitung 21, wobei ein Teil des Gases,der mit F6 bezeichnet wird, durch eine Leitung 22, die mit einem Durchflussstrom-Stellglied 24 ausgerüstet ist, abgelüftet oder zu einem Lagerraum transportiert wird. Der mit F6 bezeichnete Gas strom kann auch als Brennstoff in dem Reformer 80 oder in dem Erhitzer 100 verwendet werden.The reducing gas entering the reducing zone 12 of the reactor 10 is allowed to flow upward therein in contact with the descending iron ore to thereby effect the reduction of the iron ore contained therein. The spent reducing gas leaves the reactor 10 through a line 18 and enters the cooler 20, where it is cooled and dewatered. The cooled and dewatered spent gas leaves the cooler 20 through a line 21, with part of the gas designated by F6 is, through a line 22, which is equipped with a flow rate actuator 24, vented or transported to a storage room. The gas flow denoted by F6 can also be used as fuel in the reformer 80 or in the heater 100.
Der grössere Teil des verbrauchten Gases aus dem Reaktor fliesst durch eine Leitung 25 in die Ansaugseite des Kompressors 26. Das komprimierte verbrauchte Gas verlässt den Kompressor 26 durch eine Leitung 28 und fliesst in eine Kohlendioxid-Absorptionseinheit 30, worin das in dem verbrauchten Gas enthaltene Kohlendioxid entfernt wird. Nach der Entfernung des Kohlendioxids aus dem verbrauchten Gas fliesst der mit F3 bezeichnete Gasstrom durch eine Leitung 32, die mit einem Durchflussstrom-Stellglied 34 versehen ist und wird, wie vorher angegeben, mit dem Gasstrom F1 vereint.The greater part of the used gas from the reactor flows through a line 25 into the suction side of the compressor 26. The compressed consumed Gas leaves the compressor 26 through a line 28 and flows into a carbon dioxide absorption unit 30, wherein the carbon dioxide contained in the spent gas is removed. To the removal of the carbon dioxide from the consumed gas flows that designated with F3 Gas flow through a conduit 32 provided with a flow rate actuator 34 is and is, as previously indicated, combined with the gas stream F1.
Wie erwähnt, kann man einen Teil des Gasstroms Fg durch eine Leitung 96 in die Kühl schleife des Reduktionssystems als Ergänzungskühlgas fliessen lassen. Das Ergänzungskühlgas F4 fliesst durch eine Leitung 96, die mit einem Durchflussstrom-Stellglied 98 versehen ist und vereint sich mit dem Kühlgas, das in der Kühlschleife des Reaktors 10 im Kreislauf geführt wird, unter Ausbildung eines mit F5 bezeichneten Kühlgasstroms. Gasströme F5 fliessen durch eine Leitung 99 und werden in die Kühlzone 14 des Reaktors 10 eingeleitet. Man lässt das Kühlgas durch die Kühlzone in Kontakt mit dem absteigenden reduzierten Schwammeisen kommen, um das darin enthaltene Schwammeisen zu kühlen und zu zementieren. Das Kühlgas verlässt die Kühlzone 14 durch eine Leitung 103 und tritt in einen Kühler 110 ein, wo es gekühlt und entwässert wird. Der gekühlte und entwässerte Gasstrom fliesst durch eine Leitung 112 in die Ansaugseite des Kompressors 116, wo es zurück in die Kühlzone 14 durch eine Leitung 118 gepumpt wird, nachdem es mit dem Strom F4 unter Ausbildung des Stroms F5 vereint wurde.As mentioned, part of the gas flow Fg can be passed through a line 96 let flow into the cooling loop of the reduction system as supplementary cooling gas. The make-up cooling gas F4 flows through a line 96 connected to a flow-through actuator 98 is provided and combines with the cooling gas in the cooling loop of the reactor 10 is circulated, with the formation of a cooling gas flow denoted by F5. Gas streams F5 flow through a line 99 and are in the cooling zone 14 of the reactor 10 initiated. One lets the cooling gas through the cooling zone in contact with the descending one reduced sponge iron come to the sponge iron it contains to cool and cement. The cooling gas leaves the cooling zone 14 through a line 103 and enters a cooler 110 where it is cooled and drained. The chilled one and dewatered gas stream flows through line 112 into the suction side of the compressor 116, after which it is pumped back into the cooling zone 14 through a line 118 it was combined with the stream F4 to form the stream F5.
Es bleibt festzuhalten, dass in der Kühlzone der in Fig. 1 beschriebenen Ausführungsform keine äussere Reinigung benötigt wird.It should be noted that in the cooling zone the one described in FIG. 1 Embodiment no external cleaning is required.
Ein Teil des Ergänzungsstroms F4 wird durch die Reduktions- und Zementierungsreaktionen der vorerwähnten Art, die in der Kühlzone 14 ablaufen, verbraucht, während der restliche Teil des in die Kühlzone 14 eingeführten Ergänzungskühlgases in die Reduktionszone 12 innerhalb des Reaktors 10 strömt. Durch die Absorption von Kohlendioxid in dem verbrauchten Kreislaufgas kann Kohlenstoff selektiv aus dem System entfernt werden, ohne dass die anderen reduzierenden Komponenten verlorengehen und dadurch wird die Menge des dem Verfahren zuzuführenden Naturgases minimalisiert. Im praktischen Betrieb werden die Gasströme F01 F2 und F5 vorzugsweise bei einem konstanten Wert gehalten, weil diese Ströme die optimale Ausführung der Reformiereinheit, der Heizeinheit und des Kühlschleifenkompressors bestimmen. Eine typische Gaszusammensetzung des Stroms Fg ist die folgende: Vol.% H2 73,0 CO 14,2 CO2 8,5 CH4 3,5 H2O 0,5 N2 0,3 Das im Strom Fg enthaltene Kohlenmonoxid wird als Reduktionsmittel gemäss den Gleichungen (3), (4) und (5) oder als Zementierungsmittel gemäss der Gleichung (8) verwendet. Wie schon erwähnt, ist es bekannt, dass bei der Direktreduktion von Schwammeisen Kohlenmonoxid dazu neigt, Eisenoxid bei höheren Temperaturen zu reduzieren, während die Neigung zur Abscheidung von Kohlenstoff auf dem Schwammprodukt bei niederen Temperaturen besteht. Um sowohl die Metallisierung als auch den Kohlenstoffgehalt des Schwammeisenproduktes zu kontrollieren, um ein "ausgeglichenes" Produkt mit mitentweder einer höheren Metallisierung und einer niedrigeren Zementierung oder einer niedrigeren Metallisierung und einemhöheren Kohlenstoffgehalt zu erzielen, werden die relativen Mengen des Ergänzungsgasstroms F4 zu der Kühlschleife und von F1 zu der Reduktionsschleife variabel kontrolliert. Das heisst mit anderen Worten, dass man durch Konstanthalten der Gasströme F0 F2 und F5 und durch Variation des Gasstromverhäl£nisses F4/Fo ein ausgeglichenes Schwammeisenprodukt erhält.Part of the make-up flow F4 is produced by the reduction and cementation reactions of the aforementioned type, which run in the cooling zone 14, consumed, while the rest Part of the supplemental cooling gas introduced into the cooling zone 14 into the reduction zone 12 flows within the reactor 10. By absorbing carbon dioxide in the used cycle gas, carbon can be selectively removed from the system, without the other reducing components being lost and thereby the The amount of natural gas to be added to the process is minimized. In practical operation the gas flows F01, F2 and F5 are preferably kept at a constant value, because these streams are the optimal execution of the reforming unit, the heating unit and the cooling loop compressor. A typical gas composition of the Stroms Fg is the following: Vol.% H2 73.0 CO 14.2 CO2 8.5 CH4 3.5 H2O 0.5 N2 0.3 The carbon monoxide contained in the stream Fg is used as a reducing agent according to equations (3), (4) and (5) or as a cementing agent according to Equation (8) is used. As already mentioned, it is known that with direct reduction Carbon monoxide from sponge iron tends to become iron oxide at higher temperatures while reducing the tendency for carbon to deposit on the sponge product exists at low temperatures. About both the metallization and the carbon content of the sponge iron product to ensure a "balanced" product with with either a higher metallization and a lower cementation or to achieve a lower metallization and a higher carbon content, become the relative amounts of make-up gas flow F4 to and from the cooling loop F1 to the reduction loop is variably controlled. In other words, that means that by keeping the gas flows F0 F2 and F5 constant and by varying the Gas flow ratio F4 / Fo a balanced sponge iron product is obtained.
Fig. 2 zeigt die Wirkung der Metallisierung von Schwammeisen als Funktion der Veränderung des F4/FO-Verhältnisses.Fig. 2 shows the effect of the metallization of sponge iron as a function the change in the F4 / FO ratio.
In gleicher Weise zeigt Fig. 3 die Wirkung auf den prozentualen Kohlenstoffgehalt des Schwammeisenproduktes als Funktion des F4/F0-Verhältnisses. Aus den Fig. 2 und 3 wird deutlich, dass dann, wenn das F4/F0-Verhältnis -sich Null nähert, ein Produkt mit sehr hoher Metallisierung und niedrigem Kohlenstoffgehalt erhalten wird, während dann, wenn das F4/F0-Verhältnis sich 1,0 nähert, eine niedrigere Metallisierung und ein höherer Kohlenstoffgehalt erhalten werden. Um die wichtige Wirkung, welche die Veränderung des F4/F0-Verhältnisses auf die Metallisierung und Zementierung des Schwammeisenproduktes ausübt, zu nutzen, soll der Kohlendioxidgehalt im Strom F3 annähernd Null sein. Um die gewünschte Kontrolle der Reduktions- und Zementierungsreaktionen, welche in den Reduktions- und Kühlzonen ablaufen, zu erzielen, soll wenig oder gar kein Kohlendioxid in dem dem Reaktorzugeführten Reduktions- oder Kühlgas vorhanden sein.In the same way, Fig. 3 shows the effect on the percentage carbon content of the sponge iron product as a function of the F4 / F0 ratio. From FIGS. 2 and 3 it can be seen that as the F4 / F0 ratio approaches zero, there is a product with very high metallization and low carbon content is obtained while then as the F4 / F0 ratio approaches 1.0, lower metallization and a higher carbon content can be obtained. To the important effect which the change in the F4 / F0 ratio on the metallization and cementation of the sponge iron product should use the carbon dioxide content in the stream F3 will be close to zero. In order to achieve the desired control of the reduction and cementation reactions, which take place in the reduction and cooling zones, should be achieved little or even no carbon dioxide is present in the reducing or cooling gas supplied to the reactor be.
Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen dem Prozentsatz des als Kohlendioxid absorbierten Kohlenstoffs, berechnet auf Basis des Gesamtkohlenstoffs, welcher in das System als Naturgas eintritt, als Funktion des F4/F0-Fliessverhältnisses. Die Kurve in Fig. 4 zeigt deutlich, dass dann, wenn das F4/F0-Verhältnis sich Null nähert, etwa 80 % des in das System eingeführten Kohlenstoffs als Kohlendioxid in dem Absorber entfernt werden. Dies zeigt an, dass die Menge des Kohlenstoffs in dem Produkt verhältnismässig niedrig ist. Wenn das F4/F0-Verhältnis sich 1,0 nähert, dann werden etwa 62 % des in das System eingeführten Kohlenstoffs als Kohlendioxid entfernt, während der Rest als Kohlenstoff auf dem Schwammeisen abgeschieden wird. In beiden Fällen wird die Gesamtkohlenstoffbilanz in dem System in geeigneter Weise aufrechterhalten, ohne dass die Notwendigkeit besteht, grosse Mengen an Gas abzulüften und dadurch wird die Gesamteffizienz des Reduktionsverfahrens erhöht.Fig. 4 shows the relationship between the percentage of carbon dioxide absorbed carbon, calculated on the basis of the total carbon contained in the system enters as natural gas, as a function of the F4 / F0 flow ratio. the Curve in Fig. 4 clearly shows that as the F4 / F0 ratio approaches zero, about 80% of the carbon introduced into the system as carbon dioxide in the absorber removed. This indicates that the amount of carbon in the product is proportionate is low. When the F4 / F0 ratio approaches 1.0 then about 62% of carbon introduced into the system is removed as carbon dioxide while the rest as carbon is deposited on the sponge iron. In both cases, the Overall carbon balance in the system is appropriately maintained without that there is a need to vent large amounts of gas and thereby becomes increases the overall efficiency of the reduction process.
Die her verwendeten Ausdrücke und Begriffe sollen keineswegs limitierend ausgelegt werden und es ist selbstverständlich, dass man äquivalente Massnahmen zu den gezeigten durchführen kann.The expressions and terms used here are in no way intended to be limiting be interpreted and it goes without saying that equivalent measures can perform to those shown.
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