LU103234B1

LU103234B1 - Plant network and method for operating a plant network for steel production

Info

Publication number: LU103234B1
Application number: LU103234A
Authority: LU
Inventors: Nils Tenhumberg
Original assignee: Thyssenkrupp Ag; Thyssenkrupp Uhde Gmbh
Priority date: 2024-01-12
Filing date: 2024-01-12
Publication date: 2025-07-14

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Anlagenverbund zur Stahlerzeugung mit einem Konverterstahlwerk (8) zur Rohstahlerzeugung, einem zumindest mit dem Konverterstahlwerk (8) verbundenen Gasleitungssystem (13) zur Aufnahme der Abgase, die bei der Rohstahlerzeugung anfallen, mit einer an das Gasleitungssystem (13) angeschlossen Chemieanlage (14) und/oder Biotechnologieanlage, und wobei das Gasleitungssystem (13) über eine in Strömungsrichtung vor der Chemieanlage (14) oder Biotechnologieanlage angeordnete Mischvorrichtung (33) mit einer wasserstoffführenden Leitung (21) verbunden ist, wobei die Mischvorrichtung (33) dazu eingerichtet ist, einen zugeführten Gasstrom mit Wasserstoff anzureichern. Erfindungsgemäß ist eine Anlage zur Wasserstofferzeugung an die wasserstoffführende Leitung (21) 15 angeschlossen, welche eine Ammoniakspaltanlage (22) zur Aufspaltung von Ammoniak (23) zu Wasserstoff und Stickstoff aufweist, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Anlagenverbundes.The invention relates to a steel production plant network comprising a converter steelworks (8) for producing crude steel, a gas line system (13) connected at least to the converter steelworks (8) for receiving the exhaust gases generated during crude steel production, a chemical plant (14) and/or biotechnology plant connected to the gas line system (13), and wherein the gas line system (13) is connected to a hydrogen-carrying line (21) via a mixing device (33) arranged upstream of the chemical plant (14) or biotechnology plant in the direction of flow, the mixing device (33) being designed to enrich a supplied gas stream with hydrogen. According to the invention, a plant for producing hydrogen is connected to the hydrogen-carrying line (21) 15, which plant has an ammonia cracking plant (22) for cracking ammonia (23) into hydrogen and nitrogen, and a method for operating such a plant network.

Description

230052P00LU 10.01.2024230052P00LU 10.01.2024

BeschreibungDescription

Anlagenverbund und Verfahren zum Betreiben eines Anlagenverbundes zurPlant network and method for operating a plant network for

StahlerzeugungSteel production

Die Erfindung betrifft einen Anlagenverbund zur Stahlerzeugung mit einemThe invention relates to a plant combination for steel production with a

Konverterstahlwerk zur Rohstahlerzeugung, einem zumindest mit demConverter steelworks for crude steel production, one with at least the

Konverterstahlwerk verbundenen Gasleitungssystem zur Aufnahme der Abgase, die bei der Rohstahlerzeugung anfallen, mit einer an das Gasleitungssystem angeschlossen Chemieanlage und/oder Biotechnologieanlage, und wobei dasA gas pipeline system connected to a converter steelworks for receiving the exhaust gases generated during crude steel production, with a chemical plant and/or biotechnology plant connected to the gas pipeline system, and wherein the

Gasleitungssystem Uber eine in Strômungsrichtung vor der Chemieanlage oderGas pipeline system Via a gas pipeline in the direction of flow upstream of the chemical plant or

Biotechnologieanlage angeordnete Mischvorrichtung mit einer wasserstoff- führenden Leitung verbunden ist, wobei die Mischvorrichtung dazu eingerichtet ist, einen zugeführten Gasstrom mit Wasserstoff anzureichern.A mixing device arranged in a biotechnology plant is connected to a hydrogen-carrying line, wherein the mixing device is designed to enrich a supplied gas stream with hydrogen.

In der Praxis ist es zunehmend ein Bestreben, Stahl in einer möglichst klimafreundlichen und COgz-freien Art und Weise herzustellen. Gemäß den bislang üblichen Verfahren erfolgt die Stahlherstellung in einem mehrstufigenIn practice, there is an increasing effort to produce steel in the most climate-friendly and CO2-free way possible. According to the current standard processes, steel production takes place in a multi-stage

Prozess, wobei zunächst Eisenerz in einem Hochofen zu Roheisen reduziert wird. Hierzu wird das Eisenerz mit Zuschlägen sowie einem großen Anteil vonProcess in which iron ore is first reduced to pig iron in a blast furnace. For this purpose, the iron ore is mixed with additives and a large proportion of

Koks und möglicherweise anderen Reduktionsmitteln wie Kohle, Öl, Gas,Coke and possibly other reducing agents such as coal, oil, gas,

Biomassen, aufbereiteten Allkunststoffen oder sonstigen Kohlenstoff und/oderBiomass, recycled plastics or other carbon and/or

Wasserstoff enthaltenen Stoffen in den Hochofen eingefüllt, wobei durch den hohen Kohlenstoffgehalt das Eisen zu Roheisen reduziert wird. Zugleich geht derHydrogen-containing substances are poured into the blast furnace, whereby the high carbon content reduces the iron to pig iron. At the same time, the

Kohlenstoff mit dem nun freigewordenen Sauerstoff eine Verbindung ein, sodass das im Zuge des Hochofenprozesses entstandene Hochofengichtgas in einem hohen Maße CO: enthält. Ferner entstehen auch Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Wasserdampf sowie ein hoher Anteil von Stickstoff. Wenngleich dieCarbon combines with the oxygen now released, so that the blast furnace top gas produced during the blast furnace process contains a high amount of CO:. Furthermore, carbon monoxide, hydrogen and water vapor as well as a high proportion of nitrogen are also produced.

Zusammensetzung des Hochofengichtgases gewissen Schwankungen unterliegt, so enthält dieses typischerweise zwischen 20 und 30 Vol.-% CO, 20 bis 30 Vol.-% CO», 2 bis 15 % Hz sowie 35 bis 58 % Na.The composition of the blast furnace top gas is subject to certain fluctuations; it typically contains between 20 and 30 vol.% CO, 20 to 30 vol.% CO», 2 to 15% Hz and 35 to 58% Na.

230052P00LU 2230052P00LU 2

Das Hochofengichtgas ist insbesondere durch den hohen COz- und N2-Gehalt von vergleichsweise geringer Qualität. Es kann jedoch aufgrund des hohen CO-The blast furnace top gas is of comparatively low quality, particularly due to its high CO2 and N2 content. However, due to the high CO2

Gehalts zu Heizzwecken innerhalb des Anlagenverbundes genutzt werden.Content can be used for heating purposes within the plant network.

Im Anschluss an die Roheisenerzeugung wird in einem klassischen Hütten- prozess das Roheisen in einem Konverterstahlwerk zu Stahl umgewandelt.Following pig iron production, the pig iron is converted into steel in a converter steelworks in a classic metallurgical process.

Durch Einblasen von Sauerstoff in flüssiges Roheisen werden störendeBy blowing oxygen into liquid pig iron, disturbing

Verunreinigungen wie Kohlenstoff, Silizium, Schwefel und Phosphor entfernt.Impurities such as carbon, silicon, sulfur and phosphorus are removed.

Zugleich wird auch der Kohlenstoffanteil auf das gewünschte Maß reduziert. Da die Oxidationsprozesse eine starke Wärmeentwicklung verursachen, wird häufigAt the same time, the carbon content is reduced to the desired level. Since the oxidation processes cause strong heat development,

Schrott in Mengen bis zu 25 % bezogen auf das Roheisen als Kühlmittel zugesetzt. Ferner werden Kalk zur Schlackenbildung und Legierungsmittel zugegeben.Scrap is added as a coolant in quantities of up to 25% of the pig iron. Lime is also added to form slag and alloying agents.

Aus dem Stahlkonverter wird ein Konvertergas abgezogen, welches einen hohenA converter gas is extracted from the steel converter, which has a high

Gehalt an CO aufweist. Ferner sind Stickstoff, Wasserstoff und auch CO: enthalten. Eine typische Konvertergaszusammensetzung weist 55 bis 70 Vol.-%content of CO. It also contains nitrogen, hydrogen and CO. A typical converter gas composition has 55 to 70 vol.%

CO, 13 bis 20 Vol.-% CO», 2 bis 10 % Hz und 0 bis 30 % Nz auf. Das Konvertergas stim Gegensatz zum Hochofengichtgas hochwertiger, da insbesondere der CO2-CO, 13 to 20 vol.% CO», 2 to 10% Hz and 0 to 30% Nz. The converter gas is of higher quality than the blast furnace top gas, since in particular the CO2

Anteil als auch der Stickstoffanteil vergleichsweise gering sind und somit dasThe proportion and the nitrogen content are comparatively low and thus the

Konvertergas auf Grund des hohen CO-Gehaltes und des damit verbundenen höheren Heizwertes zu einem großen Teil z. B. thermisch umgesetzt werden kann.Due to its high CO content and the associated higher calorific value, converter gas can be largely converted, for example, thermally.

Die Herstellung von Methanol aus dem Hochofengas und/oder demThe production of methanol from the blast furnace gas and/or the

Konvertergas ist aus dem Stand der Technik z. B. in Form der EP 0 200 880 A2 oder der EP 3 080 308 B1 bekannt. Dennoch hat sich in der Praxis gezeigt, dass die Chemieanlagen bzw. die Biotechnologieanlagen haufig dazu eingerichtet sind, vornehmlich das Hochofengichtgas umzusetzen, da sich das Konvertergas aufgrund seines niedrigen Inertgasanteils besonders gut als Energiequelle für die thermische Umsetzung oder auch für die Erzeugung von Strom eignet. Darüber wird vornehmlich Hochofengichtgas für die chemische Umsetzung verwendet, daConverter gas is known from the state of the art, e.g., in the form of EP 0 200 880 A2 or EP 3 080 308 B1. Nevertheless, it has been shown in practice that chemical plants or biotechnology plants are often designed to primarily convert blast furnace top gas, since converter gas, due to its low inert gas content, is particularly well-suited as an energy source for thermal conversion or for electricity generation. Furthermore, blast furnace top gas is primarily used for chemical conversion, since

230052P00LU 3 aufgrund des hohen COz-Gehaltes im Hochofengichtgas ohnehin eine230052P00LU 3 due to the high CO2 content in the blast furnace top gas,

Adressierung zur Senkung der CO2-Emissionen erforderlich ist.Addressing the need to reduce CO2 emissions.

Wenngleich bereits im Rahmen des klassischen Hüttenprozesses verschiedeneAlthough various processes have already been carried out within the classical metallurgical process

Möglichkeiten vorgeschlagen wurden, die abgezogenen Abgase zu verwerten, um die in die Atmosphäre freigesetzte Menge an COz reduzieren zu können, so zeigt sich nunmehr in der Industrie ein großes Bestreben darin, die Menge anPossibilities have been proposed to utilize the extracted exhaust gases in order to reduce the amount of CO2 released into the atmosphere, there is now a great effort in the industry to reduce the amount of

CO2 bereits in ihrer Entstehung weitestgehend zu vermeiden. Dies kann beispielsweise durch Verwenden sogenannter Direktreduktionsöfen erfolgen. In einem Direktreduktionsofen erfolgt die Reduktion von Eisenerz zu Eisen nicht ausschließlich durch Einsatz von Kohlenstoff in Form von Koks sondern vielmehr durch Verwendung von Wasserstoff (H2), sodass im Zuge der Direktreduktion neben dem reduzierten Eisen hauptsächlich Wasserdampf und ein deutlich geringerer Anteil COz entsteht. Anstelle von Wasserstoff eignet sich auch Erdgas oder Synthesegas für die Direktreduktion. Im Fall der Direktreduktion mitCO2 emissions should be avoided as far as possible at the very beginning. This can be achieved, for example, by using so-called direct reduction furnaces. In a direct reduction furnace, the reduction of iron ore to iron is not carried out exclusively by using carbon in the form of coke, but rather by using hydrogen (H2), so that in the course of direct reduction, in addition to the reduced iron, mainly water vapor and a significantly smaller amount of CO2 are produced. Instead of hydrogen, natural gas or synthesis gas are also suitable for direct reduction. In the case of direct reduction with

Wasserstoff kann dieser beispielsweise durch Elektrolyse aus Wasser gewonnen werden. Als Energiequelle bieten sich dann regenerative Energiequellen an, sodass die Reduktion von Eisenerz in einer möglichst klimafreundlichen Art undHydrogen can be obtained from water, for example, through electrolysis. Renewable energy sources are then available as an energy source, so that the reduction of iron ore can be carried out in the most climate-friendly way possible.

Weise möglich ist. Da bislang Wasserstoff aus regenerativen Quellen noch nicht in großer Menge verfügbar ist, ist es auch möglich, den Wasserstoff aus Erdgas z. B. durch partielle Oxidation zu gewinnen.Since hydrogen from renewable sources is not yet available in large quantities, it is also possible to obtain hydrogen from natural gas, for example, through partial oxidation.

Der zunehmende Austausch von Hochöfen durch Direktreduktionsöfen bewirkt allerdings auch, dass das Hochofengichtgas nicht länger in ausreichender Menge vorliegt, so dass bei bestehenden Chemieanlagen oder biotechnologischeHowever, the increasing replacement of blast furnaces by direct reduction furnaces also means that blast furnace top gas is no longer available in sufficient quantities, so that in existing chemical plants or biotechnological

Anlagen, welche für die Aufnahme von Hochofengichtgas ausgelegt sind,Plants designed to receive blast furnace gas,

Versorgungslücken entstehen, welche durch anderweitige Gase gefüllt werden müssen. Insbesondere Konvertergas eignet sich in einem besonderen Maße dazu, anstelle einer thermischen Umsetzung, auch in einer Chemieanlage oder biotechnologischen Anlagen verwendet zu werden. Sofern in ein bestehendesSupply gaps arise that must be filled by other gases. Converter gas, in particular, is particularly suitable for use in chemical or biotechnological plants instead of thermal conversion. If an existing

System allerdings nunmehr auch Konvertergas eingebunden werden soll, so ist es erforderlich, dieses Gas in einer Art und Weise aufzubereiten, so dass sich eine Zusammensetzung nach Art des Hochofengichtgases herausbildet. HierzuHowever, if converter gas is now also to be integrated into the system, it is necessary to process this gas in such a way that a composition similar to that of blast furnace top gas is formed.

230052P00LU 4 muss einerseits der Anteil von Kohlendioxid und andererseits der Anteil von230052P00LU 4 on the one hand the proportion of carbon dioxide and on the other hand the proportion of

Stickstoff hochgesetzt werden. Auch eine Anreicherung mit Wasserstoff ist hingegen sowohl beim Hochofengichtgas als auch beim Konvertergas erforderlich, da beide Gase einen sehr niedrigen Anteil von Wasserstoff aufweisen.Nitrogen can be increased. However, hydrogen enrichment is also required for both blast furnace top gas and converter gas, as both gases have a very low hydrogen content.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Anlagenverbund anzugeben, welcher die Verwendung von Konvertergas in einer, insbesondere bereits bestehenden, Chemieanlage und/oder Biotechnologieanlage ermöglicht.The invention is therefore based on the object of specifying a plant network which enables the use of converter gas in a, in particular already existing, chemical plant and/or biotechnology plant.

Gegenstand und Lösung dieser Aufgabe ist ein Anlagenverbund gemäßThe subject and solution of this task is a system network according to

Patentanspruch 1. Demnach ist eine Anlage zur Wasserstofferzeugung an die wasserstoffführende Leitung angeschlossen ist, welche eine Ammoniak- spaltanlage zur Aufspaltung von Ammoniak zu Wasserstoff und Stickstoff aufweist.Patent claim 1. Accordingly, a plant for hydrogen production is connected to the hydrogen-carrying line, which plant has an ammonia cracking plant for splitting ammonia into hydrogen and nitrogen.

Die Erfindung geht hierbei von der Erkenntnis aus, dass das in einer Ammoniak- spaltanlage (Ammoniakcracker) gebildete Spaltgas, welches im Wesentlichen aus Wasserstoff und Stickstoff besteht besonders dazu geeignet ist ein Zusam- mensetzung zu ermöglichen, welche annähernd der des Hochofengichtgases entspricht.The invention is based on the finding that the cracked gas formed in an ammonia cracking plant (ammonia cracker), which essentially consists of hydrogen and nitrogen, is particularly suitable for enabling a composition which corresponds approximately to that of the blast furnace top gas.

Ammoniak ist ein äußerst vielversprechendes Produkt, welches hohe Mengen von Wasserstoff in chemisch gebundener Form und somit in einer stabilen Art und Weise binden kann, sodass der Transport über große Strecken in einfacherAmmonia is an extremely promising product that can bind large amounts of hydrogen in a chemically bound form and thus in a stable manner, so that the transport over long distances is easy

Art und Weise möglich ist. So lässt sich beispielsweise im Ausland durchFor example, abroad,

Sonnenenergie und Wasser im Zuge der Wasserelektrolyse Wasserstoff erzeugen, welcher dann mit Stickstoff aus der Luft zu Ammoniak weiterverarbeitet wird. Dieses Ammoniak kann dann z. B. über Pipelines oderSolar energy and water can produce hydrogen through water electrolysis, which is then processed with nitrogen from the air to produce ammonia. This ammonia can then be transported via pipelines or

Transportschiffe transportiert werden und der Ammoniakspaltanlage des erfindungsgemäßen Anlagenverbundes zur Verfügung gestellt werden. Innerhalb der Ammoniakspaltanlage wird das Ammoniak durch Einbindung von Wärme aufgespalten, wobei sich ein Spaltgas (Crackinggas) ausbildet, welchesTransport ships and made available to the ammonia cracking plant of the plant network according to the invention. Within the ammonia cracking plant, the ammonia is cracked by incorporating heat, forming a cracking gas, which

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Wasserstoff und Stickstoff in einem Verhältnis zwischen 2,5:1 und 3,5:1 aufweist.Hydrogen and nitrogen in a ratio between 2.5:1 and 3.5:1.

Dieses Spaltgas kann dann dazu verwendet werden, um die in denThis fission gas can then be used to

Gasleitungssystemen geführten Gase, insbesondere das Konvertergas, mitGases carried in gas pipeline systems, especially the converter gas, with

Wasserstoff anzureichern. 5hydrogen enrichment. 5

Bei der Anreicherung mit Spaltgas bieten sich zwei mögliche Wege an. Gemäß einer ersten Alternative wird aus dem Spaltgas ein Wasserstoffstrom abgetrennt.There are two possible approaches to enrichment with fission gas. The first alternative involves separating a hydrogen stream from the fission gas.

Dies kann beispielsweise durch eine sogenannte Druckwechsel-Absorption (pressure swing adsorption (PSA)) erfolgen. Entsprechend bilden sich aus demThis can be achieved, for example, by a so-called pressure swing adsorption (PSA).

Spaltgas ein Wasserstoffstrom und ein Restspaltgasstrom, wobei im Zuge derFission gas is a hydrogen stream and a residual fission gas stream, whereby in the course of

Abtrennung bis zu 70 %, vorzugsweise bis zu 80 %, des im Spaltgas enthaltenenSeparation of up to 70%, preferably up to 80%, of the

Wasserstoffes abgetrennt werden können. Entsprechend weist das Restspaltgas noch immer 20-30 % des insgesamt gebildeten Wasserstoffs auf, welches nun in einer Mischung mit dem Stickstoff vorliegt. Der abgetrennte Wasserstoff wird dann Uber das Gasleitungssystem dem Konvertergas bzw. den imhydrogen can be separated. Accordingly, the residual fission gas still contains 20-30% of the total hydrogen produced, which is now present in a mixture with the nitrogen. The separated hydrogen is then added to the converter gas or the

Gasleitungssystem befindlichen Abgasen beigemischt und beispielsweise zurAdded to the exhaust gases in the gas pipeline system and used, for example,

Methanolsynthese genutzt. Da das Konvertergas bereits sehr hochwertig ist und lediglich einen geringen Anteil an Inertgas wie z. B. Stickstoff aufweist, ist es möglich Methanol in einer sehr effizienten Art und Weise zu synthetisieren.Methanol synthesis is used. Since the converter gas is already of very high quality and contains only a small proportion of inert gases such as nitrogen, it is possible to synthesize methanol very efficiently.

Alternativ ist es aber auch möglich, das Spaltgas vollständig und ohneAlternatively, it is also possible to use the fission gas completely and without

Abtrennung von Wasserstoff beizumischen, wobei auf diesem Wege ein nicht unerheblicher Anteil von Stickstoff als Inertgaskomponente beigefügt wird.Separation of hydrogen, whereby in this way a not insignificant proportion of nitrogen is added as an inert gas component.

Allerdings kann so der in der Spaltreaktion gebildete Wasserstoffanteil vollständig und nicht nur bis zu einem Anteil von 70 % oder 80 % ausgenutzt werden, sodass sich zwar hinsichtlich der Methanolsynthese ein vergleichsweise ineffizientes Verfahren einstellt, welches aber durch den höherenHowever, the hydrogen content formed in the cleavage reaction can be fully utilized and not only up to a proportion of 70% or 80%, so that a comparatively inefficient process is established with regard to methanol synthesis, which, however, is due to the higher

Wasserstoffgehalt zumindest teilweise ausgeglichen werden kann. Folglich wird über die wasserstoffführende Leitung nicht nur der Wasserstoffanteil derThe hydrogen content can be at least partially compensated. Consequently, the hydrogen-carrying line not only compensates for the hydrogen content of the

Mischung sondern zugleich auch der Stickstoffanteil des Konvertergases erhöht.mixture but at the same time the nitrogen content of the converter gas is increased.

Die Erfindung hat hierbei erkannt, dass bei Verwendung von aus Ammoniak gebildeten Spaltgas sich ein Verhältnis der Stoffmengen von Kohlendioxid undThe invention has recognized that when using cracked gas formed from ammonia, a ratio of the amounts of carbon dioxide and

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Stickstoff ausbildet, welches dem des Hochofengichtgases entspricht.Nitrogen is formed, which corresponds to that of the blast furnace top gas.

Insbesondere liegt das Stoffmengenverhältnis aus CO2 und CO zu Ne ((CO2+CO)/N2) im Bereich zwischen 0,9 und 1,2 liegt.In particular, the molar ratio of CO2 and CO to Ne ((CO2+CO)/N2) is in the range between 0.9 and 1.2.

Zusätzlich kann es hierfür auch erforderlich sein, bei einer Anpassung desIn addition, it may also be necessary to adjust the

Konvertergases an das Hochofengichtgas auch den Kohlendioxidanteil zu erhöhen. Entsprechend kann auch eine kohlendioxidführende Leitung an dasThe carbon dioxide content can also be increased by connecting the converter gas to the blast furnace top gas.

Gasleitungssystem angeschlossen sein. Als Kohlendioxidquelle bieten sich verschiedene Möglichkeiten an. Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass beispielsweise ein Purgergas verbrannt und das dabei erzeugteGas pipeline system. Various options are available as a carbon dioxide source. A particularly preferred embodiment provides for, for example, that a purge gas is burned and the resulting

Kohlendioxid über die kohlendioxidführende Leitung beigefügt wird.Carbon dioxide is added via the carbon dioxide pipe.

Ein solches Purgergas wird in der Regel während der Methanolherstellung aus dem Methanol-Synthesekreislauf abgezogen uns besteht im Wesentlichen ausSuch a purge gas is usually removed from the methanol synthesis cycle during methanol production and consists essentially of

CO, Hz, CO2 und Ne. Das Abziehen von Purgergas ist erforderlich, damit sich der nicht weiter nutzbare Stickstoffgehalt nicht übermäßig in dem Methanol-CO, Hz, CO2 and Ne. The removal of purge gas is necessary to prevent the unusable nitrogen content from accumulating excessively in the methanol

Synthesekreislauf anreichert. Zugleich kann dieses Purgergas auch aufgrund des CO- und H2-Gehaltes verbrannt und die thermische Energie für denAt the same time, this purge gas can also be burned due to its CO and H2 content and the thermal energy for the

Ammoniakspalter verwendet werden. Sofern gemäß der ersten VarianteAmmonia splitters can be used. If according to the first variant

Wasserstoff aus dem Spaltgas abgetrennt wird, so kann das aus Hz und N2 gebildete Restspaltgas ebenfalls verbrannt und die thermische Energie für dieHydrogen is separated from the fission gas, the residual fission gas formed from Hz and N2 can also be burned and the thermal energy for the

Ammoniakspaltsanlage verwendet werden.ammonia cracking plant.

Bei der Chemieanlage handelt es sich bevorzugt um eine Anlage zurThe chemical plant is preferably a plant for

Methanolherstellung. Hierzu muss ein im Wesentlichen aus CO und/oder CO2 und Hz bestehendes Synthesegas bereitgestellt werden, welches dieMethanol production. For this purpose, a synthesis gas consisting essentially of CO and/or CO2 and Hz must be provided, which

Komponenten Kohlenmonoxid und/oder Kohlendioxid und Wasserstoff im richtigen Verhältnis enthält. Dieses Verhältnis wird häufig durch das Modul (H2-CO2)/(CO+CO2) beschrieben und liegt bevorzugt im Bereich zwischen 1,8 und 2,5, besonders bevorzugt bei 2. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, im Rahmen der Chemieanlage anderweitige Kohlenwasserstoffe herzustellen.Contains carbon monoxide and/or carbon dioxide and hydrogen in the correct ratio. This ratio is often described by the modulo (H2-CO2)/(CO+CO2) and is preferably in the range between 1.8 and 2.5, particularly preferably 2. Of course, it is also possible to produce other hydrocarbons within the chemical plant.

Die für die Herstellung der Kohlenwasserstoffe erforderlich Wasserstoffmenge wird hauptsächlich durch Zugabe des Spaltgas aus der Ammoniakspaltung imThe amount of hydrogen required for the production of hydrocarbons is mainly obtained by adding the cracking gas from the ammonia cracking in the

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Zuge der Anpassung der Stickstoffkonzentration bereitgestellt. Ergänzend kann der Wasserstoffgehalt auch durch Zugabe von reinem Wasserstoff aus anderenAs part of the adjustment of the nitrogen concentration, the hydrogen content can also be increased by adding pure hydrogen from other

Quellen, wie beispielsweise dem Koksofengas oder mittels Wasserelektrolyse produziertem Wasserstoff, angepasst werden.sources such as coke oven gas or hydrogen produced by water electrolysis.

Sofern ergänzend oder alternativ eine Biotechnologieanlage vorgesehen ist, so handelt es sich bevorzugt um eine Anlage zur Fermentation, wobei die Abgase über die Fermentation biochemisch genutzt werden und wobei Produkte wieIf a biotechnology plant is planned in addition or as an alternative, it is preferably a fermentation plant, whereby the exhaust gases are used biochemically via the fermentation and whereby products such as

Alkohole (Ethanol, Butanol), Aceton oder organische Säuren hergestellt werden können.Alcohols (ethanol, butanol), acetone or organic acids can be produced.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird das Konvertergas mit demAccording to a further development of the invention, the converter gas is

Ammoniak-Spaltgas gemischt und es erfolgt vor der Umsetzung in derAmmonia cracking gas is mixed and before the reaction in the

Chemieanlage oder der biotechnologischen Anlage eine Gasreinigung.Chemical plant or biotechnological plant a gas purification.

Entsprechend ist eine Gasreinigungsvorrichtung an das Gasleitungssystem angeschlossen.Accordingly, a gas cleaning device is connected to the gas pipeline system.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist zusätzlich ein Hochofen zurAccording to a further development of the invention, a blast furnace is additionally provided for

Roheisenerzeugung vorgesehen, wobei der Hochofen an das Gasleitungsystem zur Aufnahme der Abgase, die bei der Roheisenerzeugung anfallen, ange- schlossen ist. Bei diesen Abgasen handelt es sich um Hochofengichtgas. Wie bereits zuvor erläutert, kann es zweckmäßig sein, bestehende Hüttenwerke schrittweise auf eine Direktreduktion mithilfe von Direktreduktionsôfen umzustellen, sodass für einen gewissen Zeitabschnitt parallel Hochöfen undPig iron production is intended, with the blast furnace being connected to the gas pipeline system for the exhaust gases generated during pig iron production. These exhaust gases are blast furnace top gas. As already explained, it may be appropriate to gradually convert existing steelworks to direct reduction using direct reduction furnaces, so that for a certain period of time, blast furnaces and

Direktreduktionsöfen zur Herstellung von Roheisen verwendet werden.Direct reduction furnaces are used to produce pig iron.

Entsprechend fällt in dem Anlagenverbund nicht nur Konvertergas sondern auch weiterhin Hochofengichtgas an, welches ebenfalls einen hohen Kohlenstoffanteil aufweist und damit zur Herstellung von chemischen Produkten oder biotechnologischen Produkten geeignet ist. Insbesondere ist es in diesemAccordingly, the plant network not only produces converter gas but also blast furnace top gas, which also has a high carbon content and is therefore suitable for the production of chemical or biotechnological products. In particular, it is

Zusammenhang auch bekannt, dass Hochofengichtgas zur Herstellung vonIn this context it is also known that blast furnace gas is used to produce

Methanol einzusetzen, wobei das Hochofengichtgas entweder einer separatenMethanol, whereby the blast furnace top gas is either fed to a separate

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Anlage zur Methanolherstellung zugeführt wird oder wobei dass Hochofen- gichtgas gemeinsam mit dem Konvertergas einer Anlage zur Methanol- herstellung zugeführt wird.plant for methanol production or wherein the blast furnace top gas is fed together with the converter gas to a plant for methanol production.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zusätzlich einAccording to a preferred embodiment of the invention, an additional

Schmelzaggregat zum Aufschmelzen von Eisenschwamm vorgesehen, wobei das Schmelzaggregat an das Gasleitungssystem zur Aufnahme der Abgase, die beim Aufschmelzen entstehen, angeschlossen ist.Melting unit intended for melting sponge iron, whereby the melting unit is connected to the gas piping system to collect the exhaust gases generated during melting.

Im Gegensatz zum klassischen Hochofenprozesses entsteht infolge der Direkt- reduktion kein flüssiges Roheisen sondern vielmehr ein fester Eisenschwamm, welcher für die Herstellung von Stahl aufgeschmolzen werden muss. DiesesIn contrast to the classic blast furnace process, direct reduction does not produce liquid pig iron, but rather a solid iron sponge, which must be melted to produce steel. This

Aufschmelzen erfolgt in einem Schmelzaggregat.Melting takes place in a melting unit.

Im Rahmen der Erfindung handelt es sich bei dem Schmelzaggregat bevorzugt um einen sogenannten Schmelz-Reduktionsofen (submerged arc furnace (SAF)), in welchem ausschließlich ein Aufschmelzen des Eisenschwamms erfolgt. Die eigentliche Stahlerzeugung aus dem flüssigen Roheisen erfolgt dann in einem nachgeschalteten Schritt. Alternativ kann es sich bei dem Schmelz- aggregat aber auch um einen Elektrolichtbogenofen handeln, in dem einerseits das Aufschmelzen und zugleich die Stahlumwandlung erfolgen. Dies geschieht dadurch, dass neben Eisenschwamm bereits die zur Stahlerzeugung erforderlichen Zuschlagstoffe in den Elektrolichtbogenofen eingeführt werden.Within the scope of the invention, the melting unit is preferably a so-called submerged arc furnace (SAF), in which only the sponge iron is melted. The actual steel production from the liquid pig iron then takes place in a subsequent step. Alternatively, the melting unit can also be an electric arc furnace, in which both the melting and the steel conversion take place. This is achieved by introducing the additives required for steel production into the electric arc furnace in addition to the sponge iron.

Unabhängig von der Art des Schmelzaggregats bildet sich ein Schmelzgas aus, welches als Abgas bei der Roheisenerzeugung in dem Schmelzaggregat erzeugt wird. Dieses Schmelzgas kann grundsätzlich in seiner Zusammensetzung unter- schiedlich ausgebildet sein. Es kann jedoch stark dem Konvertergas ähneln und weist dann eine Zusammensetzung von 60 bis 95 Vol.-% CO, 4 bis 9 % CO2, 0 bis 10 Vol.-% Hz und 0 bis 36 Vol.-% Ne auf. Entsprechend handelt es sich um ein hochwertiges Gas, welches jedoch durch den hohen Anteil von Kohlenstoff- enthaltenen Verbindungen ebenfalls als klimaschädliches Gas anzusehen ist.Regardless of the type of melting unit, a molten gas is produced as exhaust gas during pig iron production in the melting unit. This molten gas can fundamentally vary in its composition. However, it can be very similar to the converter gas and then has a composition of 60 to 95 vol.% CO, 4 to 9% CO2, 0 to 10 vol.% H2, and 0 to 36 vol.% Ne. Accordingly, it is a high-quality gas, but due to its high proportion of carbon-containing compounds, it is also considered a climate-damaging gas.

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Der Eisenschwamm kann beispielsweise vorgefertigt dem Anlagenverbund zugeführt werden. Alternativ ist aber zusätzlich ein Direktreduktionsofen zurThe sponge iron can, for example, be fed into the plant network in prefabricated form. Alternatively, a direct reduction furnace can also be used for

Erzeugung von Eisenschwamm vorgesehen. Hierbei ist es denkbar, dass trotz des Direktreduktionsofens weiterhin parallel in einer Übergangsphase ein klassisches Hüttenkraftwerk betrieben wird. Sowohl das im Hochofen als auch das im Schmelzaggregat erzeugte Roheisen werden dann gemeinsam oder getrennt in Konverterstahlwerken zu Rohstahl umgesetzt.The production of sponge iron is planned. It is conceivable that, despite the direct reduction furnace, a conventional steel plant power plant will continue to operate in parallel during a transitional phase. Both the pig iron produced in the blast furnace and the smelting unit will then be converted into crude steel together or separately in converter steelworks.

Die Hüttenwerke weisen oftmals auch eine Kokerei auf, welche das für denThe steel works often also have a coking plant, which produces the

Hochofen erforderliche Koks unmittelbar vor Ort aus Kohle erzeugen. Im Zuge des Koksofenprozesses entsteht in dem Koksofen ein Koksofengas, welches einen Wasserstoffanteil von 55 bis 70 Vol.-% aufweist. Darüber hinaus ist auchThe coke required for the blast furnace is produced directly on site from coal. During the coke oven process, a coke oven gas is produced in the coke oven, which has a hydrogen content of 55 to 70 vol.%. In addition,

Methan (CH4) mit einer Menge von 20 bis 30 Vol.-% enthalten, aus welchem in einfacher Art und Weise durch partielle Oxidation zu CO und H2 gebildet werden kann. Entsprechend kann somit auch ein Koksofen über die wasserstoffführendeMethane (CH4) in an amount of 20 to 30 vol.%, from which CO and H2 can be easily formed by partial oxidation. Accordingly, a coke oven can also be operated via the hydrogen-bearing

Leitung mit dem Gasleitungssystem verbunden werden.Line to be connected to the gas pipeline system.

Ergänzend kann die Anlage zur Wasserstofferzeugung auch eine Elektrolyse- anlage zur Wasserelektrolyse aufweisen. Bei der Wasserelektrolyse wird Wasser durch Eintrag von elektrischem Strom zu Wasserstoff und Sauerstoff aufge- spalten. Eine solche Ausgestaltung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn Strom in großer und günstiger Menge zur Verfügung steht. Hierbei kann der Strom beispielsweise aus regenerativen Energiequellen z. B. durch Solarenergie oder durch Windenergie gewonnen werden. Bereits für den Betrieb des Direkt- reduktionsofens ist eine große Menge von Wasserstoff erforderlich, sodass dann die Anlage zur Wasserstofferzeugung sowohl über die wasserstoffführendeIn addition, the hydrogen production plant can also include an electrolysis plant for water electrolysis. In water electrolysis, water is split into hydrogen and oxygen by the introduction of electrical current. This type of design is particularly useful when electricity is available in large and inexpensive quantities. The electricity can be generated, for example, from renewable energy sources such as solar energy or wind energy. A large amount of hydrogen is already required for the operation of the direct reduction furnace, so that the hydrogen production plant can then be powered by both the hydrogen-carrying

Leitung an das Gasleitungssystem als auch an den Direktreduktionsofen angeschlossen sein kann. Ferner ist es in diesem Zusammenhang auch denkbar, dass die Abgase aus dem Direktreduktionsofen nach einer Aufbereitung und gegebenenfalls Reinigung an die Anlage zur Wasserstofferzeugung bzw. dieThe line can be connected to the gas pipeline system as well as to the direct reduction furnace. Furthermore, it is also conceivable in this context that the exhaust gases from the direct reduction furnace, after treatment and, if necessary, purification, can be fed to the hydrogen production plant or the

Elektrolyseanlage zurückgeführt werden, damit aus dem im Direktreduktionsofenelectrolysis plant so that the direct reduction furnace

230052P00LU 10 erzeugten Wasserdampf erneut Wasserstoff und Sauerstoff gewonnen werden kann.230052P00LU 10 hydrogen and oxygen can be recovered again from the steam produced.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht ferner vor, dass das Gasleitungssystem einen schaltbaren Gassammler aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, dieA further development of the invention further provides that the gas line system has a switchable gas collector which is designed to

Zuführung der durch das Schmelzaggregat und/oder das Konverterstahlwerk und/oder den Hochofen erzeugten Abgasen zu steuern. Eine solche Ausge- staltung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn ein Hochofen einbezogen wird, da die im Hochofen erzeugten Hochofengichtgase deutlich in ihrer Zusammen- setzung von den Abgasen im Schmelzaggregat und im Konverterstahlwerk abweichen. Durch einen solchen schaltbaren Gassammler ist es daher möglich, die Zusammensetzung der in Gasleitungsystem geführten Abgase zu steuern, sodass je nach Betriebszustand unterschiedlich effiziente Umwandlungen in derControl the supply of exhaust gases generated by the melting unit and/or the converter steelworks and/or the blast furnace. Such a design is particularly useful when a blast furnace is involved, since the blast furnace top gases generated in the blast furnace differ significantly in their composition from the exhaust gases in the melting unit and the converter steelworks. Such a switchable gas collector makes it possible to control the composition of the exhaust gases fed into the gas pipeline system, so that different levels of efficiency can be achieved in the

Chemieanlage oder in der biotechnologischen Anlage erfolgen können.chemical plant or in the biotechnological plant.

Darüber hinaus kann es auch sinnvoll sein, wenn neben der Chemieanlage und/der Biotechnologieanlage ein Kraftwerk an das Gasleitungssystem ange- schlossen ist. In einem solchen Fall weist das Gasleitungssystem bevorzugt eine schaltbare Gasweiche auf, welche die Zufuhr der Gasmengen in dieIn addition, it may also be useful if a power plant is connected to the gas pipeline system in addition to the chemical plant and/or biotechnology plant. In such a case, the gas pipeline system preferably has a switchable gas diverter, which controls the supply of gas quantities to the

Chemieanlage bzw. die biotechnologische Anlage und in das Kraftwerk steuert.chemical plant or the biotechnology plant and into the power plant.

So ist es beispielsweise möglich, dass bei hohen Strompreisen eine Verstromung der Abgase erfolgt, während im Fall von niedrigen Strompreisen eine Umsetzung in der Chemieanlage oder in der Biotechnologieanlage erfolgt.For example, it is possible that when electricity prices are high, the exhaust gases are converted into electricity, while when electricity prices are low, they are converted into electricity in the chemical plant or in the biotechnology plant.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Betreiben einesThe invention further relates to a method for operating a

Anlagenverbundes, insbesondere eines erfindungsgemäßen Anlagenverbundes gemäß Patentanspruch 9, mit einem Konverterstahlwerk zur Roheisen- erzeugung, wobei zunächst eine Teilmenge eines im Zuge der Rohstahl- erzeugung anfallenden Konvertergases aufbereitet und nach Aufbereitung zurPlant network, in particular a plant network according to the invention according to claim 9, with a converter steelworks for pig iron production, wherein first a portion of a converter gas arising during crude steel production is processed and, after processing, used for

Herstellung chemischer oder biotechnologischer Produkte verwendet wird. In diesem Zusammenhang ist mit einer Teilmenge gemeint, dass die Teilmenge einem Anteil der Gesamtmenge des Abgases entspricht, wobei aber dieused in the manufacture of chemical or biotechnological products. In this context, a subset means that the subset corresponds to a proportion of the total amount of exhaust gas, but the

230052P00LU 11230052P00LU 11

Teilmenge als auch die Gesamtmenge eine identische stoffliche Zusammen- setzung aufweisen.Both the subset and the total set have an identical material composition.

Erfindungsgemäß kann durch Aufspalten von Ammoniak ein wasserstoffreichesAccording to the invention, by splitting ammonia, a hydrogen-rich

Spaltgas gewonnen werden, wobei dem Konvertergas entweder unmittelbar dasCracked gas can be obtained, whereby the converter gas is either directly

Spaltgas oder ein aus dem Spaltgas gewonnener Wasserstoffstrom im Zuge derFission gas or a hydrogen stream obtained from the fission gas during the

Aufbereitung zur Bildung eines Gasgemisches zugeführt wird. Ergänzend kann der Wasserstoffstrom auch zum Teil durch Wasserelektrolyse aus Wasser gewonnen werden. An dieser Stelle sei auch nochmals hervorgehoben, dass bereits im Zusammenhang mit dem Anlagenverbund erläuterteThe hydrogen stream can also be partially produced from water by electrolysis. It should also be emphasized again that the process already explained in connection with the plant network

Verfahrensmerkmale sich auch auf das erfindungsgemäße Verfahren gemäßProcess features also apply to the process according to the invention according to

Patentanspruch 8 beziehen.Patent claim 8.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird das Konvertergas mit zumindest einer Teilmenge eines beim Aufschmelzen von Eisenschwamm anfallendenAccording to a further development of the invention, the converter gas is mixed with at least a portion of a gas produced during the melting of sponge iron

Schmelzgases gemischt. Entsprechend wird nunmehr nicht nur dasAccordingly, not only the melt gas is now

Konvertergas sondern eine Mischung aus Konvertergas und Schmelzgas zurConverter gas but a mixture of converter gas and melt gas for

Bildung des Gasgemisches aufbereitet und nach der Aufbereitung zurFormation of the gas mixture and after processing to the

Herstellung chemischer oder biotechnologischer Produkte verwendet.used in the production of chemical or biotechnological products.

Darüber hinaus kann auch zumindest eine Teilmenge eines bei der Roheisen- erzeugung im Hochofen anfallenden Hochofengichtgases separat vomIn addition, at least a portion of the blast furnace top gas produced during pig iron production in the blast furnace can be separated from the

Konvertergas bzw. vom Gasgemisch aufbereitet und nach der Aufbereitung zurConverter gas or gas mixture is processed and after processing to

Herstellung chemischer oder biotechnologischer Produkte verwendet werden.used in the production of chemical or biotechnological products.

Alternativ oder ergänzend ist es auch möglich, dass das Hochofengas demAlternatively or additionally, it is also possible that the blast furnace gas is

Gasgemisch zuzuführen, insbesondere jeweils nach der Aufbereitung, zusammengeführt und gemeinsam zur Herstellung chemischer oder biotechnologischer Produkte verwendet werden.Gas mixture, in particular after processing, combined and used together for the production of chemical or biotechnological products.

Bei den chemischen Produkten handelt es sich insbesondere um Methanol oder anderweitige Kohlenwasserstoffe. Die Herstellung von Methanol kann beispiels- weise in Form der Methanolsynthese an einem Feststoff-Katalysator erfolgen.The chemical products are primarily methanol or other hydrocarbons. Methanol can be produced, for example, by methanol synthesis using a solid catalyst.

230052P00LU 12230052P00LU 12

Bei den biotechnologischen Produkten handelt es sich insbesondere umThe biotechnological products are in particular

Produkte, welche im Zuge der Fermentation der Abgase mithilfe vonProducts which are produced during the fermentation of the exhaust gases using

Mikroorganismen erzeugt werden.Microorganisms are produced.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments. They show:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Anlagenverbundes mit einemFig. 1 is a schematic representation of a system network with a

Hochofen sowie einem Direktreduktionsofenblast furnace and a direct reduction furnace

Fig. 2,3 verschiedene Möglichkeiten der Aufbereitung des Konvertergases zurFig. 2,3 different possibilities of processing the converter gas for

Herstellung chemischer Produkte.Production of chemical products.

Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Anlagenverbundes mit einer sogenannten Hochofenroute und einer parallel geschalteten Direkt- reduktionsroute. Die Direktreduktionsroute weist einen Direktreduktionsofen 1 auf, welcher einerseits mit Eisenerz 2 und andererseits mit einem Reduktions- mittel 3 beschickt wird, wobei es sich bei dem Reduktionsmittel 3 um Wasserstoff (H2) handelt. Im Zuge der Direktreduktion in dem Direktreduktionsofen 1 bildet sich aus dem Eisenerz 2 einerseits ein Eisenschwamm 4 sowie andererseits einFigure 1 shows a schematic representation of a plant network with a so-called blast furnace route and a parallel direct reduction route. The direct reduction route has a direct reduction furnace 1, which is fed with iron ore 2 on the one hand and with a reducing agent 3 on the other hand, wherein the reducing agent 3 is hydrogen (H2). During the direct reduction in the direct reduction furnace 1, the iron ore 2 is converted into an iron sponge 4 on the one hand and a

Wasserdampfstrom 5 als Abgas heraus.Water vapor stream 5 as exhaust gas.

Der Eisenschwamm 4 wird sodann in einem Schmelzaggregat 6 aufgeschmolzen und das flüssige Roheisen 7 in einem nachgeschalteten Konverterstahlwerk 8 zuThe sponge iron 4 is then melted in a melting unit 6 and the liquid pig iron 7 is converted into

Rohstahl 9 umgebildet.Crude steel 9 converted.

In der parallelen Hochofenroute wird in einem Hochofen 10 das Eisenerz 2 sowie das Reduktionsmittel 3 zugeführt, wobei es sich bei dem Reduktionsmittel 3 in diesem Fall um Koks handelt. In dem Hochofen 10 entsteht unmittelbar flüssigesIn the parallel blast furnace route, the iron ore 2 and the reducing agent 3 are fed into a blast furnace 10, whereby the reducing agent 3 in this case is coke. In the blast furnace 10, liquid iron ore is immediately produced.

Roheisen 7, welches dann in dem nachgeschalteten Konverterstahlwerk 8 zuPig iron 7, which is then processed in the downstream converter steelworks 8 to

Rohstahl 9 umgebildet wird.Crude steel 9 is transformed.

230052P00LU 13230052P00LU 13

Im Gegensatz zum Hochofen 10 wird somit in dem DirektreduktionsofenIn contrast to blast furnace 10, the direct reduction furnace

Wasserstoff anstelle von Kohlenstoff als Reduktionsmittel 3 eingesetzt, sodass sich im Wesentlichen ein Wasserdampfstrom 5 als Abgas herausbildet. ImHydrogen is used instead of carbon as the reducing agent 3, so that essentially a water vapor stream 5 is formed as the exhaust gas.

Gegensatz dazu bildet sich im Hochofen ein Hochofengichtgas 11, welches zu einem überwiegenden Anteil aus Kohlendioxid (CO2) und Kohlenmonoxid (CO) zusammengesetzt ist. Ferner ist auch ein nicht unerheblicher Teil an Stickstoff (N2) als Inertgaskomponente enthalten, welches für eine weitere Nutzung desIn contrast, a blast furnace top gas 11 is formed in the blast furnace, which is predominantly composed of carbon dioxide (CO2) and carbon monoxide (CO). Furthermore, a significant amount of nitrogen (N2) is also contained as an inert gas component, which is used for further use of the

Hochofengichtgases 11 nicht zur Verfügung steht.Blast furnace top gas 11 is not available.

Indem Schmelzaggregat 6 der Direktreduktionsroute bildet sich ebenfalls ein aus mehreren Stoffen zusammengesetztes Abgas aus, welches nachfolgend alsIn the melting unit 6 of the direct reduction route, a waste gas composed of several substances is also formed, which is subsequently referred to as

Schmelzgas 12 bezeichnet wird. Aufgrund des vergleichsweise niedrigenMelting gas 12. Due to the comparatively low

Stickstoffanteils handelt es sich um ein hochwertiges Gas, welches in einemNitrogen content is a high-quality gas which is used in a

Gasleitungssystem 13 einer Chemieanlage 14 zugeführt werden kann. In dieserGas pipeline system 13 of a chemical plant 14. In this

Chemieanlage 14 kann das Konvertergas 15 und auch das Schmelzgas 12 beispielsweise im Zuge einer Synthetisierung zu Methanol 32 umgeformt werden.In the chemical plant 14, the converter gas 15 and also the melt gas 12 can be converted into methanol 32, for example during synthesis.

Anstelle der in der Fig. 1 dargestellten Chemieanlage 14 ist aber auch eineInstead of the chemical plant 14 shown in Fig. 1, a

Biotechnologieanlage denkbar.Biotechnology facility conceivable.

In dem in der Fig. 1 gezeigten Beispiel ist es möglich, dass Schmelzgas 12, dasIn the example shown in Fig. 1, it is possible that melt gas 12, the

Konvertergas 15 und das Hochofengichtgas 11 zu mischen. Darüber hinaus erfolgt auch eine Aufbereitung des Gasgemisches, welche durch die Aufbe- reitungsvorrichtung 17 dargestellt ist. Die Aufbereitungsvorrichtung 17 umfasst sämtliche Anlagenkomponenten und Schritte, welche erforderlich sind, um dasConverter gas 15 and blast furnace top gas 11 are mixed. Furthermore, the gas mixture is also processed, which is represented by the processing device 17. The processing device 17 comprises all plant components and steps required to

Gasgemisch für die Umsetzung in der Chemieanlage 14 nutzbar zu machen.To make the gas mixture usable for conversion in chemical plant 14.

Diese Aufbereitungsvorrichtung 17 wird sodann in den Fig. 2 und 3 näher spezifiziert.This processing device 17 is then specified in more detail in Figs. 2 and 3.

Gemäß der Fig. 2 ist nunmehr zur Herstellung des flüssigen Roheisens 7 ausschließlich ein Direktreduktionsofen 1 zur Erzeugung von Eisenschwamm 4 sowie ein Schmelzaggregat 6 zur Erzeugung von flüssigem Roheisen 7 vorgesehen. Die Erzeugung des Rohstahls erfolgt in einem demAccording to Fig. 2, only a direct reduction furnace 1 for producing sponge iron 4 and a melting unit 6 for producing liquid pig iron 7 are provided for the production of the liquid pig iron 7. The production of the crude steel takes place in a

Schmelzaggregat 7 nachgeschalteten Konverterstahlwerk 8.Melting unit 7 downstream converter steelworks 8.

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Wie bereits zuvor erläutert, wird der Direktreduktionsanlage einerseits Eisenerz 2 sowie ein Reduktionsmittel 3 zugeführt, wobei es sich bei dem Reduktionsmittel 3 um Wasserstoff handelt. Dieser Wasserstoff kann in einer Elektrolyseanlage zur Wasserelektrolyse 18 gebildet werden. Durch Zuführung von einemAs already explained, iron ore 2 and a reducing agent 3 are fed to the direct reduction plant, the reducing agent 3 being hydrogen. This hydrogen can be formed in an electrolysis plant for water electrolysis 18. By feeding a

Wasserdampfstrom 5 sowie unter Einbeziehung elektrischer Energie 19 wird derSteam flow 5 and including electrical energy 19, the

Wasserdampf zu Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten, wobei dann derWater vapor is split into hydrogen and oxygen, whereby the

Wasserstoff als Reduktionsmittel 3 der Direktreduktionsanlage zugeführt wird.Hydrogen is fed into the direct reduction plant as reducing agent 3.

Als Abgas in dem Direktreduktionsofen 1 bildet sich Wasserdampf 5, welcher derAs exhaust gas in the direct reduction furnace 1, water vapor 5 is formed, which

Elektrolyseanlage 18 erneut zugeführt werden kann.Electrolysis plant 18 can be fed again.

Das Schmelzgas 12 aus dem Schmelzgasaggregat 6 wird sodann einemThe melt gas 12 from the melt gas unit 6 is then fed to a

Gasleitungssystem 13 zugeführt und in einer Mischvorrichtung 33 mit demGas line system 13 and in a mixing device 33 with the

Konvertergas 15 gemischt. Die Aufbereitungsvorrichtung 17 sieht ferner zunächst eine Gasreinigung des Schmelzgases 12 und des Konvertergases 15 in einer Gasreinigungsvorrichtung 20 vor. Für eine Methanolsynthetisierung in der Chemiefabrik 14 ist es darüber hinaus erforderlich, der Mischvorrichtung 33Converter gas 15 is mixed. The processing device 17 also initially provides for gas purification of the melt gas 12 and the converter gas 15 in a gas purification device 20. For methanol synthesis in the chemical plant 14, it is also necessary to supply the mixing device 33

Wasserstoff zuzuführen. Hierzu weist die Aufbereitungsvorrichtung 17 eine wasserstoffführende Leitung 21 auf, welche mit der Mischvorrichtung 33 mit demTo this end, the processing device 17 has a hydrogen-carrying line 21, which is connected to the mixing device 33 with the

Gasleitungssystem 13 verbunden ist.Gas pipeline system 13 is connected.

Zur Erzeugung des Wasserstoffes weist die Aufbereitungsvorrichtung 17 eineTo produce the hydrogen, the processing device 17 has a

Ammoniakspaltanlage 22 auf, welche Ammoniak 23 in ein Spaltgas 24 aufspaltet.Ammonia cracking plant 22, which splits ammonia 23 into a cracked gas 24.

Dieses Spaltgas 24 besteht im Wesentlichen aus Wasserstoff und Stickstoff in einem Verhältnis von 2,5:1 bis 3,5:1. Sodann wird in einerThis fission gas 24 consists essentially of hydrogen and nitrogen in a ratio of 2.5:1 to 3.5:1.

Druckwechseladsorptionsanlage 25 Wasserstoff herausgefiltert und über die wasserstoffführende Leitung 21 dem Gasleitungssystem 13 zugeführt, wodurch sich das Schmelzgas 12 mit Wasserstoff anreichert. In derPressure swing adsorption system 25 hydrogen is filtered out and fed to the gas line system 13 via the hydrogen-carrying line 21, whereby the melt gas 12 is enriched with hydrogen. In the

Druckwechseladsorptionsanlage 25 kann jedoch nur ein gewisser Anteil desHowever, pressure swing adsorption system 25 can only process a certain proportion of the

Wasserstoffes herausgefiltert werden. Dieser Anteil liegt im Bereich von 70 %.Hydrogen must be filtered out. This proportion is in the range of 70%.

Der übrige Wasserstoff wird zusammen mit dem Stickstoff als Restspaltgas 26 einer Verbrennungsanlage 27 zugeführt. Die dort entstandene Wärme 28 kannThe remaining hydrogen is fed together with the nitrogen as residual fission gas 26 to a combustion plant 27. The heat 28 generated there can

230052P00LU 15 innerhalb der Spaltanlage 22 zum Aufspalten des Ammoniaks 23 verwendet werden.230052P00LU 15 can be used within the cracking plant 22 to crack the ammonia 23.

Das in der Aufbereitungsvorrichtung 17 gebildete Gasgemisch 34 wird sodann der Chemiefabrik 14 zugeführt.The gas mixture 34 formed in the processing device 17 is then fed to the chemical plant 14.

Der in der Fig. 3 dargestellte Anlagenverbund stimmt weitestgehend mit demThe system network shown in Fig. 3 largely corresponds to the

Anlagenverbund gemäß der Fig. 2 überein.System network according to Fig. 2.

Auch gemäß der Fig. 3 ist eine Ammoniakspaltanlage 22 vorgesehen, wobei in diesem Fall über die wasserstoffführende Leitung 21 das gesamte Spaltgas 24 dem Gasleitungssystem 13 zugeführt wird. Entsprechend wird das Schmelzgas 12 nicht nur mit Wasserstoff sondern auch mit Stickstoff angereichert. Hierdurch erhöht sich zwar der Inertgasanteil in dem Schmelzgas 12. Zugleich kann aber der im Spaltgas 24 befindliche Wasserstoff vollständig zur Anreicherung desAlso according to Fig. 3, an ammonia cracking plant 22 is provided, wherein in this case the entire cracking gas 24 is fed to the gas line system 13 via the hydrogen-carrying line 21. Accordingly, the melt gas 12 is enriched not only with hydrogen but also with nitrogen. This increases the inert gas content in the melt gas 12. At the same time, however, the hydrogen in the cracking gas 24 can be used entirely to enrich the

Gasgemisches genutzt werden. Dies hat zur Folge, dass innerhalb derThis means that within the

Chemieanlage 14, welche als Anlage zu Methanolsynthese ausgebildet ist, ein sogenanntes Purgegas 29 abgezogen werden muss, welches einen hohen Anteil an Stickstoff aber auch an Wasserstoff und Kohlenmonoxid aufweist.Chemical plant 14, which is designed as a methanol synthesis plant, has to extract a so-called purge gas 29, which has a high proportion of nitrogen but also hydrogen and carbon monoxide.

Entsprechend eignet sich dieses Purgegas 29 dazu, in einer Verbrennungs- anlage 27 verbrannt zu werden. Die entstandene Wärme 28 kann dann erneut für die Spaltanlage 22 verwendet werden. Darüber hinaus kann in einerAccordingly, this purge gas 29 is suitable for combustion in an incineration plant 27. The resulting heat 28 can then be reused for the fission plant 22. In addition, in a

Wascheinrichtung 30 ein Kohlendioxid-enthaltender Strom 31 herausgebildet werden, welcher dem Gasleitungssystem 13 zugeführt wird.A carbon dioxide-containing stream 31 is formed in the scrubbing device 30 and is fed to the gas line system 13.

Entsprechend wird gemäß dem Anlagenschema in der Fig. 3 dem Gasgemisch aus Konvertergas 15 und Schmelzgas 12 nicht nur Wasserstoff sondern auchAccordingly, according to the plant diagram in Fig. 3, the gas mixture of converter gas 15 and melt gas 12 is not only hydrogen but also

Stickstoff und Kohlendioxid zugeführt. Insbesondere die letzten beidenNitrogen and carbon dioxide are added. In particular, the last two

Komponenten führen dazu, dass das Gasgemisch derart umgebildet wird, dass die Zusammensetzung der des Hochofengichtgases 11 entspricht. Entsprechend kann es sinnvoll sein, auch das Hochofengichtgas 11 nach einer Anreicherung mit Wasserstoff über eine wasserstoffführende Leitung 21 dem aufbereitetenComponents lead to the gas mixture being transformed in such a way that the composition corresponds to that of the blast furnace top gas 11. Accordingly, it may be useful to also add the blast furnace top gas 11, after enrichment with hydrogen, to the processed

Gasgemisch beizumischen und gemeinsam in einer Chemieanlage 14 zugas mixture and process it together in a chemical plant 14

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Methanol 32 umzusetzen. Eine solche Ausgestaltung ist besonders dann sinnvoll, wenn in einer Übergangsphase an einem Standort sowohl ein Hochofen 10 als auch ein Direktreduktionsofen 1 mit einem Schmelzaggregat 6 angeordnet ist. Gemäß der in der Fig. 3 gezeigte Ausgestaltungen erfolgen erst eineMethanol 32. Such a design is particularly useful when, in a transitional phase, both a blast furnace 10 and a direct reduction furnace 1 with a melting unit 6 are arranged at one location. According to the design shown in Fig. 3, first a

Gasreinigung des Konvertergases 15 und des Schmelzgases 12 und erst dann die Zumischung des Spaltgases 24.Gas purification of the converter gas 15 and the melt gas 12 and only then the addition of the fission gas 24.

Alternativ ist es auch möglich, dass bereits gebildete Gasgemisch 34 zu reinigen.Alternatively, it is also possible to purify the gas mixture 34 that has already formed.

Hierdurch könnten auch Verunreinigungen im Spaltgas 24 mitentfernt werden.This could also remove impurities in the fission gas 24.

Claims

230052P00LU

10.01.2024 Patent claims

1. A plant complex for steel production with a converter steelworks (8) for crude steel production, a gas line system (13) connected at least to the converter steelworks (8) for receiving the exhaust gases arising during crude steel production, with a chemical plant (14) and/or biotechnology plant connected to the gas line system (13), and wherein the gas line system (13) is connected to a hydrogen-carrying line (21) via a mixing device arranged upstream of the chemical plant (14) or biotechnology plant in the direction of flow, the mixing device (33) being designed to enrich a supplied gas stream with hydrogen, characterized in that a plant for hydrogen production is connected to the hydrogen-carrying line (21), which plant has an ammonia cracking plant (22) for cracking ammonia (23) into hydrogen and nitrogen.

2. Plant complex according to claim 1, characterized in that a blast furnace (10) for pig iron production is additionally provided, wherein the blast furnace (10) is connected to the gas line system (13) for receiving the exhaust gases which arise during the pig iron production.

230052P00LU

2

3. Plant combination according to claim 1 or 2, characterized in that a melting unit (6) for melting sponge iron (4) is additionally provided, wherein the melting unit (6) is connected to the gas line system (13) for receiving the exhaust gases which arise during melting.

4. Plant combination according to claim 3, characterized in that a direct reduction furnace for producing sponge iron (4) is additionally provided.

5. Plant combination according to one of claims 2 to 4, characterized in that the gas line system (13) has a switchable gas collector which is designed to control the supply of the exhaust gases generated by the melting unit (6) and/or the converter steelworks (8) and/or the blast furnace (10).

6. Plant network according to one of claims 1 to 5, characterized in that the chemical plant (14) is a plant for methanol production.

7. Plant combination according to one of claims 1 to 6, characterized in that the plant for hydrogen production additionally has an electrolysis plant (18) for water electrolysis.

8. Plant combination according to one of claims 1 to 6, characterized in that the gas line system (13) is connected to a carbon dioxide-carrying line.

9. Method for operating a plant network, in particular according to one of claims 1 to 8, with a converter steelworks (8) for crude steel production,

230052P00LU 3 wherein at least a portion of a converter gas (15) arising in the course of crude steel production is processed and, after processing, is used to produce chemical or biotechnological products, characterized in that a hydrogen-rich cracked gas (24) is obtained by splitting ammonia (23), and wherein the cracked gas (24) or a hydrogen stream obtained from the cracked gas (24) is supplied to the converter gas (15) during the processing to form a gas mixture (34).

10. The method according to claim 9, characterized in that to form the gas mixture (34) at least a partial amount of a melting gas (12) arising during the melting of sponge iron (4) is added.

11. Method according to claim 9 or 10, characterized in that at least a portion of a blast furnace top gas (11) arising during pig iron production in the blast furnace (10) is processed separately from the converter gas (15) and, after processing, is used for the production of chemical or biotechnological products.

12. The method according to claim 11, characterized in that the blast furnace top gas (11) is added to form the gas mixture (34).

13. Method according to one of claims 9 to 12, characterized in that converter gas (15) is enriched with a CO2-containing gas.

230052P00LU 4

14. Method according to one of claims 9 to 13, characterized in that the gas mixture (34) is purified before the production of chemical or biotechnological products.