EP0766747A1 - Verfahren zur direktreduktion von eisenoxidhältigem material - Google Patents

Verfahren zur direktreduktion von eisenoxidhältigem material

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EP0766747A1
EP0766747A1 EP95919926A EP95919926A EP0766747A1 EP 0766747 A1 EP0766747 A1 EP 0766747A1 EP 95919926 A EP95919926 A EP 95919926A EP 95919926 A EP95919926 A EP 95919926A EP 0766747 A1 EP0766747 A1 EP 0766747A1
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EP
European Patent Office
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gas
line
direct reduction
reducing
reducing gas
Prior art date
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Ceased
Application number
EP95919926A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Roland Fluch
Karl Czermak
Günter PEER
Roy Hubert Whipp, Jr.
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
Brifer International Ltd
Original Assignee
Voest Alpine Industrienlagenbau GmbH
Brifer International Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Voest Alpine Industrienlagenbau GmbH, Brifer International Ltd filed Critical Voest Alpine Industrienlagenbau GmbH
Publication of EP0766747A1 publication Critical patent/EP0766747A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0073—Selection or treatment of the reducing gases
    • 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
    • C21B2100/22—Increasing the gas reduction potential of recycled exhaust gases by reforming
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • 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
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    • Y02P10/10—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
    • Y02P10/143—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions of methane [CH4]

Definitions

  • the invention relates to a process for the direct reduction of iron oxide-containing material, synthesis gas, preferably reformed natural gas, being mixed with top gas formed in the direct reduction of the iron oxide-containing material and used as a reducing gas for direct reduction and for heating the iron oxide-containing material to the reduction temperature, and a system for carrying out the Procedure.
  • Metal dusting occurs increasingly at higher temperatures, which means in particular Parts of the system that come into contact with hot reducing gas are at risk.
  • these are, in particular, the reactors used for direct reduction and the gas heater which heats the reducing gas to the reduction temperature.
  • the invention aims to avoid these disadvantages and difficulties and has as its object to provide a method of the type described above and a system for carrying out the method, which an adjustment of an H2S content to a predetermined value with sufficient accuracy and avoiding a large enable procedural or constructive and costly effort.
  • This object is achieved in that at least part of a sulfur contained in the iron oxide-containing material in the form of H2S obtained during the heating or the direct reduction is fed to the reducing gas with the top gas.
  • the invention is based on the idea of utilizing the sulfur usually contained in the ore, which has hitherto not been used in further processing, and makes the fact take advantage of the fact that when sulfur-containing ore is heated, H2S is formed.
  • this PbS is derived as the top gas with the reducing gas which brings about the heating and from which it is absorbed, and is fed to the reducing gas.
  • a __2S content in the reducing gas is expediently set in the size of 20 to 40 ppmV, preferably in the size of approximately 25 ppmV, with the top gas.
  • the top gas is subjected to a CO 2 scrubbing before use as a reducing gas, and the __2S content in the reducing gas is adjusted by admixing at least a partial volume of the top gas to the reducing gas bypassing the CO 2 scrubbing.
  • This variant is particularly easy to implement, since only a bypass line which bridges the CO 2 washer is to be arranged. This prevents the FbS present in this part of the top gas from being washed out, whereas the remaining part of the top gas is subjected to an Olb wash, in which H2S is also washed out.
  • the desired H2S content of the reducing gas can be set in a simple manner by varying the amount of top gas passed through the bypass line.
  • a further preferred embodiment is characterized in that reformed natural gas is used as synthesis gas and that both the reformed natural gas and the top gas are subjected to a CO 2 scrubbing before use as a reducing gas, a partial volume of the reformed natural gas being bypassed by the CO 2 scrubbing Reducing gas is added directly.
  • a desired CO content can be set in a simple manner or changes in the CO 2 content and the CO / CO2 ratio of the reducing gas caused by the direct admixing of a part of a CO2-unwashed top gas can be compensated for, taking into account the desired H2S content.
  • Another preferred possibility for setting the desired H2S content in the reducing gas is characterized in that the setting of the H2S content in the reducing gas is carried out by varying the degree of washing out of the CO 2 wash, etc. in that part of the CO2 and thus part of the H2S remain in the scrubbed gas.
  • This embodiment requires the least possible design effort, that is, not even the arrangement of a bypass line, but it must be taken into account that the entire gas must be passed through the CO2 scrubber, which must be dimensioned accordingly
  • the particulate iron oxide-containing material is preferred in the event that it is not sulfur-containing. a sulfur-containing material such as Fe pyrite is added, thereby causing the formation of H2S and its inclusion in the reducing gas which brings about the heating of the iron oxide-containing material to the reduction temperature.
  • a reformer for reforming natural gas and a reforming gas line starting from the reformer, which opens together with the top gas discharge line, are provided for producing the synthesis gas, both the reformed gas line and the top gas discharge line opening into the b scrubber.
  • the bypass line of the reformed gas line is preferably connected to the reducing gas supply line bypassing the CO 2 scrubber by means of a bypass line.
  • the bypass line (s) is (are) suitably equipped with a control valve, preferably a control valve, which can be activated via an H2S measuring device.
  • the plant according to the invention has four fluidized bed reactors 1 to 4 connected in series, with iron oxide-containing material, such as fine ore, being fed via an ore feed line 5 to the first fluidized bed reactor 1, in which the heating to the reduction temperature (or a pre-reduction) takes place, and then from Fluidized bed reactor to fluidized bed reactor via feed lines 6 is passed.
  • the finished reduced material (sponge iron) is hot briquetted in a briquetting system 7 If necessary, the reduced iron is protected from reoxidation by an inert gas system (not shown) during the briquetting.
  • the fine ore Before the fine ore is introduced into the first fluidized bed reactor 1, it is subjected to an ore preparation, such as drying and sieving, which is not shown in detail.
  • Reducing gas is conducted in countercurrent to the ore flow from the fluidized bed reactor 4 to the fluidized bed reactor 3 to 1 and is discharged as top gas via a top gas discharge line 8 from the last fluidized bed reactor 1 in the gas flow direction and cooled and washed in a wet scrubber 9.
  • the reduction gas is produced by reforming natural gas supplied via line 11 and desulfurized in a desulfurization system 12 in a reformer 10.
  • the gas formed from natural gas and steam and leaving reformer 10 essentially consists of H2, CO, CH4, H2O and CO2 .
  • This reformed natural gas is fed via the reformed gas line 13 to a plurality of heat exchangers 14, in which it is cooled, as a result of which water is condensed out of the gas.
  • the reformed gas line 13 opens into the top gas discharge line 8 after the top gas has been compressed by means of a compressor 15.
  • the mixed gas thus formed is sent through a CO2 scrubber 16 and freed of CO2 and thereby also of H2S. It is now available as a reducing gas.
  • This reducing gas is heated via a reducing gas feed line in a gas heater 18 arranged downstream of the CO 2 scrubber 16 to a reducing gas temperature of approximately 800 ° C. and fed to the first fluidized bed reactor 4 in the gas flow direction, where it reacts with the fine ores to produce direct-reduced iron.
  • the fluidized bed reactors 4 to 1 are connected in series; the reducing gas passes through the connecting lines 19 from the fluidized bed reactor to the fluidized bed reactor.
  • Part of the top gas is removed from the gas circuit 8, 17, 19 in order to avoid an enrichment of inert gases, such as N2.
  • the discharged top gas is fed via a branch line 20 to the gas heater 18 for heating the reducing gas and burned there. Any missing energy is supplemented by natural gas which is fed in via the feed line 21
  • the sensible heat of the reformed natural gas emerging from the reformer 10 and of the reformer fumes is used in a recuperator 22 to preheat the natural gas after passing through the desulfurization system 12, to generate the steam required for the reforming and to supply the gas heater 18 via line 23 Preheat the combustion air and possibly also the reducing gas.
  • the combustion air supplied to the reformer via line 24 is also preheated.
  • the top gas leaving the fluidized bed reactor 1 has - depending on the sulfur content of the ore - an H2S content of 40 to 140 ppmV.
  • the H2S gas forms during the heating of the fine ore to the reduction temperature or during the pre-reduction of the fine ore.
  • the H2S is no longer completely washed out of the top gas by means of the CO 2 scrubber, but care is taken to ensure that the percentage of H2S of the top gas desired for the reducing gas is fed to the reducing gas.
  • this can be achieved by means of a bypass line 25 which bypasses the CO 2 scrubber 16, which starts from the top gas discharge line 8 via a control or regulating valve 26 and opens into the reducing gas supply line 17.
  • the control or regulating valve 26 can be set such that an H2S content in the reducing gas in the size of 20 to 40 ppmV, preferably in the size of about 25 ppmV. is available.
  • the control valve 26 is preferably activated via an H2S measuring device 27, not shown.
  • the desired H2S content in the reducing gas can also be set by passing all of the top gas through the C02 scrubber 16, but this is set to a degree of leaching at which part of the CO2 and thus part of the H2S is removed the gas emerging from the CO 2 scrubber 16 remain.
  • This has the advantage that no auxiliary devices, such as a bypass line 25 with control valve 26, have to be provided, but requires that the entire gas quantity, that is to say the entire top gas and the entire reformed natural gas, must be passed through the CO 2 scrubber 16 , so that this must be measured for this amount.
  • a part can be used to set a desired CO 2 content or a desired CO / CO2 ratio, which is influenced by a change in the degree of scrubbing of the CO 2 scrubber 16 or by a direct supply of part of the top gas via the bypass line 25 of the reformed natural gas are fed to the reducing gas supply line 17 via a bypass line 29 bridging the CO2 scrubber 16 and also equipped with an adjustable valve 28; this bypass line 29 then goes from the Reform gas line 13 out.
  • the measures described above for setting a desired H2S content in the reducing gas can be implemented individually or together.
  • the reformed natural gas and the top gas have the chemical composition given in the table below:
  • the gas mixture emerging from the CO 2 scrubber 16 and formed from the scrubbed reformed natural gas and the scrubbed top gas is composed as follows:
  • This gas mixture is mixed with 78,000 N ⁇ vVh of the top gas which was not passed through the CO 2 scrubber 16.
  • This gas mixture forms the reducing gas which is fed to the gas heater 18 and subsequently to the fluidized bed reactors 1 to 4 and has the following chemical composition:
  • the degree of metallization of the sponge iron is 92 9c.
  • the reformed natural gas and the top gas have the chemical composition given in the table below:
  • the gas mixture emerging from the CO 2 scrubber 16 and formed from the washed reformed natural gas and the top gas is composed as follows:
  • This gas mixture is mixed with 94,000 Nm 3 / h of the top gas which was not passed through the CO 2 scrubber 16.
  • This gas mixture forms the reducing gas fed to the gas heater 18 and subsequently to the fluidized bed reactors 1 to 4 and has the following chemical composition:
  • the degree of metallization of the sponge iron is 92 9c.
  • the invention is not limited to the examples described above, but is also used for other direct reduction processes, e.g. those in which 1 to 4 shaft furnaces for lump ore are used instead of the fluidized bed reactors can be used.
  • other reducing gases containing mainly CO and H2 such as

Abstract

Bei einem Verfahren zur Direktreduktion von eisenoxidhältigem Material wird Synthesegas mit bei der Direktreduktion des eisenoxidhältigen Materials entstehendem Topgas vermischt und als Reduktionsgas zur Direktreduktion und zur Erhitzung des eisenoxidhältigen Materials auf Reduktionstemperatur verwendet. Zur Einstellung eines H2S-Gehaltes auf einen vorbestimmten Wert unter Vermeidung eines großen verfahrenstechnischen bzw. konstruktiven Aufwandes wird zumindest ein Teil eines im eisenoxidhältigen Material enthaltenen Schwefels in Form von bei der Erhitzung bzw. Direktreduktion anfallendem H2S mit dem Topgas dem Reduktionsgas zugeführt.

Description

Verfahren zur Direktreduktion von eisenoxidhältigen. Material
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Direktreduktion von eisenoxidhältigem Material, wobei Synthesegas, vorzugsweise reformiertes Erdgas, mit bei der Direktreduktion des eisenoxidhältigen Materials entstehendem Topgas vermischt und als Reduktionsgas zur Direktreduktion und zur Erhitzung des eisenoxidhältigen Materials auf Reduktionstemperatur verwendet wird, sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
Ein Verfahren dieser Art ist aus der EP-A - 0 571 358 bekannt.
Metallische Anlagenteile, die mit einem CO-hältigen Reduktionsgas in Kontakt gelangen, sind einer hohen Korrosionsbelastung ausgesetzt: Es kommt zu einer Metallzersetzung, die in der Fachliteratur als "metal dusting" bezeichnet ist "Metal dusting" tritt verstärkt bei höheren Temperaturen auf, wodurch insbesondere Anlagenteile, die mit heißem Reduktionsgas in Kontakt gelangen, gefährdet sind. Dies sind bei einer Anlage zur Durchführung des eingangs erwähnten Verfahrens insbesondere die der Direktreduktion dienenden Reaktoren und der das Reduktionsgas auf Reduktionstemperatur erhitzende Gaserhitzer.
Zur Vermeidung bzw. zur Verminderung von "metal dusting" ist es intern bekannt, im Reduktionsgas für einen Schwefelgehalt zu sorgen, was man durch Eindüsen von __2S-Gas bewerkstelligt hat. Eine solche Zumischung von FbS-Gas ist nicht nur technisch aufwendig, sondern auch sehr teuer und zudem verfahrensmäßig kompliziert, d.h. es ist schwierig, hierbei den libS-Gehalt im Reduktionsgas gleichmäßig auf einen bestimmten Wert in Abhängigkeit der chemischen Zusammensetzung des Reduktionsgases einzustellen.
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art und eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, welche eine Einstellung eines H2S-Gehaltes auf einen vorbestimmten Wert mit hinreichender Genauigkeit und unter Vermeidung eines großen verfahrenstechnischen bzw. konstruktiven und kostenintensiven Aufwandes ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest ein Teil eines im eisenoxidhältigen Material enthaltenen Schwefels in Form von bei der Erhitzung bzw. der Direktreduktion anfallendem H2S mit dem Topgas dem Reduktionsgas zugeführt wird.
Die Erfindung beruht auf der Idee, den im Erz üblicherweise enthaltenen Schwefel, der bisher bei der Weiterverarbeitung nicht genutzt wurde, zu verwerten und macht sich die Tatsache zunutze, daß es bei der Erhitzung von schwefelhaltigem Erz zur Bildung von H2S kommt. Erfindungsgemäß wird dieses PbS mit dem die Erhitzung bewerkstelligenden Reduktionsgas, von dem es aufgenommen wird, als Topgas abgeleitet und dem Reduktionsgas zugeführt.
Zweckmäßig wird mit dem Topgas ein __2S-Gehalt im Reduktionsgas in der Größe von 20 bis 40 ppmV, vorzugsweise in der Größe von etwa 25 ppmV, eingestellt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Topgas vor der Verwendung als Reduktionsgas einer Cθ2-Wäsche unterzogen und erfolgt das Einstellen des __2S-Gehaltes im Reduktionsgas dadurch, daß zumindest ein Teilvolumen des Topgases unter Umgehung der Cθ2-Wäsche dem Reduktionsgas direkt zugemischt wird. Diese Variante ist besonders einfach zu verwirklichen, da lediglich eine Bypass-Leitung, die den Cθ2-Wäscher überbrückt, anzuordnen ist. Hierdurch wird ein Auswaschen des in diesem Teil des Topgases vorhandenen FbS verhindert, wogegen der übrige Teil des Topgases einer Olb-Wäsche unterzogen wird, bei der auch H2S ausgewaschen wird. Durch Variieren der über die Bypass-Leitung geführten Topgasmenge läßt sich in einfacher Weise der gewünschte H2S-Gehalt des Reduktionsgases einstellen.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß als Synthesegas reformiertes Erdgas eingesetzt wird und daß sowohl das reformierte Erdgas als auch das Topgas vor der Verwendung als Reduktionsgas einer Cθ2-Wäsche unterzogen werden, wobei ein Teilvolumen des reformierten Erdgases unter Umgehung der Cθ2-Wäsche dem Reduktionsgas direkt zugemischt wird. Hierdurch kann in einfacher Weise ein gewünschter CO -Gehalt eingestellt bzw. können durch das direkte Zumischen eines Teiles eines CO2- ungewaschenen Topgases verursachte Änderungen des Cθ2-Gehaltes und des CO/CO2- Verhältnisses des Reduktionsgases unter Berücksichtigung des gewünschten H2S-Gehaltes ausgeglichen werden.
Eine weitere bevorzugte Möglichkeit zur Einstellung des gewünschten H2S-Gehaltes im Reduktionsgas ist dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des H2S-Gehaltes im Reduktionsgas dadurch erfolgt, daß der Auswaschungsgrad der Cθ2-Wäsche variiert wird, u.zw. dahingehend, daß ein Teil des CO2 und damit ein Teil des H2S im gewaschenen Gas verbleiben. Diese Ausführungsform erfordert den geringstmöglichen konstruktiven Aufwand, also nicht einmal das Anordnen einer Bypass-Leitung, jedoch ist zu berücksichtigen, daß das gesamte Gas durch den CO2- Wäscher, der dementsprechend dimensioniert sein muß, zu führen ist Vorzugsweise wird dem teilchenförmigen eisenoxidhältigen Material für den Fall, daß es nicht schwefelh ltig ist. ein schwefelh ltiges Material, wie Fe-Pyrit, zugesetzt, wodurch die Bildung von H2S und dessen Aufnahme in das die Erhitzung des eisenoxidhältigen Materials auf Reduktionstemperatur bewerkstelligende Reduktionsgas bewirkt wird.
Eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens mit mindestens einem Direktreduktiongsreaktor zur Aufnahme des eisenoxidhältigen Materials, Erhitzung und Reduktion desselben, einer Reduktionsgaszuleitung zu diesem Direktreduktionsreaktor und einer das sich bei der Direktreduktion sowie Erhitzung auf Reduktionstemperatur bildende Topgas vom Direktreduktionsreaktor abführenden Topgas-Ableitung, wobei die Topgas-Ableitung in einen Cθ2-Wäscher mündet und das aus Synthesegas und Topgas gebildete Reduktionsgas über die Reduktionsgaszuleitung in den Direktreduktionsreaktor gelangt und die Reduktionsgaszuleitung vom Cθ2-Wäscher zum Direktreduktionsreaktor führt, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Topgas-Ableitung unter Umgehung des Cθ2-Wäschers mittels einer Bypass-Leitung mit der Reduktionsgaszuleitung leitungsmäßig verbunden ist
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist zur Herstellung des Synthesegases ein Reformer zur Reformierung von Erdgas und eine vom Reformer ausgehende Reformgasleitung, die mit der Topgas- Ableitung zusammenmündet, vorgesehen, wobei sowoh die Reformgasleitung als auch die Topgas-Ableitung in den b-Wäscher münden.
Vorzugsweise ist die Reformgasleitung unter Umgehung des Cθ2-Wäschers mittels einer Bypass-Leitung mit der Reduktionsgaszuleitung leitungsmäßig verbunden.
Die Bypass-Leitung(en) ist (sind) zweckmäßig mit einem Stellventil, vorzugsweise einem Regelventil, ausgestattet, das (die) über eine H2S-Meßeinrichtung aktivierbar ist (sind).
Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung, die ein Verfahrensschema nach einer bevorzugten Ausführungsform zeigt, näher erläutert
Die erfindungsgemäße Anlage weist vier in Serie hintereinander geschaltete Wirbelschichtreaktoren 1 bis 4 auf, wobei eisenoxidhältiges Material, wie Feinerz, über eine Erzzuleitung 5 dem ersten Wirbelschichtreaktor 1, in dem die Auf heizung auf Reduktiongstemperatur (bzw. eine Vorreduktion) stattfindet, zugeleitet und anschließend von Wirbelschichtreaktor zu Wirbelschichtreaktor über Förderleitungen 6 geleitet wird. Das fertig reduzierte Material (Eisenschwamm) wird in einer Brikettieranlage 7 heißbrikettiert Erforderlichenfalls wird das reduzierte Eisen während der Brikettierung vor einer Reoxidation durch ein nicht dargestelltes Inertgas-System geschützt.
Vor Einleitung des Feinerzes in den ersten Wirbelschichtreaktor 1 wird es einer Erzvorbereitung, wie einer Trocknung und einem Sieben, unterzogen, die nicht näher dargestellt ist.
Reduktionsgas wird im Gegenstrom zum Erzdurchfluß von Wirbelschichtreaktor 4 zu Wirbelschichtreaktor 3 bis 1 geführt und als Topgas über eine Topgas-Ableitung 8 aus dem in Gasströmungsrichtung letzten Wirbelschichtreaktor 1 abgeleitet und in einem Naßwäscher 9 gekühlt und gewaschen.
Die Herstellung des Reduktionsgases erfolgt durch Reformieren von über die Leitung 11 zugeführtem und in einer Entschwefelungsanlage 12 entschwefeltem Erdgas in einem Reformer 10. Das aus Erdgas und Dampf gebildete, den Reformer 10 verlassende Gas besteht im wesentlichen aus H2, CO, CH4, H2O und CO2. Dieses reformierte Erdgas wird über die Reformgasleitung 13 mehreren Wärmetauschern 14 zugeleitet, in denen es abgekühlt wird, wodurch Wasser aus dem Gas auskondensiert wird.
Die Reformgasleitung 13 mündet in die Topgas-Ableitung 8, nachdem das Topgas mittels eines Kompressors 15 verdichtet wurde. Das sich so bildende Mischgas wird durch einen CO2- Wäscher 16 hindurchgeschickt und von CO2 sowie dabei auch von H2S befreit. Es steht nunmehr als Reduktionsgas zur Verfügung. Dieses Reduktionsgas wird über eine Reduktionsgaszuleitung in einem dem Cθ2-Wäscher 16 nachgeordneten Gaserhitzer 18 auf eine Reduktionsgastemperatur von etwa 800°C erhitzt und dem in Gasdurchflußrichtung ersten Wirbelschichtreaktor 4 zugeführt, wo es mit den Feinerzen zur Erzeugung von direktreduziertem Eisen reagiert Die Wirbelschichtreaktoren 4 bis 1 sind in Serie geschaltet; das Reduktionsgas gelangt über die Verbindungsleitungen 19 von Wirbelschichtreaktor zu Wirbelschichtreaktor.
Ein Teil des Topgases wird aus dem Gas-Kreislauf 8, 17, 19 ausgeschleust, um eine Anreicherung von Inertgasen, wie N2, zu vermeiden. Das ausgeschleuste Topgas wird über eine Zweigleitung 20 dem Gaserhitzer 18 zur Erwärmung des Reduktionsgases zugeführt und dort verbrannt Eventuell fehlende Energie wird durch Erdgas, welches über die Zuleitung 21 zugeführt wird, ergänzt Die fühlbare Wärme des aus dem Reformer 10 austretenden reformierten Erdgases sowie der Reformerrauchgase wird in einem Rekuperator 22 genutzt, um das Erdgas nach Durchlauf durch die Entschwefelungsanlage 12 vorzuwärmen, den für die Reformierung benötigten Dampf zu erzeugen sowie die dem Gaserhitzer 18 über die Leitung 23 zugeführte Verbrennungsluft sowie gegebenenfalls auch das Reduktionsgas vorzuwärmen. Die dem Reformer über die Leitung 24 zugeführte Verbrennungsluft wird ebenfalls vorgewärmt.
Das den Wirbelschichtreaktor 1 verlassende Topgas weist - in Abhängigkeit vom Schwefelgehalt des Erzes - einen H2S-Gehalt von 40 bis 140 ppmV auf. Das H2S-Gas bildet sich während der Erhitzung des Feinerzes auf Reduktionstemperatur bzw. während der Vorreduktion des Feinerzes.
Erfindungsgemäß wird das H2S nicht mehr zur Gänze mittels des Cθ2-Wäschers aus dem Topgas ausgewaschen, sondern es wird dafür Sorge getragen, daß der für das Reduktionsgas gewünschte Prozentsatz von H2S des Topgases dem Reduktionsgas zugeführt wird. Dies kann einerseits mittels einer den Cθ2-Wäscher 16 umgehenden Bypass-Leitung 25 verwirklicht werden, die über ein Stell- bzw. Regelventil 26 von der Topgasableitung 8 ausgeht und in die Reduktionsgaszuleitung 17 mündet Das Stell- bzw. Regelventil 26 wird derart einstellbar, daß ein H2S-Gehalt im Reduktionsgas in der Größe von 20 bis 40 ppmV, vorzugsweise in der Größe von etwa 25 ppmV. vorhanden ist. Das Stell- bzw. Regelventil 26 wird vorzugsweise über eine nicht dargestellte H2S-Meßeinrichtung 27 aktiviert.
Der gewünschte H2S-Gehalt im Reduktionsgas kann auch dadurch eingestellt werden, daß zwar das gesamte Topgas durch den Cθ2-Wäscher 16 hindurchgeleitet wird, dieser jedoch auf einen Auswaschungsgrad eingestellt wird, bei dem ein Teil des CO2 und damit auch ein Teil des H2S im aus dem Cθ2-Wäscher 16 austretenden Gas verbleiben. Dies hat den Vorteil, daß keine Nebeneinrichtungen, wie eine Bypass-Leitung 25 mit Regelventil 26, vorgesehen werden müssen, bedingt allerdings, daß die gesamte Gasmenge, also das gesamte Topgas und das gesamte reformierte Erdgas, durch den Cθ2-Wäscher 16 hindurchgeleitet werden müssen, so daß dieser auf diese Menge bemessen sein muß.
Zur Einstellung eines gewünschten Cθ2-Gehaltes bzw. eines gewünschten CO/CO2- Verhältnisses, das durch eine Änderung des Auswaschungsgrades des Cθ2-Wäschers 16 bzw. durch eine direkte Zuleitung eines Teiles des Topgases über die Bypass-Leitung 25 beeinflußt wird, kann ein Teil des reformierten Erdgases über eine den CO2- Wäscher 16 überbrückenden, ebenfalls mit einem einstellbaren Ventil 28 ausgestattete Bypass-Leitung 29 der Reduktionsgaszuleitung 17 zugeführt werden; diese Bypass-Leitung 29 geht dann von der Reformgasleitung 13 aus. Die oben beschriebenen Maßnahmen zur Einstellung eines gewünschten H2S-Gehaltes im Reduktionsgas können einzeln oder auch gemeinsam verwirklicht werden.
Eine H2S-Einstellung auf 25 ppmV ist anhand nachstehenden Beispieles erläutert:
In einer gemäß der Zeichnung ausgestalteten Anlage zur Direktreduktion von Feinerz, die auf eine Erzeugung von 70 t/h von Eisenschwamm ausgelegt ist, werden 100 t/h getrocknetes Feinerz eingebracht. Die Analyse des Feinerzes ist folgende:
Hämatit 94,2 9.
Gangart 2,2 9c
Schwefel 0,02 %
Von dem bei der Direktreduktion entstehenden Topgas werden 78.000 Nm?/h mit
48.000 Nm-'/h reformiertem Erdgas gemischt und über den Cθ2-Wäscher 16 geleitet in dem das gemischte Gas von CO2 und vom größten Anteil des Schwefels befreit wird.
Das reformierte Erdgas und das Topgas weist die in nachstehender Tabelle angegebene chemische Zusammensetzung auf:
Das aus dem Cθ2-Wäscher 16 austretende, aus dem gewaschenen reformierten Erdgas und dem gewaschenen Topgas gebildete Gasgemisch ist wie folgt zusammengesetzt:
Dieses Gasgemisch wird mit 78.000 NπvVh des Topgases, das nicht durch den Cθ2-Wäscher 16 hindurchgeleitet wurde, gemischt Dieses Gasgemisch bildet das dem Gaserhitzer 18 und nachfolgend den Wirbelschichtreaktoren 1 bis 4 zugeführte Reduktionsgas, das folgende chemische Zusammensetzung aufweist:
Der Metallisierungsgrad des Eisenschwammes beträgt 92 9c.
Gemäß dem nachfolgenden Beispiel wird ein H2S-Gehalt von 35 ppmV erzielt:
In einer gemäß der Zeichnung ausgestalteten Anlage zur Direktreduktion von Feinerz, die auf eine Erzeugung von 70 t/h von Eisenschwamm ausgelegt ist werden 100 t/h getrocknetes Feinerz eingebracht Die Analyse des Feinerzes ist folgende:
Hämatit 94,2 % Gangart 2,2 % Schwefel 0,02 % Von dem bei der Direktreduktion entstehenden Topgas werden 63.000 NmVh mit
54.000 Nm'/h reformieπem Erdgas gemischt und über den Cθ2-Wäscher 16 geleitet in dem das gemischte Gas von CO2 und vom größten Anteil des Schwefels befreit wird.
Das reformierte Erdgas und das Topgas weist die in nachstehender Tabelle angegebene chemische Zusammensetzung auf:
Das aus dem Cθ2-Wäscher 16 austretende, aus dem gewaschenen reformierten Erdgas und dem Topgas gebildete Gasgemisch ist wie folgt zusammengesetzt:
Dieses Gasgemisch wird mit 94.000 Nm3/h des Topgases, das nicht durch den Cθ2-Wäscher 16 hindurchgeleitet wurde, gemischt Dieses Gasgemisch bildet das dem Gaserhitzer 18 und nachfolgend den Wirbelschichtreaktoren 1 bis 4 zugeführte Reduktionsgas und weist folgende chemische Zusammensetzung auf:
Der Metallisierungsgrad des Eisenschwammes beträgt 92 9c.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben beschriebenen Beispiele, sondern ist auch für andere Direktreduktions verfahren, z.B. solche, bei denen anstelle der Wirbelschichtreaktoren 1 bis 4 Schachtöfen für Stückerz eingesetzt werden, verwendbar. Anstelle des reformeirten Erdgases können auch andere in der Hauptsache CO und H2 enthaltende reduzierende Gase, wie
LD-Abgas
EAF-Abgas
Gichtgas aus Hochofenanlagen
Gichtgas aus Corexanlagen
Kohlegas
Corexgas aus dem Corexvergaser
Chemiegase zur Anwendung gelangen.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Direktreduktion von eisenoxidhältigem Material, wobei Synthesegas, vorzugsweise reformiertes Erdgas, mit bei der Direktreduktion des eisenoxidhältigen Materials entstehendem Topgas vermischt und als Reduktionsgas zur Direktreduktion und zur Erhitzung des eisenoxidhältigen Materials auf Reduktionstemperatur verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil eines im eisenoxidhältigen Material enthaltenen Schwefels in Form von bei der Erhitzung bzw. Direktreduktion anfallendem H2S mit dem Topgas dem Reduktionsgas zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß mit dem Topgas ein H2S- Gehalt im Reduktionsgas in der Größe von 20 bis 40 ppmV, vorzugsweise in der Größe von etwa 25 ppmV, eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß das Topgas vor der Verwendung als Reduktionsgas einer Cθ2-Wäsche unterzogen wird und daß das Einstellen des H2S-Gehaltes im Reduktionsgas dadurch erfolgt daß zumindest ein Teilvolumen des Topgases unter Umgehung der Cθ2-Wäsche dem Reduktionsgas direkt zugemischt wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß als Synthesegas reformieπes Erdgas eingesetzt wird und daß sowohl das reformierte Erdgas als auch das Topgas vor der Verwendung als Reduktionsgas einer Olb-Wäsche unterzogen werden, wobei ein Teilvolumen des reformieπen Erdgases unter Umgehung der Cθ2-Wäsche dem Reduktionsgas direkt zugemischt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet daß die Einstellung des H2S-Gehaltes im Reduktionsgas dadurch erfolgt daß der Auswaschungsgrad der CO2- Wäsche variiert wird, u.zw. dahingehend, daß ein Teil des CO2 und damit ein Teil des H2S im gewaschenen Gas verbleiben.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß dem eisenoxidhältigen Material schwefelhaltiges Material, wie Fe-Pyrit zugesetzt wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Synthesegas eines oder mehrere der nachstehenden Gase eingesetzt wird:
• LD-Abgas
• EAF-Abgas • Gichtgas aus Hochofenanlagen
• Gichtgas aus Corexanlagen
• Kohlegas
• Corexgas aus dem Corexvergaser
• Chemiegase.
8. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, mit mindestens einem Direktreduktiongsreaktor (1 bis 4) zur Aufnahme des eisenoxidhältigen Materials, Erhitzung und Reduktion desselben, einer Reduktionsgaszuleitung (17) zu diesem Direktreduktionsreaktor (1 bis 4) und einer das sich bei der Direktreduktion sowie Erhitzung auf Reduktionstemperatur bildende Topgas vom Direktreduktionsreaktor (1 ) abführenden Topgas-Ableitung (8), wobei die Topgas-Ableitung (8) in einen Cθ2-Wäscher (16) mündet und das aus Synthesegas und Topgas gebildete Reduktionsgas über die Reduktionsgaszuleitung (17) in den Direktreduktionsreaktor (1 bis 4) gelangt und die Reduktionsgaszuleitung (17) vom CO2- Wäscher (16) zum Direktreduktionsreaktor (1 bis 4) fühπ, dadurch gekennzeichnet, daß die Topgas-Ableitung (8) unter Umgehung des CO2- Wäschers (16) mittels einer Bypass-Leitung (25) mit der Reduktionsgaszuleitung (17) leitungsmäßig verbunden ist
9. Anlage nach Anspruch 8. dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Synthesegases ein Reformer (10) zur Reformierung von Erdgas und eine vom Reformer (10) ausgehende Reformgasleitung (15), die mit der Topgas-Ableitung ( 8) zusammenmündet vorgesehen ist wobei sowohl die Reformgasleitung (13) als auch die Topgas-Ableitung (8j in den CO2- Wäscher (16) münden.
10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet daß die Reformgasleitung (13) unter Umgehung des Cθ2-Wäschers (16) mittels einer Bypass-Leitung (28) mit der Reduktionsgaszuleitung (17) leitungsmäßig verbunden ist
11. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet daß die Bypass-Leitung(en) (25, 29) mit einem Stellventil, vorzugsweise einem Regelventil (26, 28), ausgestattet ist (sind), das (die) über eine H2S-Meßeinrichtung aktivierbar ist (sind).
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