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WO2013037634A1 - System zur energieoptimierung in einer anlage zur herstellung von direkt reduzierten metallerzen - Google Patents

System zur energieoptimierung in einer anlage zur herstellung von direkt reduzierten metallerzen Download PDF

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WO2013037634A1
WO2013037634A1 PCT/EP2012/066662 EP2012066662W WO2013037634A1 WO 2013037634 A1 WO2013037634 A1 WO 2013037634A1 EP 2012066662 W EP2012066662 W EP 2012066662W WO 2013037634 A1 WO2013037634 A1 WO 2013037634A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
plant
reduction unit
turbine
gas mixtures
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/EP2012/066662
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English (en)
French (fr)
Inventor
Robert Millner
Gerald Rosenfellner
Harald Sprenger
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.)
SIEMENS VAI METALS TECHNOLOGIES GmbH
Primetals Technologies Austria GmbH
Original Assignee
SIEMENS VAI METALS TECHNOLOGIES GmbH
Siemens VAI Metals Technologies GmbH Austria
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.)
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Publication date
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Priority to US14/241,610 priority patent/US9534264B2/en
Priority to CN201280044523.5A priority patent/CN103797133B/zh
Priority to AU2012307640A priority patent/AU2012307640A1/en
Priority to KR1020147001364A priority patent/KR101961410B1/ko
Priority to CA2848332A priority patent/CA2848332A1/en
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Priority to BR112014005523A priority patent/BR112014005523A2/pt
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Priority to ZA2014/00353A priority patent/ZA201400353B/en
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Definitions

  • the invention relates to a system for energy optimization in a plant for the production of directly reduced metal ores, in particular directly reduced iron.
  • a plant for the production of directly reduced metal ores or metals, in particular iron at least one
  • Reduction unit e.g., fluidized bed reactor system, fixed bed reduction well such as MIDREX® reduction well, etc.
  • means for separating gas mixtures with an associated compressor means e.g., MIDREX® reduction well, etc.
  • Reduction unit upstream gas heating device The process gases necessary for the production of directly reduced metal ores are at least partly conveyed via a supply line from at least one plant for the production of pig iron, such as e.g. fed to a smelting reduction plant and possibly partially by recycling from the
  • Metals in particular iron ore or iron oxide to directly reduced iron or sponge iron, is e.g. in a separate facility - a so-called direct reduction plant.
  • a plant for the production of directly reduced metal ores usually comprises
  • At least one reduction aggregate such as a fixed bed reduction well, a fluidized bed reactor system, etc., depending on whether the ore to be reduced is present e.g. present in particulate or feinteilchenförmiger form or for further processing into pig iron, pig iron-like
  • the material to be reduced eg, metal ore, iron ore, iron oxide, etc.
  • the material to be reduced is in the direct reduction in particulate form - eg as lump or pellets - or in feinteilchen- granular form in the at least one reduction unit
  • the material in the reduction unit is then flowed through under the so-called countercurrent principle by a process gas, which is also referred to as a reducing gas.
  • a process gas which is also referred to as a reducing gas.
  • the material is completely or partially reduced by the reducing gas. reduced to sponge iron - and oxidized the reducing gas in this process.
  • Reduction gas reduced material then has, for example, a degree of metallization of about 45 to more than 95%.
  • the process gases eg, reducing gas
  • the process gases can be a, for example, in a one ⁇ melter-gasifier in a smelting reduction process (such as COREX®, FINEX®, oxygen furnace, etc.) or in
  • the reducing gas produced, for example, in a melter gasifier is preferably 750 to 1000 ° C hot and usually dusty and carbon monoxide and hydrogen rich ⁇ (eg with about 70 to 95% CO and H 2 ).
  • the reducing gas is preferably in the middle to lower quarters of the
  • Reduction unit or introduced in a fluidized bed reactor system in the first fluidized bed reactor. It then rises in the reduction unit upwards or is passed from reactor to reactor in a fluidized bed reactor system and thereby reduces the material (eg metal ores, iron ore, iron oxide, etc.) in countercurrent. Then, the reducing gas is derived as a so-called top gas or off-gas from the reduction ⁇ aggregate.
  • the material eg metal ores, iron ore, iron oxide, etc.
  • the reducing gas is purified in a gas purification device (eg gas scrubber) and optionally as a so-called recycle gas for the removal of carbon dioxide CO 2 to a device upstream of the reduction unit for the separation of gas mixtures with associated compression. facility forwarded.
  • a gas purification device eg gas scrubber
  • recycle gas for the removal of carbon dioxide CO 2 to a device upstream of the reduction unit for the separation of gas mixtures with associated compression. facility forwarded.
  • PSA pressure swing adsorption
  • VPSA vacuum pressure swing adsorption
  • the recycle gas can then be introduced again as reducing gas into the reduction unit.
  • export gas which is e.g. from the process of pig iron production or from a smelting reduction process, such as COREX® or FINEX® process for the reduction process in the
  • Excess gas from the melter gasifier is usually referred to as the used reducing gas from a blast furnace, a melter gasifier or a reduction shaft / fluidized bed reactor.
  • the export gas drawn off ores for the production of directly reduced metal from one or more melting reduction ⁇ systems for example plants based on COREX® and / or FINEX®- method
  • composite ⁇ system for example plants based on COREX® and / or FINEX®- method
  • the inlet pressure at the means for separating gas mixtures should usually be constant at an inlet pressure level of about 3 to 8 bar gauge to ensure efficient and economical CO 2 removal from the process gases.
  • a PSA requires at least 6 bar overpressure and a VPSA requires at least about 3 overpressures for CO 2 removal.
  • the reduction unit used requires a much lower operating pressure.
  • a so-called MIDREX® reduction shaft as a reduction unit only requires an inlet pressure of approx. 1.2 to 1.5 bar overpressure. This results from the one hand, relatively high operating pressure of the device for the separation of gas mixtures, especially when using a PSA system, and the other hand relatively low operating pressure of the reduction unit, a pressure difference, which for optimal operation of the plant for the production of direct
  • export gas which at least partially as process gas in the plant for the production of directly
  • the invention is therefore based on the object to provide a system by which unused pressure differences can be used meaningful and losses of export gas can be avoided and the efficiency of a plant for the production of directly reduced metal ores is increased.
  • the main aspect of the proposed solution according to the invention is that by inserting a turbine, in particular an expansion turbine, which of the process gases in forwarding these gases from the device to
  • an existing pressure gradient (eg from about 1 to 6 bar overpressure) can be used economically.
  • the pressure gradient is easily converted into other forms of energy (eg electrical energy, mechanical energy, etc.), which are ideally used in the system for the production of directly reduced metal ores, for example for the operation of other components.
  • An expansion turbine is a gas turbine in which a pressurized gas expands while dissipating work or energy, wherein the expanding gas is not generated in the turbine itself, but accumulates in previous processes.
  • Compression of the process gases is supplied to the device for the separation of gas mixtures associated compression device, in a simple manner at least partially recovered back. This increases the profitability of the plant for the production of directly reduced metal ores or a composite plant.
  • Turbine which may possibly arise due to corrosion, caking and / or abrasion, kept very low.
  • a gas heat exchange device for preheating the process gases before forwarding to the gas heating device, which is the reduction unit upstream, a gas heat exchange device is fitted such that heat from the introduced into the device for the separation of gas mixtures
  • Process gases in particular the so-called export gas, is delivered to the forwarded to the reduction unit process gases.
  • the process gases especially those originating from a plant for pig iron production export gas - before an introduction into the device for the separation of gas mixtures or in the associated
  • Cooling device cooled.
  • the heat emitted is ideally used to preheat the cooled process gases, which after the means for separating gas mixtures, for example, have a temperature of about 30 to 50 ° C or which by the relaxation in the turbine further to eg about 10 to -20 ° C are cooled.
  • power can be saved in addition upon heating of the process gases through the upstream of the reduction unit Gaser stiirmungsein ⁇ direction.
  • the gas heat exchange device can advantageously be provided between the device for separating gas mixtures and the turbine or expansion turbine.
  • One of the means for separating gas mixtures nach- and the turbine upstream gas heat exchange device has the advantage that the front of the device for the separation of gas mixtures from the process gas, in particular export gas,
  • Turbine can be used.
  • the gas heat exchange device is connected upstream of the gas heating device upstream of the reduction unit and thus downstream of the turbine. This must be for the warming of the
  • Process gases after the turbine in the gas heating means less energy are expended, since ideally the already emitted by the process gases before the introduction into the device for the separation of gas mixtures for cooling in the gas heat exchange device heat for partial heating of the gases supplied to the reduction unit.
  • the energy for a preheating of the gas from the device for the separation of gas mixtures the so-called product gas, for example, from the following waste heat sources
  • Flue gas of the heating device for reducing gas eg reducing gas furnace
  • Reduction unit is used and / or is set up for a regulation of a discharge pressure after the device for the separation of gas mixtures.
  • Ratio of amount of reducing gas and directly reduced material determines eg the product quality of the directly reduced metal or iron ⁇ sponge. Therefore, a specifically selected, approximately constant amount of reduction ⁇ gas in the reduction unit is required depending on the desired product quality. This can also be achieved by regulating the amount of process gas or the process gas ⁇ mass flow with the aid of the turbine. It is of advantage if the turbine for regulating the process ⁇ gas amount or the amount of process gas flow
  • a so-called introduction device or comprises a device for controlling valves, by means of which the process gas flow is controlled or regulated by the device for separating gas mixtures to the reduction device in a simple and cost-effective manner. It is also favorable if, for the conversion of the pressure gradient between the device for separating gas mixtures and the reduction unit into electrical energy, a generator is provided which is driven by the turbine or the expansion turbine. By coupling the turbine with a generator, the pressure gradient is converted into electrical energy in a simple manner and can thus be used for operating further components of the system
  • Compressors are used. This ideally reduces power consumption or electricity costs of the system.
  • Turbine or expansion turbine is provided. In this way, even when starting or stopping the system or in a partial load operation for constant pressure and process gas ⁇ quantity ratios in the system for the production of directly reduced metal ores provided.
  • Figure 1 shows an example and schematically a structure of
  • Energy optimization system in a plant for the production of directly reduced metal ores or in a composite plant
  • Figure 2 is a schematic and exemplary illustration of the inventive system for energy optimization, in
  • Figure 3 schematically and by way of example a further variant of the inventive system for energy optimization, with supply of export gas from two plants for pig iron production
  • FIG. 1 schematically and by way of example shows a structure of a plant for producing directly reduced metal ores 3, in particular iron, which comprises the energy optimization system according to the invention.
  • Production of directly reduced metal ores 3 are from a plant for the production of pig iron 1, in particular a smelting reduction plant - for example, based on the so-called COREX® or FINEX® processes. Such a system is also referred to as a composite system.
  • the export gas 2 is produced in the plant for pig iron production 1, for example, in a melt reduction process such as, for example, the COREX® process or the FINEX® process, where the COREX® process uses metal ore in particulate form (for example, lump, pellet, etc.) whereas the FINEX® process incorporates the metal ore as fine ore.
  • a melt reduction process such as, for example, the COREX® process or the FINEX® process
  • the COREX® process uses metal ore in particulate form (for example, lump, pellet, etc.) whereas the FINEX® process incorporates the metal ore as fine ore.
  • the export gas 2 passes as a process gas via a supply ⁇ line in the plant for the production of directly reduced metal ores 3. This opens the supply line for the
  • Compressor 4 for example, compressor
  • a usually constant pressure level for example from about 3 to 8 bar overpressure
  • the recycle gas 16 which is not necessary for pressure and flow control, can be discharged, for example via a discharge line 17, as so-called DR export gas of the system 3 and used thermally (eg consumers in the smelting plant, such as roller hearth furnaces, slab pushers, etc.) or over a Gas disposal device 18 (eg torch) are blown off.
  • This discharge line 17 also has a valve for pressure control.
  • the process gas 2 is cooled to a necessary for a treatment in the device for the separation of gas mixtures 7 temperature (eg, about 30 to 50 ° C). Cooling is necessary since the export gas 2 from the plant for the production of pig iron after its compression, for example, has a temperature of about 100 to 120 ° C.
  • the process gas 2 is therefore passed to the compression device 4 through a gas heat exchange device 5, which at the same time for preheating the C02 and / or water vapor largely liberated process gas 2 before the relaxation device 8 is used.
  • the process gas 2 is passed through a further cooling device 6 before the device for separating gas mixtures 7.
  • a cooling device 6 for example, a heat exchanger can be provided with cooling water.
  • the process gas 2 is supplied to the device for the separation of gas mixtures 7 for CO 2 removal.
  • This device 7 for example, at a sufficiently high pressure level than
  • PSA Pressure Swing Adsorption
  • VPSA vacuum pressure swing adsorption device 7
  • liberated process gas 2 which is usually very dry due to the treatment in the device for the separation of gas mixtures 7 - ie has a very low water content, and which, for example, also has a very small percentage of corrosive and tar-containing gas components for preheating by the gas heat exchange device 5 , From there, the process gas flows to a turbine 8 or expansion turbine 8. In this turbine 8 is a Pressure gradient degraded or converted into other usable forms of energy.
  • Process gas 2 in the device for the separation of gas mixtures 7 usually an input pressure level of about 3 to 8 bar pressure is needed. For example, at least 6 bar overpressure from a PSA and at least approx. 3 bar overpressure from a VPSA for CO 2 removal
  • the reduction unit 12 sets a much lower operating pressure (for example, in a so-called MIDREX® reduction shaft about 1.2 to 1.5 bar
  • the turbine 8 may be coupled to a generator, by which the energy stored in the pressure gradient is converted into electrical energy. This electrical energy can then be used to operate other components, e.g. the compressors 4, 15 of the plant for the production of directly reduced metal ores 3 are used.
  • the turbine 8 can be directly provided with a mechanical coupling to other components, in particular the compressors 4, 15, in order to use the energy stored in the pressure gradient as mechanical energy.
  • the turbine 8 also has a device for regulating the
  • Process gas quantity 9 or for regulating an afterpressure after the device for the separation of gas mixtures 7, so that the maximum capacity of the device for the separation of gas Mix 7 is not exceeded or no damage to this arise.
  • Process gas quantity 9 can be provided either an introduction device or a device for controlling valves.
  • the energy for preheating the process gas 2 which is forwarded from the means for separating gas mixtures 7 in the gas heat exchanger 5, for example, on a waste heat source such as a smoke ⁇ gas 19 of the heater 10 (eg reduction gas furnace), a top gas 13 from the Reduction unit 12, a cooling gas for cooling the hot reduced material in the reduction unit 12 or in a downstream cooling device or waste heat from an upstream iron production process (eg top gas, off-gas, generator gas, etc.)
  • a waste heat source such as a smoke ⁇ gas 19 of the heater 10 (eg reduction gas furnace), a top gas 13 from the Reduction unit 12, a cooling gas for cooling the hot reduced material in the reduction unit 12 or in a downstream cooling device or waste heat from an upstream iron production process (eg top gas, off-gas, generator gas, etc.)
  • the process gas 2 or a gas mixture is then heated together with the recycle gas 16 for the reduction process and used as the reducing gas 11 for
  • Reduction unit 12 out. Then, the reducing gas 11 is introduced into the reduction unit 12, in which the material to be reduced fed via a material supply - e.g. Metal ore, iron ore, etc., introduced to countercurrently reduce this material.
  • a material supply e.g. Metal ore, iron ore, etc.
  • a reduction unit 12 may, depending on the present, to be reduced material
  • a fixed bed reduction well such as MIDREX® reduction well or a fluidized bed reactor system may be used.
  • the reducing gas 11 is then removed from the upper part of the
  • Derived reduction unit 12 as off-gas or top gas 13 and cooled.
  • a reduction unit 12 downstream Gasworkssein ⁇ device 14 is provided.
  • a compression device 15 is provided.
  • cleaned recycle gas 16 is then returned to the reduction process via the return line.
  • Figure 2 shows again schematically and by way of example the plant for the production of directly reduced metal ores 3.
  • Gas mixtures 7a, 7b with associated compression device 4a, 4b, the gas heat exchange device 5a, 5b, the turbine 8a, 8b, etc. provide for the respective pressure level.
  • the export gas is conducted 2a from the first plant for the crude iron production ⁇ la via a first branch with compressing means 4a, gas heat exchange device 5a and 6a additional cooling device to a first device for separation of gas mixtures 7a.
  • the existing pressure gradient to the reduction unit 12 is then supplied via a first turbine 8a with a device for controlling the respective amount of process gas 9a through the gas heat exchanger 5a for preheating the heater 10 and thus the reduction unit 12.
  • the export gas 2b from a second plant for the production of pig iron 2b is fed via a second, parallel branch, which likewise has a compression device 4b, a gas Heat exchange device 5b and an additional cooling device 6b, also passed to a second means for the separation of gas mixtures 7b.
  • the existing in the second branch pressure gradient to the reduction unit 12 is also degraded via a second turbine 8b with a device for controlling the respective process gas quantity 9b or converted into a usable form of energy.
  • the process gas in the second branch is also forwarded to the heating device 10 and the reduction unit 12 for preheating by the gas heat exchange device 5b of the second branch.
  • the respective gas heat exchanging device 5a, 5b may also be arranged downstream of the respective device for separating gas mixtures 7a, 7b and upstream of the respective turbine 8a, 8b.
  • the respective export gas pressure at the two transfer points is controlled by two parallel compression ⁇ means 15a, 15b for the Recycle Gas 16a, 16b. Different discharge pressures can then be set via these compression devices 15a, 15b. Over ⁇ schüssiges, for a pressure and flow control not
  • recycle gas 16a, 16b may e.g. About derivatives 17a, 17b as so-called DR export gas of the plant to
  • Figure 3 shows schematically and by way of example also the plant for the production of directly reduced metal ores 3, in which export gas 2a, 2b of two plants for pig iron production la, lb is obtained.
  • export gas 2a, 2b of two plants for pig iron production la, lb is obtained.
  • those components which have the same function as the components in FIGS. 1 and 2 have the same reference numerals as in FIGS. 1 and 2. Since the facilities for
  • Crude iron production la, lb at the transfer point of the respective export gas 2a, 2b have different pressure levels are in the plant shown in Figure 3 for the production of directly reduced metal ores 3 again components such as the device for separating gas mixtures 7a, 7b with associated compression means 4a, 4b provided for the respective pressure level.
  • the export gas 2a from the first plant for pig iron production 1a is again conducted via a first branch to a first compression device 4a and the export gas 2b from the second plant for the production of pig iron 1b via a second branch to a second compression device 4b.
  • the two branches are brought together and the export ⁇ gas 2a, 2b passed together to a gas heat exchanger 5 and an additional cooling device 6.
  • the different export gas pressure at the transfer point is regulated in the system 3 shown in FIG. 3, for example via the two parallel compression devices 4a, 4b.
  • two devices arranged in parallel for separating gas mixtures 7a, 7b can be provided for removing CO 2 and / or water vapor from the process gas.
  • the largely free of C02 and / or steam process gas is then reunited after the means for separating gas mixtures 7a, 7b and forwarded to the turbine 8 with the means for controlling the amount of process gas 9 to the
  • the process gas flows as the reducing gas 11 via the heating device 10, from which e.g. the flue gas 19 can be withdrawn or used for preheating the process gas to the reduction unit 12th
  • the reducing gas 11 is discharged as a so-called off-gas or top gas 13, cooled and cleaned in a gas cleaning device 14.
  • a gas cleaning device 14 are for each plant for the production of raw iron la, lb, from which export gas 2a, 2b is obtained, respectively, a compression device 15a, 15b and
  • Derivatives 17a, 17b as a so-called DR export gas of the plant for the production of directly reduced metal ores.
  • the gas heat exchange device 5 - as shown in Figure 1 - even after the parallel devices for the separation of gas mixtures 7a, 7b and 8 may be arranged in front of the turbine.
  • reduced metal ores 3 may vary depending on the size of the system
  • Cooling means e.g., heat exchangers
  • 9, 9a, 9b means for regulating the amount of process gas

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur Energieoptimierung in einer Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen (3), insbesondere direkt reduziertem Eisen, wobei die Anlage (3) zumindest ein Reduktionsaggregat (12), eine Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen (7, 7a, 7b) mit zugehöriger Verdichtungseinrichtung (4, 4a, 4b) sowie eine dem Reduktionsaggregat (12) vorgeschaltete Gaserwärmungseinrichtung (10) umfasst. Weiterhin wird ein Teil der Prozessgase (2, 2a, 2b) über eine Zuführleitung aus zumindest einer Anlage zur Roheisenerzeugung (1, 1a, 1b), insbesondere einer Schmelzreduktionsanlage, der Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen (3) zugeführt. Beim erfindungsgemäßen System ist eine Turbine (8, 8a, 8b), insbesondere eine Expansionsturbine, derart zwischen der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen (7, 7a, 7b) und der dem Reduktionsaggregat (12) vorgeschalteten Gaserwärmungseinrichtung (10) eingepasst, dass ein Druckgefälle zwischen der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen (7, 7a, 7b) und dem Reduktionsaggregat (12) in zum Betrieb weiterer Komponenten (4, 4a, 4b, 15, 15a, 15b) der Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen (3) nutzbare Energieformen, insbesondere elektrische und/oder mechanische Energie, umgewandelt wird. Durch die Erfindung werden auf einfache und vorteilhafte Weise ein Energieverbrauch der Anlage (3) reduziert und damit Betriebskosten gesenkt, da durch den Einsatz der Turbine (8, 8a, 8b) das Druckgefälle zwischen der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen (7, 7a, 7b) und dem Reduktionsaggregat (12) wirtschaftlich genutzt wird.

Description

Beschreibung
System zur Energieoptimierung in einer Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein System zur Energieoptimierung in einer Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metall- erzen, insbesondere direkt reduziertem Eisen. Dabei weist eine Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen bzw. Metallen, insbesondere Eisen, zumindest ein
Reduktionsaggregat (z.B. Wirbelschichtreaktorsystem, Fest- bettreduktionsschacht wie z.B. MIDREX®-Reduktionsschacht , etc.), eine Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen mit einer zugeordneten Verdichtereinrichtung und eine dem
Reduktionsaggregat vorgeschaltete Gaserwärmungseinrichtung auf. Die für eine Herstellung von direkt reduziertem Metallerzen notwendigen Prozessgase werden zumindest teilweise über eine Zuführleitung aus zumindest einer Anlage zur Roheisenerzeugung wie z.B. einer Schmelzreduktionsanlage zugeführt und gegebenenfalls teilweise durch Recycling aus dem
Herstellungsprozess selbst gewonnen. Stand der Technik
Die so genannte Direktreduktion von Metallerzen bzw.
Metallen, insbesondere von Eisenerz bzw. Eisenoxid zu direkt reduziertem Eisen bzw. Eisenschwamm wird z.B. in einer eigenen Anlage - einer so genannten Direktreduktionsanlage durchgeführt. Eine derartige Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen umfasst üblicherweise
zumindest ein Reduktionsaggregat wie beispielsweise eine Festbettreduktionsschacht , ein Wirbelschichtreaktorsystem, etc., je nachdem ob das zu reduzierende Metallerz z.B. in stückiger oder feinteilchenförmiger Form vorliegt oder für die Weiterverarbeitung zu Roheisen, roheisenähnlichen
Produkten oder für die Stahlproduktion benötigt wird. Das zu reduzierende Material (z.B. Metallerz, Eisenerz, Eisenoxid, etc.) wird bei der Direktreduktion in stückiger Form - z.B. als Stückerz oder Pellets - oder in feinteilchen- körniger Form in die zumindest ein Reduktionsaggregat
umfassende Anlage zu Herstellung von direkt reduziertem
Metallerz eingebracht. Das Material im Reduktionsaggregat wird dann unter dem so genannten Gegenstromprinzip von einem Prozessgas, welche auch als Reduktionsgas bezeichnet wird, durchströmt. Dabei wird das Material vom Reduktionsgas beispielsweise ganz oder teilweise reduziert - Eisenoxid wird z.B. zu Eisenschwamm reduziert - und das Reduktionsgas bei diesem Prozess oxidiert. Das im Reduktionsaggregat vom
Reduktionsgas reduzierte Material weist dann beispielweise einen Metallisierungsgrad von ca. 45 bis zu über 95% auf.
Die für die Reduktion der Metallerze notwendigen Prozessgase (z.B. Reduktionsgas) werden beispielsweise in einem Ein¬ schmelzvergaser bei einem Schmelzreduktionsverfahren (z.B. COREX®, FINEX®, Sauerstoffhochofen, etc.) oder in einem
Kohlevergaser gewonnen. Das z.B. in einem Einschmelzvergaser erzeugte Reduktionsgas ist vorzugsweise 750 bis 1000°C heiß und meist staubhaltig sowie kohlenmonooxid- und wasserstoff¬ reich (z.B. mit ca. 70 bis 95% CO und H2) . Das Reduktionsgas wird vorzugsweise im mittleren bis unteren Viertel des
Reduktionsaggregats bzw. bei einem Wirbelschichtreaktorsystem in den ersten Wirbelschichtreaktor eingeleitet. Es steigt dann im Reduktionsaggregat nach oben bzw. wird bei einem Wirbelschichtreaktorsystem von Reaktor zu Reaktor geleitet und reduziert dabei das Material (z.B. Metallerze, Eisenerz, Eisenoxid, etc.) im Gegenstrom. Dann wird das Reduktionsgas als so genanntes Topgas oder Off-Gas aus dem Reduktions¬ aggregat abgeleitet.
Danach wird das Reduktionsgas in einer Gasreinigungsein- richtung (z.B. Gaswäscher) gereinigt und gegebenenfalls als so genanntes Recycle Gas zur Entfernung von Kohlendioxid C02 zu einer dem Reduktionsaggregat vorgeschalteten Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen mit zugehöriger Verdichtungs- einrichtung weitergeleitet. Als Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen kommen insbesondere Druckwechsel-Adsorptions¬ anlagen wie z.B. Pressure Swing Adsorption (PSA), Vakuum Pressure Swing Adsorption (VPSA) zum Einsatz, da diese im Vergleich zu anderen Absorptionsverfahren wirtschaftlich günstiger sind. Nach der Behandlung in der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen kann das Recycle Gas dann wieder als Reduktionsgas in das Reduktionsaggregat eingeleitet werden .
Neben der z.B. teilweisen Wiederverwertung der in der Anlage genutzten Prozessgase wird so genanntes Exportgas, welches z.B. aus Verfahren der Roheisenherstellung bzw. aus einem Schmelzreduktionsprozess wie z.B. COREX®- oder FINEX®- Verfahren abgezogen wird, für den Reduktionsprozess im
Reduktionsaggregat genutzt. Die Bezeichnung „Exportgas" dient insbesondere als Bezeichnung für jenen Teil des so genannten Topgases, welcher aus dem Schmelzreduktionsprozess bzw. dem Verfahren der Roheisenherstellung abgezogen, in der Regel gekühlt und auch (nass oder trocken) entstaubt wird, und gegebenenfalls für weitere Prozessgase wie z.B. Überschussgas aus dem Einschmelzvergaser. Als Topgas wird dabei üblicherweise das ausgenutzte Reduktionsgas aus einem Hochofen, einem Einschmelzvergaser oder einem Reduktionsschacht/Wirbel- schichtreaktor bezeichnet.
Wird das Exportgas aus einer oder mehreren Schmelzreduktions¬ anlagen (z.B. Anlagen auf Basis von COREX®- und/oder FINEX®- Verfahren) für die Erzeugung von direkt reduzierten Metall- erzen abgezogen, so wird eine derartige Anlage als Verbund¬ anlage bezeichnet. Das Exportgas wird dabei über in eine Zuführleitung in die Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen bzw. Eisen eingebracht und im
jeweiligen Reduktionsaggregat wie z.B. Wirbelschichtreaktor- System, Reduktionsschachtofen wie z.B. MIDREX®-Reduktions- schacht, etc.) genutzt. Beim Einbringen kann sich das
zugeführte Exportgas mit dem Recycle Gas der Anlage zur
Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen mischen, wobei die Zuführleitung für das Exportgas üblicherweise vor der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen in eine Leitung für das Recycle Gas der Anlage zur Herstellung von direkt
reduzierten Metallerzen mündet.
Für eine optimale Funktionsweise des Reduktionsprozesses in der Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen bzw. Eisen ist allerdings eine gut funktionierende C02- Entfernung in der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen aus dem Prozessgas - d.h. einer Mischung aus Recycle Gas der Anlage und zugeführtem Exportgas - notwendig. Daher wird üblicherweise der Eingangsdruck für die Einrichtung zur
Trennung von Gasgemischen mit Hilfe der zugehörigen Verdichtungseinrichtung (z.B. einem oder mehreren Kompressoren) erhöht. Der Eingangsdruck bei der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen sollte üblicherweise konstant bei einem Eingangsdruckniveau von ca. 3 bis 8 bar Überdruck liegen, um eine effiziente und wirtschaftliche C02-Entfernung aus den Prozessgasen zu gewährleisten. So werden beispielsweise von einer PSA mindestens 6 bar Überdruck und von einer VPSA mindestens ca. 3 Überdruck für die C02-Entfernung benötigt.
Allerdings setzt das eingesetzte Reduktionsaggregat einen wesentlich geringeren Betriebsdruck voraus. So benötigt ein so genannter MIDREX®-Reduktionsschacht als Reduktionsaggregat beispielsweise nur einen Eingangsdruck von ca. 1,2 bis 1,5 bar Überdruck. Damit ergibt sich durch den einerseits relativ hohen Betriebsdruck der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen, insbesondere bei Einsatz einer PSA-Anlage, und den andererseits relativ niedrigen Betriebsdruck des Reduktionsaggregats eine Druckdifferenz, welche für einen optimale Funktionsweise der Anlage zur Herstellung von direkt
reduzierten Metallerzen abgebaut werden muss. Üblicherweise erfolgt das Abbauen dieser Druckdifferenz durch ein System von Regelventilen, welche insbesondere zwischen der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen und dem
Reduktionsaggregat bzw. einer dem Reduktionsaggregat vor- geschalteten Gaserwärmungseinrichtung eingepasst sind. Ein Abbauen der Druckdifferenz über Regelventile weist allerdings den Nachteil auf, dass diese Druckdifferenz ungenutzt bleibt bzw. dass - insbesondere für das Eingangsdruckniveau bei der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen - Energie aufgewendet werden muss, welche danach ungenutzt vernichtet wird. So werden beispielsweise bei Einsatz einer Einrichtung für Druckwechsel-Adsorption (PSA) oder einer Einrichtung für Vakuum-Druckwechsel-Adsorption (VPSA) und einem so genannten MIDREX®-Reduktionsschacht als Reduktionsaggregat aufgrund des jeweils notwendigen Betriebsdruck ca. 1 bis 6 bar ungenutzt vernichtet. Damit liegt beispielsweise der spezifische
Energie- bzw. Stromverbrauch einer so genannten Verbundanlage relativ hoch und verringert somit deren Wirtschaftlichkeit. Daneben ist auch ein durch die Ventilstation entstehender Lärm relativ hoch.
Weiters kann das Exportgas, welches zumindest teilweise als Prozessgas in die Anlage zur Herstellung von direkt
reduzierten Metallerzen eingeleitet wird, aus z.B. zwei
Anlagen zur Erzeugung von Roheisen bzw. Schmelzreduktionsanlagen stammen, welche z.B. unterschiedliche Druckniveaus an der jeweiligen Übergabestelle aufweisen. Dies kann beispiels¬ weise durch unterschiedliche Systemdruckvorgaben beim
jeweiligen Einschmelzvergaser bedingt sein. Um ein annähernd konstantes Eingangsdruckniveau für das Reduktionsaggregat bzw. die Einrichtung zur Trennung von Gasmischen zu erzielen, kann bei derartigen Verbundanlagen beispielsweise eine
Bypassmengendruckregelung vorgesehen sein. Diese weist aller- dings den Nachteil auf, dass ca. 10 bis 20% des Exportgases für die Nutzung in der Verbundanlage, insbesondere in der Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen verloren gehen, wodurch sich ebenfalls die Produktivität und die Wirtschaftlichkeit der Anlage reduziert. Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein System anzugeben, durch welches ungenutzte Druckdifferenzen sinnvoll genutzt und Verluste von Exportgas vermieden werden können sowie die Wirtschaftlichkeit einer Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen gesteigert wird.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein System der eingangs angegebenen Art, wobei eine Turbine, insbesondere Expansionsturbine, derart zwischen der Einrichtung zur
Trennung von Gasgemischen und der dem Reduktionsaggregat vorgeschalteten Gaserwärmungseinrichtung eingepasst ist, dass ein Druckgefälle zwischen der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen und dem Reduktionsaggregat in zum Betrieb weiterer Komponenten der Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen nutzbare Energieformen umwandelbar ist . Der Hauptaspekt der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung besteht darin, dass durch ein Einfügen einer Turbine, insbesondere einer Expansionsturbine, welche von den Prozessgase bei Weiterleitung dieser Gase von der Einrichtung zur
Trennung von Gasgemischen zum Reduktionsaggregat durchströmt wird, ein bestehendes Druckgefälle (z.B. von ca. 1 bis 6 bar Überdruck) wirtschaftlich genutzt werden kann. Durch die Turbine wird das Druckgefälle auf einfache Weise in andere Energieformen (z.B. elektrische Energie, mechanische Energie, etc.) umgewandelt, welche idealer Weise in der Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen selbst z.B. zum Betrieb weiterer Komponenten - nutzbar sind. Als Turbine wird insbesondere eine Expansionsturbine eingesetzt. Eine Expansionsturbine ist eine Gasturbine, in welcher ein unter Druck stehendes Gas unter Abführung von Arbeit bzw. Energie expandiert, wobei das expandierende Gas nicht in der Turbine selbst erzeugt wird, sondern in vorangehenden Prozessen anfällt . Durch den Einsatz einer derartigen Turbine kann die Energie, welche im zwischen der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen und dem Reduktionsaggregat bestehenden Druckgefälle gespeichert ist, sehr einfach umgewandelt und nutzbar gemacht werden. Es wird damit jene Energie, welche bei der
Verdichtung der Prozessgase durch die zur Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen zugehörige Verdichtungseinrichtung zugeführt wird, auf einfache Weise zumindest teilweise wieder zurück gewonnen. Dadurch wird die Wirtschaftlichkeit der Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen bzw. einer Verbundanlage gesteigert.
Da die Prozessgase nach einer Behandlung in der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen, insbesondere nach einer
Behandlung in einer PSA bzw. VPSA, sehr trocken sind bzw. einen sehr niedrigen Wassergehalt aufweisen (der Taupunkt liegt bei ca. -110°C), entstehen kaum Probleme mit einer Kondensation aufgrund einer Abkühlung der Prozessgase während der Entspannung in der Turbine. Weiterhin werden durch die Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen üblicherweise korrosive und/oder teerhaltige Bestandteile aus den Prozess¬ gasen (wie z.B. H2S, PAK, etc.) zu einem hohen Prozentsatz (z.B. 99% für H2S) durch die Adsorptionseinrichtung
eliminiert. Damit werden auch Störungen/ Schäden in der
Turbine, welche gegebenenfalls durch Korrosion, Anbackungen und/oder Abrasion entstehen können, sehr gering gehalten.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass für eine Vorwärmung der Prozessgase vor einer Weiterleitung zur Gaserwärmungseinrichtung, welche dem Reduktionsaggregat vorgeschalteten ist, eine Gaswärmetauschvorrichtung derart eingepasst ist, dass Wärme von den in die Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen eingeleiteten
Prozessgasen, insbesondere dem so genannte Exportgas, an die zum Reduktionsaggregat weitergeleiteten Prozessgase abgegeben wird. Auf diese Weise werden einerseits die Prozessgase - insbesondere das von einer Anlage zur Roheisenherstellung stammende Exportgas - vor einer Einleitung in die Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen bzw. in die zugehörige
Verdichtungseinrichtung abgekühlt. Andererseits wird die abgegebene Wärme idealer Weise genutzt, um die abgekühlten Prozessgase vorzuwärmen, welche nach der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen beispielsweise eine Temperatur von ca. 30 bis 50°C aufweisen bzw. welche durch die Entspannung in der Turbine weiter auf z.B. etwa 10 bis -20°C abgekühlt werden. Dadurch kann beim Erwärmen der Prozessgase durch die dem Reduktionsaggregat vorgeschaltete Gaserwärmungsein¬ richtung zusätzlich Energie gespart werden.
Die Gaswärmetauschvorrichtung kann vorteilhafter Weise zwischen der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen und der Turbine bzw. Entspannungsturbine vorgesehen sein. Eine der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen nach- und der Turbine vorgeschaltete Gaswärmetauschvorrichtung weist den Vorteil auf, dass die vor der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen vom Prozessgas, insbesondere Exportgas,
abgegebene Wärme zusätzlich zur Energiegewinnung in der
Turbine genutzt werden kann.
Alternativ kann es auch günstig sein, wenn die Gaswärmetauschvorrichtung der dem Reduktionsaggregat vorgeschalteten Gaserwärmungseinrichtung vorgeschaltet und damit der Turbine nachgeschaltet ist. Dadurch muss für die Erwärmung der
Prozessgase nach der Turbine in der Gaserwärmungseinrichtung weniger Energie aufgewendet werden, da idealer Weise bereits die von den Prozessgasen vor der Einleitung in die Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen für eine Abkühlung in der Gaswärmetauschvorrichtung abgegebene Wärme zur teilweisen Erwärmung der zum Reduktionsaggregat geleiteten Gase genutzt wird .
Die Energie für eine Vorwärmung des Gases aus der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen, des so genannten Produktgases, kann beispielsweise auch aus folgenden Abwärmequellen
stammen : - Rauchgas der Heizeinrichtung für Reduktionsgas (z.B. Reduktionsgasofen)
- so genanntes Topgas aus dem Reduktionsaggregat
- Kühlgas, welches zur Kühlung des heißen reduzierten
Materials im Reduktionsaggregat oder in einer
nachgeschalteten Kühleinrichtung zum Einsatz kommt
- Abwärmen aus einem vorgeschalteten Eisenerzeugungsverfahren (z.B. Topgas, Off-Gas, Generatorgas, etc.) Es ist auch vorteilhaft, wenn die Turbine zusätzlich für eine Regelung der Prozessgasmenge bzw. des Prozessgasmengenflusses von der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen zum
Reduktionsaggregat genutzt wird und/oder für eine Regelung eines Austrittsdrucks nach der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen eingerichtet ist. Durch derartige Regelungen
(z.B. der Prozessgasmenge und/oder des Austrittsdrucks) durch die Turbine wird unter anderem auf einfache Weise sicher¬ gestellt, dass eine maximale Kapazität der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen - insbesondere einer PSA bzw. VPSA - nicht überschritten wird. Dies kann z.B. durch Überwachung des Feedgasflusses zur Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen, insbesondere PSA, und/oder des Austrittsdrucks gewährleistet werden. Ein Überschreiten dieser maximalen Kapazität könnte sonst zu einer Beschädigung an der
Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen und/oder zu einer hydraulischen Überlastung führen.
Zusätzlich wird im Reduktionsaggregat eine annähernd
konstante Menge an Prozessgasen, insbesondere Reduktionsgas, vorausgesetzt. Diese annähernd konstante Gasmenge bzw. ein
Verhältnis von Menge an Reduktionsgas und direkt reduziertem Material (Metall, Eisen (DRI), etc.) bestimmt dabei z.B. die Produktqualität des direkt reduzierten Metalls bzw. Eisen¬ schwamm. Daher ist je nach gewünschter Produktqualität eine spezifisch gewählte, annähernd konstant Menge an Reduktions¬ gas im Reduktionsaggregat notwendig. Dies kann ebenfalls durch die Regelung der Prozessgasmenge bzw. des Prozessgas¬ mengenflusses mit Hilfe der Turbine erzielt werden. Dabei ist es von Vorteil, wenn für die Regelung der Prozess¬ gasmenge bzw. des Prozessgasmengenflusses die Turbine
entweder eine so genannte Einleitevorrichtung ausweist oder eine Vorrichtung zur Steuerung von Ventilen umfasst, durch welche der Prozessgasfluss von der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen zum Reduktionsaggregat auf einfache und kostengünstige Weise gesteuert bzw. geregelt wird. Es ist weiterhin günstig, wenn für die Umwandlung des Druckgefälles zwischen der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen und dem Reduktionsaggregat in elektrische Energie ein Generator vorgesehen ist, welcher von der Turbine bzw. der Entspannungsturbine angetrieben wird. Durch eine Kopplung der Turbine mit einem Generator wird auf einfache Weise das Druckgefälle in elektrische Energie umgewandelt und kann so für einen Betrieb weiterer Komponenten der Anlage zur
Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen (z.B.
Kompressoren, etc.) genutzt werden. Damit werden idealer Weise Stromverbrauch bzw. Stromkosten der Anlage reduziert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems kann vorgesehen sein, dass für eine Umwandlung des Druckgefälles zwischen der Einrichtung zur Trennung von
Gasgemischen und dem Reduktionsaggregat in mechanische
Energie die Turbine mit weiteren Komponenten der Anlagen zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen, insbesondere Verdichtungseinrichtungen wie z.B. Kompressoren, Kühlgaskompressoren der Anlage und in besonders bevorzugter Weise mit den Recycle Gas-Kompressoren, gekoppelt wird. Durch diese Kopplung, bei welcher die Energie z.B. direkt von der Turbine auf eine oder mehrere Komponenten der Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen übertragbar ist, kann zusätzlich ein Einsatz eines Generators und die dafür entstehenden Kosten eingespart werden.
Vorteilhaft ist es auch, wenn für ein Anfahren/Abfahren und/ oder für einen Teillastbetrieb der Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen eine Bypassleitung - mit beispielsweise Regelventilen und/oder -klappen - um die
Turbine bzw. Entspannungsturbine vorgesehen ist. Auf diese Weise wird auch beim An- bzw. Abfahren der Anlage bzw. bei einem Teillastbetrieb für konstante Druck- und Prozessgas¬ mengen-Verhältnisse in der Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen gesorgt.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand der beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen:
Figur 1 beispielhaft und schematisch einen Aufbau des
erfindungsgemäßen Systems zur Energieoptimierung in einer Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen bzw. in einer Verbundanlage
Figur 2 eine schematische und beispielhafte Darstellung des erfindungsgemäßes Systems zur Energieoptimierung, bei
Zufuhr von Exportgas aus zwei Anlagen zur Roheisenerzeugung
Figur 3 schematisch und beispielhaft eine weitere Variante des erfindungsgemäßes Systems zur Energieoptimierung, bei Zufuhr von Exportgas aus zwei Anlagen zur Roheisenerzeugung
Ausführung der Erfindung
In Figur 1 ist schematisch und beispielhaft ein Aufbau einer Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen 3, insbesondere Eisen, dargestellt, welche das erfindungsgemäße System zur Energieoptimierung umfasst. Prozessgase 2, 11, 16 der schematisch dargestellten, beispielhaften Anlage zur
Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen 3 werden aus einer Anlage zur Roheisenerzeugung 1, insbesondere einer Schmelzreduktionsanlage - beispielsweise auf Basis des so genannten COREX®- oder FINEX®-Verfahren, abgezogen. Eine derartige Anlage wird auch als Verbundanlage bezeichnet.
Bei einer Verbundanlage wird üblicherweise ein Exportgas 2 der Anlage zur Roheisenerzeugung 1, als Reduktionsgas 11 für eine Reduktion von Metallerzen, Eisenerz, etc. in einer
Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen 3, Eisen, etc. genutzt. Das Exportgas 2 entsteht in der Anlage zur Roheisenerzeugung 1 beispielsweise bei einem Schmelz- reduktionsverfahren wie z.B. dem COREX®-Verfahren oder dem FINEX®-Verfahren, wobei beim COREX®-Verfahren Metallerz in stückiger Form (z.B. Stückerz, Pellet, etc.) verwendet wird, während beim FINEX®-Verfahren das Metallerz als Feinerz eingebracht wird.
Das Exportgas 2 gelangt als Prozessgas über eine Zuführ¬ leitung in die Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen 3. Dabei mündet die Zuführleitung für das
Exportgas 2 in einer Rückführleitung, in welcher das so genanntes Top-Gas oder Recycle Gas 16 der Anlage 3 wieder für einen Reduktionsprozess aufbereitet und zurückgeführt wird.
Das Exportgas 2 und das Recycle Gas 16 werden einer
Verdichtungseinrichtung 4 (z.B. Kompressor) zugeführt, welche einer nachgeschalteten Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen 7 zugeordnet ist. Mit der Verdichtungseinrichtung 4 wird ein für die Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen 7 notwendiges, üblicherweise konstantes Druckniveau (z.B. von ca. 3 bis 8 bar Überdruck) hergestellt. Dabei ist zusätzlich zu beachten, dass zwischen dem Exportgas 2 und dem Recycle
Gas 11 ein Druckunterschied existiert. Da das Exportgas 2 in der Menge (z.B. um 10%) schwankt, wird die Menge an Recycle Gas 16 üblicherweise über eine Austrittsdruckregelung
variiert. Das für eine Druck- und Mengenregelung nicht not- wendige Recycle Gas 16 kann beispielsweise über ein Ableitung 17 als so genanntes DR-Exportgas der Anlage 3 abgeführt und z.B. thermisch verwertet (z.B. Verbraucher im Hüttenwerk wie z.B. Rollherdöfen, Brammenstoßöfen, etc.) oder über eine Gasentsorgungseinrichtung 18 (z.B. Fackel) abgeblasen werden. Diese Ableitung 17 weist ebenfalls zur Druckkontrolle ein Ventil auf. Nach dem Kompressor 4 wird das Prozessgas 2 auf eine für eine Behandlung in der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen 7 notwendige Temperatur (z.B. ca. 30 bis 50°C) abgekühlt. Eine Abkühlung ist notwendig, da das Exportgas 2 aus der Anlage zur Roheisenherstellung nach dessen Verdichtung beispiels- weise eine Temperatur von etwa 100 bis 120°C aufweist. Das Prozessgas 2 wird daher nach der Verdichtungseinrichtung 4 durch eine Gaswärmetauschvorrichtung 5 geführt, welche gleichzeitig zum Vorwärmen des vom C02 und/oder Wasserdampf weitgehend befreiten Prozessgases 2 vor der Entspannungs- einrichtung 8 dient. Zur weiteren Abkühlung wird das Prozessgas 2 vor der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen 7 noch durch eine weitere Abkühleinrichtung 6 geleitet. Als Abkühleinrichtung 6 kann beispielsweise ein Wärmetauscher mit Kühlwasser vorgesehen sein.
Nach ausreichender Abkühlung auf ca. 30 bis 50 °C wird das Prozessgas 2 der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen 7 zur C02-Entfernung zugeführt. Diese Einrichtung 7 kann beispielsweise bei ausreichend hohem Druckniveau als
Einrichtung für Druckwechsel-Adsorption 7 (Pressure Swing Adsorption (PSA) ) oder als eine so genannte Vakuum-Druckwechsel-Adsorptionseinrichtung 7 (VPSA) ausgeführt sein.
Dann wird das weitgehend von C02 und/oder Wasserdampf
befreite Prozessgas 2, welche aufgrund der Behandlung in der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen 7 üblicherweise sehr trocken ist - d.h. einen sehr geringen Wassergehalt aufweist, und welches beispielsweise auch einen sehr geringen Prozentsatz an korrosiven und teerhaltigen Gasbestandteilen aufweist, zum Vorwärmen durch die Gaswärmetauschvorrichtung 5 geleitet. Von dort fließt das Prozessgas zu einer Turbine 8 bzw. Expansionsturbine 8. In dieser Turbine 8 wird ein Druckgefälle abgebaut bzw. in andere, nutzbare Energieformen umgewandelt .
Ein Abbau des Druckgefälles ist notwendig, da für eine effiziente und wirtschaftliche C02-Entfernung aus dem
Prozessgas 2 bei der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen 7 üblicherweise eine Eingangsdruckniveau von ca. 3 bis 8 bar Überdruck benötigt wird. So werden beispielsweise von einer PSA mindestens 6 bar Überdruck und von einer VPSA mindestens ca. 3 bar Überdruck für die C02-Entfernung
benötigt. Das Reduktionsaggregat 12 setzt allerdings einen wesentlich niedrigeren Betriebsdruck (z.B. bei einem so genannter MIDREX®-Reduktionsschacht ca. 1,2 bis 1,5 bar
Überdruck) voraus. Damit ergibt sich durch den einerseits relativ hohen Betriebsdruck der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen 7, insbesondere bei Einsatz einer PSA, und den andererseits relativ niedrigen Betriebsdruck des Reduktionsaggregats 12 eine Druckdifferenz, welche für einen optimale Funktionsweise der Anlage zur Herstellung von direkt
reduzierten Metallerzen 3 abgebaut werden muss. In der
Turbine 8 wird dieses Druckgefälle daher abgebaut und in eine für die Anlage 3 nutzbare Energieform umgewandelt.
Für die Umwandlung bzw. Nutzung der Energie kann die Turbine 8 mit einem Generator gekoppelt sein, durch welchen die im Druckgefälle gespeicherte Energie in elektrische Energie umgewandelt wird. Diese elektrische Energie kann dann zum Betriebe weiterer Komponenten wie z.B. der Kompressoren 4, 15 der Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen 3 verwendet werden. Alternativ kann die Turbine 8 direkt mit einer mechanischen Kopplung zu weiteren Komponenten, insbesondere den Kompressoren 4, 15, versehen sein, um die im Druckgefälle gespeicherte Energie als mechanische Energie zu nutzen . Die Turbine 8 weist auch eine Einrichtung zur Regelung der
Prozessgasmenge 9 oder zur Regelung eines Nachdrucks nach der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen 7 auf, damit die maximale Kapazität der Einrichtung zur Trennung von Gas- gemischen 7 nicht überschritten wird bzw. keine Schäden an dieser entstehen. Als Einrichtung zur Regelung der
Prozessgasmenge 9 können entweder eine Einleitevorrichtung oder eine Einrichtung zur Steuerung von Ventilen vorgesehen sein.
Das durch die Expansion in der Turbine 8 weiter abgekühlte Prozessgas 2 mit einer Temperatur von z.B. ca. 10 bis -20°C wird dann zu einer Heizeinrichtung 10 weitergeleitet.
Alternativ kann die Gaswärmetauscheinrichtung 5 statt
zwischen der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen 7 und der Turbine 8 auch nach der Turbine 8 und vor der Heizeinrichtung 10 eingepasst sein. Die Energie für eine Vorwärmung des Prozessgases 2, welches aus der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen 7 weitergeleitet wird, in der Gaswärmetauscheinrichtung 5 kann beispielsweise auf einer Abwärmequelle wie z.B. einem Rauch¬ gas 19 der Heizeinrichtung 10 (z.B. Reduktionsgasofen), einem Topgas 13 aus dem Reduktionsaggregat 12, einem Kühlgas zur Kühlung des heißen reduzierten Materials im Reduktionsaggregat 12 oder in einer nachgeschalteten Kühleinrichtung oder Abwärmen aus einem vorgeschalteten Eisenerzeugungsverfahren (z.B. Topgas, Off-Gas, Generatorgas, etc.)
zurückgegriffen werden.
In der Heizeinrichtung 10 wird dann das Prozessgas 2 bzw. eine Gasmischung zusammen mit dem Recycle Gas 16 für den Reduktionsprozess erwärmt und als Reduktionsgas 11 zum
Reduktionsaggregat 12 geführt. Dann wird das Reduktionsgas 11 in das Reduktionsaggregat 12, in welchem sich das über eine Materialzuführung zugeführte, zu reduzierende Material - z.B. Metallerz, Eisenerz, etc. befindet, eingeleitet, um dieses Material im Gegenstrom zu reduzieren. Als Reduktionsaggregat 12 können je nach vorliegendem, zu reduzierenden Material
(Erz in stückiger Form, Pellet, Feinerz, etc.) ein Festbett- reduktionsschacht wie z.B. MIDREX®-Reduktionsschacht oder ein Wirbelschichtreaktorsystem verwendet werden. Das Reduktionsgas 11 wird dann aus dem oberen Teil des
Reduktionsaggregats 12 als Off-Gas oder Top-Gas 13 abgeleitet und abgekühlt. Für die Reinigung des Gases 13 ist eine dem Reduktionsaggregat 12 nachgeschaltete Gasreinigungsein¬ richtung 14 vorgesehen. Nach der Gasreinigungseinrichtung 14 ist eine Verdichtungseinrichtung 15 vorgesehen. Das
gereinigte Recycle Gas 16 wird dann über die Rückführleitung wieder dem Reduktionsprozess zugeführt.
Figur 2 zeigt wieder schematisch und beispielhaft die Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen 3. Dabei wird allerdings Exportgas 2a, 2b von zwei Anlagen zur
Roheisenerzeugung la, lb bezogen. Der Einfachheit halber wurden die Komponenten der in Figur 2 dargestellten Anlage 3, welche dieselbe Funktion aufweisen, mit den gleichen
Bezugszeichen bezeichnet. Da die Anlage zur Roheisenerzeugung la, lb aber an der Übergabestelle des jeweiligen Exportgases 2a, 2b unterschiedliches Druckniveau aufweisen können, sind Komponenten wie z.B. die Einrichtung zur Trennung von
Gasgemischen 7a, 7b mit zugehöriger Verdichtungseinrichtung 4a, 4b, die Gaswärmetauschvorrichtung 5a, 5b, die Turbine 8a, 8b, etc. für das jeweilige Druckniveau vorzusehen. Dabei wird das Exportgas 2a aus der ersten Anlage zur Roh¬ eisenerzeugung la über einen ersten Zweig mit Verdichtungseinrichtung 4a, Gaswärmetauschvorrichtung 5a und zusätzlicher Abkühleinrichtung 6a zu einer ersten Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen 7a geführt. Das bestehende Druckgefälle zum Reduktionsaggregat 12 wird dann über eine erste Turbine 8a mit einer Einrichtung zur Regelung der jeweiligen Prozessgasmenge 9a durch die Gaswärmetauschvorrichtung 5a zum Vorwärmen zur Heizvorrichtung 10 und damit dem Reduktionsaggregat 12 zugeführt .
Das Exportgas 2b aus einer zweiten Anlage zur Roheisenerzeugung 2b wird über einen zweiten, parallelen Zweig, welcher ebenfalls eine Verdichtungseinrichtung 4b, eine Gas- wärmetauschvorrichtung 5b und einen zusätzliche Abkühleinrichtung 6b aufweist, ebenfalls zu einer zweiten Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen 7b geleitet. Das im zweiten Zweig bestehende Druckgefälle zum Reduktionsaggregat 12 wird ebenfalls über eine zweite Turbine 8b mit einer Einrichtung zur Regelung der jeweiligen Prozessgasmenge 9b abgebaut bzw. in eine nutzbare Energieform umgewandelt. Dann wird das Prozessgas im zweiten Zweig ebenfalls zum Vorwärmen durch die Gaswärmetauschvorrichtung 5b des zweiten Zweigs weiter zur Heizvorrichtung 10 und zum Reduktionsaggregat 12 geleitet.
In beiden Zweigen kann alternativ - wie in Figur 1 dargestellt - die jeweilige Gaswärmetauschvorrichtung 5a, 5b auch nach der jeweiligen Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen 7a, 7b und vor der jeweiligen Turbine 8a, 8b angeordnet sein. Der jeweilige Exportgasdruck an den beiden Übergabestellen wird durch zwei parallele Verdichtungs¬ einrichtung 15a, 15b für das Recycle Gas 16a, 16b geregelt. Über diese Verdichtungseinrichtungen 15a, 15b können dann unterschiedliche Austrittsdrücke eingestellt werden. Über¬ schüssiges, für eine Druck- und Mengenregelung nicht
benötigtes Recycle Gas 16a, 16b kann z.B. über Ableitungen 17a, 17b als so genanntes DR-Exportgas der Anlage zur
Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen 3 abgeführt und z.B. thermisch verwertet oder über die Gasentsorgungs¬ einrichtung 18 abgeblasen werden.
Figur 3 zeigt schematisch und beispielhaft ebenfalls die Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen 3, bei welcher Exportgas 2a, 2b von zwei Anlagen zur Roheisenerzeugung la, lb bezogen wird. Der Einfachheit halber wurden bei der in Figur 3 dargestellten Anlage 3 ebenfalls jene Komponenten, welche dieselbe Funktion wie die Komponenten in Figur 1 bzw. 2 aufweisen, mit den gleichen Bezugszeichen wie in den Figuren 1 und 2 bezeichnet. Da die Anlagen zur
Roheisenerzeugung la, lb an der Übergabestelle des jeweiligen Exportgases 2a, 2b unterschiedliches Druckniveau aufweisen, sind bei der in Figur 3 dargestellten Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen 3 wieder Komponenten wie z.B. die Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen 7a, 7b mit zugehöriger Verdichtungseinrichtung 4a, 4b für das jeweilige Druckniveau vorgesehen.
Dabei wird wieder das Exportgas 2a aus der ersten Anlage zur Roheisenerzeugung la über einen ersten Zweig zu einer ersten Verdichtungseinrichtung 4a und das Exportgas 2b aus der zweiten Anlage zur Roheisenerzeugung lb über einen zweiten Zweig zu einer zweiten Verdichtungseinrichtung 4b geführt.
Dann werden die beiden Zweige zusammengeführt und das Export¬ gas 2a, 2b gemeinsam zu einer Gaswärmetauschvorrichtung 5 und einer zusätzlichen Abkühlvorrichtung 6 geleitet. Der unterschiedliche Exportgasdruck an der Übergabestelle wird bei der in Figur 3 dargestellten Anlage 3 beispielsweise über die zwei parallelen Verdichtungseinrichtungen 4a, 4b geregelt.
Nach der zusätzlichen Abkühlvorrichtung 6 können für ein Entfernen von C02 und/oder Wasserdampf aus dem Prozessgas jeweils zwei parallel angeordnete Einrichtungen zur Trennung von Gasgemischen 7a, 7b vorgesehen sein. Das weitgehend von C02 und/oder Wasserdampf befreite Prozessgas wird dann nach den Einrichtungen zur Trennung von Gasgemischen 7a, 7b wieder zusammengeführt und zur Turbine 8 mit der Einrichtung zur Regelung der Prozessgasmenge 9 weitergeleitet, um das
Druckgefälle abzubauen. Von dort fließt das Prozessgas als Reduktionsgas 11 über die Heizvorrichtung 10, von welcher z.B. das Rauchgas 19 zum Vorwärmen des Prozessgases abgezogen bzw. genutzt werden kann, zum Reduktionsaggregat 12.
Nach dem Reduktionsaggregat 12 wird das Reduktionsgas 11 als so genanntes Off-Gas oder Top-Gas 13 abgeleitet, abgekühlt und in einer Gasreinigungseinrichtung 14 gereinigt. Nach der Gasreinigungseinrichtung 14 sind für jede Anlage zur Roh- eisenerzeugung la, lb, von welcher Exportgas 2a, 2b bezogen wird, jeweils eine Verdichtungseinrichtung 15a, 15b und
Rückführleitungen, für das jeweilige Recycle Gas 16a, 16b vorgesehen. Dabei können über die Verdichtungseinrichtungen 15a, 15b wieder unterschiedliche Austrittsdrücke eingestellt werden. Überschüssiges, für eine Druck- und Mengenregelung nicht benötigtes Recycle Gas 16a, 16b kann z.B. über
Ableitungen 17a, 17b als so genanntes DR-Exportgas der Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen 3
abgeführt und z.B. thermisch verwertet oder über die Gas¬ entsorgungseinrichtung 18 abgeblasen werden.
Auch bei der in Figur 3 dargestellten Variante der Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen 3 kann
alternativ die Gaswärmetauschvorrichtung 5 - wie in Figur 1 dargestellt - auch nach den parallelen Einrichtungen zur Trennung von Gasgemischen 7a, 7b und vor der Turbine 8 angeordnet sein.
Durch einen Einsatz von einer Turbine 8 bzw. Entspannungsturbine 8 in der Anlage zur Herstellung von direkt
reduzierten Metallerzen 3 kann je nach Anlagengröße
beispielsweise elektrische Energie von ca. 2 bis 6 MWh/h zurück gewonnen bzw. eingespart werden. Dadurch kann der Energieverbrauch einer derartigen Anlage 3 erheblich
reduziert und Betriebskosten gesenkt werden. Darüber hinaus ergibt sich durch den Einsatz der Turbine 8 beispielsweise auch eine Reduktion der C02-Emission der Anlage 3, da ein geringerer Bezug von elektrischer Energie für den Betrieb der Anlage 3 notwendig ist.
Bezugszeichenliste
1, la, lb Anlage zur Roheisenerzeugung, insbesondere
Schmelzreduktionsanläge
2, 2a, 2b Exportgas der Anlage zur Roheisenerzeugung
3 Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten
Metallerzen bzw. Eisen (DR-Anlage)
4, 4a, 4b Verdichtungseinrichtung für Einrichtung zur
Trennung von Gasgemischen (z.B. Kompressor)
5, 5a, 5b Gaswärmetauschvorrichtung
6, 6a, 6b Abkühleinrichtung (z.B. Wärmetauscher)
7, 7a, 7b Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen - C02-
Entfernung
8, 8a, 8b Expansionsturbine
9, 9a, 9b Einrichtung zur Regelung der Prozessgasmenge
10 Heizeinrichtung für Reduktionsgas (z.B.
Reduktionsgasofen)
11 Reduktionsgas
12 Reduktionsaggregat
13 Topgas bzw. Topgasleitung
14 Gasreinigungseinrichtung für Topgas
15, 15a, 15b Verdichtungseinrichtung für Recycle Gas
(z.B. Kompressor)
16, 16a, 16b Recycle Gas bzw. Recycle Gas-Leitung
17, 17a, 17b Ableitung für überschüssige Prozessgase
18 Gasentsorgungseinrichtung (z.B. Fackel)
19 Rauchgas aus Heizeinrichtung für Reduktionsgas (z.B.
Reduktionsgasofen)

Claims

Patentansprüche
1. System zur Energieoptimierung in einer Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen (3) , welche zumindest ein Reduktionsaggregat (12), eine Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen (7, 7a, 7b) sowie eine dem Reduktionsaggregat (12) vorgeschaltete Gaserwärmungsein¬ richtung (10) umfasst, und bei welcher zumindest ein Teil der Prozessgase (2, 2a, 2b) über eine Zuführleitung aus zumindest einer Anlage zur Roheisenerzeugung (1, la, lb) , insbesondere einer Schmelzreduktionsanlage, zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Turbine (8, 8a, 8b), insbesondere Expansionsturbine, derart zwischen der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen (7, 7a, 7b) und der dem Reduktionsaggregat (12) vor¬ geschalteten Gaserwärmungseinrichtung (10) eingepasst ist, dass ein Druckgefälle zwischen der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen (7, 7a, 7b) und dem Reduktionsaggregat (12) in zum Betrieb weiterer Komponenten (4, 4a, 4b, 15, 15a, 15b) der Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen (3) nutzbare Energieformen umwandelbar ist.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Vorwärmung der Prozessgase (11) vor einer Weiterleitung zur dem Reduktionsaggregat (12) vorgeschalteten Gaserwärmungseinrichtung (10) eine Gaswärmetauschvorrichtung (5, 5a, 5b) derart eingepasst ist, dass Wärme von den in die Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen (7, 7a, 7b) eingeleiteten Prozessgasen (2, 16, 2a, 2b, 16a, 16b), insbesondere dem so genannte Exportgas (2, 2a, 2b), abgegeben wird.
3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaswärmetauschvorrichtung (5, 5a, 5b) der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen (7, 7a, 7b) nachgeschaltet und der Turbine (8, 8a, 8b) vorgeschaltet angebracht ist. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, da ss die Gaswärmetauschvorrichtung (5, 5a, 5b) der
Turbine (8, 8a, 8b) nachgeschaltet und der dem
Reduktionsaggregat (12) vorgeschalteten Gaserwärmungs¬ einrichtung (10) vorgeschaltet angebracht ist.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (8, 8a, 8b) für eine Regelung einer Menge der von der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen (7, 7a, 7b) zum Reduktionsaggregat (12) fließenden Prozessgasen (11) und/oder für eine Regelung eines Austrittsdrucks nach der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen (7, 7a, 7b) eingerichtet ist .
System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (8, 8a, 8b) für die Regelung der
Prozessgasmenge so genannte Einleitevorrichtungen (9, 9a, 9b) aufweist.
System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (8, 8a, 8b) für die Regelung der
Prozessgasmenge eine Vorrichtung zur Steuerung von
Ventilen (9, 9a, 9b) aufweist.
System nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass für eine Umwandlung des Druckgefälles zwischen der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen (7, 7a, 7b) und dem Reduktionsaggregat (12) in elektrische Energie ein Generator vorgesehen ist.
System nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass für eine Umwandlung des Druckgefälles zwischen der Einrichtung zur Trennung von Gasgemischen (7, 7a, 7b) und dem Reduktionsaggregat (12) in mechanische Energie eine mechanische Kopplung der Turbine (8, 8a, 8b) mit Komponenten der Anlage zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen (3) , insbesondere Verdichtungseinrichtungen ( 4 , 4a, 4b, 15, 15a, 15b), vorgesehen ist. 10. System nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass für ein Anfahren, Abfahren und/oder einen Teillastbetrieb der Anlagen zur Herstellung von direkt reduzierten Metallerzen (3) eine Bypassleitung um die Turbine (8, 8a, 8b) vorgesehen ist
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2905345A1 (de) * 2014-02-10 2015-08-12 Primetals Technologies Austria GmbH Pneumatische Erzchargierung
EP3034631A1 (de) * 2014-12-17 2016-06-22 Primetals Technologies Austria GmbH Direktreduktionsverfahren mit Gaskühlung

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2469207B1 (de) * 2010-12-22 2018-06-20 General Electric Technology GmbH Metallurgisches Anlagengasreinigungssystem und Verfahren zum Reinigen eines abgeführten Gases
WO2016010999A1 (en) * 2014-07-15 2016-01-21 Midrex Technologies, Inc. Methods for producing direct reduced iron utilizing petroleum bottoms or coke gasifier and hot gas cleaner
CN105066682B (zh) * 2015-08-05 2017-03-01 清华大学 一种快速致密化压力耦合动态烧结炉及烧结方法
US11427877B2 (en) 2017-09-21 2022-08-30 Nucor Corporation Direct reduced iron (DRI) heat treatment, products formed therefrom, and use thereof
BR102020023562A2 (pt) * 2020-11-18 2022-05-31 Tecnored Desenvolvimento Tecnologico S.A. Complexo agroindustrial sustentável de produção de ferro gusa e coprodutos.
EP4130298A1 (de) * 2021-08-02 2023-02-08 Primetals Technologies Austria GmbH Gaskompression bei wasserstoffbasierter direktreduktion
CN113739587B (zh) * 2021-09-15 2023-12-08 重庆福锅节能科技有限公司 一种基于热交换原理的硅铁矿烟气余热处理装置
CN117781695B (zh) * 2024-02-27 2024-05-07 沈阳中金模具集团有限公司 一种设置模具自动上下料结构的电阻炉

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0934904A2 (de) * 1998-02-06 1999-08-11 Texaco Development Corporation Integration einer partiellen Oxidation in einem Direktreduktionssystem
WO2008146112A1 (en) * 2007-05-25 2008-12-04 Hyl Technologies, S.A. De C.V Method and apparatus for the direct reduction of iron ores utilizing syngas
WO2009037587A2 (en) * 2007-08-08 2009-03-26 Hyl Technologies, S.A. De C.V Method and apparatus for the direct reduction of iron ores utilizing gas from a melter-gasifier
WO2010020655A1 (en) * 2008-08-21 2010-02-25 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Improved process for production of elemental iron

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT410802B (de) 2001-11-09 2003-08-25 Voest Alpine Ind Anlagen Verfahren und vorrichtung zur behandlung eines feinteilchenförmigen, insbesondere metallhaltigen, einsatzmateriales
AT506837B1 (de) 2008-06-06 2010-03-15 Siemens Vai Metals Tech Gmbh Verfahren und vorrichtung zur herstellung von roheisen oder flüssigen stahlvorprodukten
AT507525B1 (de) * 2008-10-23 2010-09-15 Siemens Vai Metals Tech Gmbh Verfahren und vorrichtung zum betrieb eines schmelzreduktionsverfahrens
AT507713B1 (de) * 2009-01-12 2010-10-15 Siemens Vai Metals Tech Gmbh Verfahren und vorrichtung zur herstellung von roheisen oder flüssigen stahlvorprodukten
AT509224B1 (de) * 2010-05-20 2011-07-15 Siemens Vai Metals Tech Gmbh Verfahren und vorrichtung zur regelung der temperatur von prozessgasen aus anlagen zur roheisenherstellung für die nutzung einer entspannungsturbine

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0934904A2 (de) * 1998-02-06 1999-08-11 Texaco Development Corporation Integration einer partiellen Oxidation in einem Direktreduktionssystem
WO2008146112A1 (en) * 2007-05-25 2008-12-04 Hyl Technologies, S.A. De C.V Method and apparatus for the direct reduction of iron ores utilizing syngas
WO2009037587A2 (en) * 2007-08-08 2009-03-26 Hyl Technologies, S.A. De C.V Method and apparatus for the direct reduction of iron ores utilizing gas from a melter-gasifier
WO2010020655A1 (en) * 2008-08-21 2010-02-25 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Improved process for production of elemental iron

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2905345A1 (de) * 2014-02-10 2015-08-12 Primetals Technologies Austria GmbH Pneumatische Erzchargierung
WO2015117861A1 (de) * 2014-02-10 2015-08-13 Primetals Technologies Austria GmbH Pneumatische erzchargierung
CN105960471A (zh) * 2014-02-10 2016-09-21 首要金属科技奥地利有限责任公司 气动的矿石装料
CN105960471B (zh) * 2014-02-10 2018-06-22 首要金属科技奥地利有限责任公司 气动的矿石装料
AU2015215190B2 (en) * 2014-02-10 2019-04-04 Primetals Technologies Austria GmbH Pneumatic ore charging
RU2686127C2 (ru) * 2014-02-10 2019-04-24 Прайметалз Текнолоджиз Аустриа ГмбХ Пневматическая загрузка руды
US10337076B2 (en) 2014-02-10 2019-07-02 Primetals Technologies Austria GmbH Pneumatic ore charging
AU2015215190B9 (en) * 2014-02-10 2019-09-05 Primetals Technologies Austria GmbH Pneumatic ore charging
EP3034631A1 (de) * 2014-12-17 2016-06-22 Primetals Technologies Austria GmbH Direktreduktionsverfahren mit Gaskühlung

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