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WO1997033003A1 - Anlage und verfahren zur herstellung von metallschwamm - Google Patents

Anlage und verfahren zur herstellung von metallschwamm Download PDF

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WO1997033003A1
WO1997033003A1 PCT/AT1997/000042 AT9700042W WO9733003A1 WO 1997033003 A1 WO1997033003 A1 WO 1997033003A1 AT 9700042 W AT9700042 W AT 9700042W WO 9733003 A1 WO9733003 A1 WO 9733003A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
reduction
elimination
export
reduction reactor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/AT1997/000042
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerald Rosenfellner
Jörg DIEHL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Primetals Technologies Austria GmbH
Original Assignee
Voest Alpine Industrienlagenbau GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voest Alpine Industrienlagenbau GmbH filed Critical Voest Alpine Industrienlagenbau GmbH
Priority to AU17595/97A priority Critical patent/AU723216B2/en
Priority to US09/142,187 priority patent/US6264724B1/en
Priority to BR9707946A priority patent/BR9707946A/pt
Priority to KR19980706979A priority patent/KR19990087542A/ko
Priority to DE19780170T priority patent/DE19780170D2/de
Priority to JP53124697A priority patent/JP2000506219A/ja
Publication of WO1997033003A1 publication Critical patent/WO1997033003A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/14—Multi-stage processes processes carried out in different vessels or furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/20—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases
    • C21B2100/28—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases by separation
    • C21B2100/282—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases by separation of carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/40—Gas purification of exhaust gases to be recirculated or used in other metallurgical processes
    • C21B2100/44—Removing particles, e.g. by scrubbing, dedusting
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/10—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
    • Y02P10/122—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions by capturing or storing CO2
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    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/10—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
    • Y02P10/134—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions by avoiding CO2, e.g. using hydrogen

Definitions

  • the invention relates to a system and a method for producing sponge metal, in particular sponge iron, from starting materials formed from metal ore or iron ore, preferably in piece and / or pellet form, and optionally aggregates, with at least one CO and H 2 - Containing feed gas donating the first gas source, a CO 2 elimination system and optionally a heating device for the feed gas originating from the first gas source and a reduction reactor forming a further gas source for a CO and H 2 - containing feed gas for receiving the metal ore, a reducing gas feed line this reduction reactor, an export gas discharge line from this reduction reactor and a discharge device for the reduction product formed in this reduction reactor, the CO 2 -eliminated feed gas from the first gas source being discharged into the reduction gas supply line and further into the reduction reactor, and wherein a Conveying line for at least part of the export gas formed in the reduction reactor and serving as feed gas is connected in line with the reduction gas feed line of the reduction reactor via a CO 2 elimination system and possibly a heating device
  • metal swarm is meant a solid end or intermediate product which is formed from a metal oxide by direct reduction, e.g. exclusively via the solid phase, i.e. without the need to use a liquid intermediate product.
  • AT-B - 396.255 relates to a plant for the production of molten pig iron and sponge iron, from feedstocks formed by iron ore and aggregates, with a first reduction reactor for iron ore, a melter gasifier, a feed line connecting the melter gasifier with the first reduction reactor for a reducing gas formed in the melter gasifier , a feed line connecting the first reduction reactor to the melting gasifier for the reduction product formed in the first reduction reactor, with an export gas discharge line emanating from the first reduction reactor, with feed lines for oxygen-containing gases and carbon carriers opening into the melting gasifier, and with at least one additional reduction reactor for taking up metal ore , in particular of further iron ore, a reducing gas feed line to this reduction reactor, an export gas discharge line from this further reduction reactor and a discharge device for the in di esem further reduction reactor formed reduction product, the export gas discharge of the first reduction reactor into a CO 2 elimination system opens, from which the reducing
  • the part of the reduction gas formed in the melting gasification zone which accumulates as excess gas and is fed to the further reduction zone, is thus mixed with the export gas from the first reduction zone after washing and subjected to a CO 2 removal together with the latter.
  • the admixture thus takes place before the CO 2 elimination, so that the same conditions for the elimination of the CO 2 prevail for the two gas streams forming a mixed gas.
  • the recirculation of export gas originating from the further reduction zone leads to nitrogen enrichment in the reduction gas supplied to this further reduction zone.
  • Nitrogen enters the gas cycle, among other things, since it is used as a conveying gas for dusts from the reducing gases or export gases which are returned to the melter gasifier or the further reduction zone.
  • This nitrogen which is not involved in the reduction process and which therefore has to be conveyed exclusively as ballast, increases the gas volume that is to be conveyed and thus causes an increased pressure drop in the further reduction reactor and energy expenditure.
  • a sufficient removal of the nitrogen from the reducing gas supplied to the further reduction zone requires high costs; it would be necessary to adjust the CO 2 elimination unit to a mode of operation with better nitrogen discharge, but this would involve a loss of reductants, because it is difficult to convert a CO 2 elimination system to maximum reductant yield on the one hand and to maximum discharge on the other Trim nitrogen.
  • the invention aims to avoid these disadvantages and difficulties and has as its object a plant of the type described above and a method for manufacturing of metal sponge, in particular iron sponge, which enable increased economy and higher production, etc. in particular in that the nitrogen content in the recirculated gas stream can be substantially reduced without loss of reductants and without requiring any particular energy expenditure.
  • the object of the invention is to provide a particularly sharp, ie, particularly reactive reaction gas for the direct reduction, for the further reduction zone. If possible, the ratio of reductants / oxidants, the ratio of CO / CO 2 and also the calorific value should be improved.
  • a coke or coal gasification plant e.g. a Lurgi carburetor, e.g. a feed gas of the following chemical composition is formed:
  • a preferred embodiment is characterized in that the first gas source is formed by a plant for producing molten pig iron or liquid steel precursors from iron ore, with at least one first reduction reactor for iron ore, a melter gasifier, a feed line connecting the melter gasifier with the first reduction reactor for an Melting gasifier, reducing gas formed, a delivery line connecting the first reducing reactor with the melting gasifier for the reduction product formed in the first reducing reactor, with an export gas discharge coming from the first reducing reactor, with into the melting gasifier opening supply lines for oxygen-containing gases and carbon carriers and with a tapping for pig iron and slag provided on the melter gasifier, the export gas discharge line for the export gas formed in the first reduction reactor being connectable to at least one of the C0 2 elimination systems.
  • the CO 2 elimination system for the export gas of the further reduction reactor which is carried as recycle gas, is operated with a view to minimizing the nitrogen contained in the recycle gas while accepting a reduction in the reductants contained in this recycle gas, whereas the CO 2 elimination system for the one formed in the first reduction reactor Export gas with a view to optimizing the reductants, ie optimal CO 2 elimination (removal or conversion) while maintaining the highest possible proportion of reductants.
  • the reducing gas used according to the invention for the further reduction reactor has a much better ratio of reductants / oxidants, a higher hydrogen content, a lower material content and also an improved CO / CO 2 ratio.
  • the amount of reducing gas supplied to the further reduction reactor can therefore be reduced with the same reduction work, which results in reduced pressure losses. This is accompanied by smaller amounts of gas to be circulated, ie energy savings.
  • the CO 2 elimination plants preferably open into the reducing gas feed line for the additional reduction reactor.
  • the two CO 2 elimination systems can be connected to one another on the input side for the purpose of gas exchange via a compensating connecting line.
  • gas compositions which change during the reduction process can be optimally taken into account.
  • each of the CO 2 elimination systems is preceded by its own gas compressor. It is then possible to deliver the different gas qualities to the CO 2 elimination plants with different pressure levels.
  • the delivery line conveying the recycle gas is expediently equipped with a gas compressor, and the delivery line downstream of the gas compressor can be connected in terms of line to one branch line each with a gas compressor arranged upstream of a CO 2 elimination system.
  • a preferred embodiment is characterized in that the export gas discharge of the first reduction reactor can be connected via a branch line to a gas compressor arranged upstream of a CO 2 elimination system.
  • a preferred process variant is characterized in that the feed gas is formed by directly reducing the iron ore to sponge iron in a first reduction zone for the production of molten pig iron or liquid steel precursors from iron ore, the sponge iron in a meltdown gasification zone with the addition of carbon carriers and oxygen-containing Gas is melted and a CO and H 2 -containing reducing gas is generated, which is introduced into the first reduction zone, converted there and is withdrawn as the export gas forming the feed gas.
  • a minimization of the nitrogen contained in the recycle gas can be carried out with particular advantage if the CO 2 elimination of the recycle gas takes place in a pressure swing adsorption process.
  • the recycle gas originating from the further reduction zone is expediently divided into two partial streams and one partial stream is mixed for CO 2 elimination and the other partial stream is mixed with the feed or export gas originating from the first gas source or first reduction zone prior to its CO 2 elimination and subjected to a separate CO 2 elimination together with this.
  • a further advantageous variant is characterized in that the feed or export gas originating from the first gas source or first reduction zone is divided into two partial streams and a partial stream is mixed with the recycle gas originating from the second reduction zone, preferably at least one partial stream thereof, and in that each of the partial streams is subjected to CO 2 elimination regardless of the branched partial stream.
  • each of the partial flows of the export gas or the recycle gas is advantageously compressed, if necessary after mixing with a partial flow of the recycle gas or the export gas, before carrying out the CO 2 elimination, etc. regardless of the compression of the other partial flow.
  • Different efficiencies for the discharge of individual components can be set with different pressure levels.
  • the invention further relates to a marketable product, such as rolled material produced from pig iron or steel intermediate products, produced by the method according to the invention.
  • FIGS. 1 to 3 shown in the drawing each illustrating process diagrams according to one embodiment of the invention.
  • a first shaft furnace forming a reduction reactor 1 2-piece iron ore and / or iron ore in pellet form is charged from above via a conveyor device via a lock system, not shown, optionally together with additives to form a moving bed.
  • the shaft furnace 1 is with a smelting gasifier 3 in Connection in which a reducing gas is generated from coal and oxygen-containing gas, which is fed to the shaft furnace 1 via a feed line 4, a gas cleaning device 4 ′ being optionally provided in the feed line 4 for dry dedusting.
  • a moving bed is generally understood to mean a continuously moving stream of material, the moving particles of which come into contact with a flowing reducing gas.
  • a material flow that moves continuously downward due to the action of gravity is used.
  • a reduction reactor can also be, for example, a reactor with a Venturi fluidized bed, a circulating fluidized bed, a fluidized bed or a reactor with traveling grate or a rotary kiln.
  • the melter gasifier 3 has a feed 5 for solid carbon carriers, a feed 6 for oxygen-containing gases and, if appropriate, feeds 7 for carbon carriers which are liquid or gaseous at room temperature, such as hydrocarbons, and for burnt additives.
  • Molten pig iron 9 and molten slag 10 which are tapped off by means of a tap 11, collect in the melter gasifier 3 below the melter gasification zone 8.
  • the iron ore reduced to sponge iron in the shaft furnace 1 in a direct reduction zone 12 is fed together with the aggregates burned in the direct reduction zone 12 via a conveyor line 13 connecting the shaft furnace 1 to the melter gasifier 3, for example by means of discharge screws etc..
  • the upper part of the shaft furnace 1 closes an export gas discharge line 14 for the export gas resulting from reduction gas in the direct reduction zone 12.
  • the export gas drawn off via the export gas discharge line 14 is first subjected to cleaning in a scrubber 15 in order to remove dust particles as completely as possible and to lower the water vapor content, so that it is then available for further use.
  • the export gas then arrives with the aid of a gas compressor 16 in a CO 2 elimination system 17 (for example a CO 2 scrubber or a pressure swing adsorption system), in which it is largely freed of CO2.
  • the exhaust gas emerging from the CO2 removal system 17 is optionally fed to a desulfurization device 18.
  • the export gas, which has been cleaned of CO2 in this way, is fed via a reducing gas feed line 19 to a second shaft furnace 20 Reduction reactor, which, like the first shaft furnace 1, also has a moving bed and works in the countercurrent principle.
  • metal ore preferably iron ore in piece and / or pellet form, is directly reduced in a reduction zone 21.
  • the ore feed line is labeled 20 'and the iron sponge delivery device is labeled 20 ".
  • metal ores such as copper, lead, nickel and cobalt ores could also be subjected to a partial or finished reduction.
  • the export gas Since the export gas has been cooled sharply by the cleaning, it is subjected to heating before being introduced into the second reduction shaft furnace 20.
  • the heating is preferably carried out in two stages: First, the cleaned export gas is subjected to indirect heating in a first stage, a heating device 22 serving for this purpose being designed as a heat exchanger.
  • the heat exchanger 22 (recuperator) is operated with purified export gas which is drawn off from the second reduction shaft furnace 20 via a line 23.
  • oxygen-containing gas oxygen is in molecular form
  • air oxygen is fed to the burner of the heat exchanger 22 via a line 24.
  • the heated export gas is then subjected to post-combustion, etc.
  • the purified export gas reaches the temperature required for the reduction in the second reduction shaft furnace 20, which is in a temperature range between 600 and 900 ° C.
  • a temperature range above 900 ° C should also be considered.
  • the export gas drawn off from the second reduction shaft furnace 20 is also subjected to cleaning and cooling in the export gas scrubber 27 in order to clean it of dust particles and to lower the water vapor content, whereupon it can be used again.
  • a part of the export gas is fed to the heat exchanger 22 via the line 23.
  • Another part of the export gas produced in the second reduction shaft furnace 20 is fed via a gas compressor 28 to its own CO2 elimination system 29, which is designed as a reformer according to FIG. 1, and so on. via the conveying line 30, and is then available as the recycle reducing gas to the second reduction shaft furnace 20 after the CO 2 elimination.
  • a part of the export gas of the second reduction shaft furnace 20 is supplied via the export gas line 31 for other uses.
  • a part of the export gas formed in the further reduction shaft furnace 20 can be used for firing the reformer 29.
  • a portion of the reducing gas formed in the melter gasifier 3 is fed back into the feed line 4 via a scrubber 32 and via a line 33 with a gas compressor 34, so that the reducing gas emerging from the melter gasifier 3 in a very hot state before entering the gas cleaning device 4 ' condition, in particular to cool to a temperature range favorable for the direct reduction process in the shaft furnace 1.
  • excess reducing gas can be added to the export gas emerging from the shaft furnace 1 via a compensation line 35 in order to keep the system pressure constant.
  • This excess reducing gas is optionally subjected to tar separation, for example in a tar trap in which tar of the excess reducing gas passed through a bulk bed is deposited on the bulk material, in order to rule out tar deposition in the CO 2 elimination system.
  • the export gas which is subjected to CO 2 elimination in the reformer 29 and originates from the further reduction reactor 20 does not require heating before being returned to the further reduction reactor 20, for which reason the delivery line 30 into the between the heating device 22, 25 and another reduction reactor 20 arranged part of the reducing gas feed line 19 opens.
  • the reformer forms the heating system itself.
  • the CO 2 elimination system for the export gas originating from the first reduction reactor is designed as a reformer 17 ', so that the gas emerging from the reformer 17' and now available as a reduction gas for the further reduction shaft 20 is not available must be subjected to further heating.
  • the CO 2 elimination system 17 ' also forms the heating device itself.
  • the CO 2 elimination system is designed as a CO 2 scrubber or as a pressure swing adsorption system 29 '.
  • the gas originating from this system 29 'and serving as a reducing gas for the further reduction reactor 20 must be subjected to heating in a heating system 22'.
  • the two are each assigned to a gas stream from the first reduction reactor 1 and the second reduction reactor 20 CO 2 elimination plants 17 and 29 'are each designed as CO2 scrubbers or as pressure swing adsorption plants.
  • the gases emerging from the two CO 2 elimination plants 17 and 29 ' open into a common reducing gas feed line 19 and are further jointly subjected to heating in a heating device 22 and a post-combustion device 25.
  • the export gas of the further reduction reactor recycled via the conveying line 30 can be divided into two partial flows by means of branch lines 36, and each partial flow can be fed directly into the export gas discharge line 14 of the first reduction reactor 1 via the two gas compressors 16 and 28 ′ connected in parallel. Furthermore, the export gas originating from the first reduction reactor 1 can also be divided into two partial flows by means of branch lines 37, which can be fed to the gas compressors 16 and 28 '. This makes it possible to optimally adapt the gas compositions supplied to the CO 2 elimination plants 17 and 29 'to the modes of action of these CO 2 elimination plants 17 and 29' by the percentage of the recycled export gas coming from the further reduction zone 21 in the export gas coming from the first reduction zone 12 is varied.
  • the two lines each leading from a gas compressor 16 or 28 'to a CO 2 elimination system 17 or 29' can be connected by means of a compensating connecting line 38, as a result of which the separate delivery of different gas qualities at different pressure levels to the CO 2 elimination systems 17 and 29 ' is possible.
  • This export gas is produced in an amount of 167,411 NmVh. It is in a CO 2 -, the adsorption pressure change is elimination plant 17 is formed as, a CO 2 - subject to elimination. In this case, an exhaust gas derived from the CO 2 elimination system 17 is produced in accordance with Table II below in an amount of 51,176 NmVh.
  • the process gas leaving the CO 2 elimination plant 17 falls in an amount of
  • the export gas escaping from the further reduction reactor 20 has a composition according to Table IV below. It is produced in an amount of 178,696 NmVh.
  • this gas mixture formed from the two CO 2 -treated export gases which has a chemical composition according to Table VII and is produced in an amount of 191,625 NmVh
  • this gas mixture is fed to the further reduction reactor 20 to form 100 t / h sponge iron.
  • export gas is formed in an amount of 167.41 1 NmVh with the chemical composition given in Table VIII - it is identical to the chemical composition given in Table I.
  • Table VIII
  • the export gas recirculated from the further reduction reactor has a composition according to Table IX. It is produced in an amount of 188,872 NmVh and is recirculated in an amount of 128,000 NmVh.
  • the converted reducing gas escapes in an amount of 188,872 NmVh with the chemical composition shown in Table IX.
  • the process according to the invention is compared with the prior art, it can be seen that the ratio of reductants / oxidants has been improved by approximately 15% for the reducing gas fed to the further reduction reactor 20. It is approximately 12.0 in the prior art and approximately 13.8 in accordance with the invention.
  • the reducing gas formed according to the invention is therefore much sharper, ie more willing to reduce. It has a higher hydrogen content (about 2%) and the CO / CO 2 ratio is also significantly improved (about 19%). CO 2 is only found in the reducing gas formed according to the invention in an amount of 84% of the reducing gas formed according to the prior art.
  • Another significant advantage of the process according to the invention is that the amount of reducing gas is reduced by about 5% compared to the amount of reducing gas obtained in the prior art, so that on the one hand the pressure loss in the further reducing reactor 20 is lower and on the other hand less gas is to be promoted so that investment costs and energy can be saved.

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Abstract

Eine Anlage zur Herstellung von Metallschwamm, insbesondere von Eisenschwamm, aus von Metallerz bzw. Eisenerz, vorzugsweise in Stück- und/oder Pelletform, und gegebenenfalls Zuschlägen gebildeten Einsatzstoffen, mit mindestens einer ein CO- und H2-hältiges Einsatzgas spendenden ersten Gasquelle (1, 3), einer CO2-Eliminierungsanlage (17, 17') und gegebenenfalls einer Heizeinrichtung (22, 25) für das aus der ersten Gasquelle (1, 3) stammende Einsatzgas, weist einen eine weitere Gasquelle für ein CO- und H2-hältiges Einsatzgas bildenden Reduktionsreaktor (20) zur Aufnahme von Metallerz, eine Reduktionsgas-Zuleitung (19) zu diesem Reduktionsreaktor (20) und eine Exportgas-Ableitung (31) aus diesem weiteren Reduktionsreaktor (20) auf, wobei das CO2-eliminierte Einsatzgas der ersten Gasquelle über eine Ableitung (14) in die Reduktionsgas-Zuleitung (19) und weiter in den Reduktionsreaktor (20) geführt ist, und wobei eine Förderleitung (30) für zumindest einen Teil des in dem Reduktionsreaktor (20) gebildeten, als Einsatzgas dienenden Exportgases leitungsmässig über eine CO2-Eliminierungsanlage und gegebenenfalls eine Heizeinrichtung mit der Reduktionsgas-Zuleitung (19) des Reduktionsreaktors (20) verbunden ist. Zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit ist die Anlage dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei parallelschaltbare CO2-Eliminierungsanlagen (17, 29, 17', 29') vorgesehen sind, von denen mindestens eine mit der Förderleitung (30) für das im die weitere Gasquelle bildenden Reduktionsreaktor (20) gebildete und als Recyclegas geführte Exportgas verbindbar ist, und mindestens eine CO2-Eliminierungsanlage (17, 17') für das aus der ersten Gasquelle stammende Einsatzgas vorgesehen ist und jede der CO2-Eliminierungsanlagen leitungsmässig mit dem die weitere Gasquelle bildenden Reduktionsreaktor (20) verbindbar ist.

Description

Anlage und Verfahren zur Herstellung von Metallschwamm
Die Erfindung betrifft eine Anlage sowie ein Verfahren zur Herstellung von Metall schwamm, insbesondere von Eisenschwamm, aus von Metallerz bzw. Eisenerz, vorzugsweise in Stück- und/oder Pelletform, und gegebenenfalls Zuschlägen gebildeten Einsatzstoffen, mit mindestens einer ein CO- und H2-hältiges Einsatzgas spendenden ersten Gasquelle, einer CO2-Eliminierungsanlage und gegebenenfalls einer Heizeinrichtung für das aus der ersten Gasquelle stammende Einsatzgas und einem eine weitere Gasquelle für ein CO- und H2- hältiges Einsatzgas bildenden Reduktionsreaktor zur Aufnahme des Metallerzes, einer Reduktionsgas-Zuleitung zu diesem Reduktionsreaktor, einer Exportgas- Ableitung aus diesem Reduktionsreaktor und einer Austragsvorrichtung für das in diesem Reduktionsreaktor gebildete Reduktionsprodukt, wobei das CO2-eliminierte Einsatzgas aus der ersten Gasquelle über eine Ableitung in die Reduktionsgas-Zuleitung und weiter in den Reduktionsreaktor geführt ist, und wobei eine Förderleitung für zumindest einen Teil des in dem Reduktionsreaktor gebildeten, als Einsatzgas dienenden Exportgases leitungsmäßig über eine CO2-Eliminierungsanlage und gegebenenfalls eine Heizeinrichtung mit der Reduktionsgas- Zuleitung des Reduktionsreaktors verbunden ist
Unter ,,Metallschwarnm" wird ein festes End- oder Zwischenprodukt verstanden, das aus einem Metalloxid durch Direktreduktion gebildet wird, u.zw. ausschließlich über die feste Phase, d.h. ohne daß es notwendig ist, den Weg über ein flüssiges Zwischenprodukt zu beschreiten.
Eine Vorrichtung der oben beschriebenen Art ist aus der AT-B - 396.255 bekannt. Die AT-B - 396.255 betrifft eine Anlage zur Herstellung von flüssigem Roheisen und Eisenschwamm, aus von Eisenerz und Zuschlägen gebildeten Einsatzstoffen, mit einem ersten Reduktionsreaktor für Eisenerz, einem Einschmeizvergaser, einer den Einschmelzvergaser mit dem ersten Reduktionsreaktor verbindenden Zuleitung für ein im Einschmelzvergaser gebildetes Reduktionsgas, einer den ersten Reduktionsreaktor mit dem Einschmelzvergaser verbindenden Förderleitung für das im ersten Reduktionsreaktor gebildete Reduktionsprodukt, mit einer vom ersten Reduktionsreaktor ausgehenden Exportgas- Ableitung, mit in den Einschmelzvergaser mündenden Zuleitungen für sauerstoffhältige Gase und Kohlenstoffträger, und mit mindestens einem zusätzlichen Reduktionsreaktor zur Aufnahme von Metallerz, insbesondere von weiterem Eisenerz, einer Reduktionsgas-Zuleitung zu diesem Reduktionsreaktor, einer Exportgas- Ableitung aus diesem weiteren Reduktionsreaktor und einer Austragsvorrichtung für das in diesem weiteren Reduktionsreaktor gebildete Reduktionsprodukt, wobei die Exportgas-Ableitung des ersten Reduktionsreaktors in eine CO2-Eliminierungsanlage mündet, von der die Reduktionsgas-Zuleitung für den zusätzlichen Reduktionsreaktor ausgeht und in den zusätzlichen Reduktionsreaktor mündet und wobei eine Förderleitung für zumindest einen Teil des in dem weiteren Reduktionsreaktor gebildeten Exportgases leitungsmäßig über die oben erwähnte CO2-Eliminierungsanlage mit der Reduktionsgas-Zuleitung für den weiteren Reduktionsreaktor verbunden ist.
Hierbei wird somit der Teil des in der Einschmelzvergasungszone gebildeten Reduktionsgases, der als Überschußgas anfallt und der weiteren Reduktionszone zugeführt wird, nach Waschen in einem Wäscher mit dem Exportgas aus der ersten Reduktionszone vermischt und gemeinsam mit diesem einer CO2-Entfemung unterzogen. Die Zumischung erfolgt somit vor der CO2 -Eliminierung, so daß für die beiden ein Mischgas bildenden Gasströme dieselben Bedingungen für das Eliminieren des CO2 herrschen.
Durch das Rezirkulieren von Exportgas stammend aus der weiteren Reduktionszone kommt es zu einer Stickstoffanreicherung im dieser weiteren Reduktionszone zugeführten Reduktionsgas. Stickstoff gelangt u.a. in den Gas-Kreislauf, da es als Fördergas für in den Einschmelzvergaser bzw. die weitere Reduktionszone rückgeführte Stäube der Reduktionsgase bzw. Exportgase eingesetzt wird. Dieser Stickstoff, der am Reduktionsprozeß nicht beteiligt ist und der somit ausschließlich als Ballast mitgefördert werden muß, vergrößert das Gasvolumen, das zu fördern ist, und bedingt damit einen erhöhten Druckabfall im weiteren Reduktionsreaktor und Energieaufwand. Eine Entfernung des Stickstoffes in ausreichendem Maß aus dem der weiteren Reduktionszone zugeführten Reduktionsgas erfordert hohe Kosten; es wäre notwendig, die CO2-Eliminierungs-Einheit auf eine Arbeitsweise mit besserer Stickstoffausschleusung einzustellen, womit jedoch ein Verlust an Reduktanten verbunden wäre, denn es ist nur schwer möglich, eine CO2-Eliminierungsanlage einerseits auf maximale Reduktantenausbeute und andererseits auf maximale Ausschleusung von Stickstoff zu trimmen.
Ein weiterer Nachteil beim Stand der Technik, der sich durch das CO2-Eliminieren des Mischgases ergibt, ist darin zu sehen, daß die CO2-Eliminierungsanlage auch hinsichtlich des Verhältnisses Reduktanten/Oxidanten und des CO/CO2-Verhältnisses nur auf die chemische Zusammensetzung des Mischgases abgestellt werden kann. Hierdurch kann z.B. nicht berücksichtigt werden, daß eines der gewünschten Gase nur in geringerem Ausmaß von CO2 befreit werden müßte, was eine Erhöhung des Gehaltes an Reduktanten ergäbe.
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, eine Anlage der eingangs beschriebenen Art sowie ein Verfahren zur Herstellung von Metallschwamm, insbesondere Eisenschwamm, zu schaffen, welche eine erhöhte Wirtschaftlichkeit und eine höhere Produktion ermöglichen, u.zw. insbesondere dadurch, daß der Stickstoffgehalt im rezirkulierten Gasstrom ohne Einbuße an Reduktanten und ohne einen besonderen Energieaufwand zu erfordern, wesentlich abgesenkt werden kann. Insbesondere stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein besonders scharfes, d.h. für die Direktreduktion besonders reaktionsfreudiges Reduktionsgas für die weitere Reduktionszone zur Verfügung zu stellen. Es sollen, wenn möglich, das Verhältnis Reduktanten/Oxidanten, das Verhältnis von CO/CO2 und auch der Heizwert verbessert werden.
Diese Aufgabe wird bei einer Anlage der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß mindestens zwei parallelschaltbare CO2-Eliminierungsanlagen vorgesehen sind, von denen mindestens eine mit der Förderleitung für das im die weitere Gasquelle bildenden Reduktionsreaktor gebildete und als Recyclegas geführte Exportgas verbindbar ist, und mindestens eine CO2-Eliminierungsanlage für das aus der ersten Gasquelle stammende Einsatzgas vorgesehen ist und jede der CO2-EIiminierungsanlagen leitungsmäßig mit dem die weitere Gasquelle bildenden Reduktionsreaktor verbindbar ist.
Als erste Gasquelle kann eine Koks- bzw. Kohlevergasungsanlage, wie z.B. ein Lurgi- Vergaser, dienen, wobei z.B. ein Einsatzgas folgender chemischer Zusammensetzung gebildet wird:
Tabelle
CO 15,8 - 24,6
H2 20 - 39,8
CO2 10 - 32
CH4 3,5 - 16,5
CnHm 0,4 - 1,1
N2 0,4 - 44,2
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gasquelle von einer Anlage zur Herstellung von flüssigem Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten aus Eisenerz gebildet ist, mit mindestens einem ersten Reduktionsreaktor für Eisenerz, einem Einschmelzvergaser, einer den Einschmelzvergaser mit dem ersten Reduktionsreaktor verbindenden Zuleitung für ein im Einschmelzvergaser gebildetes Reduktionsgas, einer den ersten Reduktionsreaktor mit dem Einschmelzvergaser verbindenden Förderleitung für das im ersten Reduktionsreaktor gebildete Reduktionsprodukt, mit einer vom ersten Reduktionsreaktor ausgehenden Exportgas-Ableitung, mit in den Einschmelzvergaser mündenden Zuleitungen für sauerstoffhältige Gase und Kohlenstoffträger und mit einem am Einschmelzvergaser vorgesehen Abstich für Roheisen und Schlacke, wobei die Exportgas- Ableitung für das im ersten Reduktionsreaktor gebildete Exportgas mit mindestens einer der C02-Eliminierungsanlagen verbindbar ist.
Hierbei wird die CO2-Eliminierungsanlage für das als Recyclegas geführte Exportgas des weiteren Reduktionsreaktors im Hinblick auf eine Minimierung des im Recyclegas enthaltenen Stickstoffes unter Inkaufnahme einer Reduzierung der in diesem Recyclegas enthaltenen Reduktanten betrieben, wogegen die CO2-Eliminierungsanlage für das im ersten Reduktionsreaktor gebildete Exportgas im Hinblick auf eine Optimierung der Reduktanten, also eine optimale CO2- Eliminierung (Ausschleusung oder Umwandlung) bei Erhalt eines möglichst hohen Reduktantenanteiles betrieben wird. Das erfindungsgemäß für den weiteren Reduktionsreaktor eingesetzte Reduktionsgas weist ein wesentlich besseres Verhältnis von Reduktanten/ Oxidanten, einen höheren Wasserstoffgehalt, einen geringeren Stückstoffgehalt und auch ein verbessertes CO/CO2-Verhältnis auf. Es kann daher die Menge des dem weiteren Reduktionsreaktor zugeführten Reduktionsgases bei gleicher Reduktionsarbeit verringert werden, wodurch sich verringerte Druckverluste ergeben. Damit einher gehen geringere umzuwälzende Gasmengen, d.h. Energieeinsparungen.
Vorzugsweise münden die CO2-Eliminierungsanlagen ausgangsseitig leitungsmäßig in die Reduktionsgas-Zuleitung für den zusätzlichen Reduktionsreaktor.
Es ist von Vorteil, wenn die beiden CO2-Eliminierungsanlagen eingangsseitig wahlweise zwecks Gasaustausches über eine Ausgleichs-Verbindungsleitung miteinander verbindbar sind. Hierdurch kann sich beim Reduktionsprozeß ändernden Gaszusammensetzungen optimal Rechnung getragen werden.
Es ist insbesondere von Vorteil, wenn jeder der CO2-Eliminierungsanlagen ein eigener Gasverdichter vorgeschaltet ist. Es ist dann möglich, die unterschiedlichen Gasqualitäten den CO2-Eliminierungsanlagen mit unterschiedlichen Druckniveaus anzuliefern.
Hierbei ist wiederum zweckmäßig die das Recyclegas fördernde Förderleitung mit einem Gasverdichter ausgestattet und ist die Förderleitung nach dem Gasverdichter leitungsmäßig mit je einer Zweigleitung mit jeweils einem einer CO2-Eliminierungsanlage vorgeordneten Gasverdichter verbindbar. Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Exportgas-Ableitung des ersten Reduktionsreaktors über je eine Zweigleitung mit jeweils einem einer CO2- Eliminierungsanlage vorgeordneten Gasverdichter verbindbar ist. Diese Ausführungsform ermöglicht nicht nur eine optimale Aufteilung der unterschiedlichen Gasströme und das Erzielen von optimalen Druckniveaus für diese Gasströme zwecks weiterer Behandlung derselben, sondern ergibt noch die Möglichkeit, die Gasverdichter untereinander auszutauschen bzw. eine Instandhaltung für einen der Gasverdichter bei weiterlaufendem Reduktionsbetrieb aufrecht zu erhalten.
Ein Verfahren zur Herstellung von Metallschwamm, insbesondere Eisenschwamm, aus von Metallerz bzw. Eisenerz, vorzugsweise in Stück- und/oder Pelletform, und gegebenenfalls Zuschlägen gebildeten Einsatzstoffen, mit einer Anlage der oben beschriebenen Art, wobei ein aus einer ersten Gasquelle stammendes CO- und H2-hältiges Einsatzgas einer CO2- Eliminierung sowie gegebenenfalls einer Aufheizung unterzogen wird und als zumindest weitgehend CO2-freies Reduktionsgas mindestens einer eine weitere Gasquelle bildenden Reduktionszone zur Direktreduktion von Metallerz, insbesondere von Eisenerz zugeführt und nach Umsetzung mit dem Erz als Exportgas abgezogen und dieses Exportgas zumindest teilweise als Recyclegas für die Reduktionszone ebenfalls einer CO2-Eliminierung sowie gegebenenfalls einer Aufheizung unterworfen wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das aus der ersten Gasquelle stammende Einsatzgas als auch das aus der eine weitere Gasquelle bildenden Reduktionszone rückgeführte Recyclegas jeweils separat für sich einer eigenen CO2 -Eliminierung unterworfen werden.
Eine bevorzugte Verfahrensvariante ist dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzgas dadurch gebildet wird, daß zur Herstellung von flüssigem Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten aus Eisenerz das Eisenerz in einer ersten Reduktionszone zu Eisenschwamm direkt reduziert wird, der Eisenschwamm in einer Einschmelz- Vergasungszone unter Zufuhr von Kohlenstoffträgern und sauerstoffhältigem Gas erschmolzen und ein CO- und H2-hältiges Reduktionsgas erzeugt wird, welches in die erste Reduktionszone eingeleitet, dort umgesetzt und als das Einsatzgas bildende Exportgas abgezogen wird.
Eine Minimierung des im Recyclegas enthaltenen Stickstoffes läßt sich mit besonderem Vorteil durchführen, wenn die CO2-Eliminierung des Recyclegases im Druckwechsel- Adsoφtions-Verfahfen erfolgt.
Unter besonderen Umständen bei Einsatz besonders minderwertiger Kohle im Einschmelzvergaser wird für den Fall, daß ein Teil des Reduktionsgases aus der Einschmelzvergasungszone dem Exportgas der ersten Reduktionszone beigemischt wird, dieser Teil vor der CO2-Eliminierung einer Teerabscheidung unterworfen, wogegen das aus der zweiten Reduktionszone stammende Recyclegas hinsichtlich seines Teergehaltes unverändert der CO2-Eliminierung unterzogen wird.
Zweckmäßig wird das aus der weiteren Reduktionszone stammende Recyclegas in zwei Teilströme aufgeteilt und ein Teilstrom für sich einer CO2-Eliminierung und der andere Teilstrom dem aus der ersten Gasquelle bzw. ersten Reduktionszone stammenden Einsatz¬ bzw. Exportgas vor dessen CO2-Eliminierung zugemischt und gemeinsam mit diesem einer separaten CO2-Eliminierung unterworfen.
Eine weitere vorteilhafte Variante ist dadurch gekennzeichnet, daß das aus der ersten Gasquelle bzw. ersten Reduktionszone stammende Einsatz- bzw. Exportgas in zwei Teilströme aufgeteilt wird und ein Teilstrom dem aus der zweiten Reduktionszone stammenden Recyclegas, vorzugsweise zumindest einem Teilstrom desselben, zugemischt wird und daß jeder der Teilströme einer CO2-Eliminierung unabhängig vom abgezweigten Teilstrom unterworfen wird.
Zur Einstellung unterschiedlich hoher Druckniveaus in den CO2-Eliminierungsanlagen wird vorteilhaft jeder der Teilströme des Exportgases bzw. des Recyclegases gegebenenfalls nach Mischung mit einem Teilstrom des Recyclegases bzw. des Exportgases für sich vor Durchführung der CO2-Eliminierung verdichtet, u.zw. unabhängig von der Verdichtung des anderen Teilstromes. Mit unterschiedlichen Druckniveaus können andere Wirkungsgrade für die Ausschleusung einzelner Komponenten eingestellt werden.
Die Erfindung betrifft weiters ein handelsfähiges Produkt, wie Walzgut erzeugt aus Roheisen oder Stahlvorprodukten, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand dreier in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei die in der Zeichnung dargestellten Fig. 1 bis 3 jeweils Verfahrensschemata nach jeweils einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen.
In einen ersten, einen Reduktionsreaktor 1 bildenden Schachtofen wird von oben über eine Fördereinrichtung 2 stückiges Eisenerz und/oder Eisenerz in Pelletform über ein nicht dargestelltes Schleusensystem, gegebenenfalls zusammen mit Zuschlagstoffen unter Bildung eines bewegten Bettes, chargiert. Der Schachtofen 1 steht mit einem Einschmelz vergaser 3 in Verbindung, in dem aus Kohle und sauerstoffhältigem Gas ein Reduktionsgas erzeugt wird, welches über eine Zuleitung 4 dem Schachtofen 1 zugeführt wird, wobei in der Zuleitung 4 gegebenenfalls eine Gasreinigungseinrichtung 4' für eine Trocken-Entstaubung vorgesehen ist.
Unter bewegtem Bett wird allgemein ein sich kontinuierlich bewegender Materialstrom verstanden, dessen sich bewegende Teilchen mit einem strömenden Reduktionsgas in Kontakt gelangen. Vorzugsweise kommt ein sich kontinuierlich infolge Schwerkraftwirkung nach unten bewegender Materialstrom zur Anwendung.
Als Reduktionsreaktor kann anstelle eines Schachtofens 1 beispielsweise auch ein Reaktor mit einer Venturi-Wirbelschicht, einer zirkulierenden Wirbelschicht, einem Fließbett oder ein Reaktor mit Wanderrost bzw. ein Drehrohrofen vorgesehen sein.
Der Einschmelzvergaser 3 weist eine Zuführung 5 für feste Kohlenstoffträger, eine Zuführung 6 für sauerstoffhältige Gase sowie gegebenenfalls Zuführungen 7 für bei Raumtemperatur flüssige oder gasförmige Kohlenstofϊträger, wie Kohlenwasserstoffe, sowie für gebrannte Zuschläge auf. In dem Einschmelzvergaser 3 sammelt sich unterhalb der Einschmelzvergasungszone 8 schmelzflüssiges Roheisen 9 und schmelzflüssige Schlacke 10, die über einen Abstich 11 abgestochen werden.
Das im Schachtofen 1 in einer Direktreduktionszone 12 zu Eisenschwamm reduzierte Eisenerz wird zusammen mit den in der Direktreduktionszone 12 gebrannten Zuschlägen über eine den Schachtofen 1 mit dem Einschmelzvergaser 3 verbindende Förderleitung 13 zugeführt, beispielsweise mittels Austragsschnecken etc.. An dem oberen Teil des Schachtofens 1 schließt eine Exportgas- Ableitung 14 für das in der Direktreduktionszone 12 aus Reduktionsgas entstehende Exportgas an.
Das über die Exportgas- Ableitung 14 abgezogene Exportgas wird zunächst einer Reinigung in einem Wäscher 15 unterzogen, um es möglichst vollständig von Staubpartikeln zu befreien und den Wasserdampfgehalt zu erniedrigen, so daß es dann einer weiteren Verwendung zur Verfügung steht. Anschließend gelangt das Exportgas mit Hilfe eines Gasverdichters 16 in eine Cθ2-Eliminierungsanlage 17 (z.B. ein Cθ2-Wäscher oder eine Druckwechsel- Adsorptionsanlage), in der es möglichst weitgehend von CO2 befreit wird. Das aus der CO2- Entfemungsanlage 17 austretende Abgas wird gegebenenfalls einer Entschwefelungseinrichtung 18 zugeführt. Das so von CO2 gereinigte Exportgas wird über eine Reduktionsgas-Zuleitung 19 einem zweiten, als Schachtofen 20 ausgebildeten Reduktionsreaktor, der wie der erste Schachtofen 1 ebenfalls ein bewegtes Bett aufweist und im Gegenstromprinzip arbeitet, zugeführt. In diesem zweiten Schachtofen 20 wird Metallerz, vorzugsweise Eisenerz in Stück- und/oder Pelletform m einer Reduktionszone 21 direktreduziert. Die Erzzuleitung ist mit 20' und die Eisenschwamm-Ausbringeinnchtung mit 20" bezeichnet.
Im zweiten Schachtofen 20 könnten auch Metallerze, wie Kupfer-, Blei-, Nickel- und Kobalterze, einer Teil- oder Fertigreduktion unterzogen werden.
Da das Exportgas durch die Reinigung eine starke Abkühlung erfahren hat, wird es vor Einleitung in den zweiten Reduktions-Schachtofen 20 einer Aufheizung unterzogen. Die Aufheizung erfolgt vorzugsweise in zwei Stufen: Zunächst wird das gereinigte Exportgas in einer ersten Stufe einer indirekten Aufheizung unterzogen, wobei eine hierzu dienende Heizeinrichtung 22 als Wärmetauscher ausgebildet ist. Der Wärmetauscher 22 (Rekuperator) wird mit gereinigtem Exportgas, das aus dem zweiten Reduktions-Schachtofen 20 über eine Leitung 23 abgezogen wird, betrieben. Zusätzlich wird noch über eine Leitung 24 sauerstoffhältiges Gas (Sauerstoff liegt in Molekülform vor), wie Luft, dem Brenner des Wärmetauschers 22 zugeführt. Anschließend wird das aufgeheizte Exportgas einer Nachverbrennung unterzogen, u.zw. in der Nachverbrennungseinrichtung 25, in der ein Teil des gereinigten Exportgases unter Sauerstoffzufuhrung 26 verbrannt wird. Hierdurch erreicht das gereinigte Exportgas die für die Reduktion im zweiten Reduktions-Schachtofen 20 erforderliche Temperatur, die in einem Temperaturbereich zwischen 600 und 900°C liegt. Für H2-reiche Reduktionsgase ist auch ein Temperaturbereich über 900°C in Betracht zu ziehen.
Das aus dem zweiten Reduktions-Schachtofen 20 abgezogene Exportgas wird ebenfalls einer Reinigung und Kühlung im Exportgaswäscher 27 unterzogen, um es von Staubpartikeln zu säubern und den Wasserdampfgehalt zu erniedrigen, worauf es einer weiteren Verwendung zugeführt werden kann. Ein Teil des Exportgases wird über die Leitung 23 dem Wärmetauscher 22 zugeführt. Ein weiterer Teil des im zweiten Reduktions-Schachtofen 20 anfallenden Exportgases wird über einen Gasverdichter 28 einer eigenen CO2- Eliminierungsanlage 29, die gemäß Fig. 1 als Reformer ausgebildet ist, zugeführt, u.zw. über die Förderleitung 30, und steht dann nach der Cθ2-Elimini erung als Recycle-Reduktionsgas dem zweiten Reduktions-Schachtofen 20 zur Verfügung. Ein Teil des Exportgases des zweiten Reduktions-Schachtofens 20 wird über die Exportgasleitung 31 anderen Verwendungszwecken zugeführt. Zur Feuerung für den Reformer 29 kann ein Teil des im weiteren Reduktions-Schachtofen 20 gebildeten Exportgases herangezogen werden.
Ein Teil des im Einschmelzvergaser 3 gebildeten Reduktionsgases wird über einen Wäscher 32 und über eine Leitung 33 mit Gasverdichter 34 im Kreislauf wieder in die Zuleitung 4 eingespeist, um das in sehr heißem Zustand aus dem Einschmelzvergaser 3 austretende Reduktionsgas vor Eintritt in die Gasreinigungseinrichtung 4' zu konditionieren, insbesondere auf einen für den Direktreduktionsprozeß im Schachtofen 1 günstigen Temperaturbereich zu kühlen. Über eine Ausgleichsleirung 35 kann gegebenenfalls Überschuß-Reduktionsgas dem aus dem Schachtofen 1 austretenden Exportgas zwecks Konstanthaltung des Systemdruckes zugemischt werden. Dieses Überschuß-Reduktionsgas wird gebebenenfalls einer Teerabscheidung, z.B. in einer Teerfalle, in der sich Teer des durch ein Schüttbett hindurchgeleiteten Überschuß-Reduktionsgases am Schüttmaterial ablagert, unterworfen, um eine Teerablagerung in der CO2-Eliminierungsanlage auszuschließen.
Das im Reformer 29 einer Cθ2-Eliminierung unterzogene, aus dem weiteren Reduktionsreaktor 20 stammende Exportgas bedarf infolge der im Reformer stattfindenden Erwärmung keiner Aufheizung vor Rückführung in den weiteren Reduktionsreaktor 20, aus welchem Grund die Förderleitung 30 in den zwischen der Heizeinrichtung 22, 25 und dem weiteren Reduktionsreaktor 20 angeordneten Teil der Reduktionsgaszuleitung 19 einmündet. Hier bildet der Reformer selbst die Heizanlage.
Gemäß der in Fig. 2 dargestellten Verfahrensvariante ist die Cθ2-Eliminierungsanlage für das aus dem ersten Reduktionsreaktor stammende Exportgas als Reformer 17' ausgebildet, so daß das aus dem Reformer 17' austretende und nunmehr als Reduktionsgas für den weiteren Reduktionsschacht 20 zur Verfügung stehende Gas keiner weiteren Aufheizung unterzogen werden muß. In diesem Fall bildet ebenfalls die Cθ2-Eliminierungsanlage 17' selbst die Heizeinrichtung.
Für das aus dem weiteren Reduktionsreaktor 20 als Recyclegas rückgeführte Exportgas ist die Cθ2-Eliminierungsanlage als Cθ2-Wäscher oder als Druckwechsel-Adsorptionsanlage 29' ausgebildet. In diesem Fall muß das aus dieser Anlage 29' stammende und dem weiteren Reduktionsreaktor 20 als Reduktionsgas dienende Gas einer Aufheizung in einer Aufheizanlage 22' unterworfen werden.
Gemäß der in Fig. 3 dargestellten Verfahrensvariante sind die beiden jeweils einem Gasstrom aus dem ersten Reduktionsreaktor 1 und dem zweiten Reduktionsreaktor 20 zugeordneten Cθ2-Eliminierungsanlagen 17 und 29' jeweils als CO2- Wäscher oder als Druckwechsel- Adsorptionsanlagen ausgebildet. Die aus den beiden Cθ2-Eliminierungsanlagen 17 und 29' austretenden Gase münden in eine gemeinsame Reduktionsgaszuleitung 19 und werden weiters gemeinsam einer Aufheizung in einer Heizeinrichtung 22 und einer Nachverbrennungseinrichtung 25 unterzogen.
Die Gasverdichtung der den Cθ2-Eliminierungsanlagen 17 und 29' zugeführten Gase erfolgt über zwei parallelgeschaltete Gasverdichter 16 und 28' sowie einen zusätzlichen, in der Förderleitung 30 vorgesehenen und wahlweise einem der beiden parallelgeschalteten Gasverdichter 16 und 28' in Serie zuschaltbaren Gasverdichter 28. Gemäß diesem Konzept kann eine getrennte Fahrweise der Gasverdichter 28 und 28' für das über die Förderleitung 30 recyclierte Exportgas, die dann in Serie geschaltet sind (28 in Serie zu 28'), bei gleichzeitig vollem Betrieb des Gasverdichters 16 eingestellt werden.
Das über die Förderleitung 30 recyclierte Exportgas des weiteren Reduktionsreaktors kann mittels Zweigleitungen 36 in zwei Teilströme aufgeteilt werden, und jeder Teilstrom unmittelbar über die beiden parallelgeschalteten Gasverdichtern 16 und 28' in die Exportgas- Ableitung 14 des ersten Reduktionsreaktors 1 eingespeist werden. Weiters ist auch das aus dem ersten Reduktionsreaktor 1 stammende Exportgas mittels Zweigleitungen 37 in zwei Teilströme, die den Gasverdichtern 16 und 28' zuleitbar sind, aufteilbar. Hierdurch ist es möglich, die den Cθ2-Eliminierungsanlagen 17 und 29' zugeführten Gaszusammensetzungen optimal an die Wirkungsweisen dieser Cθ2-Eliminierungsanlagen 17 und 29' anzupassen, indem der Prozentsatz des aus der weiteren Reduktionszone 21 stammenden recyclierten Exportgases im aus der ersten Reduktionszone 12 stammenden Exportgas variiert wird.
Die beiden jeweils von einem Gasverdichter 16 bzw. 28' zu einer Cθ2-Eliminierungsanlage 17 bzw. 29' führenden Leitungen sind mittels einer Ausgleichs-Verbindungsleitung 38 verbindbar, wodurch die getrennte Lieferung von unterschiedlichen Gasqualitäten bei unterschiedlichen Druckniveaus zu den Cθ2-Eliminierungsanlagen 17 und 29' möglich ist.
Aus Fig. 3 ist erkennbar, daß alle Gasleitungen mit einstellbaren Ventilen ausgestattet sind, die gegebenenfalls in Abhängigkeit von Gaszusammensetzungen und Gasmengen sowie Temperaturen etc. regelbar sind. Dies gilt auch für die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Gasleitungen. Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Beispieles näher erläutert (die Tabellenwerte sämtlicher Tabellen sind - soferne nicht anders angegeben - Volumsprozente und sind gerundet):
Bei der Erzeugung von Roheisen in einer Menge von 80 t/h im Direktreduktionsverfahren im Reduktionsreaktor 1 und dem nachgeordneten Einschmelzvergaser 3 kommt es zur Bildung von aus dem Reduktionsreaktor 1 ausströmendem Exportgas gemäß der in Tabelle I angegebenen Zusammensetzung.
Tabelle I
CO [%] 47
CO2 [%] 25
H2 [%] 22
H2O [%] 2
H2S ppm 100
N2, Ar [%] 3
CH4 [%] 1
Dieses Exportgas fällt in einer Menge von 167.411 NmVh an. Es wird in einer CO2- Eliminierungsanlage 17, die als Druckwechsel-Adsorptionsanlage ausgebildet ist, einer CO2- Eliminierung unterworfen. Hierbei fallt ein aus der CO2-Eliminierungsanlage 17 abgeleitetes Abgas gemäß nachstehender Tabelle II in einer Menge von 51.176 NmVh an.
Tabelle II
CO [%] 14
CO2 [%] 75
H2 [%] 3
H2O [%] 6
H2S ppm 300
N2, Ar [%] 1
CH4 [%] 1
Das die CO2-Eliminierungsanlage 17 verlassende Prozeßgas fällt in einer Menge von
116.038 NmVh an und weist die in Tabelle III angegebene chemische Zusammensetzung auf. Tabelle III
CO [%] 62
CO2 [%] 3
H2 [%] 30
H2O [%] 0
H2S ppm <100
N2, Ar [%] 4
CH4 [%] 1
Es steht dann nach einer Aufheizung als Reduktionsgas für den weiteren Reduktionsreaktor 20 zur Verfügung. Vor der Aufheizung wird es noch mit einem aus dem weiteren Reduktionsreaktor 20 entweichenden Exportgas, das ebenfalls einer CO2-Eliminierung unterworfen wird, gemischt. Das aus dem weiteren Reduktionsreaktor 20 entweichende Exportgas weist eine Zusammensetzung gemäß nachstehender Tabelle IV auf. Es fällt in einer Menge von 178.696 NmVh an.
Tabelle IV CO [%] 39
CO2 [%] 25
H2 [%] 21
H2O [%] 6
H2S ppm < 100 N2, Ar [%] 7 CH4 [%] 2
Eine Teilmenge dieses Exportgases, nämlich 122.529 NmVh, werden der CO2- Eliminierungsanlage 29' zugeführt. Aus dieser entweicht ein noch CO2-hältiges Abgas in einer Menge von 46.467 NmVh mit der in Tabelle V angegebenen chemischen Zusammensetzung .
Tabelle V CO [%] 20
CO2 [%] 67
H2 [%] 3
H2O [%] 5
H2S ppm < 100 N2, Ar [%] 4 CH4 [%] 1
Das in dieser CO2-Eliminierungsanlage 29' gereinigte Gas, das nunmehr als Recycle- Reduktionsgas für den weiteren Reduktionsreaktor 20 zur Verfügung steht, u.zw. nach Mischung mit dem aus dem ersten Reduktionsreaktor 1 stammenden Exportgas, fällt in einer Menge von 74.626 NmVh an und weist die in Tabelle VI angegebene chemische Zusammensetzung auf.
Tabelle VI CO [%] 53
CO2 [%] 1
H2 [%] 34
H2O [%] 0
H2S ppm < 100 N2, Ar [%] 10 CH4 [%] 2
Nach einer Aufheizung dieses aus den beiden CO2-gereinigten Exportgasen gebildeten Gasgemisches, das eine chemische Zusammensetzung gemäß Tabelle VII aufweist und in einer Menge von 191.625 NmVh anfällt, wird dieses Gasgemisch dem weiteren Reduktionsreaktor 20 zur Bildung von 100 t/h Eisenschwamm zugeführt.
Tabelle VII CO [%] 55,5
CO2 [%] 4,7
H2 [%] 30,3
H2O [%] 1,5
H2S ppm < 100 N2, Ar [%] 6,5 CH4 [%] 1,5
Im Vergleich zu obigem erfindungsgemäßem Verfahren ist nachstehend ein Beispiel gemäß dem Stand der Technik wiedergegeben, gemäß dem ebenfalls 80 t/h Roheisen und 100 t/h Eisenschwamm erzeugt werden.
In einem ersten Reduktionsreaktor wird Exportgas in einer Menge von 167.41 1 NmVh mit der in Tabelle VIII angegebenen chemischen Zusammensetzung gebildet - sie ist identisch mit der in Tabelle I angegebenen chemischen Zusammensetzung. Tabelle VIII
CO [%] 47
CO2 [%] 25
H2 [%] 22
H2O [%] 2
H2S ppm 100
N2, Ar [%] 3
CH4 [%] 1
Dieses Exportgas wird nach einer Verdichtung einer CO2-Eliminierung gemeinsam mit einem in einem weiteren Reduktionsreaktor gebildeten Exportgas unterzogen. Das aus dem weiteren Reduktionsreaktor rezirkulierte Exportgas weist eine Zusammensetzung gemäß Tabelle IX auf. Es fällt in einer Menge von 188.872 NmVh an und wird in einer Menge von 128.000 NmVh rezirkuliert.
Tabelle IX
CO [%] 39
CO2 [%] 25
H2 [%] 20
H2O [%] 6
H2S ppm < 100
N2, Ar [%] 8
CH4 [%] 2
Nach Mischung der beiden Exportgase erfolgt die CO2-Eliminierung, wobei ein Abgas in einer Menge von 90.174 NmVh mit der in Tabelle X wiedergegebenen chemischen Zusammensetzung anfallt.
Tabelh . X
CO [%] 13
CO2 [%] 76
H2 [%] 3
H2O [%] 6
H2S ppm 200
N2, Ar [%] 1
CH4 [%] 1 Das von C02 befreite Exportgas steht nach einer Erhitzung in einer Menge von 200.552 NmVh mit der in Tabelle XI wiedergegebenen chemischen Zusammensetzung dem weiteren Reduktionsreaktor als Reduktionsgas zur Verfügung.
Tabelle XI CO [%] 55,7
CO2 [%] 5,6
H2 [%] 28,4
H2O [%] 1,4
H2S ppm < 100 N2, Ar [%] 7,4 CH4 [%] 1,5
Das umgesetzte Reduktionsgas entweicht in einer Menge von 188.872 NmVh mit der in Tabelle IX wiedergegebenen chemischen Zusammensetzung.
Vergleicht man das erfindungsgemäße Verfahren mit dem Stand der Technik, so ist zu erkennen, daß für das dem weiteren Reduktionsreaktor 20 zugeführte Reduktionsgas das Verhältnis von Reduktanten/Oxidanten um etwa 15 % verbessert wurde. Es beträgt beim Stand der Technik etwa 12,0 und gemäß der Erfindung etwa 13,8. Das erfindungsgemäß gebildete Reduktionsgas ist daher wesentlich schärfer, d.h. reduktionsfreudiger. Es hat einen höheren Wasserstoffgehalt (etwa 2 %) und es ist auch das CO/CO2- Verhältnis wesentlich verbessert (etwa 19 %). CO2 findet sich im erfindungsgemäß gebildeten Reduktionsgas nur noch in einer Menge von 84 % von dem gemäß dem Stand der Technik gebildeten Reduktionsgas.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß das Reduktionsgas in seiner Menge um etwa 5 % gegenüber der beim Stand der Technik anfallenden Reduktionsgasmenge reduziert ist, so daß zum einen der Druckverlust im weiteren Reduktionsreaktor 20 geringer ist und zum anderen weniger Gas zu fördern ist, so daß Investitionskosten und Energie eingespart werden können.

Claims

Patentansprüche:
1. Anlage zur Herstellung von Metallschwamm, insbesondere von Eisenschwamm, aus von Metallerz bzw. Eisenerz, vorzugsweise in Stück- und/oder Pelletform, und gegebenenfalls Zuschlägen gebildeten Einsatzstoffen, mit mindestens einer ein CO- und H2-hältiges Einsatzgas spendenden ersten Gasquelle (1, 3), einer CO2-Eliminierungsanlage (17, 17') und gegebenenfalls einer Heizeinrichtung (22, 25) für das aus der ersten Gasquelle (1, 3) stammende Einsatzgas und einem eine weitere Gasquelle für ein CO- und H2-hältiges Einsatzgas bildenden Reduktionsreaktor (20) zur Aufnahme des Metallerzes, einer Reduktionsgas-Zuleitung (19) zu diesem Reduktionsreaktor (20), einer Exportgas-Ableitung (31) aus diesem Reduktionsreaktor (20) und einer Austragsvorrichtung (20") für das in diesem Reduktionsreaktor (20) gebildete Reduktionsprodukt, wobei das CO2-eliminierte Einsatzgas der ersten Gasquelle über eine Ableitung (14) in die Reduktionsgas-Zuleitung (19) und weiter in den Reduktionsreaktor (20) geführt ist, und wobei eine Förderleitung (30) für zumindest einen Teil des in dem Reduktionsreaktor (20) gebildeten, als Einsatzgas dienenden Exportgases leitungsmäßig über eine CO2-Eliminierungsanlage und gegebenenfalls eine Heizeinrichtung mit der Reduktionsgas-Zuleitung (19) des Reduktionsreaktors (20) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei parallelschaltbare CO2- Eliminierungsanlagen (17, 29, 17', 29') vorgesehen sind, von denen mindestens eine mit der Förderleitung (30) für das im die weitere Gasquelle bildenden Reduktionsreaktor (20) gebildete und als Recyclegas geführte Exportgas verbindbar ist, und mindestens eine CO2- Eliminierungsanlage (17, 17') für das aus der ersten Gasquelle stammende Einsatzgas vorgesehen ist und jede der CO2-Eliminierungsanlagen leitungsmäßig mit dem die weitere Gasquelle bildenden Reduktionsreaktor (20) verbindbar ist.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gasquelle von einer Anlage zur Herstellung von flüssigem Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten aus Eisenerz gebildet ist, mit mindestens einem ersten Reduktionsreaktor (1) für Eisenerz, einem Einschmelzvergaser (3), einer den Einschmelzvergaser (3) mit dem ersten Reduktionsreaktor (1) verbindenden Zuleitung (4) für ein im Einschmelzvergaser (3) gebildetes Reduktionsgas, einer den ersten Reduktionsreaktor (1) mit dem Einschmelzvergaser (3) verbindenden Förderleitung (13) für das im ersten Reduktionsreaktor (1) gebildete Reduktionsprodukt, mit einer vom ersten Reduktionsreaktor (1) ausgehenden Exportgas-Ableitung (14), mit in den Einschmelzvergaser (3) mündenden Zuleitungen (6, 7) für sauerstoffhältige Gase und Kohlenstoffträger und mit einem am Einschmelzvergaser (3) vorgesehen Abstich (11) für Roheisen und Schlacke, wobei die Exportgas- Ableitung (14) für das im ersten Reduktionsreaktor (1) gebildete Exportgas mit mindestens einer der CO2- Eliminierungsanlagen (17, 17') verbindbar ist.
3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden CO2- Eliminierungsanlagen (17, 29') eingangsseitig wahlweise zwecks Gasaustausches über eine Ausgleichs- Verbindungsleitung (38) miteinander verbindbar sind (Fig. 3).
4. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der CO2-Eliminierungsanlagen (17, 17', 29, 29') ein eigener Gasverdichter (16, 28, 28') vorgeschaltet ist.
5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die das Recyclegas fördernde Förderleitung (30) mit einem Gasverdichter (28) ausgestattet ist und daß die Förderleitung (30) nach dem Gasverdichter (28) leitungsmäßig mit je einer Zweigleitung (36) mit jeweils einem einer CO2-Eliminierungsanlage (17, 29') vorgeordneten Gasverdichter (16, 28') verbindbar ist (Fig. 3).
6. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Exportgas- Ableitung (14) des die erste Gasquelle bildenden Reduktionsreaktors (1) über je eine Zweigleitung (37) mit jeweils einem einer COrEliminierungsanlage (17, 29') vorgeordneten Gasverdichter (16, 28') verbindbar ist (Fig. 3).
7. Verfahren zur Herstellung von Metallschwamm, insbesondere Eisenschwamm, aus von Metallerz bzw. Eisenerz, vorzugsweise in Stück- und/oder Pelletform, und gegebenenfalls Zuschlägen gebildeten Einsatzstoffen, mit einer Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein aus einer ersten Gasquelle (8, 12) stammendes CO- und H2- hältiges Einsatzgas einer CO2-Eliminierung sowie gegebenenfalls einer Aufheizung unterzogen wird und als zumindest weitgehend CO2- freies Reduktionsgas mindestens einer eine weitere Gasquelle bildenden Reduktionszone (21) zur Direktreduktion von Metallerz, insbesondere von Eisenerz zugeführt und nach Umsetzung mit dem Erz als Exportgas abgezogen und dieses Exportgas zumindest teilweise als Recyclegas für die Reduktionszone (21) ebenfalls einer CO2-Eliminierung sowie gegebenenfalls einer Aufheizung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das aus der ersten Gasquelle (8, 12) stammende Einsatzgas als auch das aus der eine weitere Gasquelle bildenden Reduktionszone (21) rückgeführte Recyclegas jeweils separat für sich einer eigenen CO2-Eliminierung unterworfen werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzgas dadurch gebildet wird, daß zur Herstellung von flüssigem Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten aus Eisenerz das Eisenerz in einer ersten Reduktionszone (12) zu Eisenschwamm direkt reduziert wird, der Eisenschwamm in einer Einschmelz- Vergasungszone (8) unter Zufuhr von Kohlenstoffträgern und sauerstoffhältigem Gas erschmolzen und ein CO- und H2-hältiges Reduktionsgas erzeugt wird, welches in die erste Reduktionszone (12) eingeleitet, dort umgesetzt und als das Einsatzgas bildende Exportgas abgezogen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die CO2- Eliminierung für das aus der ersten Gasquelle bzw. der ersten Reduktionszone (12) stammende Einsatz- bzw. Exportgas im Hinblick auf eine Optimierung der Reduktanten und die CO2-Eliminierung für das aus der die weitere Gasquelle bildenden weiteren Reduktionszone (21) stammende Recyclegas im Hinblick auf eine Minimierung des im Recyclegas enthaltenen Stickstoffgehaltes gegebenenfalls unter Inkaufnahme einer Reduzierung der in diesem Recyclegas enthaltenen Reduktanten durchgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die CO2-Eliminierung des Recyclegases im Druckwechsel-Adsorptions-V erfahren erfolgt.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Reduktionsgases aus der Einschmelzvergasungszone (8) einer Teerabscheidung unterworfen und anschließend dem Exportgas der ersten Reduktionszone (12) beigemischt wird, wogegen das aus der weiteren Reduktionszone stammende Recyclegas hinsichtlich seines Teergehaltes unverändert der Cθ2-Eliminierung unterzogen wird.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der weiteren Reduktionszone (21) stammende Recyclegas in zwei Teilströme aufgeteilt wird und ein Teilstrom für sich einer CO2-EIiminierung und der andere Teilstrom dem aus der ersten Gasquelle bzw. ersten Reduktionszone (12) stammenden Einsatz- bzw. Exportgas \ or dessen CO2-Eliminierung zugemischt wird und gemeinsam mit diesem einer separaten CO2-Eliminierung unterworfen wird.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der ersten Gasquelle bzw. ersten Reduktionszone (12) stammende Einsatz- bzw. Exportgas in zwei Teilströme aufgeteilt wird und ein Teilstrom dem aus der zweiten Reduktionszone (21) stammenden Recyclegas, vorzugsweise zumindest einem Teilstrom desselben, zugemischt wird und daß jeder der Teilströme einer CO2-Eliminierung unabhängig vom abgezweigten Teilstrom unterworfen wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Teilströme des Exportgases bzw. des Recyclegases gegebenenfalls nach Mischung mit einem Teilstrom des Recyclegases bzw. des Exportgases für sich vor Durchführung der CO2- Eliminierung verdichtet wird, u.zw. unabhängig von der Verdichtung des anderen Teilstromes.
15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei erhöhtem N-Gehalt im der weiteren Reduktionszone zugeleiteten Reduktionsgas der Gasdruck für dieses Reduktionsgas erhöht wird.
16. Handels fähiges Produkt, wie Walzgut, erzeugt aus Roheisen oder Stahl Vorprodukten hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 15.
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