WO2026037794A1 - Herstellung von nitridiertem eisenschwamm - Google Patents

Herstellung von nitridiertem eisenschwamm

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WO2026037794A1
WO2026037794A1 PCT/EP2025/073039 EP2025073039W WO2026037794A1 WO 2026037794 A1 WO2026037794 A1 WO 2026037794A1 EP 2025073039 W EP2025073039 W EP 2025073039W WO 2026037794 A1 WO2026037794 A1 WO 2026037794A1
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cooling
gas
hydrogen
iron
exhaust gas
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PCT/EP2025/073039
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English (en)
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Bernhard Hiebl
Robert Millner
Gernot Polke
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Primetals Technologies Austria GmbH
Original Assignee
Primetals Technologies Austria GmbH
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Publication date
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    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0073—Selection or treatment of the reducing gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0086—Conditioning, transformation of reduced iron ores
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    • C21C1/08—Manufacture of cast-iron
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    • C21B2100/60—Process control or energy utilisation in the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/64—Controlling the physical properties of the gas, e.g. pressure or temperature

Definitions

  • the application relates to a method and a device for the nitriding of sponge iron.
  • the solid product of a direct reduction of iron oxide-containing material without the production of a melt is called sponge iron or DRI direct reduced iron.
  • H2 hydrogen
  • H2 can be used as the sole reducing gas or in combination with other gases, such as natural gas-based or synthesis gas-based reducing gases.
  • gases such as natural gas-based or synthesis gas-based reducing gases.
  • ammonia is also known to be used as a reducing agent.
  • Ammonia (NH3 ) offers significant advantages over hydrogen ( H2) with regard to storage and transport.
  • Ammonia NH3 can be split into nitrogen f N2 and hydrogen f H2.
  • Hydrogen (H2 ) can react as a reducing agent with metal oxides, for example iron oxides:
  • Ammonia NH3 can also act as a reducing agent itself:
  • a reducing gas containing ammonia can consist of ammonia ( NH3) or a mixture of ammonia (NH3 ) with one or more other substances. 202400244 several other gases - preferably one or more of which can have a reducing effect on iron oxide-containing material.
  • reducing gas obtained using ammonia NH3 can be used to reduce iron oxide-containing material; such a reducing gas can, for example, be ammonia NH3 , or a mixture of ammonia NH3 with one or more other gases - preferably one or more of which can have a reducing effect on iron oxide-containing material - which would be the case, for example, with a mixture of ammonia NH3 and its fission products hydrogen H2 and nitrogen N2 , whereby of course other gases could also be contained in the mixture.
  • a reducing gas can, for example, be ammonia NH3 , or a mixture of ammonia NH3 with one or more other gases - preferably one or more of which can have a reducing effect on iron oxide-containing material - which would be the case, for example, with a mixture of ammonia NH3 and its fission products hydrogen H2 and nitrogen N2 , whereby of course other gases could also be contained in the mixture.
  • the object of the present invention is to present a process which allows an energy- and resource-efficient process for a hydrogen-based direct reduction process in which ammonia NH 3 is used as a hydrogen source, with the provision of nitrided sponge iron.
  • the problem is solved by a process for the nitriding of sponge iron, comprising direct reduction of iron oxide-containing material to sponge iron, wherein hydrogen-containing reduction gas (H2 ) is used, wherein at least a subset of the hydrogen (H2 ) originates from the cracking of ammonia (NH3 ) , and wherein the reduction gas is supplied to a reduction reactor containing the iron oxide-containing material in an interior space, and comprising
  • Iron oxide-containing material is directly reduced to sponge iron with a reducing gas comprising hydrogen (H2 ) . Due to the thermodynamic and kinetic conditions necessary for the industrial implementation of direct reduction, the resulting sponge iron has a 202400244
  • the reducing gas can be pure hydrogen (H2 ) or a mixture of hydrogen ( H2) and one or more other gases. These other gases can be, for example, CO or CH4 .
  • Hydrogen (H2 ) can be obtained from ammonia (NH3 ) , but it can also be produced by electrolysis, from the reforming of natural gas, or from other sources such as syngas. At least a portion of the hydrogen (H2 ) originates from ammonia ( NH3) , being released by the splitting of ammonia (NH3 ) .
  • the reducing gas contains at least 15 volumes of hydrogen (H2 ) , particularly preferably 50 volumes, and most preferably 70 volumes.
  • the sponge iron cools down through heat transfer, while the ammonia (NH3 ) heats up.
  • this cooling can occur is, for example, by bringing ammonia (NH3 ) into contact with the sponge iron, causing endothermic decomposition reactions of the ammonia (NH3 ) – this cools the sponge iron.
  • the reduction zone and cooling zone are different zones of the reduction reactor.
  • the sponge iron to be cooled may already contain iron nitrides; in this case, the existing iron nitride content will increase during cooling with the addition of ammonia. However, it is also possible that the sponge iron to be cooled does not contain iron nitrides; in this case, the iron nitride content will increase from a zero level during cooling with the addition of ammonia. In any case, at the latest after cooling to below 450 °C, to which ammonia (NH3 ) contributes, nitrided sponge iron is present; and after cooling to below 450 °C, to which ammonia (NH3 ) contributes, the iron nitride content in the sponge iron is greater than before this cooling.
  • the iron nitride content is given, for example, as the weight of iron nitrides in a quantity of sponge iron. 202400244
  • Ammonia ( NH3 ) reacts with iron to form iron nitrides, thus nitriding the sponge iron.
  • the occurrence of nitridation depends on the temperature range in which the contact between ammonia (NH3 ) and iron takes place. Within the temperature range traversed during cooling according to the invention, nitridation of the sponge iron occurs. Accordingly, a nitrided sponge iron is obtained, which exhibits the advantages associated with its passivation achieved through nitridation.
  • the nitrided iron sponge after cooling to a temperature below 450 °C, has an iron nitride content of over 20 wt! , particularly preferably over 50 wt! , very preferably over 70 wt! , and most preferably over 90 wt! .
  • the reducing gas causes the reduction of the iron oxide-containing material; its reducing components are at least partially consumed in the process.
  • a so-called top gas, containing the spent reducing gas, is drawn off from the reduction zone of the reactor.
  • Cooling gas is produced during the cooling process. This cooling gas originates from the refrigerant gas while the refrigerant gas exerts a cooling effect.
  • the cooling gas differs from the fresh refrigerant gas supplied for cooling at least in its temperature—it is warmer—but it can also differ in its composition.
  • the cooling gas can contain one or more of the following components:
  • Nitrogen f N 2 and hydrogen f H 2 because these are the products of a splitting of ammonia NH 3 .
  • Cooling can take place in a cooling zone of the reduction reactor, or it can take place in a cooling reactor separate from the reduction reactor - in this case, the sponge iron produced in the reduction reactor at a temperature above 450 °C is fed to the cooling reactor.
  • Cooling gas is used to cool the sponge iron being cooled.
  • the cooling gas contains ammonia (NH3 ) , or it can consist entirely of ammonia (NH3 ) .
  • the degree of cooling depends on the amount of cooling gas supplied to the sponge iron.
  • the cooling process is regulated and/or controlled to achieve an optimal temperature profile for nitriding by changing the amount of cooling gas and/or the amount of ammonia (NH3 ) added.
  • the cooling process is controlled and/or regulated using information about the composition of the cooling exhaust gas, and/or temperature measurements inside the cooling zone or cooling reactor, and/or temperature measurements of the cooling exhaust gas.
  • a limit value can be set for the ammonia ( NH3) content of the cooling exhaust gas – for example, 0.1 volumes. A higher content indicates incomplete conversion of the ammonia ( NH3) supplied for cooling; accordingly, the flow of ammonia (NH3 ) for cooling could be reduced if more complete conversion is desired.
  • the cooling exhaust gas produced during cooling is removed - at least partially - from a) and/or b). 202400244
  • Discharged to the outside it is discharged from the reduction reactor or the cooling reactor to the outside.
  • Discharge to the outside means that the cooling exhaust gas leaves the reduction reactor or the cooling reactor during discharge; “outside” is to be understood as outside the reduction reactor or the cooling reactor. In the case of the reduction reactor, the cooling exhaust gas leaves the cooling zone of the reduction reactor to the outside.
  • a gas stream of the cooling exhaust gas is extracted.
  • the gas stream of the discharged cooling exhaust gas is not extracted from the reduction zone of the reduction reactor, but rather from the cooling zone; the gas stream of the discharged cooling exhaust gas does not pass through any other zones of the reduction reactor during discharge.
  • Top gas and discharged cooling exhaust gas are different gas streams.
  • At least a subset of the discharged cooling exhaust gas is separated into a
  • a hydrogen-enriched first gas stream and a nitrogen-enriched second gas stream can be carried out after processing; the processing can, for example, include one or more steps from the following list:
  • Each of the steps can be repeated multiple times.
  • a membrane process or a pressure swing adsorption (PSA) process or a vacuum pressure swing adsorption (VPSA) process or a cryogenic separation process may be used.
  • the hydrogen-enriched first gas stream contributes hydrogen to the reducing gas; this hydrogen, H2, is a component of the reducing gas. According to the invention, it is at least partially used in the production of the reducing gas.
  • the reducing gas can also contain other components, for example, hydrogen (H2 ) from other sources; it can also contain hydrogen ( H2) derived from the cracking of ammonia ( NH3) occurring outside of the cooling process.
  • the hydrogen (H2 ) can also be obtained by electrolysis, by reforming natural gas, or from other sources such as syngas or coke oven gas.
  • H2 hydrogen
  • other components of the reducing gas can be other gases; these other gases can be, for example, CO or CH4.
  • the hydrogen content of the hydrogen - enriched first gas stream is greater than 90 volume.
  • the hydrogen-enriched first gas stream can be used entirely to contribute hydrogen to the reducing gas; however, only a portion of the hydrogen-enriched first gas stream can be used to contribute hydrogen to the reducing gas. The remainder of the hydrogen-enriched first gas stream can be used for other purposes.
  • the remainder of the hydrogen-enriched first gas stream does not need to be used for other purposes; it can also be used for combustion or release at a flare without further use.
  • the process according to the invention comprises separating at least a subset of the discharged cooling exhaust gas; the entire discharged cooling exhaust gas can be subjected to separation, or there can also be cooling exhaust gas that has not been subjected to separation. Cooling exhaust gas that has not been subjected to separation can also be used for the other applications listed above for the first gas stream enriched with hydrogen, or can be fed to combustion or release at a flare without further use.
  • the nitrogen-enriched second gas stream can be used for the following purposes, for example:
  • the hydrogen-enriched first gas stream - can be used as fuel gas or for chemical processes such as syntheses.
  • a portion of the discharged cooling exhaust gas contributes to the cooling process.
  • the portion is fed to the sponge iron to be cooled, optionally with the addition of ammonia (NH3 ) .
  • NH3 ammonia
  • the gas pressure during cooling – for example, in the cooling zone of the reduction reactor or in the cooling reactor – is controlled and/or regulated by controlling and/or regulating the quantity of the subset of the discharged cooling exhaust gas fed to the separation process. Controlling and/or regulating the gas pressure during cooling is necessary for the controlled operation of any industrial process.
  • the first gas stream contributes hydrogen (H2 ) to the reducing gas; it is preferred to heat the hydrogen (H2 ) of the first gas stream by heat exchange with the discharged cooling exhaust gas.
  • the hydrogen (H2 ) in the first gas stream can be heated, i.e., the first gas stream itself can be heated – but it can also be a precursor of the reducing gas, which contains the hydrogen (H2 ) of the first gas stream, that is heated.
  • the hydrogen (H2 ) of the first gas stream can also be heated by means of a heating device – for example, a reduction gas furnace or an electric heater.
  • a heating device — for example, a reduction gas furnace or an electric heater.
  • the second gas stream can optionally be heated – completely or partially.
  • the hydrogen (H2 ) in the first gas stream can be heated, i.e., the first gas stream can be heated – but a precursor of the reducing gas, which contains the hydrogen (H2 ) of the first gas stream, can also be heated.
  • a further subject matter of the present application is a device for the nitriding of sponge iron, comprising a device for the direct reduction of iron oxide-containing material to sponge iron with a reduction reactor and a supply line for supplying reducing gas and/or a precursor of the reducing gas to the reduction reactor, and comprising a cooling device for cooling the sponge iron to a temperature below 450 °C, wherein an ammonia supply line opens into the cooling device, characterized in that a cooling exhaust gas line extends from the cooling device for the discharge of cooling exhaust gas generated during cooling to the outside, which opens into a gas separation device for separating, optionally treated, cooling exhaust gas into a hydrogen-enriched first gas stream and a nitrogen-enriched second gas stream, wherein a 202400244
  • the hydrogen gas stream outlet is used to discharge the first gas stream, and the hydrogen gas stream outlet has an opening into the supply line.
  • a reduction reactor is, for example, a reduction shaft – such as in a direct reduction process using a reduction shaft containing a fixed bed of iron oxide-containing material.
  • a reduction reactor can be a fluidized bed reactor – for example, in a direct reduction process using a reduction reactor containing a fluidized bed of iron oxide-containing material.
  • the fluidized bed reactor can also comprise several individual sub-reactors, which may be connected in parallel or sequentially, forming the fluidized bed reactor.
  • a precursor to the reducing gas is present, from which the reducing gas is prepared. If it is a precursor, further steps are required, such as adding additional components, heating to the desired temperature for introduction into the reduction reactor, or chemical reactions leading to a change in composition. Preparation can be achieved, for example, by adding further components or heating. Preparation can also occur through chemical reactions taking place within the precursor without external intervention, which, for example, change the chemical composition or the temperature.
  • the gas separation device can be, for example, a device for carrying out a membrane process, a pressure swing adsorption (PSA) process, a vacuum pressure swing adsorption (VPSA) process, or a cryogenic separation process.
  • a gas separation device is understood to be a device in which various molecularly and/or atomically present components of a gas stream, which is a mixture of several gases, are separated from one another, so that several streams enriched or depleted with respect to these components are produced.
  • the process step of separating the discharged cooling exhaust gas into a hydrogen-enriched first gas stream and a nitrogen-enriched second gas stream is also preferably understood in this sense.
  • At least a subset of the hydrogen-enriched first gas stream is used as a component in the preparation of the reducing gas.
  • a subset occurs both when, with an unchanged composition of the top gas, only a subset of the resulting volume of the first gas stream is used, and when not all components of the first gas stream are used – for example, when an enrichment of a component – such as enrichment of hydrogen H2 – takes place and the correspondingly enriched gas stream is used completely or partially.
  • the cooling device for cooling the sponge iron is designed as a cooling reactor.
  • the cooling reactor differs from the reduction reactor; both the reduction reactor and the cooling reactor are... 202400244
  • a device for controlling and/or regulating the gas pressure during cooling is .
  • a feed line for supplying a second gas stream - completely or partially - as fuel f or fuel f component to the reduction gas furnace may be provided.
  • Another subject matter of the present application is a signal processing device with machine-readable program code, characterized in that it includes control and/or regulation commands for carrying out a method according to the invention.
  • a further subject matter is a signal processing device for carrying out a method according to any one of claims 1 to 9.
  • Another subject matter of the present application is a machine-readable program code for a signal processing device, characterized in that the program code includes control and/or regulation commands which cause the signal processing device to carry out a method according to the invention.
  • the program code includes control and/or regulation commands which cause the signal processing device to carry out a method according to the invention.
  • the further object is a computer program product comprising commands for a signal processing device which, when the program for the signal processing device is executed, cause it to carry out the method according to one of claims 1 to 9.
  • Another subject matter of the present application is a storage medium with machine-readable program code according to the invention stored thereon.
  • a further subject matter is a storage medium with a computer program stored thereon for carrying out a method according to any one of claims 1 to 9.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a process according to the invention.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of another variant of a process sequence according to the invention.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of a further variant of a process sequence according to the invention.
  • Figure 1 schematically shows the process sequence according to the invention.
  • Iron oxide-containing material 1 is placed in a reduction reactor 2 – shown schematically as an example. 202400244
  • the hydrogen oxide material is fed into the reactor and directly reduced to sponge iron using a hydrogen-containing reduction gas ( H2 ).
  • H2 hydrogen-containing reduction gas
  • a portion of the hydrogen (H2 ) originates from the cracking of ammonia (NH3 ) .
  • the reduction gas is supplied to the reduction reactor 2, which contains the iron oxide-containing material, via the feed line 3.
  • the sponge iron is cooled to a temperature below 450 °C in a cooling device 4.
  • the cooling device 4 is shown as a separate cooling reactor from the reduction reactor 2; the sponge iron from the reduction reactor 2 is fed to the cooling reactor via the material feed line 5.
  • An ammonia supply line 6 leads into the cooling device 4.
  • nitrided iron sponge is produced from the iron sponge, which is the product of the direct reduction in the reduction reactor 2.
  • the nitrided iron sponge has an iron nitride content of over 20 wt!, and particularly preferably, an iron nitride content of over 50 wt!.
  • Cooling exhaust gas produced during cooling is discharged via the cooling exhaust gas line 7 leading from the cooling device 4.
  • This line opens into a gas separator 8 for separating the cooling exhaust gas into a hydrogen-enriched first gas stream and a nitrogen-enriched second gas stream.
  • a hydrogen gas stream outlet 9 extends from the gas separator 8 for the discharge of the first gas stream.
  • the hydrogen gas stream outlet 9 has an opening into the supply line 3. This allows the 202400244
  • Hydrogen f H 2 of the first gas stream contributes to the reducing gas.
  • the cooling exhaust gas line may contain one or more treatment devices – for example, for cooling, dust removal, or compression – which are not shown separately for clarity. In this case, the appropriately treated cooling exhaust gas is fed to the gas separation device 8.
  • a device for controlling and/or regulating the cooling process to achieve an optimal temperature profile for nitriding by changing the amount of cooling gas and/or the amount of ammonia (NH3 ) added may be provided, preferably being suitable for controlling and/or regulating the cooling process using information about the composition of the cooling exhaust gas, and/or temperature measurements inside the cooling device, and/or temperature measurements of the cooling exhaust gas. For clarity, this is not shown in Figure 1.
  • Figure 2 schematically shows another variant of a process sequence according to the invention.
  • Figure 2 is largely analogous to Figure 1, but differs, among other things, in that a recirculation line 10 is present, which branches off from the cooling exhaust gas line 7 and opens into the ammonia supply line 6. This allows a portion of the discharged cooling exhaust gas to contribute to the cooling process.
  • a recirculation line 10 is present, which branches off from the cooling exhaust gas line 7 and opens into the ammonia supply line 6. This allows a portion of the discharged cooling exhaust gas to contribute to the cooling process.
  • a device for controlling and/or regulating the size of the portion of the discharged cooling exhaust gas supplied to the gas separation device. 202400244
  • This can be a device for controlling and/or regulating the gas pressure during cooling.
  • a heat exchanger for heating the hydrogen (H2 ) of the first gas stream by heat exchange with the discharged cooling exhaust gas may be provided in the hydrogen gas outlet 9 and/or the supply line 3. This is not shown for clarity.
  • a heating device – for example, a reducing gas furnace or electric heater – can be provided in the hydrogen gas stream outlet 9 and/or the supply line 3 for heating the hydrogen H2 of the first gas stream.
  • An example of such an optionally present reducing gas furnace 11 in the hydrogen gas stream outlet 9 is shown with dashed lines.
  • the reduction gas furnace 11 operates by combustion of a fuel fs.
  • a feed line 12 supplies a second gas stream as
  • Figure 3 schematically shows another variant of a process sequence according to the invention, largely analogous to Figure 1.
  • Figure 3 differs from Figure 1 in that the cooling device for cooling the sponge iron is designed as a section 13 of the reduction reactor 2. The cooling device is thus integrated into the reduction reactor 2; it is a cooling zone of the reduction reactor 2. 202400244

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Abstract

Verfahren zur Nitridierung von Eisenschwamm, wobei per Direktreduktion mit Wasserstoff H2 umfassendem Reduktionsgas, dessen Wasserstoffs H2 zumindest teilweise aus Spaltung von Ammoniak NH3 stammt. Nach der Direktreduktion in einem Reduktionsreaktor wird der Eisenschwamm auf eine Temperatur unter 450°C abgekühlt. Ammoniak NH3 leistet einen Beitrag zu dieser Abkühlung. Bei der Abkühlung anfallendes Abkühlungs- Abgas wird abgeführt und einer Auftrennung in einen wasserstoffangereicherten ersten Gasstrom und einen stickstoffangereicherten zweiten Gasstrom unterworfen. Der erste Gasstrom trägt Wasserstoff H2 zum Reduktionsgas bei. Eine Vorrichtung zur Nitridierung von Eisenschwamm umfasst eine Vorrichtung zur Direktreduktion von eisenoxidhaltigem Material zu Eisenschwamm mit einem Reduktionsreaktor (1) und einer Zufuhrleitung (3) zur Zufuhr von Reduktionsgas und/oder eines Vorläufers des Reduktionsgases zum Reduktionsreaktor (1), und eine Kühlvorrichtung (4) zur Abkühlung des Eisenschwamms auf eine Temperatur unter 450°C. Eine Ammoniakzufuhrleitung (6) mündet in die Kühlvorrichtung (4). Von der Kühlvorrichtung (4) geht eine in eine Gasauftrennvorrichtung (8) mündende Abkühlungsabgasleitung (7) aus. Von der Gasauftrennvorrichtung (8) geht eine Wasserstoffgasstromausleitung (9) zur Ausleitung des ersten Gasstroms aus, welche eine Mündung in die Zufuhrleitung (3) aufweist.

Description

202400244
Beschreibung
Herstellung von nitridiertem Eisenschwamm
Gebiet der Technik
Die Anmeldung betri f ft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Nitridierung von Eisenschwamm .
Stand der Technik
Es ist bekannt , eisenoxidhaltiges Material - wie beispielsweise Erze - mittels reduzierenden Gases - auch Reduktionsgas genannt - zu reduzieren . So etwa mittels Direktreduktion mit Reduktionsgas in einem Reduktionsaggregat , wie beispielsweise einem Reduktionsschacht ; . Bei derzeit großindustriell angewendeten, herkömmlichen Verfahren basiert das reduzierende Gas überwiegend auf Erdgas . Daher fallen dabei große Mengen Kohlendioxid CO2 an, was unter anderem aus umweltpolitischen Gründen unerwünscht ist .
Festes Produkt einer ohne Herstellung einer Schmel ze erfolgenden Direktreduktion von eisenoxidhaltigem Material wird Eisenschwamm oder DRI direct reduced iron genannt .
Zur Verminderung des G02-Ausstoßes bei der Reduktion von eisenoxidhaltigem Material ist es bekannt , Wasserstof f H2 als reduzierendes Gas zu verwenden . Dabei kann Wasserstof f H2 als einziges Reduktionsgas verwendet werden, oder in Kombination mit anderen Gasen, beispielsweise erdgasbasierten oder synthesegasbasierten Reduktionsgasen . Je größer der Anteil von CO2 neutralem Wasserstof f H2 im Reduktionsgas ist , desto weniger CO2 wird emittiert . 202400244
Speicherung von Wasserstof f H2 und Transport vom Ort seiner Erzeugung zu Verbrauchern ist j edoch aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften problematisch und mit großem Aufwand verbunden .
Zur Verminderung des C02-Ausstoßes bei der Reduktion von eisenoxidhaltigem Material ist es auch bekannt , Ammoniak NH3 als Reduktionsmittel einzusetzen . Ammoniak NH3 bietet bezüglich Speicherung und Transport deutliche Vorteile gegenüber Wasserstof f H2 .
Ammoniak NH3 kann in Stickstof f N2 und Wasserstof f H2 gespalten werden
2 NH3 -> N2 + 3 H2 .
Wasserstof f H2 kann als Reduktionsmittel mit den Metalloxiden, beispielsweise Eisenoxiden, reagieren :
3 Fe2O3 + H2 -> 2 Fe3O4 + H2O
Fe3O4 + H2 -> 3 FeO + H2O FeO + H2 -> Fe + H2O .
Ammoniak NH3 kann aber auch selbst als Reduktionsmittel wirken :
9 Fe2O3 + 2 NH3 -> 6 Fe3O4 + N2 + 3 H2O
3 Fe3O4 + 2 NH3 -> 9 FeO + N2 + 3 H2O
Ammoniak NH3 enthaltendes Reduktionsgas kann aus Ammoniak NH3 bestehen, oder eine Mischung von Ammoniak NH3 mit einem oder 202400244 mehreren anderen Gasen - wobei bevorzugt eines oder mehrere auf eisenoxidhaltiges Material reduzierend wirken können - sein . Grundsätzlich kann also unter Nutzung von Ammoniak NH3 erhaltenes Reduktionsgas zur Reduktion von eisenoxidhaltigem Material eingesetzt werden; so ein Reduktionsgas kann beispielsweise Ammoniak NH3 sein, oder eine Mischung von Ammoniak NH3 mit einem oder mehreren anderen Gasen - wobei bevorzugt eines oder mehrere auf eisenoxidhaltiges Material reduzierend wirken können - , was beispielsweise bei einer Mischung von Ammoniak NH3 und seinen Spaltungsprodukten Wasserstof f H2 und Stickstof f N2 der Fall wäre , wobei natürlich auch noch andere Gase in der Mischung enthalten sein könnten .
Es ist bekannt , dass die Gegenwart von Ammoniak NH3 bei der Reduktion von eisenoxidhaltigem Material zur Bildung von Eisennitriden führen kann . Beispielsweise führen die folgenden Reaktionen zu mit metallischen Eisen zur Bildung von Eisennitriden :
4 Fe + NH3 => Fe3N + 3/2 H2 ( 6 , 3 % Gewichts zunahme )
3 Fe + NH3 => Fe3N + 3/2 H2 ( 8 , 3 % Gewichts zunahme )
2 Fe + NH3 => Fe2N + 3/2 H2 ( 12 , 5 % Gewichts zunahme )
Ebenso kann es bei Anwesenheit von Ammoniak NH3 auch bei bereits reduziertem Material zu Reaktionen kommen, die Eisennitride bilden . Beispielsweise kann sich auf reduzierten DRI-Pellets durch Kontakt mit Ammoniak NH3 an der Oberfläche beziehungsweise im Inneren der porösen Eisenschwamm-Pellets eine Eisennitrid oder Eisenitride umfassende Schicht bilden .
Es ist bekannt , sich die mit der Nitridierung einhergehende
Passivierung von Eisenschwamm gegenüber beispielsweise
Reaktionen mit Luftsauerstof f oder Feuchtigkeit zu Nutze zu 202400244
4 machen, indem man auf die zur Erzeugung eines transportierbaren Produkts erfolgende , ebenfalls passivierend wirkende , Heißbrikettierung verzichtet .
Zusammenfassung der Erfindung
Technische Aufgabe
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren vorzustellen, das eine energie- und ressourcenef fi ziente Verfahrens führung für ein wasserstof fbasiertes Direktreduktionsverfahren, in welchem Ammoniak NH3 als Wasserstof f quelle genutzt wird, unter Bereitstellung von nitridiertem Eisenschwamm erlaubt .
Technische Lösung
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Nitridierung von Eisenschwamm, umfassend Direktreduktion von eisenoxidhaltigem Material zu Eisenschwamm, wobei Wasserstof f H2 umfassendes Reduktionsgas eingesetzt wird, wobei zumindest eine Teilmenge des Wasserstof fs H2 aus Spaltung von Ammoniak NH3 stammt , und wobei das Reduktionsgas einem das eisenoxidhaltige Material in einem Innenraum enthaltenden Reduktionsreaktor zugeführt wird, und umfassend
Abkühlung des Eisenschwamms auf eine Temperatur unter 450 ° C, dadurch gekennzeichnet , dass 202400244
5 die Abkühlung des Eisenschwamms auf eine Temperatur unter 450 ° C unter Nutzung eines Ammoniak NH3 enthaltenden Kühlgases erfolgt , und die Abkühlung in zumindest einem Mitglied der Gruppe bestehend aus a ) Kühl zone des Reduktionsreaktors , b ) Kühlreaktor, stattf indet , bei der Abkühlung anfallendes Abkühlungs-Abgas zumindest teilweise aus a ) und/oder b ) nach außen abgeführt abgeführt wird, und eine Auftrennung zumindest einer Teilmenge des nach außen abgeführten Abkühlungs-Abgases , gegebenenfalls nach einer Aufbereitung, in einen Wasserstof f angereicherten ersten Gasstrom und einen Stickstof f angereicherten zweiten Gasstrom erfolgt , und der erste Gasstrom Wasserstof f H2 zum Reduktionsgas beiträgt .
Bei dem Ausdruck nitridierter Eisenschwamm ist ein Eisenschwamm zu verstehen, der Eisennitrid beziehungsweise Eisennitride enthält oder daraus besteht . Unter Nitridierung ist die Bildung von Eisennitrid zu verstehen . Nitridierter Eisenschwamm ist also als Eisennitride umfassender Eisenschwamm zu verstehen .
Eisenoxidhaltiges Material wird mit Reduktionsgas , welches Wasserstof f H2 umfasst , zu Eisenschwamm direktreduziert . Der dabei erhaltene Eisenschwamm hat aufgrund der zur industriellen Durchführung der Direktreduktion notwendigen thermodynamischen und kinetischen Bedingungen eine 202400244
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Temperatur, die über 450 ° C liegt . Die Temperatur des Eisenschwamms , der bei der Direktreduktion des eisenoxidhaltigen Materials erzeugt wird, beträgt beispielsweise 700 ° C oder mehr, beziehungsweise beispielsweise zumindest 550 ° C oder mehr .
Es kann sich bei dem Reduktionsgas um reinen Wasserstof f H2 handeln oder um ein Gemisch aus Wasserstof f H2 und einem oder mehreren anderen Gasen . Bei den anderen Gasen kann es sich beispielsweise um CO oder CH4 handeln . Der Wasserstof f H2 kann aus Ammoniak NH3 erhalten werden, er kann aber auch durch Elektrolyse , aus Reformierung von Erdgas gewonnen werden, oder aus anderen Quellen wie Syngas stammen . Zumindest eine Teilmenge des Wasserstof fs H2 stammt aus Ammoniak NH3, er wird durch Spaltung von Ammoniak NH3 freigesetzt .
Bevorzugt enthält das Reduktionsgas zumindest 15 Volums! Wasserstof f H2 , besonders bevorzugt 50 Volums! , ganz besonders bevorzugt 70 Volums! .
Der Eisenschwamm, der bei der Direktreduktion erhalten wird, wird einer Abkühlung auf eine Temperatur unter 450 ° C unterworfen unter Nutzung eines Ammoniak NH3 enthaltenden Kühlgases . Die Abkühlung findet in zumindest einem Mitglied der Gruppe bestehend aus a ) Kühl zone des Reduktionsreaktors , b ) Kühlreaktor, statt . Zu dieser Abkühlung leistet Ammoniak NH3 einen oder mehrere Beiträge ; ein Beitrag kann beispielsweise darin bestehen, dass Ammoniak NH3 mit einer geringeren Temperatur mit dem Eisenschwamm in Kontakt gebracht wird, und den 202400244
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Eisenschwamm durch Übertragung von Wärme abkühlt , während das Ammoniak NH3 sich erwärmt . Ein Beitrag zur Abkühlung kann beispielsweise darin bestehen, dass Ammoniak NH3 mit dem Eisenschwamm in Kontakt gebracht wird, und endotherm ablaufende Spaltungsreaktionen des Ammoniaks NH3 stattfinden - dadurch wird der Eisenschwamm abgekühlt .
Zur Abkühlung wird dem abzukühlenden Eisenschwamm - der durch das dem das eisenoxidhaltige Material enthaltenden Abschnitt des Innenraums des Reduktionsreaktor zugeführte Reduktionsgas mittels Direktreduktion hergestellt wurde , wobei diese Direktreduktion in der sogenannten Reduktions zone des Reduktionsreaktors geschieht - ein Kühlgas enthaltend Ammoniak NH3 zugeführt . Es kann beispielsweise ein Gasgemisch enthaltend Ammoniak NH3 zugeführt werden, oder reiner Ammoniak NH3 .
Reduktions zone und Kühl zone sind verschiedene Zonen des Reduktionsreaktors .
Der abzukühlende Eisenschwamm kann bereits Eisennitride enthalten; dann wird bei der Abkühlung mit Ammoniakbeitrag der bereits vorliegende Gehalt an Eisennitriden erhöht . Es kann aber auch sein, dass der abzukühlende Eisenschwamm keine Eisennitride enthält ; dann wird bei der Abkühlung mit Ammoniakbeitrag der Gehalt an Eisennitriden von einem Nullniveau ausgehend erhöht . Jedenfalls liegt spätestens nach der Abkühlung auf unter 450 ° C, zu der Ammoniak NH3 einen Beitrag leistet , nitridierter Eisenschwamm vor ; und nach der Abkühlung auf unter 450 ° C, zu der Ammoniak NH3 einen Beitrag leistet , ist der Gehalt an Eisennitriden im Eisenschwamm größer als vor dieser Abkühlung .
Der Gehalt an Eisennitriden wird beispielsweise als Gewichts! von Eisennitriden in einer Menge von Eisenschwamm angegeben . 202400244
Wie eingangs erläutert , kann es bei Kontakt von Eisen und
Ammoniak NH3 und der Spaltung von Ammoniak NH3 zur Bildung von Eisennitriden kommen, der Eisenschwamm wird also nitridiert . Das Vorkommen von Nitridierung hängt vom Temperaturbereich ab, in dem der Kontakt von Ammoniak NH3 und Eisen stattfinden . Innerhalb des erfindungsgemäß bei der Abkühlung durchlaufenen Temperaturbereichs findet Nitridierung des Eisenschwamms statt . Entsprechend wird ein nitridierter Eisenschwamm gewonnen, der die mit seiner durch die Nitridierung erzielten Passivierung verbundenen Vorteile aufweist .
Bevorzugt weist der nitridierte Eisenschwamm nach der Abkühlung auf eine Temperatur unter 450 ° C einen Gehalt an Eisennitriden über 20 Gewichts! , besonders bevorzugt über 50 Gewichts! , ganz besonders bevorzugt über 70 Gewichts! , äußerst besonders bevorzugt über 90 Gewichts! auf .
Im Reduktionsreaktor bewirkt das Reduktionsgas Reduktion des eisenoxidhaltigen Materials , seine reduzierend wirkenden Komponenten werden dabei zumindest teilweise verbraucht . Aus der Reduktions zone des Reduktionsreaktors wird ein sogenanntes Topgas abgezogen, welches verbrauchtes Reduktionsgas enthält .
Bei der Abkühlung fällt ein Abkühlungs-Abgas an . Das Abkühlungs-Abgas entsteht aus dem Kühlgas , während das Kühlgas abkühlend wirkt ; das Abkühlungs-Abgas unterscheidet sich von zur Abkühlung zugeführtem frischen Kühlgas zumindest durch seine Temperatur - es ist wärmer - , es kann sich aber auch in der stof flichen Zusammensetzung unterscheiden . Das Abkühlung-Abgas kann eine oder mehrere der folgenden Komponenten umfassen :
- Ammoniak NH3, der gegenüber seiner Temperatur bei Zuführung zur Abkühlung erwärmt ist ; 202400244
Stickstof f N2 ;
- Wasserstof f H2 .
Stickstof f N2 und Wasserstof f H2 deshalb, weil das die Produkte einer Spaltung von Ammoniak NH3 sind .
Die Abkühlung kann in einer Kühl zone des Reduktionsreaktors erfolgen, oder sie kann in einem von dem Reduktionsreaktor verschiedenen Kühlreaktor erfolgen - in diesem Fall wird der Eisenschwamm, der im Reduktionsreaktor mit einer Temperatur über 450 ° C produziert wird, dem Kühlreaktor zugeführt .
Kühlgas dient zur Abkühlung des abzukühlenden Eisenschwamms . Kühlgas enthält Ammoniak NH3, es kann auch aus Ammoniak NH3 bestehen . Je nach der Menge an Kühlgas , das dem abzukühlenden Eisenschwamm zugeführt wird, wird das Ausmaß der Abkühlung sein . Bevorzugt erfolgt bei der Abkühlung eine Regelung und/oder Steuerung zur Einstellung eines für Nitridierung optimalen Temperaturverlaufs durch Änderung der Kühlgasmenge und/oder der Zugabemenge an Ammoniak NH3 .
Bevorzugt erfolgt eine Steuerung und/oder Regelung der Abkühlung unter Nutzung von Informationen über die Zusammensetzung des Abkühlungs-Abgases , und/oder von Temperaturmessungen im Inneren der Kühl zone beziehungsweise des Kühlreaktors , und/oder von Temperaturmessungen am Abkühlungs-Abgas . Dabei kann beispielsweise ein Grenzwert für den Gehalt des Abkühlungs-Abgases an Ammoniak NH3 gesetzt werden - beispielsweise 0 , 1 Volums! . Ein höherer Gehalt deutet auf unvollständige Umsetzung des der Abkühlung zugeführten Ammoniaks NH3 hin - entsprechend könnte der Zufluss von Ammoniak NH3 zur Abkühlung reduziert werden, falls vollständigere Umsetzung gewünscht ist .
Erfindungsgemäß wird bei der Abkühlung anfallendes Abkühlungs-Abgas - zumindest teilweise - aus a ) und/oder b ) 202400244
10 nach außen abgeführt ; es wird aus dem Reduktionsreaktor oder dem Kühlreaktor nach außen abgeführt . Unter Abführung nach außen ist zu verstehen, dass das Abkühlungs-Abgas bei der Abführung den Reduktionsreaktor oder den Kühlreaktor verlässt ; „außen" ist als außerhalb des Reduktionsreaktors oder des Kühlreaktors zu versehen . Im Falle des Reduktionsreaktors verlässt das Abkühlungs-Abgas die Kühl zone des Reduktionsreaktors nach außen .
Bei Abführung wird ein Gasstrom des Abkühlungs-Abgases entnommen . Bei Abführung aus dem Reduktionsreaktor wird der Gasstrom des abgeführten Abkühlungs-Abgases nicht aus der Reduktions zone des Reduktionsreaktors entnommen, sondern er wird aus der Kühl zone des Reduktionsreaktors entnommen; der Gasstrom des abgeführten Abkühlungs-Abgases durchläuft bei der Abführung keine anderen Zonen des Reduktionsreaktors . Topgas und abgeführtes Abkühlungs-Abgas sind verschiedene Gasströme .
Erfindungsgemäß wird zumindest eine Teilmenge des abgeführten Abkühlungs-Abgases aufgetrennt in einen
Wasserstof f angereicherten ersten Gasstrom und einen Stickstof f angereicherten zweiten Gasstrom . Diese Auftrennung kann nach einer Aufbereitung erfolgen; die Aufbereitung kann beispielsweise ein oder mehrere Schritte aus der folgenden Liste umfassen :
- Abkühlung;
- Entstaubung;
- Kompression .
Jeder der Schritte kann auch mehrfach erfolgen .
Zur Auftrennung von Abkühlungs-Abgas in einen Wasserstof f angereicherten ersten Gasstrom und einen Stickstof f angereicherten zweiten Gasstrom kann beispielsweise 202400244
11 ein Membranverfahren oder ein Pressure-Swing-Adsorption ( PSA) -Verfahren oder ein Vacuum-Pressure-Swing-Adsorption (VPSA) -Verfahren oder ein kryogenes Trennverfahren angewendet werden .
Der Wasserstof f angereicherte erste Gasstrom trägt Wasserstof f zum Reduktionsgas bei , dieser Wasserstof f H2 ist eine Komponente des Reduktionsgases ; er wird erfindungsgemäß zumindest teilweise bei der Bereitstellung des Reduktionsgases genutzt . Das Reduktionsgas kann auch noch andere Komponenten, beispielsweise Wasserstof f H2 aus anderen Quellen, enthalten; es kann auch Wasserstof f H2 enthalten, der aus abseits der Abkühlung erfolgender Spaltung von Ammoniak NH3 stammt . Der Wasserstof f H2 kann aber auch durch Elektrolyse , durch Reformierung von Erdgas gewonnen werden oder aus anderen Quellen wie Syngas oder Koksofengas stammen . Bei der Bereitstellung des Reduktionsgases werden seine Komponenten vereinigt . Andere Komponenten des Reduktionsgases können neben Wasserstof f H2 auch andere Gase sein; bei den anderen Gasen kann es sich beispielsweise um CO oder CH4 handeln .
Bevorzugt beträgt der Gehalt des Wasserstof f angereicherten erstes Gasstroms an Wasserstof f H2 über 90 Volumsi .
Der Wasserstof f angereicherte erste Gasstrom kann vollständig genutzt werden, um Wasserstof f zum Reduktionsgas bei zutragen; es kann aber auch nur eine Teilmenge des Wasserstof f angereicherten ersten Gasstromes genutzt werden, um Wasserstof f zum Reduktionsgas bei zutragen . Der Rest des Wasserstof f angereicherten ersten Gasstromes kann anderen Verwendungsmöglichkeiten zugeführt werden .
Andere Verwendungsmöglichkeiten sind beispielsweise : 202400244
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- Nutzung als Brenngas zur Vorwärmung des Reduktionsgases in einem Reduktionsgasofen oder einem Reformer ;
- Nutzung als Brenngas zur Vorwärmung von höheren Kohlenwasserstof fen - beispielsweise Erdgas welche anschließend in den Prozessgaskreislauf beigemengt wird, um eine Karburierung des Eisenschwammes durchzuführen beziehungsweise zu fördern;
- Nutzung als Brenngas zur Vorwärmung beziehungsweise zum Spalten von Ammoniak NH3, das einen Beitrag zur Bereitung des Reduktionsgas leistet - beispielsweise als Komponente des Reduktionsgases ;
- Nutzung als Brenngas zur Vorwärmung von im Prozess der Direktreduktion verwendeten Inertgasen - beispielsweise Stickstof f wobei die Inertgase beispielsweise zur Verwendung im Bottom Seal Leg oder Top Seal Leg eines MIDREX- Verfahrens vorgesehen sind;
- Nutzung als Brenngas für die Erzeugung von Wärme oder Dampf oder Heißwasser ;
- Nutzung als Brenngas in einem Kraftwerk, beispielhaft zur Stromerzeugung, Dampf erzeugung oder Wärmeerzeugung - beispielhaft Fernwärme ;
- Nutzung als Brenngas in einem Hüttenwerk, überall wo Wärme benötigt wird, etwa für Pfannenbehei zung, Rollenherdofen, in einer Pelletier- oder Sinteranlage oder andere industrielle Schritte in der Eisen- und Stahlerzeugung;
- Nutzung in einem Syntheseprozess , beispielsweise zur Herstellung von Synthetic Natural Gas , synthetischen Kraftstof fen, in einer Fischer-Tropsch Synthese , zur Herstellung von Ethanol , Hydrocracking;
- Nutzung zum Export von Wasserstof f , etwa nach Abfüllung in Flaschen, Kesselwägen oder anderen Gebinden;
- Nutzung als Brenngas für die Vorwärmung, Trocknung, Oxidation von Erzen;
- Nutzung als Brenngas für andere Prozesse . 202400244
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Der Rest des Wasserstof f angereicherten ersten Gasstrom muss aber nicht anderen Verwendungsmöglichkeiten zugeführt werden, er kann auch ohne weitere Verwendung einer Verbrennung beziehungsweise Freisetzung an einer Fackel zugeführt werden .
Es ist auch möglich, den gesamten Wasserstof f angereicherten ersten Gasstrom für die aufgezählten anderen Verwendungsmöglichkeiten zu nutzen oder ohne weitere Verwendung einer Verbrennung beziehungsweise Freisetzung an einer Fackel zuzuführen .
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst eine Auftrennung zumindest einer Teilmenge des abgeführten Abkühlungs-Abgases ; es kann das gesamte abgeführte Abkühlungs-Abgas der Auftrennung unterworfen werden, oder es kann auch Abkühlungs- Abgas geben, das keiner Auftrennung unterworfen wurde . Auch Abkühlungs-Abgas , das keiner Auftrennung unterworfen wurde , kann für die voranstehend für den Wasserstof f angereicherten ersten Gasstrom aufgezählten anderen Verwendungsmöglichkeiten genutzt werden oder ohne weitere Verwendung einer Verbrennung beziehungsweise Freisetzung an einer Fackel zugeführt werden .
Der Stickstof f angereicherte zweite Gasstrom kann beispielsweise folgenden Verwendungsmöglichkeiten zugeführt werden :
- Nutzung als Inertgas in einem industriellen Prozess - etwa zum Purgen oder Inertisieren;
- als Druckerhaltungsmaßnahme für die Einspeicherung in Kohlenwasserstof f-Lagerstätten, beispielsweise bei der Förderung von Erdöl , Erdgas , Kondensaten;
- bei zumindest teilweisem Wasserstof f anteil im Stickstof f angereicherten zweiten Gasstrom kann dieser - 202400244
14 analog zu der voranstehend für den Wasserstof f angereicherten ersten Gasstrom gemachten Auf zählung - als Brenngas oder für chemische Prozesse wie Synthesen verwendet werden .
Es wird also ein wasserstof fbasiertes Direktreduktionsverfahren vorgestellt , in welchem Ammoniak NH3 als Wasserstof f quelle genutzt wird, und nitridierter Eisenschwamm bereitgestellt wird, wobei die Verfahrens führung energie- und ressourcenef fi zient erfolgt . Durch die Nutzung des Wärmeinhaltes des Eisenschwamms zur Spaltung von Ammoniak NH3 im Kühlungsschritt , der einen Temperaturbereich durchläuft , der zur Erzeugung von Eisennitriden im Eisenschwamm notwendig ist , und die nachfolgende Nutzung des entstandenen Wasserstof fs H2 für die Direktreduktion - unter weitgehender Vermeidung von Eintrag des dabei entstandenen Stickstof fs N2 in den Direktreduktionsprozess - , ist anderweitiger Bedarf an Spaltungsenergie und beziehungsweise Bedarf an einer separaten Spaltungsvorrichtung zur Ammoniakspaltung vermindert . Die duale Nutzung von Ammoniak NH3 einerseits als Kühlmittel und andererseits als Wasserstof f lief erant ist ressourcenschonend .
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist , dass infolge der Passivierung bei nitridiertem Eisenschwamm auf eine Brikettierung zur Erzielung einer Passivierung verzichtet werden kann . Da Brikettierung sich nachteilig auf die Verarbeitbarkeit des Eisenschwamms in nachfolgenden Verarbeitungsschritten - beispielsweise Aufschmel zen - auswirken kann, ist die Möglichkeit eines Verzichts auf Brikettierung vorteilhaft .
Bevorzugt leistet eine Teilmenge des abgeführten Abkühlungs- Abgases einen Beitrag zur Abkühlung . Dazu wird die Teilmenge dem abzukühlenden Eisenschwamm zugeführt , gegebenenfalls unter Zuspeisung von Ammoniak NH3 . Dadurch ergibt sich 202400244
15 beispielsweise die Möglichkeit , im Abkühlungs-Abgas enthaltenen Ammoniak NH3 der Abkühlung erneut bereitzustellen .
Nach einer Aus führungs form wird bei einer derartigen Rezirkulierung einer Teilmenge des abgeführten Abkühlungs- Abgases eine Steuerung und/oder Regelung der der Auftrennung zugeführten Teilmenge des abgeführten Abkühlungs-Abgases vorgenommen .
Bevorzugt wird über die Steuerung und/oder Regelung der Größe der Menge der der Auftrennung zugeführten Teilmenge des abgeführten Abkühlungs-Abgases eine Steuerung und/oder Regelung des Gasdrucks bei der Abkühlung - also beispielsweise in der Kühl zone des Reduktionsreaktors oder im Kühlreaktor - vorgenommen . Eine Steuerung und/oder Regelung des Gasdrucks bei der Abkühlung ist für eine kontrollierte Verfahrens führung eines industriellen Prozesse ohnehin durchzuführen .
Der erste Gasstrom trägt Wasserstof f H2 zum Reduktionsgas bei ; es ist bevorzugt , Wasserstof f H2 des ersten Gasstroms durch Wärmetausch mit abgeführtem Abkühlungs-Abgas zu erwärmen . Dabei kann der Wasserstof f H2 im ersten Gasstrom erwärmt werden, also der erste Gasstrom erwärmt werden - es kann aber auch ein Vorläufer des Reduktionsgases , der den Wasserstof f H2 des ersten Gasstroms enthält , erwärmt werden .
Wasserstof f H2 des ersten Gasstroms kann auch mittels einer Hei zvorrichtung - beispielsweise Reduktionsgasofen, Elektroheater - erwärmt werden . Bei Nutzung eines Reduktionsgasofens mit Verbrennung eines Brennstof fs kann gegebenenfalls zweiter Gasstrom - vollständig oder teilweise 202400244
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- als Brennstof f oder Brennstof f komponente genutzt werden . Dabei kann der Wasserstof f H2 im ersten Gasstrom erwärmt werden, also der erste Gasstrom erwärmt werden - es kann aber auch ein Vorläufer des Reduktionsgases , der den Wasserstof f H2 des ersten Gasstroms enthält , erwärmt werden .
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist eine Vorrichtung zur Nitridierung von Eisenschwamm, umfassend eine Vorrichtung zur Direktreduktion von eisenoxidhaltigem Material zu Eisenschwamm mit einem Reduktionsreaktor und einer Zufuhrleitung zur Zufuhr von Reduktionsgas und/oder eines Vorläufers des Reduktionsgases zum Reduktionsreaktor, und umfassend eine Kühlvorrichtung zur Abkühlung des Eisenschwamms auf eine Temperatur unter 450 ° C, wobei eine Ammoniakzufuhrleitung in die Kühlvorrichtung mündet , dadurch gekennzeichnet , dass von der Kühlvorrichtung eine Abkühlungsabgasleitung zur Abführung von bei der Abkühlung anfallendem Abkühlungs-Abgas nach außen ausgeht , welche in eine Gasauf trennvorrichtung zur Auftrennung von, gegebenenfalls aufbereitetem, Abkühlungs-Abgas , in einen Wasserstof f angereicherten ersten Gasstrom und einen Stickstof f angereicherten zweiten Gasstrom mündet , wobei von der Gasauf trennvorrichtung eine 202400244
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Wasserstof fgasstromausleitung zur Ausleitung des ersten Gasstroms ausgeht , und die Wasserstof fgasstromausleitung eine Mündung in die Zufuhrleitung aufweist .
Mit so einer Vorrichtung zur Nitridierung von Eisenschwamm kann das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden .
Bei dem Reduktionsreaktor handelt es sich beispielsweise um einen Reduktionsschacht - zum Beispiel bei Durchführung eines Direktreduktionsverfahrens mit einem ein Festbett von eisenoxidhaltigem Material enthaltenden Reduktionsschacht . Bei dem Reduktionsreaktor handelt es sich beispielsweise um einen Fließbettreaktor - zum Beispiel bei Durchführung eines Direktreduktionsverfahrens mit einem ein Fließbett von eisenoxidhaltigem Material enthaltenden Reduktionsreaktor . Der Fließbettreaktor kann dabei auch mehrere einzelne Teilreaktoren umfassen, die beispielweise parallel oder sequenziell geschaltet sind und gemeinsam den Fließbettreaktor bilden .
Bei dem Reduktionsreaktor handelt es sich beispielsweise um einen Wirbelschichtreaktor - zum Beispiel bei Durchführung eines Direktreduktionsverfahrens mit einem eine Wirbelschicht von eisenoxidhaltigem Material enthaltenden Reduktionsreaktor . Der Wirbelschichtreaktor kann dabei auch mehrere einzelne Teilreaktoren umfassen, die beispielweise parallel oder sequenziell geschaltet sind und gemeinsam den Wirbelschichtbettreaktor bilden .
Das Reduktionsgas ist das in den Reduktionsreaktor beziehungsweise seinen eisenoxidhaltiges Material enthaltenden Innenraum - in dem die Reduktionsreaktionen stattfinden - eingeleitete Gas mit seiner bei der Einleitung vorliegenden Zusammensetzung und Temperatur . Bevor diese 202400244
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Zusammensetzung und Temperatur gegeben sind, liegt ein Vorläufer des Reduktionsgases vor, auf dessen Basis das Reduktionsgas zubereitet wird . Wenn es ein Vorläufer ist , erfolgen noch weitere Schritte wie beispielsweise Zumischung zusätzlicher Komponenten oder Erhitzung auf die bei der Einleitung in den Reduktionsreaktor gewünschte Temperatur oder zu einer Veränderung der Zusammensetzung führende chemische Reaktionen . Die Zubereitung kann beispielsweise durch Hinzugabe weiterer Komponenten oder Erhitzung erfolgen . Die Zubereitung kann auch durch im Vorläufer ohne äußeres Zutun ablaufende chemische Reaktionen erfolgen, welche beispielsweise die chemische Zusammensetzung beziehungsweise die Temperatur ändern .
Die Zufuhrleitung dient zur Zufuhr von - Wasserstof f H2 umfassendem - Reduktionsgas zum Reduktionsreaktor beziehungsweise zur Zufuhr eines Vorläufers des Reduktionsgases zum Reduktionsreaktor .
Die Ammoniakzufuhrleitung dient zur Zufuhr von Ammoniakhaltigem Gas in die Kühlvorrichtung . Damit kann das Ammoniak NH3, das einen Beitrag zur Abkühlung leisten soll , zugeführt werden .
Von der Kühlvorrichtung geht eine Abkühlungsabgasleitung zur Abführung von bei der Abkühlung anfallendem Abkühlungs-Abgas nach außen aus . Die Abkühlungsabgasleitung mündet zumindest in eine Gasauf trennvorrichtung . Die Gasauf trennvorrichtung dient zur Auftrennung von Abkühlungs-Abgas zumindest in einen Wasserstof f angereicherten ersten Gasstrom und einen Stickstof f angereicherten zweiten Gasstrom mündet . Das Abkühlungsabgas enthält Wasserstof f H2 und Stickstof f N2 . Der Wasserstof f angereichterte erste Gasstrom ist bezüglich 202400244
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Stickstof f gehalt abgereichert ; der Stickstof f angereicherte zweite Gasstrom ist bezüglich Wasserstof f gehalt abgereichert . Bei der Gasauf trennvorrichtung kann es sich beispielsweise um eine Vorrichtung zur Durchführung eines Membranverfahrens oder eines Pressure-Swing-Adsorption ( PSA) -Verfahrens oder eines Vacuum-Pressure-Swing-Adsorption (VPSA) -Verfahrens oder eines kryogenen Trennverfahrens handeln . Bevorzugt ist unter einer Gasauf trennvorrichtung eine Vorrichtung zu verstehen, in der verschiedene molekular und/oder atomar vorliegenden Bestandteile eines Gasstroms , der ein Gemisch aus mehreren Gasen ist , voneinander getrennt werden, so dass mehrere bezüglich dieser Bestandteile angereicherte beziehungsweise abgereicherte Ströme entstehen . Auch der Verfahrensschritt der Auftrennung des abgeführten Abkühlungs-Abgases in einen Wasserstof f angereicherten ersten Gasstrom und einen Stickstof f angereicherten zweiten Gasstrom ist bevorzugt in diesem Sinne zu verstehen .
Gegebenenfalls ist sind in der Abkühlungsabgasleitung eine oder mehrere Aufbereitungsvorrichtungen vorhanden; die Aufbereitungsvorrichtungen dienen beispielsweise zur :
- Abkühlung;
- Entstaubung;
- Kompression .
Von der Gasauf trennvorrichtung geht eine Wasserstof fgasstromausleitung zur Ausleitung des ersten Gasstroms aus . Die Wasserstof fgasstromausleitung weist zumindest eine Mündung in die Zufuhrleitung auf . Dadurch kann der Wasserstof f angereicherte erste Gasstrom Wasserstof f H2 zum Reduktionsgas beitragen; dieser Wasserstof f H2 wird eine Komponente des Reduktionsgases und wird bei der Zubereitung des Reduktionsgases genutzt . 202400244
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Zumindest eine Teilmenge des Wasserstof f angereicherten ersten Gasstroms wird als Komponente bei der Zubereitung des Reduktionsgases genutzt .
Nutzung einer Teilmenge liegt sowohl vor, wenn bei unveränderter Zusammensetzung des Topgases nur eine Teilmenge des anfallenden Volumens an erstem Gasstrom genutzt wird, als auch, wenn nicht alle Bestandteile des ersten Gasstroms genutzt werden - also beispielsweise , wenn eine Anreicherung eines Bestandteiles - beispielsweise Anreicherung von Wasserstof f H2 - stattfindet und der entsprechend angereicherte Gasstrom vollständig oder teilweise genutzt wird .
Ein Schritt bei der Zubereitung des Reduktionsgases kann also die Vermischung von erstem Gasstrom mit anderen Komponenten des Reduktionsgases sein; entweder bildet die dabei erhaltene Gasmischung das Reduktionsgas , oder das Reduktionsgas wird auf Basis dieser Gasmischung zubereitet , wobei noch weitere Schritte wie beispielsweise Zumischung zusätzlicher Komponenten oder Erhitzung auf die bei der Einleitung in den Reduktionsreaktor gewünschte Temperatur, oder zu einer Veränderung der Zusammensetzung führende chemische Reaktionen erfolgen .
Nach einer Aus führungs form ist die Kühlvorrichtung zur Abkühlung des Eisenschwamms als Teilabschnitt des Reduktionsreaktors ausgeführt . Die Kühlvorrichtung ist somit in den Reduktionsreaktor integriert ; sie kann als Kühl zone des Reduktionsreaktors bezeichnet werden .
Nach einer anderen Aus führungs form ist die Kühlvorrichtung zur Abkühlung des Eisenschwamms als Kühlreaktor ausgeführt . Der Kühlreaktor ist vom Reduktionsreaktor verschieden; es handelt sich beim Reduktionsreaktor und beim Kühlreaktor um 202400244
21 zwei verschiedene Reaktoren, der Kühlreaktor ist nicht in den Reduktionsreaktor integriert .
Eine Material zufuhrleitung verbindet Reduktionsreaktor und Kühlreaktor, sie dient zur Zufuhr von Eisenschwamm aus dem Reduktionsreaktor in den Kühlreaktor .
Vorzugsweise ist eine Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung zur Einstellung eines für Nitridierung optimalen Temperaturverlaufs in der Kühlvorrichtung durch Änderung der Kühlgasmenge und/oder der Zugabemenge an Ammoniak NH3 vorgesehen .
Bevorzugt ist diese Vorrichtung geeignet zur Steuerung und/oder Regelung unter Nutzung von Informationen über die Zusammensetzung des Abkühlungs-Abgases , und/oder von Temperaturmessungen im Inneren der Kühlvorrichtung, und/oder von Temperaturmessungen am Abkühlungs-Abgas .
Bevorzugt ist eine Rezirkulierungsleitung vorhanden, die von der Abkühlungsabgasleitung abzweigt und in die Kühlvorrichtung und/oder in die Ammoniakzufuhrleitung mündet . Damit kann eine Teilmenge des abgeführten Abkühlungs-Abgases einen Beitrag zur Abkühlung leisten . Dazu wird die Teilmenge dem abzukühlenden Eisenschwamm zugeführt , gegebenenfalls unter Zuspeisung von Ammoniak NH3 . Dadurch ergibt sich die Möglichkeit , im Abkühlungs-Abgas enthaltenen Ammoniak NH3 der Abkühlung erneut bereitzustellen .
Dabei ist es bevorzugt , eine Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Größe der der Gasauf trennvorrichtung zugeführten Teilmenge des abgeführten Abkühlungs-Abgases vorzusehen .
Dabei ist es bevorzugt , wenn die Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Größe der der Gasauf trennvorrichtung zugeführten Teilmenge des abgeführten Abkühlungs-Abgases eine 202400244
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Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung des Gasdrucks bei der Abkühlung ist .
Nach einer Aus führungs form ist in der Wasserstof fgasstromausleitung und/oder der Zufuhrleitung ein Wärmetauscher zur Erwärmung von Wasserstof f H2 des ersten Gasstroms durch Wärmetausch mit abgeführtem Abkühlungs-Abgas vorgesehen .
Nach einer Aus führungs form ist in der Wasserstof fgasstromausleitung und/oder der Zufuhrleitung eine Hei zvorrichtung - beispielsweise Reduktionsgasofen, Elektroheater - zur Erwärmung von Wasserstof f H2 des ersten Gasstroms vorgesehen .
Bei Nutzung eines Reduktionsgasofens mit Verbrennung eines Brennstof fs kann eine Speisleitung zur Zuspeisung von zweitem Gasstrom - vollständig oder teilweise - als Brennstof f oder Brennstof f komponente zum Reduktionsgasofen vorgesehen sein .
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist eine Signalverarbeitungseinrichtung mit einem maschinenlesbaren Programmcode , dadurch gekennzeichnet , dass er Steuer und/oder Regelbefehle zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist . Bei einem weiteren Gegenstand handelt es sich um eine Signalverarbeitungseinrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 .
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist ein maschinenlesbarer Programmcode für eine Signalverarbeitungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet , dass der Programmcode Steuer und/oder Regelbefehle aufweist , welche die Signalverarbeitungseinrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens veranlassen . Bei einem 202400244
23 weiteren Gegenstand handelt es sich um ein Computerprogrammprodukt umfassend Befehle für eine Signalverarbeitungseinrichtung, die bei der Aus führung des Programms für die Signalverarbeitungsvorrichtung diese veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen .
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist ein Speichermedium mit einem darauf gespeicherten erfindungsgemäßen maschinenlesbaren Programmcode . Bei einem weiteren Gegenstand handelt es sich um ein Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 .
Kurze Beschreibungen der Zeichnungen
Die Erfindung wird nun anhand von Aus führungsbeispielen näher erläutert . Die Zeichnung ist beispielhaft und soll den Erfindungsgedanken zwar darlegen, ihn aber keines falls einengen oder gar abschließend wiedergeben . Dabei zeigt :
Fig . 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ablauf es
Fig . 2 eine schematische Darstellung einer anderen Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrensablaufes
Fig . 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrensablaufes
Figur 1 zeigt schematisch den erfindungsgemäßen Verfahrensablauf . Eisenoxidhaltiges Material 1 wird in einen Reduktionsreaktor 2 - als Beispiel schematisch dargestellt 202400244
24 ist ein Reduktionsschacht , es könnte aber auch ein Fließbettreaktor sein oder ein Wirbelschichtreaktor - eingegeben und dort mittels Wasserstof f H2 umfassenden Reduktionsgases zu Eisenschwamm direktreduziert . Eine Teilmenge des Wasserstof fs H2 stammt aus Spaltung von Ammoniak NH3 . Das Reduktionsgas wird dem das eisenoxidhaltige Material in seinem Innenraum enthaltenden Reduktionsreaktor 2 über die Zufuhrleitung 3 zugeführt . Der Eisenschwamm wird in einer Kühlvorrichtung 4 auf eine Temperatur unter 450 ° C abgekühlt . Dargestellt ist die Kühlvorrichtung 4 als vom Reduktionsreaktor 2 separater Kühlreaktor ; der Eisenschwamm aus dem Reduktionsreaktor 2 wird dem Kühlreaktor über die Material zufuhrleitung 5 zugeführt . Eine Ammoniakzufuhrleitung 6 mündet in die Kühlvorrichtung 4 , sie dient der Zufuhr von Ammoniak NH3 in die Kühlvorrichtung 4 , wo das Ammoniak NH3 einen Beitrag zur Abkühlung leistet . In der Kühlvorrichtung wird aus dem Eisenschwamm, der das Produkt der Direktreduktion im Reduktionsreaktor 2 ist , nitridierter Eisenschwamm hergestellt . Bevorzugt weist der nitridierte Eisenschwamm nach der Abkühlung auf eine Temperatur unter 450 ° C einen Gehalt an Eisennitriden über 20 Gewichts! auf , besonders bevorzugt weist er einen Gehalt an Eisennitriden über 50 Gewichts! auf .
Bei der Abkühlung anfallendes Abkühlungs-Abgas wird über die von der Kühlvorrichtung 4 ausgehende Abkühlungsabgasleitung 7 abgeführt . Diese mündet in eine Gasauf trennvorrichtung 8 zur Auftrennung von Abkühlungs-Abgas in einen Wasserstof f angereicherten ersten Gasstrom und einen Stickstof f angereicherten zweiten Gasstrom . Von der Gasauf trennvorrichtung 8 geht eine Wasserstof fgasstromausleitung 9 zur Ausleitung des ersten Gasstroms aus . Die Wasserstof fgasstromausleitung 9 weist eine Mündung in die Zufuhrleitung 3 auf . Dadurch kann der 202400244
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Wasserstof f H2 des ersten Gasstroms zum Reduktionsgas beitragen .
In der Abkühlungsabgasleitung könnten eine oder mehrere Aufbereitungsvorrichtungen - beispielsweise zur Abkühlung, Entstaubung, Kompression - vorhanden sein, das ist zur besseren Übersichtlichkeit nicht extra dargestellt . In diesem Fall wird der Gasauf trennvorrichtung 8 entsprechend aufbereitetes Abkühlungs-Abgas zugeführt .
Eine Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung zur Einstellung eines für Nitridierung optimalen Temperaturverlaufs in der Kühlvorrichtung durch Änderung der Kühlgasmenge und/oder der Zugabemenge an Ammoniak NH3 kann vorgesehen sein, wobei diese bevorzugt geeignet ist zur Steuerung und/oder Regelung unter Nutzung von Informationen über die Zusammensetzung des Abkühlungs-Abgases , und/oder von Temperaturmessungen im Inneren der Kühlvorrichtung, und/oder von Temperaturmessungen am Abkühlungs-Abgas . Zur besseren Übersichtlichkeit wird auf eine Darstellung in Figur 1 verzichtet .
Figur 2 zeigt schematisch eine andere Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs . Figur 2 ist weitgehend analog zu Figur 1 , unterscheidet sich aber unter anderem dadurch, dass eine Rezirkulierungsleitung 10 vorhanden ist , die von der Abkühlungsabgasleitung 7 abzweigt und in die Ammoniakzufuhrleitung 6 mündet . Damit kann eine Teilmenge des abgeführten Abkühlungs-Abgases einen Beitrag zur Abkühlung leisten .
Optional ist eine Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Größe der der Gasauf trennvorrichtung zugeführten Teilmenge des abgeführten Abkühlungs-Abgases vorgesehen . 202400244
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Diese kann eine Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung des Gasdrucks bei der Abkühlung sein .
Das ist zur besseren Übersichtlichkeit nicht extra dargestellt .
In der Wasserstof fgasstromausleitung 9 und/oder der Zufuhrleitung 3 kann ein Wärmetauscher zur Erwärmung von Wasserstof f H2 des ersten Gasstroms durch Wärmetausch mit abgeführtem Abkühlungs-Abgas vorgesehen sein . Das ist zur besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt .
In der Wasserstof fgasstromausleitung 9 und/oder der Zufuhrleitung 3 kann eine Hei zvorrichtung - beispielsweise Reduktionsgasofen, Elektroheater - zur Erwärmung von Wasserstof f H2 des ersten Gasstroms vorgesehen sein . Beispielhaft ist so ein optional vorhandener ein Reduktionsgasofen 11 in der Wasserstof fgasstromausleitung 9 strichliert dargestellt .
Der Reduktionsgasofens 11 arbeitet mit Verbrennung eines Brennstof fs . Im dargestellten Beispiel geht eine Speisleitung 12 zur Zuspeisung von zweitem Gasstrom als
Brennstof f komponente zum Reduktionsgasofen 11 von der Gasauf trennvorrichtung 8 aus .
Figur 3 zeigt schematisch weitgehend analog zu Figur 1 eine andere Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs . Figur 3 unterscheidet sich von Figur 1 dadurch, dass die Kühlvorrichtung zur Abkühlung des Eisenschwamms als Teilabschnitt 13 des Reduktionsreaktors 2 ausgeführt ist . Die Kühlvorrichtung ist somit in den Reduktionsreaktor 2 integriert ; sie ist eine Kühl zone des Reduktionsreaktors 2 . 202400244
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Bezugs Zeichenliste
1 eisenoxidhaltiges Material
2 Reduktionsreaktor
3 Zuf uhrleitung
4 Kühlvorrichtung
5 Materi al zuf uhrleitung
6 Ammoniak zuf uhrleitung
7 Ab kühlungs abgas lei tung
8 Gasauf trennvor richt ung
9 Wasserstoff gas st romaus le itung
10 Rezirkulierungsleitung
11 Reduktionsgasof en
12 Speisleitung
13 Teilabschnitt ( des
Reduktionsreaktors 29

Claims

202400244 28 Ansprüche
1 . Verfahren zur Nitridierung von Eisenschwamm, umfassend Direktreduktion von eisenoxidhaltigem Material ( 2 ) zu Eisenschwamm, wobei Wasserstof f H2 umfassendes Reduktionsgas eingesetzt wird, wobei zumindest eine Teilmenge des Wasserstof fs H2 aus Spaltung von Ammoniak NH3 stammt , und wobei das Reduktionsgas einem das eisenoxidhaltige Material in einem Innenraum enthaltenden Reduktionsreaktor
( 1 ) zugeführt wird, und umfassend Abkühlung des Eisenschwamms auf eine Temperatur unter 450 ° C, dadurch gekennzeichnet , dass die Abkühlung des Eisenschwamms auf eine Temperatur unter 450 ° C unter Nutzung eines Ammoniak NH3 enthaltenden Kühlgases erfolgt , und die Abkühlung in zumindest einem Mitglied der Gruppe bestehend aus a ) Kühl zone des Reduktionsreaktors , b ) Kühlreaktor, stattf indet , bei der Abkühlung anfallendes Abkühlungs-Abgas zumindest teilweise aus a ) und/oder b ) nach außen abgeführt wird, und eine Auftrennung zumindest einer Teilmenge des nach außen abgeführten Abkühlungs-Abgases , gegebenenfalls nach einer Aufbereitung, in einen Wasserstof f angereicherten ersten Gasstrom und einen Stickstof f angereicherten zweiten Gasstrom erfolgt , 202400244
29 und der erste Gasstrom Wasserstof f H2 zum Reduktionsgas beiträgt .
2 . Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass der nitridierte Eisenschwamm nach der Abkühlung auf eine Temperatur unter 450 ° C einen Gehalt an Eisennitriden über 20 Gewichts! , besonders bevorzugt über 50 Gewichts! , ganz besonders bevorzugt über 70 Gewichts! , äußerst besonders bevorzugt über 90 Gewichts! aufweist .
3 . Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , dass bei der Abkühlung eine Regelung und/oder Steuerung zur Einstellung eines für Nitridierung optimalen Temperaturverlaufs durch Änderung der Kühlgasmenge und/oder der Zugabemenge an Ammoniak NH3 erfolgt .
4 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet , dass eine Steuerung und/oder Regelung der Abkühlung unter Nutzung von Informationen über die Zusammensetzung des Abkühlungs-Abgases , und/oder von Temperaturmessungen im Inneren der Kühl zone beziehungsweise des Kühlreaktors , und/oder von Temperaturmessungen am Abkühlungs-Abgas erfolgt .
5 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet , dass eine Teilmenge des abgeführten Abkühlungs-Abgases einen Beitrag zur Abkühlung leistet .
6 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet , dass bei einer Rezirkulierung einer Teilmenge des abgeführten Abkühlungs-Abgases zur Abkühlung eine Steuerung und/oder Regelung der der Auftrennung zugeführten Teilmenge des abgeführten Abkühlungs-Abgases vorgenommen wird . 202400244
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7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass über die Steuerung und/oder Regelung der Größe der Menge der der Auftrennung zugeführten Teilmenge des abgeführten Abkühlungs-Abgases eine Steuerung und/oder Regelung des Gasdrucks bei der Abkühlung vorgenommen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Wasserstoff H2 des ersten Gasstroms durch Wärmetausch mit abgeführtem Abkühlungs-Abgas erwärmt wird .
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Wasserstoff H2 des ersten Gasstroms mittels einer Heizvorrichtung erwärmt wird.
10. Vorrichtung zur Nitridierung von Eisenschwamm, umfassend eine Vorrichtung zur Direktreduktion von eisenoxidhaltigem Material zu Eisenschwamm mit einem Reduktionsreaktor (1) und einer Zufuhrleitung (3) zur Zufuhr von Reduktionsgas und/oder eines Vorläufers des Reduktionsgases zum Reduktionsreaktor (1) , und umfassend eine Kühlvorrichtung (4) zur Abkühlung des Eisenschwamms auf eine Temperatur unter 450°C, wobei eine Ammoniakzufuhrleitung (6) in die Kühlvorrichtung (4) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass 202400244
31 von der Kühlvorrichtung (4) eine Abkühlungsabgasleitung (7) zur Abführung von bei der Abkühlung anfallendem Abkühlungs- Abgas nach außen ausgeht, welche in eine Gasauf trennvorrichtung (8) zur Auftrennung von, gegebenenfalls aufbereitetem, Abkühlungs-Abgas, in einen Wasserstoff angereicherten ersten Gasstrom und einen Stickstoff angereicherten zweiten Gasstrom mündet, wobei von der Gasauf trennvorrichtung (8) eine Wasserstoffgasstromausleitung (9) zur Ausleitung des ersten Gasstroms ausgeht, und die Wasserstoffgasstromausleitung (9) eine Mündung in die Zufuhrleitung (3) aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (4) zur Abkühlung des Eisenschwamms als Teilabschnitt des Reduktionsreaktors (1) ausgeführt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (4) zur Abkühlung des Eisenschwamms als Kühlreaktor ausgeführt.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung zur Einstellung eines für Nitridierung optimalen Temperaturverlaufs in der Kühlvorrichtung (4) durch Änderung der Kühlgasmenge und/oder der Zugabemenge an Ammoniak NH3 vorgesehen ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rezirkulierungsleitung (10) vorhanden ist, die von der Abkühlungsabgasleitung (7) abzweigt und in die Kühlvorrichtung (4) und/oder in die Ammoniakzufuhrleitung (6) mündet. 202400244
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15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Größe der der Gasauf trennvorrichtung (8) zugeführten Teilmenge des abgeführten Abkühlungs-Abgases vorgesehen ist.
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