Reduktionsgaszufuhr für Direktreduktion

Gebiet der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtung und Verfahren zur Reduktion von metalloxidhaltigem stückigen Gut durch Direktreduktion unter Verwendung eines Reduktionsgases.

Stand der Technik

Zur Reduktion von metalloxidhaltigem Gut ist es bekannt, in einen Reduktionsschachtkörper eingefülltes stückiges Gut einer Direktreduktion mittels eines zugeführten Reduktions gases zu unterwerfen. Derartige Direktreduktionsschritte werden beispielsweise bei MIDREX ©-Verfahren an Eisenerz pellets, bei COREX © - Verfahren an stückigem Eisenerz, oder bei FINEX® - Verfahren an heiß kompaktiertem Eisen HCl durch geführt. Reduktionsgaszufuhr in den Innenraum des Reduktions schachtkörpers erfolgt dabei beispielswiese wie in W09747773, WO2013156548 oder W02009000409 beschrieben über einen

Bustlekanal mit sogenannten Bustleslots und/oder mittels Reduktionsgaskanalkörpern gebildeten Kanälen in der Schüttung aus stückigem Gut. Bustlekanäle mit Bustleslots in der feuerfesten Ausmauerung eines Reduktionsschachtkörpers sind aufwändig herzustellen. Gegenüber Kanälen in der Schüttung bergen Bustlekanäle mit Bustleslots auch größeres

Verstopfungsrisiko durch Staubeintrag mit dem Reduktionsgas. Zudem verteilen sie das Reduktionsgas weniger gleichmäßig über den Querschnitt des Reduktionsschachtkörpers , da sie am Umfang in die Schüttung münden, während Kanäle unter den Reduktionsgaskanalkörpern sich in der Schüttung vom Umfang weg in das Innere der Schüttung erstrecken.

Über die Art der Zufuhr von Reduktionsgas zu den Reduktions gaskanalkörpern bei Verzicht auf einen Bustlekanal gibt der Stand der Technik keine Auskunft. Zusammenfassung der Erfindung

Technische Aufgabe

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, eine

Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mit denen die Zufuhr von Reduktionsgas zu einem Reduktionsgaskanalkörper beziehungsweise in den unter dem Reduktionsgaskanalkörper in der Schüttung gebildeten Kanal erfolgen kann.

Technische Lösung

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine

Vorrichtung zur Reduktion von metalloxidhaltigem, bevorzugt eisenoxidhaltigem, stückigen Gut durch Direktreduktion unter Verwendung eines Reduktionsgases, mit einem Reduktionsschachtkörper mit Innenraum zur Aufnahme des metalloxidhaltigen stückigen Gutes, mit einer Reduktionsgaszufuhrleitung zur Zufuhr des

Reduktionsgases zum Reduktionsschachtkörper, und

zur Zufuhr des gesamten Reduktionsgases aus der Reduktions gaszufuhrleitung

in den Innenraum des Reduktionsschachtkörpers

mit zumindest einem Reduktionsgaskanalkörper,

der teilabschnittsweise aus dem Innenraum des

Reduktionsschachtkörper heraus in zumindest eine

Reduktionsgaszufuhreinheit zur Leitung von Reduktionsgas in einen Raumbereich unterhalb des Reduktionsgaskanalkörpers ragt, dadurch gekennzeichnet, dass pro Reduktionsgaskanalkörper zumindest eine Speiseleitung zur Leitung des Reduktionsgases aus der

Reduktionsgaszufuhrleitung zu dem Reduktionsgaskanalkörper vorhanden ist, wobei die Speiseleitung mit einer Mündung in die Reduktionsgaszufuhreinheit des Reduktionsgaskanalkörpers mündet,

wobei die Mündung gemäß zumindest einem Mitglied aus der Gruppe bestehend aus den Mitgliedern zumindest teilweise oberhalb des

Reduktionsgaskanalköpers ,

zumindest teilweise bei horizontale Betrachtung neben dem Reduktionsgaskanalköper,

zumindest teilweise unterhalb des

Reduktionsgaskanalköpers , angeordnet ist.

Das metalloxidhaltige stückige Gut ist bevorzugt

eisenoxidhaltiges stückiges Gut.

Der Reduktionsschachtkörper kann beispielsweise ein

Direktreduktionsschacht beispielsweise einer MIDREX®-Anlage, oder ein HCI-Bin einer FINEX®-Anlage, oder ein Reduktions schacht einer COREX®-Anlage sein.

Der Reduktionsschachtkörper weist eine äußere Stahlhülle, sowie in dem von der Stahlhülle umgrenzten Raum - also innerhalb des Reduktionsschachtkörpers - an die Stahlhülle anschließend eine feuerfeste Ausmauerung auf. Durch die feuerfeste Ausmauerung wird der Innenraum begrenzt, welcher zur

Aufnahme des metalloxidhaltigen stückigen Gutes dient.

Reduktionsgas wird durch eine Reduktionsgaszufuhrleitung zum Reduktionsschachtkörper geführt. Um das gesamte Reduktionsgas aus der Reduktionsgaszufuhrleitung in den das stückige Gut aufnehmenden Innenraum des Reduktionsschachtkörpers zu leiten, ist zumindest ein Reduktionsgaskanalkörper vorhanden. Es können auch mehrere Reduktionsgaskanalkörper vorhanden sein. Der Reduktionsgaskanalkörper ist zur Ausbildung eines Freiraumes in der Schüttung aus stückigem Gut geeignet. Im Betrieb strömt das Reduktionsgas durch den Freiraum unter dem Reduktionsgaskanalkörper in die Schüttung. Das Reduktionsgas strömt nicht durch den Reduktionsgaskanalkörper und aus dem Reduktionsgaskanalkörper in den Freiraum, sondern es strömt von der Reduktionsgaszufuhreinheit in den Freiraum und von dort in die Schüttung. Der Reduktionsgaskanalkörper dient also nicht selber als Kanal zur Führung des Reduktionsgases; er dient nur dazu, unterhalb von sich in der Schüttung einen Freiraum in der Schüttung zu schaffen, der als Kanal zur Führung des Reduktionsgases beziehungsweise seiner Verteilung in der Schüttung dient. Der Reduktionsgaskanalkörper ragt mit einem Abschnitt seiner Längserstreckung, also teilabschnitts weise, in eine Reduktionsgaszufuhreinheit. Selbstverständlich ragt er auch in den das stückige Gut aufnehmenden Innenraum des

Reduktionsschachtkörpers ; aus diesem Innenraum heraus ragt er auch in die Reduktionsgaszufuhreinheit.

Die Reduktionsgaszufuhreinheit ist geeignet zur Leitung des Reduktionsgases in einen Raumbereich unterhalb des

Reduktionsgaskanalkörpers; bevorzugt senkrecht unterhalb des Reduktionsgaskanalkörpers, so dass im Betrieb Reduktionsgas in einen senkrecht unterhalb des Reduktionsgaskanalkörpers ausgebildeten Freiraum in der Schüttung strömt.

Ein Reduktionsgaskanalkörper ist bevorzugt ein längliches Rohr. Bezüglich Ausführung eines Reduktionsgaskanalkörpers wird auf die WO2013156548 verwiesen, deren Offenbarung dazu von der vorliegenden Anmeldung mit umfasst ist.

Zur Leitung des Reduktionsgases aus der

Reduktionsgaszufuhrleitung zu einem Reduktionsgaskanalkörper ist pro Reduktionsgaskanalkörper zumindest eine Speiseleitung vorhanden. Eine Speiseleitung mündet in die

Reduktionsgaszufuhreinheit des betreffenden Reduktionsgaska nalkörpers . Die Mündung einer Speiseleitung in die

Reduktionsgaszufuhreinheit ist auf zumindest eine der drei folgenden Arten angeordnet:

- Mündung zumindest teilweise oberhalb des Reduktionsgaszu fuhrkörpers .

- Mündung zumindest teilweise unterhalb des Reduktionsgaszu fuhrkörpers .

- Mündung bei horizontaler Betrachtung zumindest teilweise neben dem Reduktionsgaskanalkörpers.

Bei der letztgenannten Variante ist gemeint in Richtung der Längsachse des Reduktionsgaskanalkörpers gesehen; nicht umfasst ist in der letztgenannten Variante in der

Verlängerung der Längsachse des Reduktionsgaskanalkörpers, also stirnseitig, neben dem Reduktionsgaskanalkörper. Umfasst sind von den drei genannten Varianten also Mündungen am

Umfang des Reduktionsgaskanalkörpers, nicht jedoch an seiner nach außen gewandten Stirnseite.

Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung

Die aufgezählten drei Varianten sind gegenüber einer Mündung in der Verlängerung der Längsachse des

Reduktionsgaskanalkörpers von der Längsachse des

Reduktionsschachtkörpers aus gesehen - also stirnseitig - radial betrachtet platzsparender.

Mit einer oder mehreren der drei genannten Varianten kann die Einspeisung von Reduktionsgas den Platzverhältnissen um einen speziellen Reduktionsschachtkörper optimal entsprechend gewählt werden. Das ist besonders günstig beim Umbau

bestehender Reduktionsschachtkörper auf die in dieser

Anmeldung vorgestellte Lösung, da dort der verfügbare Platz durch bereits bestehende andere Aggregate und Vorrichtungs teile in verschiedene Richtungen stark begrenzt sein kann.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Reduktions gaszufuhreinheit innerhalb des

Reduktionsschachtkörpers , aber abseits des Innenraums zur Aufnahme des metalloxidhaltigen stückigen Gutes. Sie liegt also innerhalb des von der äußeren Stahlhülle umschlossenen Raumes, aber nicht in dem Innenraum zur Aufnahme des

metalloxidhaltigen stückigen Gutes. Abseits ist als räumlich getrennt zu verstehen.

Das ist beispielsweise der Fall, wenn ein Teilabschnitt eines bei einem bereits existierenden Reduktionsschachtkörper in der Feuerfestausmauerung vorhandenen internen Bustlekanals mit Bustleslots als Reduktionsgaszufuhreinheit genutzt wird. Der restliche Bustlekanal mit Bustleslots wird in so einem Fall gegenüber der Reduktionsgaszufuhreinheit abgemauert und nicht mehr zur Reduktionsgaszufuhr genutzt.

Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform liegt die Re duktionsgaszufuhreinheit außerhalb des

Reduktionsschachtkörpers . Sie liegt also vom Innenraum aus gesehen jenseits der äußeren Stahlhülle des, vorzugsweise im Wesentlichen zylindrischen, Reduktionsschachtkörpers .

Das ist beispielsweise der Fall, wenn der

Reduktionsschachtkörper neu gebaut wird. Die innere

Feuerfestausmauerung ist in diesem Fall einfach zu

bewerkstelligen, da keine komplizierten Geometrien für eine Reduktionsgaszufuhreinheit in der Feuerfestausmauerung angelegt werden müssen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform hat zumindest ein die Mündung umfassender Teilbereich der

Speiseleitung, bevorzugt die gesamte Speiseleitung, ein

Gefälle mit tiefstem Punkt am mündungsseitigen Ende der

Speiseleitung. Dadurch wird die Ablagerung von Staub in der Speiseleitung, und daraus resultierende Verstopfungsgefahr, vermindert. Bevorzugt hat das Gefälle einen Winkel gegenüber der Horizontalen von mindestens 5°, besonders bevorzugt mindestens 15°, ganz besonders bevorzugt mindestens 30°.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist ein Verfahren zur Reduktion einer Schüttung aus

metalloxidhaltigem, bevorzugt eisenoxidhaltigem, stückigen Gut durch Direktreduktion unter Verwendung eines Reduktionsgases, wobei das gesamte Reduktionsgas aus einer Reduktionsgaszufuhrleitung mittels zumindest eines, zur Ausbildung eines Freiraumes in der Schüttung geeigneten, Reduktionsgaskanalkörpers in die Schüttung eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass

Reduktionsgas jeweils über eine Reduktionsgaszufuhreinheit in einen Raumbereich unterhalb des Reduktionsgaskanalkörpers geleitet wird, und das Reduktionsgas über zumindest eine von der

Reduktionsgaszufuhrleitung ausgehende Speiseleitung der Reduktionsgaszufuhreinheit zugeführt

gemäß zumindest einem Mitglied der Gruppe bestehend aus den Mitgliedern

zumindest teilweise oberhalb des

Reduktionsgaskanalköpers ,

zumindest teilweise bei horizontale Betrachtung neben dem Reduktionsgaskanalköper,

zumindest teilweise unterhalb des

Reduktionsgaskanalköpers , in die Reduktionsgaszufuhreinheit mündet.

Die Direktreduktion findet in einem Reduktionsschachtkörper mit Innenraum zur Aufnahme des metalloxidhaltigen stückigen Gutes statt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform mündet das Reduktions gas über die Speiseleitung der

Reduktionsgaszufuhreinheit zugeführt innerhalb des

Reduktionsschachtkörpers , aber abseits des Innenraums zur Aufnahme des metalloxidhaltigen stückigen Gutes in die Reduk tionsgaszufuhreinheit. Das Reduktionsgas, das über die

Speiseleitung der Reduktionsgaszufuhreinheit zugeführt wird, mündet also zwar innerhalb der äußeren Stahlhülle des

Reduktionsschachtkörpers , aber nicht im Innenraum zur Aufnahme des metalloxidhaltigen stückigen Gutes. Abseits ist als räumlich getrennt zu verstehen.

Das ist beispielsweise der Fall, wenn ein Teilabschnitt eines bei einem bereits existierenden Reduktionsschachtkörper in der Feuerfestausmauerung vorhandenen internen Bustlekanals mit Bustleslots als Reduktionsgaszufuhreinheit genutzt wird. Der restliche Bustlekanal mit Bustleslots wird in so einem Fall gegenüber der Reduktionsgaszufuhreinheit abgemauert und nicht mehr zur Reduktionsgaszufuhr genutzt.

Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform mündet das Re duktionsgas über die Speiseleitung der

Reduktionsgaszufuhreinheit zugeführt außerhalb des

Reduktionsschachtkörpers in die Reduktionsgaszufuhreinheit. Das Reduktionsgas, das über die Speiseleitung der

Reduktionsgaszufuhreinheit zugeführt wird, mündet also vom Innenraum zur Aufnahme des metalloxidhaltigen stückigen Gutes aus gesehen jenseits der äußeren Stahlhülle des

Reduktionsschachtkörpers . Das gewährt einen Vorteil, wenn der Reduktionsschachtkörper neu gebaut wird. Die innere

Feuerfestausmauerung ist in diesem Fall einfach zu bewerk stelligen, da keine komplizierten Geometrien für eine

Reduktionsgaszufuhreinheit in der Feuerfestausmauerung angelegt werden müssen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform hat das Reduktions gas beim Eintritt in die

Reduktionsgaszufuhreinheit eine in Richtung

Reduktionsgaszufuhreinheit abwärts geneigte

Strömungsrichtung. Dadurch wird die Ablagerung von Staub in der Speiseleitung, und daraus resultierende

Verstopfungsgefahr, vermindert. Bevorzugt hat die

Strömungsrichtung einen Winkel gegenüber der Horizontalen von mindestens 5°, besonders bevorzugt mindestens 15°, ganz besonders bevorzugt mindestens 30°. Die Strömungsrichtung ist gegeben durch die Neigung des in die

Reduktionsgaszufuhreinheit mündenden Teilbereichs der

Speiseleitung . Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand mehrerer schematischer beispielhafter Figuren von Ausführungsformen beschrieben .

Figur 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, in der Reduktionsgaszufuhreinheiten außerhalb des Reduktionsschachtkörpers liegen.

Figur 2 zeigt einen Schnitt durch einen Teilbereich der

Figur 1.

Figuren 3 und 4 zeigen in zu Figuren 1 und 2 analogen

Ansichten Ausführungsformen, bei denen

Reduktionsgaszufuhreinheiten innerhalb des

Reduktionsschachtkörpers abseits des Innenraums zur Aufnahme von metalloxidhaltigem stückigen Gut liegen.

Figur 5 zeigt eine Variante der Ausführungsform mit

Reduktionsgaszufuhreinheit innerhalb des

Reduktionsschachtkörpers mit Mündungen der Speiseleitungen neben dem Reduktionsgaskanalkörper.

Beschreibung der Ausführungsformen Beispiele

Figur 1 zeigt schematisch und beispielhaft eine Ausführungs form einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Reduktion von metalloxidhaltigem stückigen Gut durch Direktreduktion unter Verwendung eines Reduktionsgases, in welcher

Reduktionsgaszufuhreinheiten 1 außerhalb des

Reduktionsschachtkörpers 2 liegen - dargestellt ist zur besseren Übersichtlichkeit lediglich der Teilabschnitt des Reduktionsschachtkörpers 2, in dem sich

Reduktionsgaszufuhreinheiten 1 befinden. Sie liegen vom nicht sichtbar hinter der Papierebene liegenden Innenraum zur Aufnahme des metalloxidhaltigen stückigen Gutes aus gesehen jenseits der äußeren Stahlhülle 3 des im Wesentlichen

zylindrischen Reduktionsschachtkörpers 2.

Es sind mehrere, bevorzugt im Wesentlichen zylindrisch ausgeführte, Reduktionsgaskanalkörper vorhanden, die mit ihren dem Innenraum abgewandten Endabschnitten aus dem

Reduktionsschachtkörper 2 herausragen; entsprechend sind auch mehrere Reduktionsgaszufuhreinheiten 1 dargestellt, in welche die bis auf ihren außerhalb des Reduktionsschachtkörpers 2 liegenden äußeren Endabschnitt 6' nicht dargestellten

Reduktionsgaskanalkörper 6 hineinragen.

Die Reduktionsgaszufuhrleitung 4 zur Zufuhr des

Reduktionsgases zum Reduktionsschachtkörper 2 bildet eine Ringleitung um den Reduktionsschachtkörper 2 herum.

Pro Reduktionsgaskanalkörper 6 sind zwei Speiseleitungen 5a, 5b zur Leitung des Reduktionsgases aus der

Reduktionsgaszufuhrleitung 4 zu dem Reduktionsgaskanalkörper 6 vorhanden, wobei die Speiseleitungen 5a, 5b in die

Reduktionsgaszufuhreinheit 1 des jeweiligen

Reduktionsgaskanalkörpers 6 münden.

Die Reduktionsgaszufuhreinheiten 1 sind geeignet zur Leitung von Reduktionsgas in einen Raumbereich unterhalb des

Reduktionsgaskanalkörpers 6, was in Figur 2, die einen

Schnitt durch einen Teilbereich der Figur 1 darstellt, sichtbar ist. Ebenfalls sichtbar ist in Figur 2, dass die Mündung 7 der Speiseleitung 5a teilweise bei horizontaler Betrachtung neben dem Reduktionsgaskanalköper 6, und

teilweise unterhalb des Reduktionsgaskanalköpers 6 angeordnet ist. Ebenso ist aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich, dass die Speiseleitungen 5a, 5b ein Gefälle in Richtung Mündung 7 in die Reduktionsgaszufuhreinheit 1 haben.

Figur 3 und Figur 4 zeigen analog zu Figur 1 und Figur 2, wie die Reduktionsgaszufuhreinheit innerhalb des

Reduktionsschachtkörpers 8 beziehungsweise seiner äußeren Stahlhülle 9, aber abseits des Innenraums 10 zur Aufnahme von metalloxidhaltigem stückigen Gut liegt. Sie liegt in der Feuerfestausmauerung 11; sie ist durch einen abgemauerten Bereich eines in der Feuerfestausmauerung 11 eines existierenden Reduktionsschachtkörpers 8 vorhandenen

Bustlekanals 12 mit Bustleslots gebildet. Die Speiseleitung 13 mündet oberhalb des Reduktionsgaskanalköpers 14.

Eine Abmauerung 17 im Bustlekanal ist anders als die

Feuerfestausmauerung 11 schraffiert dargestellt.

In den Figuren 2 und 4 ist zu sehen, dass das Reduktionsgas nicht in die Reduktionsgaskanalkörper 6 beziehungsweise 14 eingeleitet wird. Allgemein - also nicht eingeschränkt auf die in den Figuren 2 und 4 gezeigten Ausführungsformen - bildet sich erfindungsgemäß im Betrieb unterhalb des

Reduktionsgaskanalkörpers ein Freiraumes in der Schüttung aus stückigem Gut aus; das Reduktionsgas strömt durch den

Freiraum unter dem Reduktionsgaskanalkörper in die Schüttung. Das Reduktionsgas strömt nicht durch den

Reduktionsgaskanalkörper und aus dem Reduktionsgaskanalkörper in den Freiraum, sondern es strömt von der Reduktionsgaszu fuhreinheit in den Freiraum und von dort in die Schüttung.

Der Reduktionsgaskanalkörper dient also nicht selber als Kanal zur Führung des Reduktionsgases; er dient nur dazu, unterhalb von sich in der Schüttung einen Freiraum in der Schüttung zu schaffen, der als Kanal zur Führung des

Reduktionsgases beziehungsweise seiner Verteilung in der Schüttung dient.

Figur 5 zeigt eine Variante der in Figuren 3 und 4

dargestellten Ausführungsform mit Reduktionsgaszufuhreinheit innerhalb des Reduktionsschachtkörpers 15, nämlich einem abgemauerten Teil eines internen Bustlekanals in der

Feuerfestausmauerung, der als hervorstehende Ausbuchtung sichtbar ist. Pro Reduktionsgaszufuhreinheit münden zwei Speiseleitungen 16a, 16b bei horizontale Betrachtung neben dem jeweiligen Reduktionsgaskanalköper 18.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausfüh rungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele ein- geschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Liste der Bezugszeichen

1 Reduktionsgaszufuhreinheit

2 Reduktionsschachtkörper

3 Stahlhülle

4 Reduktionsgas zufuhrleitung

5a, 5b Speiseleitungen

6 Reduktionsgaskanalköper

6 Äußerer Endabschnitt des Re duktionsgaskanalkörpers 6

7 Mündung der Speiseleitung

8 Reduktionsschachtkörper

9 Stahlhülle

10 Innenraum zur Aufnahme von me talloxidhaltigem stückigen Gut

11 Feuerfestausmauerung

12 Bustlekanal

13 Speiseleitung

14 Reduktionsgaskanalkörper

15 Reduktionsschachtkörper

16a, 16b Speiseleitungen

17 Abmauerung

18 Reduktionsgaskanalkörper

Liste der Anführungen Patentliteratur

W09747773

WO2013156548

W02009000409