DE4410093C1 - Process for the direct reduction of materials containing iron oxides - Google Patents
Process for the direct reduction of materials containing iron oxidesInfo
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- C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
- C21B13/0033—In fluidised bed furnaces or apparatus containing a dispersion of the material
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Direktreduktion von Eisenoxide enthaltenden Stoffen in Wirbelschichten mit Kreislaufführung von Reduktionsgas.The invention relates to a method for direct reduction of substances containing iron oxides in fluidized beds with circulation of reducing gas.
Bei der Direktreduktion von feinkörnigen, Eisenoxide enthaltenden Stoffen wie Eisenerze, Eisenerzkonzentrate oder Eisenoxide enthaltende Zwischenprodukte mittels reduzierender Gase in einer Wirbelschicht wird ein Eisenschwammprodukt (DRI) erzeugt, das pyrophore Eigenschaften aufweist und deshalb eine Nachbehandlung erfordert.In the direct reduction of fine-grained, iron oxides containing substances such as iron ores, iron ore concentrates or intermediates containing iron oxides reducing gases in a fluidized bed becomes a Sponge iron product (DRI) produces the pyrophoric Has properties and therefore post-treatment required.
Es wurden auch Verfahren zur Direktreduktion solcher Stoffe zu Eisenschwamm und Aufkohlung zu Fe₃C vorgeschlagen. Das Fe₃C-haltige Produkt ist nicht pyrophor und kann ohne Nachbehandlung gelagert und transportiert werden. Außerdem enthält es ausreichend Kohlenstoff für die Reduktion von restlichem Eisenoxid und zur Erzeugung von Wärme für das Einschmelzen des Fe₃C-haltigen Produktes.There have also been methods for direct reduction of such Substances for sponge iron and carburizing for Fe₃C suggested. The Fe₃C-containing product is not pyrophoric and can be stored without aftertreatment and be transported. It also contains enough Carbon for the reduction of residual iron oxide and to generate heat for melting of the Fe₃C-containing product.
Aus der DE-OS 27 00 427 und dem USA-Patent Nr. Re 32247 ist ein Verfahren zur Erzeugung von Fe₃C bekannt, bei dem feinkörniges Eisenoxid in einer klassischen Wirbelschicht zu Fe₃C umgesetzt wird. Als Fluidisierungsgas wird ein heißes reduzierendes Gas in die Wirbelschicht geleitet. Das Fluidisierungsgas enthält H₂, CO, CH₄, CO₂, N₂ und H₂O. Vorzugsweise wird das Verhältnis zwischen H₂ und den kohlenstoffhaltigen Bestandteilen so eingestellt, daß der Wasserstoff die Reduktion zu metallischem Eisen und der Kohlenstoff die Aufkohlung zu Fe₃C bewirkt. In diesem Fall fällt als gasförmiges Reaktionsprodukt nur Wasser an, das aus dem Abgas durch Kondensation abgeschieden werden kann. Das Verhältnis von H₂ zu gebildetem Wasser wird zwischen 2,5 : 1 und 8 : 1 gehalten und die Verhältnisse von CO zu CO₂ und H₂ zu H₂O werden im wesentlichen im Gleichgewicht mit CH₄ gehalten. Das Verhältnis von CO zu CO₂ soll vorzugsweise zwischen 1 : 1 bis 4 : 1 betragen. Die Abgase der Wirbelschicht enthalten 58,3 bis 77% H₂, 0,5% N₂, 5,2 bis 7,9% CH₄, 8,9 bis 21,4% CO, 2,0 bis 6,8% CO₂, Rest Wasserdampf, wobei das Fe₃C-Produkt 4,35 bis 8,96% C enthält. Die Temperatur in der Wirbelschicht soll zwischen 482 und 704° liegen, wobei der Bereich zwischen 549 und 632°C besonders günstig ist. Das Abgas wird nach der Abkühlung in einem indirekten Wärmetauscher in einem Wäscher mit Wasser unter dem Taupunkt des Wasserdampfes abgekühlt, wobei der Wasserdampfgehalt weitgehend auskondensiert und gleichzeitig Staub ausgewaschen wird. Das gereinigte Abgas wird in dem Wärmetauscher vorgewärmt, dann in einem Aufheizer weiter aufgeheizt und nach Regeneration durch Zugabe von reduzierenden Gasen im Kreislauf wieder als Fluidisierungsgas in den Wirbelschichtreaktor geleitet. Das Fe₃C-Produkt wird direkt in einen Ofen zur Stahlerzeugung chargiert, dessen Abgas zur Aufstärkung des Kreislaufgases verwendet wird. In einer klassischen Wirbelschicht erfolgt eine sehr schnelle Verteilung von frischem Material im Wirbelschichtbett. Dadurch enthält das ausgetragene Material immer einen Teil von unreagiertem oxidischem Material. Außerdem kann der Druckabfall vom Windkasten zum Wirbelbett unterschiedlich sein, so daß eine ungleichmäßige Gasverteilung erfolgt.From DE-OS 27 00 427 and U.S. Patent No. Re 32247 a method for the production of Fe₃C is known in which fine-grained iron oxide in a classic fluidized bed is converted to Fe₃C. A is used as the fluidizing gas hot reducing gas passed into the fluidized bed. The fluidizing gas contains H₂, CO, CH₄, CO₂, N₂ and H₂O. Preferably the ratio between H₂ and carbon-containing components adjusted so that the Hydrogen the reduction to metallic iron and the Carbon causes carburization to Fe₃C. In this Case only water is obtained as a gaseous reaction product, which are separated from the exhaust gas by condensation can. The ratio of H₂ to water formed kept between 2.5: 1 and 8: 1 and the ratios from CO to CO₂ and H₂ to H₂O are essentially in Balance kept with CH₄. The ratio of CO to CO₂ should preferably be between 1: 1 to 4: 1. The exhaust gases from the fluidized bed contain 58.3 to 77% H₂, 0.5% N₂, 5.2 to 7.9% CH₄, 8.9 to 21.4% CO, 2.0 to 6.8% CO₂, the rest of water vapor, the Fe₃C product 4.35 contains up to 8.96% C. The temperature in the fluidized bed should be between 482 and 704 °, the range between 549 and 632 ° C is particularly favorable. The exhaust gas after cooling in an indirect heat exchanger in a washer with water below the dew point of the Water vapor cooled, the water vapor content largely condensed and at the same time dust is washed out. The cleaned exhaust gas is in the Heat exchanger preheated, then continue in a heater heated up and after regeneration by adding reducing gases in the cycle again as Fluidizing gas passed into the fluidized bed reactor. The Fe₃C product is directly in an oven Steel production charges, the exhaust gas for strengthening of the cycle gas is used. In a classic Fluidized bed there is a very fast distribution of fresh material in the fluidized bed. Thereby contains the discharged material is always a part of unreacted oxidic material. In addition, the Pressure drop from the wind box to the fluidized bed varies be so that there is an uneven gas distribution.
Aus der US-PS 5,118,479 ist ein Verfahren bekannt, das die oben beschriebenen Nachteile der normalen klassischen Wirbelschicht vermeiden soll. Nach diesem Verfahren werden im Reaktor der klassischen Wirbelschicht senkrecht und parallel zueinander mehrere Bleche mit Abstand zueinander angeordnet. Jedes Blech ist alternierend an einem Ende mit der Wand des Reaktors verbunden und läßt am andern Ende einen Spalt zur Wand des Reaktors frei. Dadurch fließt das frisch aufgegebene Material labyrinthartig vom Eintrag zum Austrag. Das Fluidisierungsgas soll vorzugsweise (in Mol-%) enthalten: bis 20%, vorzugsweise 5 bis 10% CO; bis 20%, vorzugsweise 2 bis 8% CO₂; bis 80%, vorzugsweise 35 bis 50% CH₄; bis 80%, vorzugsweise 35 bis 50% H₂; 0 bis 15%, vorzugsweise 0 bis 10% N₂; bis 5%, vorzugsweise 1 bis 2% Wasserdampf. Die Reaktion erfolgt unter einem Druck von 1 bis 3,1 bar, vorzugsweise 1 bis 2,1 bar. Die Temperatur des eingeleiteten Fluidisierungsgases beträgt 500 bis 750°C, vorzugsweise 600 bis 700°C. Die Temperatur im Gasraum über dem Wirbelbett beträgt 500 bis 600°C, vorzugsweise 550 bis 600°C. Das Fe₃C-Produkt wird mit einer Temperatur von 490 bis 710°C, vorzugsweise 550 bis 600°C, ausgetragen. Auch in einer klassischen Wirbelschicht mit den beschriebenen Einbauten herrschen schlechte Reaktionsbedingungen infolge der relativ geringen Geschwindigkeiten. Für eine große Durchsatzmenge ist ein Reaktor mit großem Durchmesser erforderlich, wodurch eine gleichmäßige Gasverteilung noch schwieriger wird.A method is known from US Pat. No. 5,118,479 the above described disadvantages of normal classic Should avoid fluidized bed. According to this procedure become vertical in the reactor of the classic fluidized bed and parallel to each other several sheets at a distance arranged to each other. Each sheet is on alternately one end connected to the wall of the reactor and leaves at the other end a gap to the wall of the reactor. This causes the freshly fed material to flow labyrinthine from entry to discharge. The Fluidizing gas should preferably contain (in mol%): up to 20%, preferably 5 to 10% CO; until 20%, preferably 2 to 8% CO₂; to 80%, preferably 35 to 50% CH₄; up to 80%, preferably 35 to 50% H₂; 0 to 15%, preferably 0 to 10% N₂; up to 5%, preferably 1 up to 2% water vapor. The reaction takes place under a Pressure from 1 to 3.1 bar, preferably 1 to 2.1 bar. The Temperature of the introduced fluidizing gas is 500 to 750 ° C, preferably 600 to 700 ° C. The temperature in the gas space above the fluidized bed is 500 to 600 ° C, preferably 550 to 600 ° C. The Fe₃C product is with a temperature of 490 to 710 ° C, preferably 550 to 600 ° C, carried out. Even in a classic There is a fluidized bed with the internals described poor reaction conditions due to the relative low speeds. For a large throughput a large diameter reactor is required making gas distribution even more difficult becomes.
Aus der WO 92/02646 ist es bekannt, mindestens einen Teil des frischen Materials vor der Aufgabe in die klassische Wirbelschicht in oxidierender Atmosphäre vorzuwärmen. Die Vorwärmung erfolgt auf 500 bis 900°C. Durch die Vorwärmung soll Fe₃O₄ wenigstens teilweise zu Fe₂O₃ oxidiert werden, Sulfidschwefel und Wasser entfernt und die Beschickung vorgewärmt werden. Die Reduktion und Aufkohlung des vorgewärmten Materials erfolgt in einer klassischen Wirbelschicht mit der vorstehend beschriebenen labyrinthartigen Führung des Materials.From WO 92/02646 it is known to have at least one part of the fresh material before the classic Preheat the fluidized bed in an oxidizing atmosphere. The Preheating takes place at 500 to 900 ° C. Through the Preheating should Fe₃O₄ at least partially to Fe₂O₃ be oxidized, sulfide sulfur and water removed and the feed is preheated. The reduction and The preheated material is carburized in one classic fluidized bed with the above described labyrinthine guidance of the material.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst weitgehende Reduktion in relativ geringer Zeit und wirtschaftlicher Weise zu ermöglichen, wobei ein Produkt mit geringerem Kohlenstoffgehalt gegenüber Fe₃C erhalten wird.The invention is based, if possible extensive reduction in a relatively short time and to enable economical use of a product obtained with a lower carbon content compared to Fe₃C becomes.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daßThis object is achieved according to the invention as a result of that
- a) in einer ersten Reduktionsstufe die Eisenoxide enthaltenden Stoffe in den Wirbelschichtreaktor eines zirkulierenden Wirbelschichtsystems chargiert werden, heißes Reduktionsgas als Fluidisierungsgas in den Wirbelschichtreaktor eingeleitet wird, eine Vorreduktion der Eisenoxide erfolgt, die aus dem Wirbelschichtreaktor ausgetragene Suspension im Rückführzyklon der zirkulierenden Wirbelschicht weitgehend von Feststoff befreit und der abgeschiedene Feststoff in den Wirbelschichtreaktor derart zurückgeleitet wird, daß innerhalb der zirkulierenden Wirbelschicht der stündliche Feststoffumlauf mindestens das Fünffache des im Wirbelschichtreaktor befindlichen Feststoffgewichts beträgt,a) in a first reduction stage, the iron oxides containing substances in the fluidized bed reactor circulating fluidized bed system are charged, hot reducing gas as fluidizing gas in the Fluidized bed reactor is initiated, a Pre-reduction of the iron oxides takes place from the Fluidized bed reactor discharged suspension in the Recycle cyclone of the circulating fluidized bed largely freed of solids and the separated Solid in the fluidized bed reactor like this that is circulating within the circulating Fluidized bed the hourly solids circulation at least five times that in the fluidized bed reactor solid weight is
- b) Feststoff aus der ersten Reduktionsstufe in einer zweiten Reduktionsstufe in eine klassische Wirbelschicht geleitet wird, heißes Reduktionsgas als Fluidisierungsgas in die klassische Wirbelschicht geleitet wird, der restliche Sauerstoff abgebaut und der Eisengehalt zu < 50% in Fe₃C überführt wird, das Abgas aus der klassischen Wirbelschicht als Sekundärgas in den Wirbelschichtreaktor gemäß (a) geleitet und aus der klassischen Wirbelschicht das Produkt abgezogen wird, b) Solid from the first reduction stage in one second reduction stage into a classic one Fluidized bed is passed, hot reducing gas as Fluidizing gas in the classic fluidized bed is directed, the remaining oxygen is broken down and <50% of the iron content is converted into Fe₃C Exhaust gas from the classic fluidized bed as Secondary gas in the fluidized bed reactor according to (a) and from the classic fluidized bed Product is withdrawn,
- c) das Abgas aus dem Rückführzyklon gemäß (a) unter den Taupunkt abgekühlt und Wasser aus dem Abgas auskondensiert wird,c) the exhaust gas from the recycle cyclone according to (a) under the Cooled down dew point and water from the exhaust gas is condensed out,
- d) ein Teilstrom des Abgases abgeführt wird,d) a partial flow of the exhaust gas is removed,
- e) der restliche Teilstrom nach einer Regeneration durch Zugabe von reduzierendem Gas und Aufheizung als Kreislaufgas zum Teil als Fluidisierungsgas in den Wirbelschichtreaktor der ersten Reduktionsstufe gemäß (a) und zum Teil in die Wirbelschicht der zweiten Reduktionsstufe gemäß (b) geleitet wird.e) the remaining partial flow after regeneration Addition of reducing gas and heating as Recycle gas partly as a fluidizing gas in the Fluidized bed reactor according to the first reduction stage (a) and partly in the fluidized bed of the second Reduction stage is passed according to (b).
Das System der zirkulierenden Wirbelschicht besteht aus einem Wirbelschichtreaktor, einem Abscheider zum Abscheiden von Feststoff aus der aus dem Wirbelschichtreaktor ausgetretenen Suspension - im allgemeinen einem Rückführzyklon - und einer Rückführleitung für den abgeschiedenen Feststoff in den Wirbelschichtreaktor. Das Prinzip der zirkulierenden Wirbelschicht zeichnet sich dadurch aus, daß im Unterschied zur "klassischen" Wirbelschicht, bei der eine dichte Phase durch einen deutlichen Dichtesprung von dem darüber befindlichen Gasraum getrennt ist, Verteilungszustände ohne definierte Grenzschicht vorliegen. Ein Dichtesprung zwischen dichter Phase und darüber befindlichem Stauraum ist nicht vorhanden, jedoch nimmt innerhalb des Reaktors die Feststoffkonzentration von unten nach oben ständig ab. Aus dem oberen Teil des Reaktors wird eine Gas-Feststoff-Suspension ausgetragen. Bei der Definition von Betriebsbedingungen über die Kennzahlen von Froude und Archimedes ergeben sich folgende Bereiche:The system of the circulating fluidized bed consists of a fluidized bed reactor, a separator for Separation of solid from the Fluidized bed reactor leaked suspension - in generally a recycle cyclone - and one Return line for the separated solid in the Fluidized bed reactor. The principle of circulating Fluidized bed is characterized in that in Difference to the "classic" fluidized bed, in which one dense phase by a clear density jump from that the gas space above is separated, Distribution states without a defined boundary layer available. A leap in density between the dense phase and there is no storage space above, however, within the reactor, the Solids concentration from bottom to top constantly. The upper part of the reactor becomes one Gas-solid suspension discharged. With the definition operating conditions via Froude's key figures and Archimedes arise the following areas:
bzw.respectively.
0,01 Ar 100,0.01 ar 100,
wobeiin which
sind.are.
Es bedeuten:
u die relative Gasgeschwindigkeit in m/sec
Ar die Archimedes-Zahl
Fr die Froude-Zahl
ρg die Dichte des Gases in kg/m³
ρk die Dichte des Feststoffteilchens in kg/m³
dk den Durchmesser des kugelförmigen Teilchens in in
ν die kinematische Zähigkeit in m²/sec
g die Gravitationskonstante in m/sec².It means:
u the relative gas velocity in m / sec
Ar is the Archimedes number
For the Froude number
ρ g is the density of the gas in kg / m³
ρ k is the density of the solid particle in kg / m³
d k is the diameter of the spherical particle in in
ν the kinematic toughness in m² / sec
g is the gravitational constant in m / sec².
Die Vorreduktion in der zirkulierenden Wirbelschicht erfolgt auf einen Reduktionsgrad von etwa 60 bis 90%. In diesem Bereich wird der vom jeweiligen Reduktionsverhalten des Erzes abhängige optimale Wert in bezug auf die Ausnutzung des Reduktionsgases eingestellt. Die Temperatur im Reaktor der zirkulierenden Wirbelschicht wird auf etwa 550 bis 650°C eingestellt. The pre-reduction takes place in the circulating fluidized bed to a degree of reduction of about 60 to 90%. In this The range is determined by the respective reduction behavior of the Ore dependent optimal value in terms of exploitation of the reducing gas set. The temperature in the reactor the circulating fluidized bed is at about 550 to 650 ° C set.
Der Teil des Feststoffs, der aus der ersten Reduktionsstufe in die zweite Reduktionsstufe geleitet wird, kann aus der Rückführleitung der zirkulierenden Wirbelschicht oder aus dem Wirbelschichtreaktor der zirkulierenden Wirbelschicht entnommen werden. Die Aufgabe des Feststoffs in den Wirbelschichtreaktor der zweiten Reduktionsstufe erfolgt auf einer Seite, die der Seite des Abzuges des Produktes gegenüberliegt. Die Überführung des Eisengehaltes in < 50% Fe₃C erfolgt in der klassischen Wirbelschicht. Die Temperatur in der klassischen Wirbelschicht wird auf etwa 550 bis 650°C eingestellt. Das Abgas der klassischen Wirbelschicht wird als Sekundärgas in den Wirbelschichtreaktor der zirkulierenden Wirbelschicht in einer Höhe von bis 30% der Höhe des Reaktors über dem Boden eingeleitet. Das Abgas aus dem Rückführzyklon der zirkulierenden Wirbelschicht wird soweit abgekühlt, daß der Wasserdampfgehalt im Gas auf unter etwa 1,5% gesenkt wird. Die Kühlung erfolgt im allgemeinen in einem Wäscher unter Eindüsung von kaltem Wasser. Dabei wird gleichzeitig auch restlicher Staub aus dem Gas ausgewaschen. Das Volumen des Teilstroms des Abgases, der abgeführt wird, wird so eingestellt, daß im Kreislaufgas keine Anreicherung von Stickstoff eintritt, der mit dem Aufstärkungsgas eingebracht wird. Als Aufstärkungsgas wird im allgemeinen aus Erdgas hergestelltes H₂ enthaltendes Gas, das auch CO enthalten kann, verwendet. Das aufgestärkte Kreislaufgas wird wieder komprimiert, aufgeheizt und dann zum Teil in die erste und zum Teil in die zweite Reduktionsstufe geleitet. Der Feststoff kann vor der Aufgabe in den Wirbelschichtreaktor der zirkulierenden Wirbelschicht vorgewärmt werden. Dies geschieht unter oxidierenden Bedingungen. Wenn der Feststoff aus Magnetit (Fe₃O₄) besteht oder größere Mengen davon enthält, ist eine vorherige Oxidation zu Hämatit (Fe₂O₃) erforderlich. The part of the solid that comes from the first Reduction stage passed into the second reduction stage is circulating from the return line Fluidized bed or from the fluidized bed reactor circulating fluidized bed. The Feed the solid into the fluidized bed reactor second reduction stage takes place on a side that the Side of the deduction of the product. The The iron content is converted into <50% Fe₃C in the classic fluidized bed. The temperature in the classic fluidized bed is at about 550 to 650 ° C set. The exhaust gas from the classic fluidized bed will as a secondary gas in the fluidized bed reactor circulating fluidized bed at a height of up to 30% the height of the reactor initiated above the ground. The Exhaust gas from the recirculating cyclone Fluidized bed is cooled so far that the Water vapor content in the gas reduced to below about 1.5% becomes. Cooling is generally done in a washer with cold water injected. Doing so at the same time residual dust from the gas washed out. The volume of the partial flow of the exhaust gas, the is discharged, is set so that in the cycle gas no enrichment of nitrogen occurs with the Reinforcement gas is introduced. As a fortification gas H₂ is generally made from natural gas containing gas, which may also contain CO. The strengthened cycle gas is compressed again, heated up and then partly in the first and partly in passed the second reduction stage. The solid can before feeding into the fluidized bed reactor circulating fluidized bed to be preheated. This happens under oxidizing conditions. If the solid consists of magnetite (Fe₃O₄) or larger amounts thereof contains, is a previous oxidation to hematite (Fe₂O₃) required.
Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß der größere Teil der Reduktion in der zirkulierenden Wirbelschicht erfolgt, d. h. in einem Reaktor mit relativ kleinem Durchmesser und ohne Einbauten mit gleichmäßiger Strömung. Durch den sehr guten Stoff- und Wärmeaustausch in der zirkulierenden Wirbelschicht kann die Reaktion mit relativ kurzer Verweilzeit in einer kleinen Einheit durchgeführt werden. Die restliche Reduktion und eine mögliche, teilweise Aufkohlung, die eine längere Verweilzeit erfordern, erfolgt in der klassischen Wirbelschicht, die jedoch infolge der geringen restlichen Reaktion gegenüber einer vollständigen Reaktion in der klassischen Wirbelschicht wesentlich kleiner gehalten werden kann. Durch die erfindungsgemäße Gas- und feststoffseitige Koppelung der beiden Wirbelschichten wird das Verfahren mit einer partiellen Gegenstromführung durchgeführt, wodurch ein höherer Gasumsatz bzw. ein geringerer Gasverbrauch erzielt wird.The advantages of the invention are that greater part of the reduction in the circulating Fluidized bed takes place, d. H. in a reactor with relative small diameter and without internals with uniform Flow. Due to the very good material and heat exchange in the circulating fluidized bed the reaction with relatively short dwell time in a small unit be performed. The rest of the reduction and one possible, partial carburization, which is a longer one Require dwell time takes place in the classic Fluidized bed, however, due to the small remaining Reaction versus a complete reaction in the classic fluidized bed kept much smaller can be. By the gas and solid-side coupling of the two fluidized beds the method with a partial countercurrent flow performed, whereby a higher gas conversion or a lower gas consumption is achieved.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen darin, daß der H₂-Gehalt im Reduktionsgas erhöht werden kann, wodurch geringere Kreislaufgasmengen für die Reduktion erforderlich sind. Gemäß diesem Verfahren kann die Verweilzeit in der zweiten Reduktionsstufe, die üblicherweise etwa neun Stunden beträgt, auf etwa fünf Stunden verringert werden. Aufgrund der geringeren Menge des Kreislaufgases wird auch die für die Kompression erforderliche Energie entsprechend bis zu 50% eingespart. Das nach der zweiten Reduktionsstufe erhaltene Produkt kann in brikettierter Form wie Schrott transportiert und chargiert werden. Aufgrund der geringeren Kohlenstoffmenge in dem erhaltenen Produkt, können größere Anteile, bis zu 100% einer Gesamtcharge, im Elektrolichtbogenofen eingesetzt werden. The advantages of the method according to the invention are that the H₂ content in the reducing gas can be increased, thereby lower cycle gas quantities for the reduction required are. According to this procedure, the Dwell time in the second reduction stage, the is usually about nine hours to about five Hours can be reduced. Due to the smaller amount of Recycle gas is also used for compression required energy saved up to 50%. The product obtained after the second reduction stage can transported in briquetted form like scrap and be charged. Because of the lower amount of carbon in the product obtained, larger proportions, up to 100% of a total batch, in an electric arc furnace be used.
Eine vorzugsweise Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß 50 bis 80% des Kreislaufgases als Fluidisierungsgas in die klassische Wirbelschicht der zweiten Reduktionsstufe gemäß (b) geleitet und das restliche Kreislaufgas als Fluidisierungsgas in den Wirbelschichtreaktor der zirkulierenden Wirbelschicht gemäß (a) geleitet und die Fluidisierungsgase mit einem H₂-Gehalt von 85 bis 95 Vol.-% eingestellt werden. Dadurch erfolgt in der zweiten Reduktionsstufe ein hohes Angebot an frischem Reduktionsgas, und der im Abgas der zweiten Reduktionsstufe vorhandene Überschuß kann in der ersten Reduktionsstufe optimal ausgenutzt werden. Der Kohlenstoffgehalt in dem Produkt nach der zweiten Reduktionsstufe beträgt 0 bis 0,1 Gew.-%. Der Vorteil dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung liegt darin, daß noch höhere H₂-Gehalte und dadurch noch geringere Kreislaufgasmengen verwendet werden. Die Ausgestaltung führt zu einer weiteren Verringerung der Abmessungen der Reaktoren und erbringt eine weitere Einsparung für die elektrische Energie bei der Kompression der Kreislaufgase.A preferred embodiment of the invention consists in that 50 to 80% of the cycle gas as fluidizing gas in the classic fluidized bed of the second reduction stage passed according to (b) and the remaining cycle gas as Fluidizing gas in the fluidized bed reactor circulating fluidized bed according to (a) and the Fluidizing gases with an H₂ content of 85 to 95 vol .-% can be set. This takes place in the second Reduction stage a high supply of fresh reducing gas, and the one present in the exhaust gas of the second reduction stage Excess can be optimal in the first reduction stage be exploited. The carbon content in the product after the second reduction stage is 0 to 0.1% by weight. Of the The advantage of this embodiment according to the invention is that that even higher H₂ contents and therefore even lower Recycle gas quantities are used. The design leads to further reduce the dimensions of the reactors and provides further savings for the electrical Energy in the compression of the cycle gases.
Eine vorzugsweise Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß 50 bis 80% des Kreislaufgases als Fluidisierungsgas in die klassische Wirbelschicht der zweiten Reduktionsstufe gemäß (b) geleitet und das restliche Kreislaufgas als Fluidisierungsgas in den Wirbelschichtreaktor der zirkulierenden Wirbelschicht gemäß (a) geleitet und die Fluidisierungsgase mit einem H₂-Gehalt von 50 bis 85 Vol.-% eingestellt werden. Nach dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird in wirtschaftlicher Weise, in geringer Zeit ein weitgehend reduziertes Produkt mit einem Fe₃C-Gehalt von < 50% erhalten, das gut brikettiert und leicht transportiert werden kann.A preferred embodiment of the invention consists in that 50 to 80% of the cycle gas as fluidizing gas in the classic fluidized bed of the second reduction stage passed according to (b) and the remaining cycle gas as Fluidizing gas in the fluidized bed reactor circulating fluidized bed according to (a) and the Fluidizing gases with an H₂ content of 50 to 85 vol .-% can be set. According to this invention Design will be less economical Time a largely reduced product with one Get Fe₃C content of <50%, which is well briquetted and can be easily transported.
Eine vorzugsweise Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Fluidisierungsgase mit einem H₂-Gehalt von 50 bis 75 Vol.-% eingestellt werden. Mit diesen bevorzugten Maßnahmen wird ein Produkt erhalten, das besonders wirtschaftlich hergestellt und besonders gut brikettiert werden kann.A preferred embodiment of the invention consists in that the fluidizing gases with an H₂ content of 50 to 75 vol .-% can be set. With these preferred Measures will get a product that is special Economically manufactured and particularly well briquetted can be.
Eine vorzugsweise Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Druck in der ersten Reduktionsstufe gemäß (a) und der zweiten Reduktionsstufe gemäß (b) so eingestellt wird, daß der Druck im oberen Teil des Wirbelschichtreaktors der zirkulierenden Wirbelschicht gemäß (a) 1,5 bis 6 bar beträgt. Das gesamte System der ersten und zweiten Reduktionsstufe steht dabei unter einem entsprechenden Druck, wobei der Druck des Gases vor dem Eintritt in die Wirbelschichten entsprechend höher ist. Dieser Druckbereich ergibt besonders günstige Ergebnisse, obwohl prinzipiell auch mit höherem Druck gearbeitet werden kann.A preferred embodiment of the invention consists in that the pressure in the first reduction stage according to (a) and the second reduction stage is set according to (b) that the pressure in the upper part of the fluidized bed reactor circulating fluidized bed according to (a) 1.5 to 6 bar is. The entire system of the first and second Reduction level stands under a corresponding one Pressure, the pressure of the gas before entering the Fluidized beds is correspondingly higher. This print area gives particularly favorable results, although in principle can also work with higher pressure.
Eine vorzugsweise Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die klassische Wirbelschicht gemäß (b) in einem Reaktor mit rechteckigem Querschnitt mit einem Verhältnis von Länge zu Breite von mindestens 2 : 1 und quer angeordneten Überlauf-Wehren für den Feststoff angeordnet ist. Die Überlauf-Wehre sind parallel zu den Schmalseiten des Reaktors angeordnet. Sie erstrecken sich vom gasdurchlässigen Boden bis kurz unterhalb der Oberfläche des Wirbelbettes. Der Feststoff fließt von der Eintragsseite über die Wehre zur Austragsseite. Durch die schlanke und lange Form des Reaktors und die Überlauf-Wehre wird eine Rückvermischung von stärker reduziertem Feststoff mit weniger reduziertem Feststoff weitgehend vermieden, so daß eine sehr gute Endreduktion und Aufkohlung erzielt wird.A preferred embodiment of the invention consists in that the classic fluidized bed according to (b) in a reactor with a rectangular cross section with a ratio of Length to width of at least 2: 1 and across arranged overflow weirs arranged for the solid is. The overflow weirs are parallel to the narrow sides arranged of the reactor. They range from gas permeable soil to just below the surface of the fluidized bed. The solid flows from the Entry page about the weirs to the discharge side. Through the slim and long shape of the reactor and the Overflow weirs will mix back stronger reduced solids with less reduced solids largely avoided, so that a very good final reduction and carburizing is achieved.
Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Eisenoxide enthaltenden Stoffe vor dem Einsatz in den Wirbelschichtreaktor der zirkulierenden Wirbelschicht gemäß (a) in einem oder mehreren Suspensions-Wärmeaustauschern vorgewärmt und/oder mit dem Abgas der zirkulierenden Wirbelschicht vorreduziert werden. Das zur Vorreduktion verwendete Abgas wird nach dem Rückführzyklon vor der Kühlung unter den Taupunkt gemäß (c) entnommen. Diese Vorreduktion vor der eigentlichen Vorreduktion gemäß (a) ergibt eine noch bessere Ausnutzung des Reduktionsgases und damit höhere Durchsatzleistung.An embodiment of the invention is that the Substances containing iron oxides before use in the Fluidized bed reactor according to the circulating fluidized bed (a) in one or more suspension heat exchangers preheated and / or with the exhaust gas of the circulating Fluidized bed be reduced beforehand. That for pre-reduction Exhaust gas used is after the recycle cyclone before Cooling removed below the dew point according to (c). These Pre-reduction before the actual pre-reduction according to (a) results in an even better utilization of the reducing gas and thus higher throughput.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das gemäß Verfahrensstufe (b) erhaltene Produkt brikettiert, vorzugsweise heiß brikettiert wird.A preferred embodiment of the invention consists in that the product obtained in process step (b) briquetted, preferably briquetted hot.
Die Erfindung wird anhand der Figur und der Beispiele näher erläutert.The invention is illustrated by the figure and the examples explained.
Über Leitung (1) wird das feinkörnige Erz in den Venturi-Vorwärmer (2) chargiert. Über Leitung (3) wird die Suspension in den Zyklon (4) geleitet, wo eine Trennung von Gas und Feststoff erfolgt. Der abgeschiedene Feststoff wird über Leitung (5) in den Venturi-Vorwärmer (6) geleitet. Über Leitung (7) wird Brennstoff und über Leitung (8) Verbrennungsluft in die Brennkammer (9) geleitet. Über Leitung (10) werden die heißen Verbrennungsgase in den Venturi-Vorwärmer (6) geleitet. Über Leitung (11) wird die Suspension in den Zyklon (12) geleitet, wo eine Trennung von Feststoff und Gas erfolgt. Das Gas wird über Leitung (13) in den Venturi-Vorwärmer (2) geleitet. Das Gas aus dem Zyklon (4) wird über Leitung (14) in ein Filter (15) geleitet, aus dem über Leitung (16) das gereinigte Gas und über Leitung (17) der abgeschiedene Staub abgeführt wird. Der im Zyklon (12) abgeschiedene Feststoff wird über Leitung (17a) in den Bunker (18) geleitet, aus dem er über Leitung (19) in den Schneckenförderer (20) abgezogen und von dort über Leitung (21) in den Wirbelschichtreaktor (22) der zirkulierenden Wirbelschicht geleitet wird. Aus dem Wirbelschichtreaktor (22) wird über Leitung (23) die Gas-Feststoff-Suspension in den Rückführzyklon (24) geleitet. Der abgeschiedene Feststoff wird über Leitung (25) in den Wirbelschichtreaktor (22) zurückgeleitet. Über Leitung (26) wird das Gas aus dem Rückführzyklon in den Wärmetauscher (27) geleitet. Das abgekühlte Gas wird über Leitung (28) in den Wäscher (29) geleitet, dort unter den Taupunkt des Wasserdampfes abgekühlt und der Wasserdampfgehalt weitgehend entfernt. Das gereinigte Gas wird über Leitung (30) in den Wärmetauscher (27) geleitet. Über Leitung (31) wird reduzierendes Gas zur Aufstärkung zugemischt. Über Leitung (32) wird das vorgewärmte Reduktionsgas in den Aufheizer (33) geleitet und dort auf die für den Prozeß erforderliche Temperatur aufgeheizt. Das aufgeheizte Gas verläßt den Aufheizer (33) über Leitung (34) und wird zum Teil als Fluidisierungsgas über die Leitungen (35) in den Wirbelschichtreaktor (36) der klassischen Wirbelschicht geleitet und zum anderen Teil über Leitung (37) als Fluidisierungsgas in den Wirbelschichtreaktor (22) der zirkulierenden Wirbelschicht geleitet. Aus dem Wirbelschichtreaktor (22) der zirkulierenden Wirbelschicht wird über Leitung (38) Feststoff in den Wirbelschichtreaktor (36) der klassischen Wirbelschicht geleitet. Das staubhaltige Abgas aus dem Wirbelschichtreaktor (36) der klassischen Wirbelschicht wird über Leitung (39) in den Zyklon (40) geleitet. Der abgeschiedene Staub wird über Leitung (41) in den Wirbelschichtreaktor (36) zurückgeführt und das Gas wird über Leitung (42) als Sekundärgas in den Wirbelschichtreaktor (22) der zirkulierenden Wirbelschicht eingeleitet. Aus dem Wirbelschichtreaktor (36) der klassischen Wirbelschicht wird über Leitung (43) das Produkt in die Brikettieranlage (44) geleitet und dort brikettiert und über Leitung (45) abgeführt. Über Leitung (46) wird Wasser in den Wäscher (29) geleitet und über Leitung (47) abgeführt. Über die Leitungen (48) werden Brennstoff und Verbrennungsluft in den Aufheizer (33) geleitet. Die Verbrennungsgase werden über Leitung (49) abgeführt. Über Leitung (50) wird ein Teilstrom aus dem Kreislaufgas entfernt, der eine Anreicherung von Stickstoff im Kreislaufgas verhindert.The fine-grained ore is charged into the Venturi preheater ( 2 ) via line ( 1 ). The suspension is fed via line ( 3 ) into the cyclone ( 4 ), where a separation of gas and solid takes place. The separated solid is fed via line ( 5 ) into the venturi preheater ( 6 ). Fuel is fed via line ( 7 ) and combustion air into the combustion chamber ( 9 ) via line ( 8 ). The hot combustion gases are passed into the Venturi preheater ( 6 ) via line ( 10 ). The suspension is passed via line ( 11 ) into the cyclone ( 12 ), where a separation of solid and gas takes place. The gas is fed via line ( 13 ) into the venturi preheater ( 2 ). The gas from the cyclone ( 4 ) is passed via line ( 14 ) into a filter ( 15 ), from which the cleaned gas is removed via line ( 16 ) and the separated dust is removed via line ( 17 ). The solid separated in the cyclone ( 12 ) is fed via line ( 17 a) into the bunker ( 18 ), from which it is withdrawn via line ( 19 ) into the screw conveyor ( 20 ) and from there via line ( 21 ) into the fluidized bed reactor ( 22 ) of the circulating fluidized bed. From the fluidized bed reactor ( 22 ), the gas-solid suspension is fed into the recycle cyclone ( 24 ) via line ( 23 ). The separated solid is returned via line ( 25 ) to the fluidized bed reactor ( 22 ). The gas from the recycle cyclone is passed into the heat exchanger ( 27 ) via line ( 26 ). The cooled gas is passed via line ( 28 ) into the scrubber ( 29 ), cooled there below the dew point of the water vapor and the water vapor content largely removed. The cleaned gas is passed via line ( 30 ) into the heat exchanger ( 27 ). Reducing gas is added via line ( 31 ) for strengthening. The preheated reducing gas is passed via line ( 32 ) into the heater ( 33 ) and heated there to the temperature required for the process. The heated gas leaves the heater ( 33 ) via line ( 34 ) and is partly passed as fluidizing gas via lines ( 35 ) into the fluidized bed reactor ( 36 ) of the classic fluidized bed and partly via line ( 37 ) as fluidizing gas into the fluidized bed reactor ( 22 ) of the circulating fluidized bed. Solid is passed from the fluidized bed reactor ( 22 ) of the circulating fluidized bed via line ( 38 ) into the fluidized bed reactor ( 36 ) of the classic fluidized bed. The dust-containing exhaust gas from the fluidized bed reactor ( 36 ) of the classic fluidized bed is passed via line ( 39 ) into the cyclone ( 40 ). The separated dust is returned via line ( 41 ) to the fluidized bed reactor ( 36 ) and the gas is introduced via line ( 42 ) as a secondary gas into the fluidized bed reactor ( 22 ) of the circulating fluidized bed. The product is passed from the fluidized bed reactor ( 36 ) of the classic fluidized bed via line ( 43 ) into the briquetting system ( 44 ), where it is briquetted and discharged via line ( 45 ). Water is fed into the scrubber ( 29 ) via line ( 46 ) and discharged via line ( 47 ). Fuel and combustion air are conducted into the heater ( 33 ) via the lines ( 48 ). The combustion gases are removed via line ( 49 ). A partial stream is removed from the recycle gas via line ( 50 ), which prevents nitrogen from accumulating in the recycle gas.
Über Leitung (1) wurden 61,2 t/h feuchtes Erz mit 7,8% Feuchte dem Venturi-Vorwärmer (2) chargiert. Über Leitung (7) wurden 1 500 Nm³/h Erdgas und über Leitung (8) 21 000 Nm³/h Luft in die Brennkammer (9) geleitet. Im Filter (15) wurden über die Leitung (17) 2,6 t/h Staub abgetrennt. Über die Leitung (21) wurden 54,2 t/h auf 500°C vorgewärmtes Erz in den Wirbelschichtreaktor (22) der zirkulierenden Wirbelschicht (ZWS) geleitet. Der Druck am Austritt aus dem Wirbelschichtreaktor (22) betrug 4 bar. Die Reduktionstemperatur betrug 630°C. Der Wirbelschichtreaktor (22) hatte einen Durchmesser von 3 m.61.2 t / h of moist ore with 7.8% moisture were charged to the Venturi preheater ( 2 ) via line ( 1 ). 1,500 Nm³ / h of natural gas were fed via line ( 7 ) and 21,000 Nm³ / h of air into the combustion chamber ( 9 ) via line ( 8 ). In the filter ( 15 ), 2.6 t / h of dust were separated off via line ( 17 ). Via line ( 21 ), 54.2 t / h ore preheated to 500 ° C. were passed into the fluidized bed reactor ( 22 ) of the circulating fluidized bed (ZWS). The pressure at the outlet from the fluidized bed reactor ( 22 ) was 4 bar. The reduction temperature was 630 ° C. The fluidized bed reactor ( 22 ) had a diameter of 3 m.
Aus dem Wirbelschichtreaktor (22) wurden über Leitung (38) 40,6 t/h vorreduziertes Material mit 70% Metallisierungsgrad in den Wirbelschichtreaktor (36) geleitet. Der Wirbelschichtreaktor (36) hatte eine Länge von 12 m und eine Breite von 4 m.From the fluidized bed reactor ( 22 ), 40.6 t / h of pre-reduced material with a 70% degree of metallization were passed into the fluidized bed reactor ( 36 ) via line ( 38 ). The fluidized bed reactor ( 36 ) had a length of 12 m and a width of 4 m.
Aus dem Wirbelschichtreaktor (36) wurden über die Leitung (43) 36,8 t/h Produkt mit einem Metallisierungsgrad von 92% in die Brikettieranlage (44) geleitet und dort brikettiert. 36.8 t / h of product with a degree of metallization of 92% were passed from the fluidized bed reactor ( 36 ) via line ( 43 ) into the briquetting plant ( 44 ) and briquetted there.
Das Produkt hatte einen Kohlenstoffgehalt von 0,05 Gew.-%. Über die Leitung (26) wurden 182 000 Nm³/h Abgas mit 79% H₂, 12% H₂O und 9% N₂ in den Wärmetauscher (27) geleitet und dort auf 120°C abgekühlt. Das abgekühlte Gas wurde in dem Wäscher (29) auf 28°C abgekühlt. Nach Zumischen von 23 000 Nm³/h Frischgas mit einem H₂-Gehalt von 97% über die Leitung (31) wurde das Gas mit einer Zusammensetzung von 91% H₂, 0,6% H₂O und 8,4% N₂ in den Wärmetauscher (27) geleitet und auf 520°C aufgeheizt. Nach weiterer Aufheizung im Aufheizer (33) wurden 70% der Gase in den Reaktor (36) der klassischen Wirbelschicht als Fluidisierungsgas geleitet. Die restlichen 30% der Gase wurden über die Leitung (37) als Fluidisierungsgas in den Reaktor (22) der zirkulierenden Wirbelschicht geleitet.The product had a carbon content of 0.05% by weight. Via line ( 26 ), 182,000 Nm³ / h of exhaust gas with 79% H₂, 12% H₂O and 9% N₂ were passed into the heat exchanger ( 27 ) and cooled there to 120 ° C. The cooled gas was cooled to 28 ° C in the washer ( 29 ). After admixing 23,000 Nm³ / h of fresh gas with an H₂ content of 97% via line ( 31 ), the gas with a composition of 91% H₂, 0.6% H₂O and 8.4% N₂ was in the heat exchanger ( 27 ) passed and heated to 520 ° C. After further heating in the heater ( 33 ), 70% of the gases were passed into the reactor ( 36 ) of the classic fluidized bed as a fluidizing gas. The remaining 30% of the gases were passed via line ( 37 ) as fluidizing gas into the reactor ( 22 ) of the circulating fluidized bed.
Über Leitung (1) wurden 61,2 t/h feuchtes Erz mit 7,8% Feuchte dem Venturi-Vorwärmer (2) chargiert. Über Leitung (7) wurden 1500 Nm³/h Erdgas und über Leitung (8) 21 000 Nm³/h Luft in die Brennkammer (9) geleitet. Im Filter (15) wurden über die Leitung (17) 2,6 t/h Staub abgetrennt. Über die Leitung (21) wurden 54,2 t/h auf 500°C vorgewärmtes Erz in den Wirbelschichtreaktor (22) der ZWS geleitet. Der Druck am Austritt aus dem Wirbelschichtreaktor (22) betrug 4 bar. Die Reduktionstemperatur betrug 630°C. Der Wirbelschichtreaktor (22) hat einen Durchmesser von 4 m.61.2 t / h of moist ore with 7.8% moisture were charged to the Venturi preheater ( 2 ) via line ( 1 ). 1500 Nm³ / h of natural gas were fed via line ( 7 ) and 21,000 Nm³ / h of air via line ( 8 ) into the combustion chamber ( 9 ). In the filter ( 15 ), 2.6 t / h of dust were separated off via line ( 17 ). Via line ( 21 ), 54.2 t / h ore preheated to 500 ° C. were passed into the fluidized bed reactor ( 22 ) of the ZWS. The pressure at the outlet from the fluidized bed reactor ( 22 ) was 4 bar. The reduction temperature was 630 ° C. The fluidized bed reactor ( 22 ) has a diameter of 4 m.
Aus dem Wirbelschichtreaktor (22) wurden über Leitung (38) 40,6 t/h vorreduziertes Material mit 70% Metallisierungsgrad in den Wirbelschichtreaktor (36) geleitet. Der Wirbelschichtreaktor (36) hatte eine Länge von 21 m und eine Breite von 4 m. From the fluidized bed reactor ( 22 ), 40.6 t / h of pre-reduced material with a 70% degree of metallization were passed into the fluidized bed reactor ( 36 ) via line ( 38 ). The fluidized bed reactor ( 36 ) had a length of 21 m and a width of 4 m.
Aus dem Wirbelschichtreaktor (36) wurden über die Leitung (43) 37,6 t/h Produkt mit 63% metallischem Eisen, 30% Fe₃C und 6% Fe₃O₄ und Rest Gangart in die Brikettieranlage (44) geleitet und dort brikettiert. Das Produkt hatte einen Kohlenstoffgehalt von 2,0 Gew.-%. Über die Leitung (26) wurden 311 000 Nm³/h Abgas mit 50% H₂, 8% H₂O, 9% N₂, 31% CH₄ und 2% CO + CO₂ in den Wärmetauscher (27) geleitet und dort auf 120°C abgekühlt. Das abgekühlte Gas wurde in dem Wäscher (29) auf 28°C abgekühlt. Nach Zumischen von 24 000 Nm³/h Frischgas mit einem H₂-Gehalt von 90%, 3% CH₄, 4% CO und 3% H₂O über die Leitung (31), wurde das Gas mit einer Zusammensetzung von 57% H₂, 0,6% H₂O, 9% N₂, 31% CH₄ und 2,4% CO + CO₂ in den Wärmetauscher (27) geleitet und auf 520°C aufgeheizt. Nach weiterer Aufheizung im Aufheizer (33) wurden 70% der Gase in den Reaktor (36) der klassischen Wirbelschicht als Fluidisierungsgas geleitet. Die restlichen 30% der Gase wurden über die Leitung (37) als Fluidisierungsgas in den Reaktor (22) der zirkulierenden Wirbelschicht geleitet.From the fluidized bed reactor ( 36 ) 37.6 t / h of product with 63% metallic iron, 30% Fe₃C and 6% Fe₃O₄ and the rest gangue were passed through the line ( 43 ) into the briquetting system ( 44 ) and briquetted there. The product had a carbon content of 2.0% by weight. Via line ( 26 ) 311 000 Nm³ / h of exhaust gas with 50% H₂, 8% H₂O, 9% N₂, 31% CH₄ and 2% CO + CO₂ were passed into the heat exchanger ( 27 ) and cooled to 120 ° C there. The cooled gas was cooled to 28 ° C in the washer ( 29 ). After admixing 24,000 Nm³ / h fresh gas with an H₂ content of 90%, 3% CH₄, 4% CO and 3% H₂O via line ( 31 ), the gas with a composition of 57% H₂, 0.6 % H₂O, 9% N₂, 31% CH₄ and 2.4% CO + CO₂ passed into the heat exchanger ( 27 ) and heated to 520 ° C. After further heating in the heater ( 33 ), 70% of the gases were passed into the reactor ( 36 ) of the classic fluidized bed as a fluidizing gas. The remaining 30% of the gases were passed via line ( 37 ) as fluidizing gas into the reactor ( 22 ) of the circulating fluidized bed.
Claims (8)
- a) in einer ersten Reduktionsstufe die Eisenoxide enthaltenden Stoffe in den Wirbelschichtreaktor eines zirkulierenden Wirbelschichtsystems chargiert werden, heißes Reduktionsgas als Fluidisierungsgas in den Wirbelschichtreaktor eingeleitet wird, eine Vorreduktion der Eisenoxide erfolgt, die aus dem Wirbelschichtreaktor ausgetragene Suspension im Rückführzyklon der zirkulierenden Wirbelschicht weitgehend von Feststoff befreit und der abgeschiedene Feststoff in den Wirbelschichtreaktor derart zurückgeleitet wird, daß innerhalb der zirkulierenden Wirbelschicht der stündliche Festoffumlauf mindestens das Fünffache des im Wirbelschichtreaktor befindlichen Feststoffgewichts beträgt,
- b) Feststoff aus der ersten Reduktionsstufe in einer zweiten Reduktionsstufe in eine klassische Wirbelschicht geleitet wird, heißes Reduktionsgas als Fluidisierungsgas in die klassische Wirbelschicht geleitet wird, der restliche Sauerstoff abgebaut und der Eisengehalt zu <50% in Fe₃C überführt wird, das Abgas aus der klassischen Wirbelschicht als Sekundärgas in den Wirbelschichtreaktor gemäß (a) geleitet und aus der klassischen Wirbelschicht das Produkt abgezogen wird,
- c) das Abgas aus dem Rückführzyklon gemäß (a) unter den Taupunkt abgekühlt und Wasser aus dem Abgas auskondensiert wird,
- d) ein Teilstrom des Abgases abgeführt wird,
- e) der restliche Teilstrom nach einer Regenerierung durch Zugabe von reduzierendem Gas und Aufheizung als Kreislaufgas zum Teil als Fluidisierungsgas in den Wirbelschichtraktor der ersten Reduktionsstufe gemäß (a) und zum Teil in die Wirbelschicht der zweiten Reduktionsstufe gemäß (b) geleitet wird.
- a) in a first reduction stage, the substances containing iron oxides are charged into the fluidized bed reactor of a circulating fluidized bed system, hot reducing gas is introduced as fluidizing gas into the fluidized bed reactor, a pre-reduction of the iron oxides takes place, which is discharged from the fluidized bed reactor in the recycle cyclone suspension of largely circulating fluidized bed and the separated solids are returned to the fluidized bed reactor in such a way that the hourly solids circulation within the circulating fluidized bed is at least five times the solids weight in the fluidized bed reactor,
- b) solid from the first reduction stage in a second reduction stage is passed into a classic fluidized bed, hot reducing gas is passed as fluidizing gas into the classic fluidized bed, the remaining oxygen is broken down and the iron content is converted to <50% in Fe₃C, the exhaust gas from the classic Fluidized bed as secondary gas in the fluidized bed reactor according to (a) and the product is withdrawn from the classic fluidized bed,
- c) the exhaust gas from the recycle cyclone according to (a) is cooled below the dew point and water is condensed out of the exhaust gas,
- d) a partial flow of the exhaust gas is removed,
- e) the remaining partial stream after regeneration by adding reducing gas and heating as circulating gas, partly as fluidizing gas, is passed into the fluidized bed tractor of the first reduction stage according to (a) and partly into the fluidized bed of the second reduction stage according to (b).
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