LU103088B1 - Anlagenverbund zur Stahlerzeugung sowie ein Verfahren zum Betreiben des Anlagenverbundes - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Anlagenverbund (1) zur Stahlerzeugung umfassend einen Hochofen (2) zur Roheisenerzeugung, ein Konverterstahlwerk (3) zur Rohstahlerzeugung, ein Hochofengas-Leitungssystem (4) für Gase, die bei der Roheisenerzeugung anfallen, ein Verbundleitungssystem (5) für Gase, die bei der Roheisenerzeugung und/oder der Rohstahlerzeugung anfallen, eine Anlage zur Wasserstoffgewinnung (6), eine Chemieanlage (7), eine Wasserstoffleitung (8) für wasserstoffhaltige Gase, die bei der 10 Wasserstoffgewinnung anfallen, wobei die Wasserstoffleitung (8) in Strömungsrichtung vor der Chemieanlage (7) an das Verbundleitungssystem (5) angeschlossenen ist, eine Mischvorrichtung (9) für wasserstoffhaltige Gase, wobei die Mischvorrichtung (9) in Strömungsrichtung nach der Anlage zur Wasserstoffgewinnung (6) und vor der Chemieanlage (7) angeordnet ist, wobei das Hochofengas-Leitungssystem (4) an die Anlage zur Wasserstoffgewinnung (6) angeschlossen ist als eine Input-Leitung in die Anlage zur Wasserstoffgewinnung (6) und die Wasserstoffleitung (8) an die Anlage zur Wasserstoffgewinnung (6) angeschlossen ist als eine Output-Leitung aus der Anlage zur Wasserstoffgewinnung (6).
Description
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Die Erfindung betrifft einen Anlagenverbund zur Stahlerzeugung sowie ein Verfahren zum
Betreiben des Anlagenverbundes
Stand der Technik
Der Anlagenverbund zur Stahlerzeugung umfasst einen Hochofen zur Roheisenerzeugung, ein
Konverterstahlwerk zur Rohstahlerzeugung, ein Verbundleitungssystem für Gase, die bei der
Roheisenerzeugung und/oder der Rohstahlerzeugung anfallen, sowie eine an das
Gasleitungssystem angeschlossene Chemieanlage.
In der Chemieanlage können chemische Produkte aus den zugeführten Gasmengenstrômen erzeugt werden, welche jeweils die Komponenten des Endproduktes enthalten.
Im Hochofen wird aus Eisenerzen, Zuschlägen sowie Koks und anderen Reduktionsmitteln wie
Kohle, Öl, Gas, Biomassen, aufbereiteten Altkunststoffen oder sonstigen Kohlenstoff und/oder
Wasserstoff enthaltenden Stoffen Roheisen gewonnen. Als Produkte der Reduktionsreaktionen entstehen zwangsläufig CO, CO,, und insbesondere Wasserstoff und Wasserdampf. Ein aus dem
Hochofenprozess abgezogenes Hochofengichtgas, welches auch als Gichtgas und/oder
Hochofengas bezeichnet wird, weist neben den vorgenannten Bestandteilen häufig einen hohen
Gehalt an Stickstoff auf und kann auch Verunreinigungen enthalten. Die Gasmenge und die
Zusammensetzung des Hochofengichtgases sind abhängig von den Einsatzstoffen und der
Betriebsweise und unterliegen Schwankungen. Typischerweise enthält Hochofengichtgas jedoch 35 bis 60 Vol.-% N», 20 bis 30 Vol.-% CO, 20 bis 30 Vol.-% CO, und 2 bis 15 Vol.-% Ha. Rund 30 bis 40% des bei der Roheisenerzeugung entstehenden Hochofengichtgases werden im Regelfall zum Aufheizen des HeiBwindes für den Hochofenprozess in Winderhitzern eingesett; die verbleibende Gichtgasmenge kann beispielsweise in anderen Werksbereichen auch extern zu
Heizzwecken oder zur Stromerzeugung genutzt werden.
Im Konverterstahlwerk, das dem Hochofenprozess nachgeschaltet ist, wird Roheisen zu Rohstahl umgewandelt. Durch Aufblasen von Sauerstoff auf flüssiges Roheisen werden störende
Verunreinigungen wie Kohlenstoff, Silizium, Schwefel und Phosphor entfernt. Da die
Oxidationsprozesse eine starke Wärmeentwicklung verursachen, wird häufig Schrott in Mengen bis zu 25% bezogen auf das Roheisen als Kühlmittel zugesetzt. Ferner werden Kalk zur
Schlackenbildung und Legierungsmittel zugegeben. Aus dem Stahlkonverter wird ein
Konvertergas abgezogen, welches einen hohen Gehalt an CO aufweist und ferner Stickstoff,
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Wasserstoff und CO, enthält. Eine typische Konvertergaszusammensetzung weist 50 bis 70 Vol.- % CO, 10 bis 20 Vol.-% N», ca. 15 Vol.-% CO, und ca. 2 Vol.-% Hz auf. Das Konvertergas wird entweder abgefackelt oder bei modernen Stahlwerken aufgefangen und einer energetischen
Nutzung zugeführt.
Der Anlagenverbund kann optional im Verbund mit einer Kokerei betrieben werden. In diesem Fall umfasst der eingangs beschriebene Anlagenverbund zusatzlich eine Koksofenanlage, in der Kohle durch einen Verkokungsprozess in Koks umgewandelt wird. Bei der Verkokung von Kohle zu Koks fallt ein Koksofengas an, welches einen hohen Wasserstoffgehalt und beachtliche Mengen an CH, enthält. Typischerweise enthält Koksofengas 55 bis 70 Vol.-% Ha, 20 bis 30 Vol.-% CH, 5 bis 10
Vol.-% N, und 5 bis 10 Vol.-% CO. Zusätzlich weist das Koksofengas Anteile von CO», NHz und
HS auf. In der Praxis wird das Koksofengas beispielsweise in verschiedenen Werksbereichen zu
Heizzwecken und im Kraftwerksprozess zur Stromerzeugung genutzt. Darüber hinaus ist es bekannt, Koksofengas zusammen mit Hochofengichtgas oder mit Konvertergas zur Erzeugung von
Synthesegasen zu verwenden.
In einem integrierten Hüttenwerk, welches im Verbund mit einer Kokerei betrieben wird, werden etwa 40 bis 50% der als Hochofengichtgas, Konvertergas und Koksofengas anfallenden Rohgase für verfahrenstechnische Prozesse eingesetzt. Etwa 50 bis 60 % der entstehenden Gase werden dem Kraftwerk zugeführt und zur Stromerzeugung genutzt. Der im Kraftwerk erzeugte Strom deckt den Strombedarf für die Roheisen- und Rohstahlerzeugung. Im Idealfall ist die Energiebilanz geschlossen, so dass abgesehen von Eisenerzen und Kohlenstoff in Form von Kohle und Koks als
Energietrager kein weiterer Eintrag von Energie notwendig ist und auBer Rohstahl und Schlacke kein Produkt den Anlagenverbund verlässt.
Problematisch im Stand der Technik sind hohe CO,-Emissionen, insbesondere ein groBer CO,-
Footprint.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachhaltigkeit des
Gesamtprozesses und die die CO,-Bilanz zu verbessern, insbesondere die CO,-Emissionen, und den CO.-Footprint zu reduzieren sowie gleichzeitig einen stabilen, kontinuierlichen und nachhaltigen Betrieb von Anlagen zu ermöglichen.
Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird mit einem Anlagenverbund zur Stahlerzeugung nach Anspruch 1 und einem
Verfahren zum Betreiben eines Anlagenverbundes nach Anspruch 8 gelöst.
Der Gegenstand der Erfindung ist ein Anlagenverbund zur Stahlerzeugung umfassend einen
Hochofen zur Roheisenerzeugung, ein Konverterstahlwerk zur Rohstahlerzeugung, ein
Hochofengas-Leitungssystem für Gase, die bei der Roheisenerzeugung anfallen, ein
Verbundleitungssystem für Gase, die bei der Roheisenerzeugung und/oder der Rohstahlerzeugung anfallen, insbesondere umfassend kohlenstoffhaltige Gase, beispielsweise CO-haltige Gase, COz- haltige Gase oder eine Kombination hiervon, eine Anlage zur Wasserstoffgewinnung, eine
Chemieanlage, wobei die Chemieanlage an das Verbundleitungssystem angeschlossenen ist, eine
Wasserstoffleitung für wasserstoffhaltige Gase, insbesondere Wasserstoff, die bei der
Wasserstoffgewinnung anfallen, wobei die Wasserstoffleitung in Strömungsrichtung vor der
Chemieanlage an das Verbundleitungssystem angeschlossenen ist, eine Mischvorrichtung für wasserstoffhaltige Gase, insbesondere Wasserstoff, die bei der Wasserstoffgewinnung anfallen und für Gase, die bei der Roheisenerzeugung und/oder der Rohstahlerzeugung anfallen, wobei die
Mischvorrichtung in Strömungsrichtung nach der Anlage zur Wasserstoffgewinnung und vor der
Chemieanlage angeordnet ist, insbesondere an das Verbundleitungssystem angeschlossen ist, zur Mischung von bei der Roheisenerzeugung und/oder der Rohstahlerzeugung anfallenden Gasen mit bei der Wasserstoffgewinnung anfallenden wasserstoffhaltigem Gas, insbesondere
Wasserstoff, beispielsweise zur Einstellung des stôchiometrischen Verhältnisses der
Gaszusammensetzung in dem Verbundleitungssystem vor dem Input in die Chemieanlage, wobei das Hochofengas-Leitungssystem an die Anlage zur Wasserstoffgewinnung angeschlossen ist als eine Input-Leitung in die Anlage zur Wasserstoffgewinnung und die Wasserstoffleitung an die
Anlage zur Wasserstoffgewinnung angeschlossen ist als eine Output-Leitung aus der Anlage zur
Wasserstoffgewinnung.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Anlagenverbundes zur Stahlerzeugung, der einen Hochofen zur Roheisenerzeugung, ein Konverterstahlwerk zur
Rohstahlerzeugung, ein Hochofengas-Leitungssystem für Gase, die bei der Roheisenerzeugung anfallen, ein Verbundleitungssystem für Gase, die bei der Roheisenerzeugung und/oder der
Rohstahlerzeugung anfallen, insbesondere umfassend kohlenstoffhaltige Gase, beispielsweise
CO-haltige Gase, COz-haltige Gase oder eine Kombination hiervon, eine Anlage zur
Wasserstoffgewinnung, eine Chemieanlage, wobei die Chemieanlage an das
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Verbundleitungssystem angeschlossenen ist, eine Wasserstoffleitung für wasserstoffhaltige Gase, insbesondere Wasserstoff, die bei der Wasserstoffgewinnung anfallen, wobei die
Wasserstoffleitung in Strämungsrichtung vor der Chemieanlage an das Verbundleitungssystem angeschlossenen ist, eine Mischvorrichtung für wasserstoffhaltige Gase, insbesondere
Wasserstoff, die bei der Wasserstoffgewinnung anfallen und für Gase, die bei der
Roheisenerzeugung und/oder der Rohstahlerzeugung anfallen, wobei die Mischvorrichtung in
Stromungsrichtung nach der Anlage zur Wasserstoffgewinnung und vor der Chemieanlage angeordnet ist, insbesondere an das Verbundleitungssystem angeschlossen ist, insbesondere zur
Mischung von bei der Roheisenerzeugung und/oder der Rohstahlerzeugung anfallenden Gasen mit bei der Wasserstoffgewinnung anfallenden wasserstoffhaltigem Gas, insbesondere Wasserstoff, beispielsweise zur Einstellung eines stôchiometrischen Verhältnisses der Gaszusammensetzung in dem Verbundleitungssystem vor dem Input in die Chemieanlage, wobei das Hochofengas-
Leitungssystem an die Anlage zur Wasserstoffgewinnung angeschlossen ist als eine Input-Leitung in die Anlage zur Wasserstoffgewinnung und die Wasserstoffleitung an die Anlage zur
Wasserstoffgewinnung angeschlossen ist als eine Output-Leitung aus der Anlage zur
Wasserstoffgewinnung, wobei die Mischvorrichtung ein Mischgas einstellt, insbesondere mit der
Mischvorrichtung ein Mischgas eingestellt wird, mit einem — stôchiometrischen
Mischungsquotienten aus einem Dividend mit dem Differenzbetrag der molaren Mengen an
Wasserstoff als Minuend und Kohlendioxid als Subtrahend und aus einem Divisor mit dem
Summenbetrag der molaren Mengen an Kohlenmonoxid und Kohlendioxid.
Die vorliegende Erfindung kann in einem Anlagenverbund zur Stahlerzeugung sowie in einem
Verfahren zum Betreiben eines Anlagenverbundes verwirklicht sein. Die Vorrichtungen des
Anlagenverbundes kônnen in einfacher und/oder mehrfacher Ausführung vorhanden sein.
Der erfindungsgemäße Anlagenverbund zur Stahlerzeugung weist gegenüber konventionellen
Anlagenverbunden die Vorteile auf, dass das in dem Hochofengas enthaltene Kohlenmonoxid mittels Wassergas-Shift-Reaktion in Wasserstoff umgewandelt wird und aus den Hüttengasen
Wasserstoff bzw. ein wasserstoffreiches Gas für die Umsetzung kohlenstoffhaltiger Gase, beispielsweise CO-haltige Gase, COz-haltige Gase oder eine Kombination hiervon, in der
Chemieanlage bereitgestellt werden kann und somit ohne die Bereitstellung von externen
Wasserstoff CO und/oder CO, in größeren Mengen chemisch gebunden und die CO,-Emissionen reduziert werden können. Die stoffliche Verwertung des Hochofengases und die Gewinnung von
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Wasserstoff aus dem Hochofengas ermöglicht eine effizientere Nutzung des Hochofengases anstelle der konventionellen Verstromung des Hochofengases im Kraftwerk.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Anlagenverbundes weist gegenüber konventionellen Verfahren die Vorteile auf, dass neben der Gewinnung von Wasserstoff bzw. eines
Synthesegases fur die Umsetzung in der Chemieanlage auch CO, abgetrennt wird, welches in der
Chemieanlage umgesetzt werden kann und/oder anderweitig mittels Carbon Capture and
Utilization oder CarbonCapture and Storage verwertet werden kann und so die CO,-Emissionen reduziert werden können.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In der Chemieanlage können chemische Produkte aus den zugeführten Gasmengenströmen erzeugt werden, welche jeweils die Komponenten des Endproduktes enthalten. Chemische
Produkte können beispielsweise Methanol oder höhere Alkohole oder auch andere
Kohlenwasserstoffverbindungen sein. Die Leistung, insbesondere der Output der Chemieanlage wird in Abhängigkeit der diesen Anlagen zugeführten Gasmengen geregelt. Eine wesentliche
Herausforderung für die Chemieanlage ist die dynamische Fahrweise bei wechselnden
Anlagenlasten, wobei der erfindungsgemäße Anlagenverbund/das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben des Anlagenverbundes eine Stabilisierung der Fahrweise ermöglicht. Die
Betriebsweise bei wechselnden Anlagenlasten kann insbesondere dadurch realisiert werden, dass die Chemieanlage eine Mehrzahl parallel geschalteter kleiner Einheiten aufweist, die je nach zur
Verfügung stehenden Nutzgasmengenstrom einzeln zu- oder abgeschaltet werden. Beispielsweise können in einer oder mehreren Einheiten auch unterschiedliche chemische Produkte hergestellt werden.
Zur Herstellung von Kohlenwasserstoffverbindungen, beispielsweise Methanol oder höheren
Alkoholen, muss ein im Wesentlichen aus CO und/oder CO, und H, bestehendes Gasgemisch bereitgestellt werden, welches die Komponenten Kohlenmonoxid und/oder Kohlenstoffdioxid und
Wasserstoff im richtigen Verhältnis enthält. Als Wasserstoffquelle kann Hochofengichtgas und/oder Konvertergas und/oder Koksofengas verwendet werden, wobei zusätlicher Wasserstoff durch Konvertierung des CO-Anteils durch eine Wasser-Gas-Shift-Reaktion erzeugt werden kann.
Beispielsweise kommen auch weitere Wasserstoffquellen, insbesondere die Wasserelektrolyse in
Betracht. Zur Bereitstellung von CO kann beispielsweise Konvertergas herangezogen werden. Als
CO,-Quelle kann beispielsweise Hochofengichtgas und/oder Konvertergas dienen.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einer Anlage zur Wasserstoffgewinnung eine
Anlage zur Wasserstofferzeugung, insbesondere eine Anlage verstanden, welche Wasserstoff bereitstellt, beispielsweise eine Wasser-Gas-Shift-Reaktion-Anlage insbesondere durch
Konvertierung des CO-Anteils durch eine Wasser-Gas-Shift-Reaktion (CO + H,0 <=> CO, + Hy) erzeugt, eine Anlage zur Wasserstoffabtrennung, insbesondere eine Wasserstoff-Trennmembran-
Anlage oder eine Kombination hiervon verstanden.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Anlage zur Wasserstoffgewinnung eine
Wasser-Gas-Shift-Reaktion-Anlage und/oder eine ~~ Wasserstoff-Trennmembran-Anlage, insbesondere ist die Wasserstoff-Trennmembran-Anlage in Strômungsrichtung der Wasser-Gas-
Shift-Reaktion-Anlage nachgeschaltet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Anlage zur
Wasserstoffgewinnung zusätzlich eine erste Anlage zur CO,-Abtrennung, insbesondere eine CO,-
Wäsche, wobei die erste Anlage zur CO,-Abtrennung in Strömungsrichtung der Wasserstoff-
Trennmembran-Anlage vorgeschaltet ist, wobei die erste Anlage zur CO,-Abtrennung mit einer ersten CO»-Leitung an das Verbundleitungssystem angeschlossen ist, insbesondere ist die erste
CO,-Leitung an das Verbundleitungssystem in Strömungsrichtung vor der Mischvorrichtung für wasserstoffhaltige Gase an das Verbundleitungssystem angeschlossen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst der Anlagenverbund zusätzlich eine erste CO,-Weiche für CO, das bei der ersten Anlage zur CO,-Abtrennung anfällt, wobei die erste
CO,-Weiche an die erste CO,-Leitung angeschlossen ist.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst der Anlagenverbund zusätzlich mindestens eine steuerbare Gasverteilungsvorrichtung insbesondere eine betrieblich steuerbare
Gasverteilungsvorrichtung zur Aufteilung der dem Hochofengas-Leitungssystem und dem
Verbundleitungssystem zugeführten Hochofen-Gasmengenstrome, insbesondere ist die steuerbare Gasverteilungsvorrichtung zwischen dem Hochofengas-Leitungssystem und dem
Verbundleitungssystem angeordnet. Der Hochofen-Gasmengenstrom wird mit der
Gasverteilungsvorrichtung bevorzugt so zwischen dem zwischen dem Hochofengas-
Leitungssystem und dem Verbundleitungssystem aufgeteilt, das nach chemischer Konversion des
Gasmengestroms des Hochofengas-Leitungssystem in der Wasserstofferzeugungsanlage und
Mischen des erzeugten Wasserstoffstoffstroms bzw. wasserstoffhaltigen Stoffstroms mit dem
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Gasmengenstrom des Verbundleitungssystem in der Mischvorrichtung ein Mischgas mit einen stöchiometrischen Mischungsquotienten aus einem Dividend mit dem Differenzbetrag der molaren
Mengen an Wasserstoff als Minuend und Kohlendioxid als Subtrahend und aus einem Divisor mit dem Summenbetrag der molaren Mengen an Kohlenmonoxid und Kohlendioxid im Bereich von 1 bis 10, vorzugsweise im Bereich von 1,2 bis 6, besonders bevorzugt im Bereich von 1,8 bis 4, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 1,9 bis 3 erzeugt wird.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einer Mischvorrichtung eine Vorrichtung verstanden, welche Gase und/oder Fluide miteinander mischt. Insbesondere kann eine
Mischvorrichtung ausgewählt sein aus einer Gruppe von einer Venturidüse, einem Mischbehalter, einer Mixing Station, einem statischen Mischer, einem Ejektor, einem Rohrleitungs-T-Stück oder einer Kombination hiervon.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst der Anlagenverbund zusätlich eine Koksofenanlage, wobei die Koksofenanlage an das Verbundleitungssystem angeschlossen ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst der Anlagenverbund zusätzlich eine
Biotechnologieanlage, wobei die Biotechnologieanlage an das Verbundleitungssystem angeschlossen ist, insbesondere in Strömungsrichtung nach der Mischvorrichtung für wasserstoffhaltige Gase an das Verbundleitungssystem angeschlossen ist.
In der Biotechnologieanlage können biochemische Produkte aus den zugeführten
Gasmengenströmen erzeugt werden, welche jeweils die Komponenten des Endproduktes enthalten.
In der Biotechnologieanlage können biochemische Produkte aus den zugeführten
Gasmengenströmen erzeugt werden, welche jeweils die Komponenten des Endproduktes enthalten. Biologische Produkte können beispielsweise Alkohole (Ethanol, Butanol), Aceton oder organische Säuren sein. Insbesondere ist eine Biotechnologieanlage eine Fermentationsanlage ggf. auch ein Photobiologische Anlage.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst der Anlagenverbund zusatzlich eine zweite Anlage zur CO„-Abtrennung, insbesondere CO,-Wasche, wobei das Hochofengas-
Leitungssystem an die zweite Anlage zur CO,-Abtrennung angeschlossen ist als eine Input-Leitung in die zweite Anlage zur CO,-Abtrennung und als eine Output-Leitung aus der zweiten Anlage zur
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CO4-Abtrennung eine zweite CO,-Leitung strômungsabwärts an das Hochofengas-Leitungssystem angeschlossen ist und/oder an das Verbundleitungssystem angeschlossen ist, insbesondere die zweite CO,-Leitung an das Verbundleitungssystem in Strômungsrichtung vor der Mischvorrichtung für wasserstoffhaltige Gase an das Verbundleitungssystem angeschlossen ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst der Anlagenverbund zusatzlich eine zweite CO,-Weiche für CO», welches bei der zweiten Anlage zur CO,-Abtrennung anfällt, wobei die zweite CO,-Weiche an die zweite CO>-Leitung angeschlossen ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst der Anlagenverbund zusätzlich mindestens eine Anlage zur Hochofengaskompression, insbesondere
Hochofengaskompressionsanlage, wobei die Anlage zur Hochofengaskompression an das
Hochofengas-Leitungssystem angeschlossen ist.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst der Anlagenverbund zusätlich eine
Anlage zur Hochofengasreinigung, insbesondere Hochofengasreinigungsanlage, wobei die mindestens eine Anlage zur Hochofengasreinigung an das Hochofengas-Leitungssystem angeschlossen ist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einer Anlage zur Hochofengasreinigung eine
Anlage verstanden, welche diejenigen Bestandteile des Hochofengases wenigstens teilweise abtrennt, welche sich unvorteilhaft, insbesondere den Wirkungsgrad betreffend in nachgeordneten
Prozessschritten auswirken könnten. Insbesondere wird unter einer Hochofengasreinigung eine ein- oder mehrstufige Reinigung, insbesondere durch mechanische Sortierverfahren wie beispielsweise einer Trennung ausgewählt aus einer Gruppe von Dichte, Partikelgröße,
Partikelträgheit, Oberflächenbenetzbarkeit, Magnetisierbarkeit, elektrischer Beweglichkeit, durch absorptive Verfahren, durch katalytische Prozesse oder einer Kombination hiervon verstanden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst der Anlagenverbund zusätlich mindestens eine Anlage zur Konvertergaskompression, insbesondere
Konvertergaskompressionsanlage.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst der Anlagenverbund zusätzlich eine
Anlage zur Konvertergasreinigung, insbesondere Konvertergasreinigungsanlage.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einer Anlage zur Konvertergasreinigung eine
Anlage verstanden, welche diejenigen Bestandteile des Konvertergases wenigstens teilweise abtrennt, welche sich unvorteilhaft, insbesondere den Wirkungsgrad betreffend in nachgeordneten
Prozessschritten auswirken könnten. Insbesondere wird unter einer Konvertergasreinigung eine ein- oder mehrstufige Reinigung, insbesondere durch mechanische Sortierverfahren wie beispielsweise einer Trennung ausgewählt aus einer Gruppe von Dichte, Partikelgröße,
Partikelträgheit, Oberflächenbenetzbarkeit, Magnetisierbarkeit, elektrischer Beweglichkeit, durch absorptive Verfahren, durch katalytische Prozesse oder einer Kombination hiervon verstanden.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung stellt die Mischvorrichtung ein Mischgas ein mit einen stöchiometrischen Mischungsquotienten aus einem Dividend mit dem Differenzbetrag der molaren Mengen an Wasserstoff als Minuend und Kohlendioxid als Subtrahend und aus einem
Divisor mit dem Summenbetrag der molaren Mengen an Kohlenmonoxid und Kohlendioxid im
Bereich von 1 bis 10, vorzugsweise im Bereich von 1,2 bis 6, besonders bevorzugt im Bereich von 1,8 bis 4, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 1,9 bis 3.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst der Anlagenverbund zusätzlich eine erste Anlage zur CO,-Abtrennung, insbesondere CO,-Wäsche, wobei die erste Anlage zur COz-
Abtrennung in Strömungsrichtung der Wasserstoff-Trennmembran-Anlage vorgeschaltet ist, wobei die erste Anlage zur CO,-Abtrennung mit einer ersten CO,-Leitung an das
Verbundleitungssystem angeschlossen ist, insbesondere die erste CO,-Leitung an das
Verbundleitungssystem in Strömungsrichtung vor der Mischvorrichtung für wasserstoffhaltige
Gase an das Verbundleitungssystem angeschlossen ist und eine erste CO,-Weiche für CO, das bei der ersten Anlage zur COz-Abtrennung anfällt, wobei die erste CO,-Weiche an die erste CO»-
Leitung angeschlossen ist und/oder eine zweite Anlage zur CO>-Abtrennung, insbesondere CO,-Wasche, wobei das
Hochofengas-Leitungssystem an die zweite Anlage zur CO,-Abtrennung angeschlossen ist als eine
Input-Leitung in die zweite Anlage zur CO,-Abtrennung und als eine Output-Leitung aus der zweiten
Anlage zur CO2-Abtrennung eine zweite CO,-Leitung strômungsabwärts an das Hochofengas-
Leitungssystem angeschlossen ist und/oder an das Verbundleitungssystem angeschlossen ist, insbesondere die zweite CO>-Leitung an das Verbundleitungssystem in Stromungsrichtung vor der
Mischvorrichtung fur wasserstoffhaltige Gase an das Verbundleitungssystem angeschlossen ist und eine zweite CO,-Weiche für CO», welches bei der zweiten Anlage zur CO,-Abtrennung anfällt, wobei die zweite CO,-Weiche an die zweite CO,-Leitung angeschlossen ist, wobei mit der Mischvorrichtung und/oder der ersten CO,-Weiche und/oder der zweiten CO-Weiche ein
Mischgas fur die Chemieanlage, insbesondere Mischgas aus dem Verbundleitungssystem als
Input in die Chemieanlage eingestellt wird mit einem Stoffmengenanteil des in der
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Mischvorrichtung und/oder der ersten CO,-Weiche und/oder der zweiten CO,-Weiche angefallenen
Stoffmenge an CO,, insbesondere abgetrennten CO,-Gasstroms im Bereich von 5 Mol-% bis 45
Mol-%, vorzugsweise im Bereich von 8 Mol-% bis 40 Mol-%, besonders bevorzugt im Bereich von 15 Mol-% bis 35 Mol-% bezogen auf die aus dem Hochofen bei der Roheisenerzeugung anfallenden Stoffmenge an CO, und CO.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden
Zeichnung erläutert. Es zeigt schematisch
Fig. 1 ein stark vereinfachtes Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Anlagenverbundes zur
Stahlerzeugung (Die gestrichelt dargestellten Elemente sind optionale
Ausführungsformen).
In der Fig. 1 ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein Anlagenverbund 1 zur
Stahlerzeugung mit einem Hochofen 2 zur Roheisenerzeugung, einem Konverterstahlwerk 3 zur
Rohstahlerzeugung, einem Hochofengas-Leitungssystem 4 für Gase, die bei der
Roheisenerzeugung anfallen, einem Verbundleitungssystem 5 für Gase, die bei der
Roheisenerzeugung und/oder der Rohstahlerzeugung anfallen, einer Anlage zur
Wasserstoffgewinnung 6, einer Chemieanlage 7, dargestellt. An das Verbundleitungssystem 5 ist die Chemieanlage 7 angeschlossenen. Eine Wasserstoffleitung 8 für wasserstoffhaltige Gase, die bei der Wasserstoffgewinnung anfallen, ist in Strömungsrichtung vor der Chemieanlage 7 an das
Verbundleitungssystem 5 angeschlossenen. Eine Mischvorrichtung 9 für wasserstoffhaltige Gase, die bei der Wasserstoffgewinnung anfallen und für Gase, die bei der Roheisenerzeugung und/oder der Rohstahlerzeugung anfallen, ist in Strômungsrichtung nach der Anlage zur
Wasserstoffgewinnung 6 und vor der Chemieanlage 7 angeordnet. Das Hochofengas-
Leitungssystem 4 ist an die Anlage zur Wasserstoffgewinnung 6 als eine Input-Leitung in die
Anlage zur Wasserstoffgewinnung 6 angeschlossen und die Wasserstoffleitung 8 ist an die Anlage zur Wasserstoffgewinnung 6 als eine Output-Leitung aus der Anlage zur Wasserstoffgewinnung 6 angeschlossen.
Die Anlage zur Wasserstoffgewinnung 6 ist als eine Wasser-Gas-Shift-Reaktion-Anlage 10 und eine Wasserstoff-Trennmembran-Anlage 11, 11’ dargestellt.
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Eine erste Anlage zur CO,-Abtrennung 12 ist in Stromungsrichtung der Wasserstoff-
Trennmembran-Anlage 11, 11’ vorgeschaltet, wobei die erste Anlage zur CO--Abtrennung 12 mit einer ersten CO,-Leitung 13 an das Verbundleitungssystem 5 angeschlossen ist.
Eine erste CO,-Weiche 14 für CO, das bei der CO,-Abtrennung 12 anfällt ist an die erste CO,-
Leitung 13 angeschlossen.
Eine steuerbare Gasverteilungsvorrichtung 15 zur Aufteilung der dem Hochofengas-
Leitungssystem 4 und dem Verbundleitungssystem 5 zugeführten Hochofen-Gasmengenstrôme ist zwischen dem Hochofengas-Leitungssystem 4 und dem Verbundleitungssystem 5 angeordnet.
Eine Koksofenanlage 16 ist an das Verbundleitungssystem 5 angeschlossen.
Eine Biotechnologieanlage 17 ist an das Verbundleitungssystem 5 angeschlossen an das
Verbundleitungssystem 5 in Strômungsrichtung nach der Mischvorrichtung 9 für wasserstoffhaltige Gase.
An eine zweite Anlage zur CO,-Abtrennung 18 ist das Hochofengas-Leitungssystem 4 als eine
Input-Leitung in die zweite Anlage zur CO,-Abtrennung 18 angeschlossen.
Als eine Output-Leitung aus der zweiten Anlage zur CO»-Abtrennung 18 ist eine zweite CO,-Leitung 19 stromungsabwarts an das Hochofengas-Leitungssystem 4 und das Verbundleitungssystem 5 angeschlossen.
Eine zweite CO,-Weiche 20 für CO, das bei der zweiten CO,-Abtrennung 19 anfällt ist an die zweite
CO,-Leitung 19 angeschlossen.
Eine Anlage zur Hochofengaskompression 21 ist an das Hochofengas-Leitungssystem 4 angeschlossen.
Eine Anlage zur Hochofengasreinigung 22 ist an das Hochofengas-Leitungssystem 4 angeschlossen.
Eine Anlage zur Konvertergaskompression 23 und eine Anlage zur Konvertergasreinigung 24 sind in Strômungsrichtung nach dem Konverterstahlwerk 3 zur Rohstahlerzeugung an das
Verbundleitungssystem 5 angeschlossenen.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Anlagenverbund zur Stahlerzeugung und ein Verfahren zum Betreiben eines Anlagenverbundes der vorbeschriebenen Art kônnen in der Produktion von Stahl eingesetzt werden.
201040P00LU
LU103088 12/12
Bezugszeichenliste 1 = Anlagenverbund 2 = Hochofen 3 = Konverterstahlwerk 4 = Hochofengas-Leitungssystem 5 = Verbundleitungssystem 6 = Anlage zur Wasserstoffgewinnung 1007 = Chemieanlage 8 = Wasserstoffleitung 9 = Mischvorrichtung = Wasser-Gas-Shift-Reaktion-Anlage 11,11’ = Wasserstoff-Trennmembran-Anlage 12 = erste Anlage zur CO,-Abtrennung 13 = erste CO,-Leitung 14 = erste CO,-Weiche 15 = steuerbare Gasverteilungsvorrichtung 16 = Koksofenanlage 17 = Biotechnologieanlage 18 = zweite Anlage zur CO,-Abtrennung 19 = zweite CO,-Leitung 20 = zweite CO,-Weiche 21 = Anlage zur Hochofengaskompression 22 = Anlage zur Hochofengasreinigung 23 = Anlage zur Konvertergaskompression 24 = Anlage zur Konvertergasreinigung
BFG = Hochofengas
KVG = Konvertergas
KOG = Koksofengas _ = wesentliche Elemente ------ = optionale Elemente
Le = Bezugslinie für Bezugszeichen
Claims (10)
1. Anlagenverbund (1) zur Stahlerzeugung umfassend einen Hochofen (2) zur Roheisenerzeugung, ein Konverterstahlwerk (3) zur Rohstahlerzeugung, ein Hochofengas-Leitungssystem (4) für Gase, die bei der Roheisenerzeugung anfallen, ein Verbundleitungssystem (5) für Gase, die bei der Roheisenerzeugung und/oder der Rohstahlerzeugung anfallen, eine Anlage zur Wasserstoffgewinnung (6), eine Chemieanlage (7), wobei die Chemieanlage (7) an das Verbundleitungssystem (5) angeschlossenen ist, eine Wasserstoffleitung (8) für wasserstoffhaltige Gase, die bei der Wasserstoffgewinnung anfallen, wobei die Wasserstoffleitung (8) in Strömungsrichtung vor der Chemieanlage (7) an das Verbundleitungssystem (5) angeschlossenen ist, eine Mischvorrichtung (9) für wasserstoffhaltige Gase, die bei der Wasserstoffgewinnung anfallen und für Gase, die bei der Roheisenerzeugung und/oder der Rohstahlerzeugung anfallen, wobei die Mischvorrichtung (9) in Strömungsrichtung nach der Anlage zur Wasserstoffgewinnung (6) und vor der Chemieanlage (7) angeordnet ist, wobei das Hochofengas-Leitungssystem (4) an die Anlage zur Wasserstoffgewinnung (6) angeschlossen ist als eine Input-Leitung in die Anlage zur Wasserstoffgewinnung (6) und die Wasserstoffleitung (8) an die Anlage zur Wasserstoffgewinnung (6) angeschlossen ist als eine Output-Leitung aus der Anlage zur Wasserstoffgewinnung (6).
2. Anlagenverbund (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage zur Wasserstoffgewinnung (6) eine Wasser-Gas-Shift-Reaktion-Anlage (10) und/oder eine Wasserstoff-Trennmembran-Anlage (11, 11’) ist, insbesondere die \Wasserstoff- Trennmembran-Anlage (11, 11”) in Strômungsrichtung der Wasser-Gas-Shift-Reaktion- Anlage (10) nachgeschaltet ist.
201040P00LU 2/4 LU103088
3. Anlagenverbund (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage zur Wasserstoffgewinnung (6) zusätlich eine erste Anlage zur CO,-Abtrennung (12) umfasst, wobei die erste Anlage zur CO,-Abtrennung (12) in Strömungsrichtung der Wasserstoff- Trennmembran-Anlage (11, 11’) vorgeschaltet ist, wobei die erste Anlage zur CO,- Abtrennung (12) mit einer ersten CO,-Leitung (13) an das Verbundleitungssystem (5) angeschlossen ist, insbesondere die erste CO,-Leitung (13) an das Verbundleitungssystem (5) in Strömungsrichtung vor der Mischvorrichtung (9) für wasserstoffhaltige Gase an das Verbundleitungssystem (5) angeschlossen ist.
4. Anlagenverbund (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlagenverbund (1) zusätzlich eine erste CO,-Weiche (14) für CO, das bei der ersten Anlage zur CO,-Abtrennung (12) anfällt umfasst, wobei die erste CO,-Weiche (14) an die erste CO,-Leitung (13) angeschlossen ist.
5. Anlagenverbund (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlagenverbund (1) zusätzlich mindestens eine steuerbare Gasverteilungsvorrichtung (15) zur Aufteilung der dem Hochofengas-Leitungssystem (4) und dem Verbundleitungssystem (5) zugeführten Hochofen-Gasmengenstrome umfasst, insbesondere die steuerbare Gasverteilungsvorrichtung (15) zwischen dem Hochofengas- Leitungssystem (4) und dem Verbundleitungssystem (5) angeordnet ist.
6. Anlagenverbund (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlagenverbund (1) zusätzlich eine zweite Anlage zur CO2-Abtrennung (18) umfasst, wobei das Hochofengas-Leitungssystem (4) an die zweite Anlage zur CO,-Abtrennung (18) angeschlossen ist als eine Input-Leitung in die zweite Anlage zur CO,-Abtrennung (18) und als eine Output-Leitung aus der zweiten Anlage zur CO--Abtrennung (18) eine zweite CO»- Leitung (19) strömungsabwärts an das Hochofengas-Leitungssystem (4) angeschlossen ist und/oder an das Verbundleitungssystem (5) angeschlossen ist, insbesondere die zweite CO,-Leitung (19) an das Verbundleitungssystem (5) in Strömungsrichtung vor der Mischvorrichtung (9) für wasserstoffhaltige Gase an das Verbundleitungssystem (5) angeschlossen ist.
7. Anlagenverbund (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlagenverbund (1) zusatzlich eine zweite CO,-Weiche (20) fur CO,, welches bei der zweiten Anlage zur CO2-Abtrennung (19) anfällt umfasst, wobei die zweite CO,-Weiche (20) an die zweite CO,-Leitung (19) angeschlossen ist.
201040P00LU 3/4 LU103088
8. Verfahren zum Betreiben eines Anlagenverbundes (1) zur Stahlerzeugung, der einen Hochofen (2) zur Roheisenerzeugung, ein Konverterstahlwerk (3) zur Rohstahlerzeugung, ein Hochofengas-Leitungssystem (4) für Gase, die bei der Roheisenerzeugung anfallen, ein Verbundleitungssystem (5) für Gase, die bei der Roheisenerzeugung und/oder der Rohstahlerzeugung anfallen, eine Anlage zur Wasserstoffgewinnung (6), eine Chemieanlage (7), wobei die Chemieanlage (7) an das Verbundleitungssystem (5) angeschlossenen ist, eine Wasserstoffleitung (8) für wasserstoffhaltige Gase, die bei der Wasserstoffgewinnung anfallen, wobei die Wasserstoffleitung (8) in Strömungsrichtung vor der Chemieanlage (7) an das Verbundleitungssystem (5) angeschlossenen ist, eine Mischvorrichtung (9) für wasserstoffhaltige Gase, die bei der Wasserstoffgewinnung anfallen und für Gase, die bei der Roheisenerzeugung und/oder der Rohstahlerzeugung anfallen, wobei die Mischvorrichtung (9) in Strömungsrichtung nach der Anlage zur Wasserstoffgewinnung (6) und vor der Chemieanlage (7) angeordnet ist, wobei das Hochofengas-Leitungssystem (4) an die Anlage zur Wasserstoffgewinnung (6) angeschlossen ist als eine Input-Leitung in die Anlage zur Wasserstoffgewinnung (6) und die Wasserstoffleitung (8) an die Anlage zur Wasserstoffgewinnung (6) angeschlossen ist als eine Output-Leitung aus der Anlage zur Wasserstoffgewinnung (6), wobei die Mischvorrichtung (9) ein Mischgas einstellt mit einem stöchiometrischen Mischungsquotienten aus einem Dividend mit dem Differenzbetrag der molaren Mengen an Wasserstoff als Minuend und Kohlendioxid als Subtrahend und aus einem Divisor mit dem Summenbetrag der molaren Mengen an Kohlenmonoxid und Kohlendioxid.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung (9) ein Mischgas einstellt mit einen stöchiometrischen Mischungsquotienten aus einem Dividend mit dem Differenzbetrag der molaren Mengen an Wasserstoff als Minuend und Kohlendioxid als Subtrahend und aus einem Divisor mit dem Summenbetrag der molaren Mengen an Kohlenmonoxid und Kohlendioxid im Bereich von 1 bis 10, vorzugsweise im Bereich von 1,2 bis 6, besonders bevorzugt im Bereich von 1,8 bis 4, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 1,9 bis 3.
10. Verfahren zum Betreiben eines Anlagenverbundes (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 9, wobei der Anlagenverbund (1) zusätzlich umfasst eine erste Anlage zur CO,-Abtrennung (12), wobei die erste Anlage zur CO,-Abtrennung (12) in Strömungsrichtung der Wasserstoff-Trennmembran-Anlage (11, 11’) vorgeschaltet
201040P00LU 4/4 LU103088 ist, wobei die erste Anlage zur CO,-Abtrennung (12) mit einer ersten CO,-Leitung (13) an das Verbundleitungssystem (5) angeschlossen ist, insbesondere die erste CO,-Leitung
(13) an das Verbundleitungssystem (5) in Strömungsrichtung vor der Mischvorrichtung (9)
für wasserstoffhaltige Gase an das Verbundleitungssystem (5) angeschlossen ist und eine erste CO,-Weiche (14) für CO, das bei der ersten Anlage zur CO,-Abtrennung (12) anfällt, wobei die erste CO,-Weiche (14) an die erste CO»-Leitung (13) angeschlossen ist und/oder eine zweite Anlage zur CO,-Abtrennung (18), wobei das Hochofengas-
Leitungssystem (4) an die zweite Anlage zur CO--Abtrennung (18) angeschlossen ist als eine Input-Leitung in die zweite Anlage zur CO,-Abtrennung (18) und als eine Output-
Leitung aus der zweiten Anlage zur CO,-Abtrennung (18) eine zweite COz-Leitung (19)
stromungsabwarts an das Hochofengas-Leitungssystem (4) angeschlossen ist und/oder an das Verbundleitungssystem (5) angeschlossen ist, insbesondere die zweite CO;-Leitung
(19) an das Verbundleitungssystem (5) in Strômungsrichtung vor der Mischvorrichtung (9)
für wasserstoffhaltige Gase an das Verbundleitungssystem (5) angeschlossen ist und eine zweite CO,-Weiche (20) für CO», welches bei der zweiten Anlage zur CO,-Abtrennung (19)
anfällt, wobei die zweite CO,-Weiche (20) an die zweite COz-Leitung (19) angeschlossen ist dadurch gekennzeichnet, dass mit der Mischvorrichtung (9) und/oder der ersten CO,-
Weiche (14) und/oder der zweiten CO,-Weiche (20) ein Mischgas fur die Chemieanlage (7),
eingestellt wird mit einem Stoffmengenanteil des in der Mischvorrichtung (9) und/oder der ersten CO,-Weiche (14) und/oder der zweiten CO,-Weiche (20) angefallenen Stoffmenge an CO,, insbesondere abgetrennten CO,-Gasstroms im Bereich von 5 Mol-% bis 45 Mol-
%, vorzugsweise im Bereich von 8 Mol-% bis 40 Mol-%, besonders bevorzugt im Bereich von 15 Mol-% bis 35 Mol-% bezogen auf die aus dem Hochofen (2) bei der
Roheisenerzeugung anfallenden Stoffmenge an CO, und CO.
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| EP2258996B1 (de) * | 2008-03-18 | 2016-04-27 | JFE Steel Corporation | Verfahren zur trennung eines verbrennungsofengases |
| US20210238700A1 (en) * | 2018-06-07 | 2021-08-05 | Thyssenkrupp Industrial Solutions Ag | Plant complex for producing steel and a method for operating the plant complex |
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