AT509224B1 - Verfahren und vorrichtung zur regelung der temperatur von prozessgasen aus anlagen zur roheisenherstellung für die nutzung einer entspannungsturbine - Google Patents

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Temperatur von Prozessgasen aus Anlagen zur Roheisenherstellung für die Nutzung in einer EntspannungsturbineGezeigt wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Temperatur von Prozessgasen (12) aus Anlagen zur Roheisenherstellung für die Nutzung in einer Entspannungsturbine (34), dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittstemperatur des Prozessgases (12) bei Eintritt in die Entspannungsturbine (34) so eingestellt wird, dass sie nicht unter eine minimale Eintrittstemperatur fällt, bei welcher in der Entspannungsturbine Kondensation auftritt, und/oder dass das Prozessgas (12) gekühlt wird, sodass das aus der Entspannungsturbine austretende Prozessgas bei Eintritt in einen Niederdruckgasspeicher (13) eine für diesen zulässige maximale Eintrittstemperatur nicht überschreitet. Dadurch kann zumindest entweder die Abkühlung des Exportgases beim Austritt aus der Entspannungsturbine auf bzw. unter die Kondensationstemperatur verhindern oder für die Einleitung des Exportgases in einen Niederdruckgasspeicher den Einsatz von Exportgaskühlern vermeiden.

Description

österreichisches Patentamt AT509 224B1 2011-07-15

Beschreibung

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR REGELUNG DER TEMPERATUR VON PROZESSGASEN AUS ANLAGEN ZUR ROHEISENHERSTELLUNG FÜR DIE NUTZUNG IN EINER ENTSPANNUNGSTURBINE

[0001] Zur Herstellung von Roheisen, womit auch die Herstellung roheisenähnlicher Produkte umfasst sein soll, gibt es im Wesentlichen zwei bekannte gängige Verfahren: das Hochofenverfahren und die Schmelzreduktion.

[0002] Beim Hochofenverfahren wird zuerst Roheisen aus Eisenerz mit Hilfe von Koks hergestellt. Außerdem kann zusätzlich Schrott eingesetzt werden. Danach wird durch weitere Verfahren aus Roheisen Stahl hergestellt. Das Eisenerz wird als Stückerz, Pellets oder Sinter zusammen mit den Reduktionsmitteln (meist Koks, oder auch Kohle, z.B. in Form einer Feinkohleeindüsanlage) und weiteren Bestandteilen (Kalkstein, Schlackenbildner, usw.) zum sogenannten Möller vermischt und anschließend in den Hochofen chargiert. Der Hochofen ist ein metallurgischer Reaktor, in dem im Gegenstrom die Möllersäule mit heißer Luft, dem sogenannten Heißwind, reagiert. Durch Verbrennen des Kohlenstoffs aus dem Koks entstehen die für die Reaktion nötige Wärme und Kohlenmonoxid bzw. Wasserstoff, das einen wesentlichen Teil des Reduktionsgases darstellt und das die Möllersäule durchströmt und das Eisenerz reduziert. Als Ergebnis entstehen Roheisen und Schlacke, die periodisch abgestochen werden.

[0003] Im sogenannten Sauerstoffhochofen, welcher auch als Hochofen mit Top- oder Gichtgasrückführung bezeichnet wird, wird bei der Vergasung von Koks bzw. Kohle sauerstoffhälti-ges Gas mit mehr als 80% Sauerstoffanteil (02) in den Hochofen eingeblasen.

[0004] Für das aus dem Hochofen austretende Gas, das sogenannte Topoder Gichtgas, muss eine Gasreinigung vorgesehen werden (z.B. Staubabscheider und/oder Zyklone in Kombination mit Nasswäschern, Schlauchfiltereinheiten oder Heißgasfiltern). Weiters wird beim Sauerstoffhochofen meist ein Kompressor, vorzugsweise mit Nachkühler, für das in den Hochofen zurückgeführte Topgas vorgesehen sowie eine Vorrichtung zur C02-Entfernung, nach dem Stand der Technik meist mittels Druckwechsel-Adsorption.

[0005] Weitere Optionen für die Ausgestaltung eines Hochofenverfahrens sind ein Erhitzer für das Reduktionsgas und/oder eine Brennkammer für die teilweise Verbrennung mit Sauerstoff.

[0006] Die Nachteile des Hochofens sind die Anforderungen an die Einsatzmaterialien und der hohe Ausstoß an Kohlendioxid. Der eingesetzte Eisenträger und der Koks müssen stückig und hart sein, sodass genügend Hohlräume in der Möllersäule bestehen bleiben, die das Durchströmen durch den eingeblasenen Wind gewährleisten. Der C02-Ausstoß stellt eine starke Umweltbelastung dar. Deshalb gibt es Bestrebungen, die Hochofenroute abzulösen. Zu nennen sind hier die Eisenschwammherstellung auf Basis von Erdgas (MIDREX, HYL, FINMET) sowie die Schmelzreduktionsverfahren (COREX®- und FINEX®-Verfahren).

[0007] Bei der Schmelzreduktion kommt ein Einschmelzvergaser zum Einsatz, in dem heißes flüssiges Metall hergestellt wird, sowie zumindest ein Reduktionsreaktor, in dem der Träger des Eisenerzes (Stückerz, Feinerz, Pellets, Sinter) mit Reduktionsgas reduziert wird, wobei das Reduktionsgas im Einschmelzvergaser durch Vergasung von Kohle (und gegebenenfalls eines kleinen Anteils von Koks) mit Sauerstoff (90% oder mehr) erzeugt wird.

[0008] Auch beim Schmelzreduktionsverfahren sind in der Regel [0009] - Gasreinigungsanlagen (einerseits für das Topgas aus dem Reduktionsreaktor, ande rerseits für das Reduktionsgas aus dem Einschmelzvergaser), [0010] - ein Kompressor, vorzugsweise mit Nachkühler, für das in den Reduktionsreaktor zurückgeführte Reduktionsgas, [0011] - eine Vorrichtung zur C02-Entfernung, nach dem Stand der Technik meist mittels

Druckwechsel-Adsorption [0012] - sowie optional ein Erhitzer für das Reduktionsgas und/oder eine Brennkammer für die teilweise Verbrennung mit Sauerstoff vorgesehen. 1/22 österreichisches Patentamt AT509 224B1 2011-07-15 [0013] Das COREX®-Verfahren ist ein zweistufiges Schmelzreduktionsverfahren (engl.: smel-ting reduction). Die Schmelzreduktion kombiniert den Prozess der Direktreduktion (Vorreduktion von Eisen zu Eisenschwamm) mit einem Schmelzprozess (Hauptreduktion).

[0014] Das ebenfalls bekannte FINEXd^Verfahren entspricht im Wesentlichen dem COREX®-Verfahren, allerdings wird Eisenerz als Feinerz eingebracht.

[0015] Das Prozessgas, das aus dem Verfahren der Roheisenherstellung oder der Synthesegasherstellung abgezogen wird, weil es dort nicht mehr verwendet werden kann, wird oft als „Exportgas" bezeichnet. Es dient insbesondere als Bezeichnung für jenen Teil des Topgases, das aus dem Prozess der Roheisenerzeugung abgezogen, in der Regel gekühlt, etwa in einem Abhitzekessel, und in der Regel auch entstaubt, insbesondere trocken entstaubt, wird.

[0016] Nach der Trockenentstaubung und der Wärmeauskopplung aus dem Topgas einer COREX®^Anlage besitzt das Gas eine Temperatur von etwa 150-250°C und einen Druck von typischer Weise 3 barg.

[0017] Das Topgas einer COREX®-Anlage hat nach der Trockenentstaubung und der Wärmeauskopplung in etwa folgende Zusammensetzung: [0018] CO 38,5 vol% [0019] C02 31,6 vol% [0020] H2 15,3 vol% [0021] H20 11,1 vol% [0022] CH4 1,5 vol% [0023] N2 2,0 vol% [0024] Das Exportgas kann, etwa mittels ein- oder zweistufiger Radialkompressoren, komprimiert und anschließend gekühlt werden, um z.B. als Brenngas gleich weiter verwendet oder gelagert werden zu können.

[0025] Es kann aber der Energieinhalt des Exportgases, die Druck- und Wärmeenergie, auch in einer sogenannten Expansions- oder Entspannungsturbine (englisch: Topgas Recovery Turbine, kurz TRT) für die Stromerzeugung eingesetzt werden. Das Exportgas nach der Entspannungsturbine weist einen geringeren Druck und eine geringere Temperatur als vor der Entspannungsturbine auf.

[0026] Bei einer COREX® C-3000 Anlage mit einer Exportgasproduktion von etwa 327.000 Nm3/h, einer Trockenentstaubung, einer Entspannungsturbine mit einem Wirkungsgrad von 85% und einem damit verbundenen Generator mit einem Wirkungsgrad von 97% ergeben sich -bei einer Exportgaszusammensetzung wie oben -bei den unten angegebenen Eintrittstemperaturen und -drücken beim Eintritt in die Entspannungsturbine die folgenden Austrittstemperaturen und -drücke für das Exportgas beim Austritt aus der Entspannungsturbine sowie die erzeugte elektrische Leistung und das in der Entspannungsturbine anfallende Kondensat:

Eintrittsdruck [bara]: 3 3 3 3 3 3 3 Eintrittstemp. [°C] 250 200 150 146,5 100 50 40 Austrittsdruck [barQ]: 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 Austrittstemp. [°C] 136 95 54 51 46 8 -6 Elektr. Leistung [MW] 15, 6 14,1 12, 6 12,5 11, 7 9,4 8,8 Kondensat m_ 0 0 0 0 7,4 27,1 28,4 2/22 österreichisches Patentamt AT509 224B1 2011-07-15 [0027] Aufgrund von Temperaturverlusten der Exportgasleitungen können die tatsächlichen Temperaturen von den oben und weiter unten angegebenen Temperaturen abweichen. Die Betriebsparameter der Entspannungsturbine werden ebenso in Abhängigkeit von der Gaszusammensetzung des Exportgases variieren und daher von den oben genannten Parametern abweichen.

[0028] Wird statt einer Trockenentstaubung für das Topgas einer COREX®-Anlage eine Nassreinigung durchgeführt, ergeben sich folgende typische Werte:

Eintrittsdruck [bara]: 1,5 Eintrittstemp. [°C] 40 Austrittsdruck [bara]: 0,15 Austrittstemp. [°C] 12 Elektr. Leistung [MW] 5,9 Kondensat ft/hl 4,1 [0029] Wenn die Eintrittstemperatur des Exportgases beim Eintritt in die Entspannungsturbine unter eine Temperatur von etwa 150°C fällt, genauer gesagt unter 146,5°C, dann fällt die Austrittstemperatur des Exportgases beim Austritt aus der Entspannungsturbine unter die Kondensationstemperatur von 51 °C. Dadurch kommt es zu Tropfenschlag innerhalb der Entspannungsturbine und zu Anbackungen durch Staub sowie gegebenenfalls zur Kondensation von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen, kurz PAK. Das führt dazu, dass die Lebensdauer der Entspannungsturbine reduziert wird und die Entspannungsturbine alle 3-4 Monate zur Wartung, nämlich zur Entfernung der Ablagerungen, abgestellt werden muss.

[0030] Für jede Entspannungsturbine kann in Abhängigkeit vom Wassergehalt des Exportgases jene minimale Eintrittstemperatur bestimmt werden, bei welcher gerade noch keine Kondensation in der Entspannungsturbine statt findet. Hat das Exportgas bei Eintritt in die Expansionsturbine eine niedrigere Temperatur als diese minimale Eintrittstemperatur, dann tritt Kondensation auf.

[0031] Wenn andererseits die Eintrittstemperatur des Exportgases beim Eintritt in die Entspannungsturbine auf über 175°C ansteigt, dann erhöht sich die Austrittstemperatur des Exportgases auf über 75°C. Da das Exportgas zur Vergleichmäßigung seiner Menge und seines Heizwerts in einen Niederdruckgasspeicher eingeleitet wird, muss in diesem Fall die Temperatur des Exportgases vor dem Eintritt in den Niederdruckgasspeicher durch direkte oder indirekte Kühlung reduziert werden. Bei Eintritt in einen Niederdruckgasspeicher sollte das Exportgas daher eine maximale Exportgastemperatur nicht überschreiten.

[0032] Der Einsatz von Exportgaskühlern zu diesem Zweck hat aber die folgenden Nachteile: [0033] - Investitionskosten für Kühler, Pumpen, Rohrleitungen, Wasserbecken, Rückkühlung; [0034] - Stromverbrauch für Pumpen und Rückkühlung sowie gegebenenfalls Wasser verbrauch; [0035] - Umweltprobleme im Fall von direkten Kühlern, da durch den direkten Kontakt des Kühlwassers mit dem Exportgas darin enthaltene Schadstoffe in die Umwelt gelangen können; [0036] - Anbackungen im Fall von indirekten Kühlern.

[0037] Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, zumindest entweder die Abkühlung des Exportgases beim Austritt aus der Entspannungsturbine auf bzw. unter die Kondensationstempe- 3/22 österreichisches Patentamt AT509 224B1 2011-07-15 ratur zu verhindern oder für die Einleitung des Exportgases in einen Niederdruckgasspeicher den Einsatz von Exportgaskühlern im kontinuierlichen Betrieb zu vermeiden.

[0038] Die Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst, indem die Eintrittstemperatur des Prozessgases bei Eintritt in die Entspannungsturbine so eingestellt wird, dass sie nicht unter eine minimale Eintrittstemperatur fällt, bei welcher in der Entspannungsturbine Kondensation auftritt, und/oder dass das Prozessgas gekühlt wird, sodass das aus der Entspannungsturbine austretende Prozessgas bei Eintritt in einen Niederdruckgasspeicher eine für diesen zulässige maximale Eintrittstemperatur nicht überschreitet, und zwar durch zumindest eine der folgenden Maßnahmen: [0039] - Regelung der Prozessgastemperatur durch Regelung einer Abwärmerückgewin nungsanlage, insbesondere einer Abhitzedampferzeugeranlage, welche das Prozessgas vor dem Eintritt in die Entspannungsturbine durchströmt, [0040] - Regelung der Prozessgastemperatur durch Regelung der Menge an Prozessgas, welches an der Abwärmerückgewinnungsanlage, insbesondere der Abhitzedampferzeugeranlage, ungekühlt vorbei geleitet wird, [0041] - Zumischung von gekühltem, unter Druck stehendem weiteren Prozessgas zum Pro zessgas vor der Entspannungsturbine, [0042] - Einspritzen von Wasser in das Prozessgas (wodurch allerdings die Taupunkttempera turen verschoben werden würden), [0043] - Zumischung von kaltem Restgas aus einer Anlage zur C02-Entfernung zum Prozess gas nach der Entspannungsturbine.

[0044] Es bestehen somit drei Varianten der Erfindung: [0045] A) Die Eintrittstemperatur des Prozessgases bei Eintritt in die Entspannungsturbine wird so eingestellt, dass sie nicht unter eine minimale Eintrittstemperatur fällt, bei welcher in der Entspannungsturbine Kondensation auftritt. Das Prozessgas wird also entweder nicht oder in der Regel durch die Abwärmerückgewinnungsanlage nur soweit gekühlt, dass keine Komponenten des Prozessgases in der Entspannungsturbine kondensieren. Dabei ist die Abwärmerückgewinnungsanlage als Teil der Anlage zur Roheisenherstellung sowieso vorhanden, um die Wärme des heißen Prozessgases (etwa 350-450°C) für die Dampferzeugung, zum Aufwärmen weiterer Prozessgase oder einem anderen Wärmeträgermedium (z.B. Stickstoff oder Thermoöl) zu nutzen. Im eingangs genannten Beispiel der COREX®-Anlage bedeutet dies, dass aufgrund der erfindungsgemäßen Regelung die Eintrittstemperatur des Prozessgases nicht unter 146,5°C sinken darf.

[0046] Es kann aber sein, dass durch diese Maßnahme das Prozessgas nach der Entspannungsturbine zu heiß für den Niederdruckgasspeicher ist.

[0047] B) Das Prozessgas wird so weit gekühlt, dass das aus der Entspannungsturbine austretende Prozessgas bei Eintritt in einen Niederdruckgasspeicher eine für diesen zulässige maximale Exportgastemperatur nicht überschreitet. Dabei nimmt man gegebenenfalls Kondensation in der Entspannungsturbine in Kauf. Das Prozessgas wird dabei entweder schon vor der Entspannungsturbine gekühlt, etwa durch Kühlung des Gases in der Abwärmerückgewinnungsanlage und/oder durch Zumischen von gekühltem weiterem Prozessgas vor der Entspannungsturbine und/oder durch Einspritzen von Wasser vor der Entspannungsturbine, und/oder durch Einspritzen von Wasser nach der Entspannungsturbine und/oder durch Zumischen von kaltem Restgas aus einer Anlage zur C02-Entfernung nach der Entspannungsturbine. Bei einer Kühlung vor der Entspannungsturbine kann es dann zur Kondensation in der Entspannungsturbine kommen.

[0048] Im eingangs genannten Beispiel der COREXQD-Anlage bedeutet diese Maßnahme, dass die Eintrittstemperatur des Prozessgases in die Entspannungsturbine lediglich auf unter 175°C geregelt wird. Oder dass die Eintrittstemperatur des Prozessgases in die Entspannungsturbine nicht geregelt wird, aber das aus der Entspannungsturbine austretende Prozessgas auf unter 4/22 österreichisches Patentamt AT509 224B1 2011-07-15 75°C gekühlt wird.

[0049] C) Die Eintrittstemperatur des Prozessgases bei Eintritt in die Entspannungsturbine wird so eingestellt, dass sie nicht unter eine minimale Eintrittstemperatur fällt, bei welcher in der Entspannungsturbine Kondensation auftritt und gleichzeitig wird sichergestellt, dass das Prozessgas bei Eintritt in einen Niederdruckgasspeicher eine für diesen zulässige maximale Exportgastemperatur nicht überschreitet. Bei dieser Maßnahme wird sowohl die Kondensation in der Entspannungsturbine vermieden als auch eine genügend niedrige Prozessgastemperatur bei Eintritt in den Niederdruckgasspeicher sichergestellt. Dies kann allein durch Maßnahmen vor der Entspannungsturbine geschehen, also beispielsweise nur durch eine entsprechende Regelung der Abwärmerückgewinnungsanlage, gegebenenfalls unter Einbeziehung des daran ungekühlt vorbei geleiteten Prozessgases. Zusätzlich kann aber auch gekühltes weiteres Prozessgas eingeleitet oder Wasser eingespritzt werden. Im eingangs genannten Beispiel der COREX®-Anlage kann dies etwa so realisiert werden, dass die Eintrittstemperatur des Prozessgases in die Entspannungsturbine auf einen Wert im Bereich zwischen etwa 150°C bis 175°C geregelt wird. Es kann aber auch bei dieser dritten Methode der Erfindung das Abgas zusätzlich nach der Entspannungsturbine gekühlt werden, durch Einspritzen von Wasser und/oder durch Zumischen von kaltem Restgas aus einer Anlage zur C02-Entfernung.

[0050] Beim Einspritzen von Wasser in das Prozessgas, was in der Regel vor der Entspannungsturbine erfolgt, ist jedenfalls zu beachten, dass sich dadurch die Kondensationstemperatur bzw. Taupunktstemperatur erhöht und damit die minimale Eintrittstemperatur, bei welcher in der Entspannungsturbine Kondensation auftritt.

[0051] Die Abwärmerückgewinnungsanlage muss nicht als Abhitzedampferzeugeranlage ausgebildet sein. Es können stattdessen auch andere Wärmetauscher verwendet werden. So könnten etwa ein oder mehrere Gas-Gas-Wärmetauscher eingesetzt werden, etwa zum Aufwärmen von weiteren Prozessgasen der Anlage zur Roheisenherstellung. Oder es können andere Wärmeträgermedien aufgewärmt werden, wie Stickstoff oder Thermoöl, um indirekt zum Erwärmen anderer Medien eingesetzt zu werden. Selbstverständlich sind auch Kombinationen verschiedener Abwärmerückgewinnungsanlagen möglich.

[0052] In der Regel wird als durch die Entspannungsturbine geleitetes Prozessgas ein Abgas verwendet, das zuvor aus der Anlage zur Roheisenherstellung entfernt wurde und nach der Entspannungsturbine nicht wieder in die Anlage zur Roheisenherstellung zurück geführt wird. Dies wird als „Exportgas" bezeichnet, weil es eben aus der Anlage zur Roheisenherstellung endgültig abgezogen wird. Die Anlage zur Roheisenherstellung umfasst hier neben Hochofen bzw. Einschmelzvergaser und Reduktionsschächten bzw. -reaktoren auch die Filteranlagen (Heißgasfilter, Schlauchfilter, Zyklone) und etwaige Abhitzekessel für die Kühlung von Exportgas sowie eine etwaige Anlage zur Entfernung von C02.

[0053] Dieses Prozess- oder Exportgas kann nun Topgas aus einem Hochofen, insbesondere aus einem Sauerstoffhochofen, enthalten.

[0054] Es kann aber auch Abgas aus einer Schmelzreduktionsanlage enthalten, insbesondere [0055] - Abgas aus einem Einschmelzvergaser, [0056] - Abgas aus zumindest einem Reduktionsreaktor, [0057] - Abgas aus zumindest einem Festbettreaktor, insbesondere zur Vorwärmung und/oder

Reduktion von Eisenoxiden und/oder Eisenbriketts.

[0058] So kommen etwa beim COREX®-Verfahren ein Einschmelzvergaser und zumindest ein Festbettreaktor zur Reduktion von Eisenträgern zum Einsatz, beim Fl NEX®-Verfahren ein Einschmelzvergaser und mehrere hintereinander geschaltete, als Wirbelschichtreaktoren ausgebildete Reduktionsreaktoren.

[0059] Das für die Erfindung verwendete Prozess- oder Exportgas aus einer Schmelzreduktionsanlage kann sich selbstverständlich aus mehreren Quellen der Schmelzreduktionsanlage speisen. In der Regel werden die Teilströme aus den einzelnen Anlagenteilen (Einschmelzver- 5/22 österreichisches Patentamt AT509 224B1 2011-07-15 gaser, Reduktionsreaktor, Festbettreaktor) zeitlich variieren.

[0060] Die genannten Prozessgase aus der Anlage zur Roheisenherstellung (Hochofen oder Schmelzreduktionsanlage) können zusätzlich auch auf anderem Wege aus der Anlage entnommen und gekühlt werden und als gekühltes, unter Druck stehendes weiteres Prozessgas dem sogenannten Exportgas vor der Entspannungsturbine zum Zwecke der Kühlung zugemischt werden, wobei diese auch zum Zwecke der Erwärmung zugemischt werden könnten, wenn etwa das Export- oder Prozessgas durch die Abwärmerückgewinnungsanlage zu stark abgekühlt wurde und diese Gasströme zuvor im heißen Zustand gereinigt worden sind.

[0061] Es bietet sich an, jenes gekühlte Prozessgas zu verwenden, das in der Anlage zur Roheisenherstellung sowieso bei der Roheisenherstellung anfällt, etwa das gereinigte und gekühlte Reduktionsgas aus einem Einschmelzvergaser, welches nicht zu den Reduktionsreaktoren geleitet worden ist (Überschussgas).

[0062] Zur Vermeidung von Kondensation in der Entspannungsturbine kann vorgesehen werden, dass die Eintrittstemperatur des Prozessgases bei Eintritt in die Entspannungsturbine nicht unter der minimalen Eintrittstemperatur von etwa 145°C liegt.

[0063] Um sowohl Kondensation als auch eine zu hohe Eintrittstemperatur des Export- oder Prozessgases in den Niederdruckgasspeicher zu verhindern, wird am besten vorgesehen, dass die Eintrittstemperatur des Prozessgases bei Eintritt in die Entspannungsturbine auf einen Wert im Bereich von 150-175°C eingestellt wird. Dadurch ergibt sich eine Austrittstemperatur des Prozessgases aus der Entspannungsturbine im Bereich von 55-75°C, eine weitere Kühlung nach der Entspannungsturbine ist dann nicht mehr notwendig.

[0064] Das Export- oder Prozessgas kann aber zusätzlich oder alternativ auch noch vor oder nach der Entspannungsturbine soweit gekühlt werden, dass die maximale Eintrittstemperatur in den Niederdruckgasspeicher von etwa 80°C nicht überschritten wird.

[0065] Um die Entspannungsturbine vor Abrasion und Verunreinigung zu schützen, kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Teil des Prozessgases vor der Entspannungsturbine trocken entstaubt wird. In der Regel erfolgt die Trockenentstaubung ohnehin in der Anlage zur Roheisenherstellung, es muss dann keine eigene Trockenentstaubung für die Entspannungsturbine installiert werden. Die Trockenentstaubung erfolgt in typischer Weise mittels Schlauchfilter, die der Abwärmerückgewinnungsanlage nachgeschaltet sind, oder mittels keramischer Heißgasfilter, die der Abwärmerückgewinnungsanlage vorgeschaltet sind. Zusätzlich können noch Heißgaszyklone oder sogenannte „dust catcher" (Staubabscheider) zum Einsatz kommen, wobei diese der groben Entstaubung dienen und den Anlagen zur Feinentstaubung (Schlauchfilter, Heißgasfilter) vorgeschaltet sind. Die Trockenentstaubung hat gegenüber nassen Verfahren den Vorteil, dass dem Prozessgas dabei viel weniger Energie entzogen wird, die ja in der Entspannungsturbine genutzt werden soll.

[0066] Eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann so ausgeführt sein, dass die Anlage zur Roheisenherstellung mit zumindest einer ersten Prozessgasleitung zur Einleitung von Prozessgas in eine Entspannungsturbine verbunden ist, und die [0067] Entspannungsturbine durch eine zweite Prozessgasleitung mit einem Niederdruckgasspeicher für Prozessgas verbunden ist, wobei zusätzlich noch zumindest eine der folgenden Einrichtungen vorgesehen ist: [0068] - eine erste Regelungseinrichtung und eine vor der Entspannungsturbine, insbesondere in der Anlage zur Roheisenherstellung, angeordnete Abwärmerückgewinnungsanlage, insbesondere eine Abhitzedampferzeugeranlage, wobei die erste Regelungseinrichtung für die Abwärmerückgewinnungsanlage zur Regelung der Prozessgastemperatur dient, [0069] - eine zweite Regelungseinrichtung und eine Bypassleitung, wobei die zweite Rege lungseinrichtung zur Regelung der Menge an Prozessgas, welches an der Abwärme- 6/22 österreichisches Patentamt AT509 224B1 2011-07-15 rückgewinnungsanlage, insbesondere der Abhitzedampferzeugeranlage, mittels einer Bypassleitung ungekühlt vorbei geleitet wird, dient, [0070] - eine dritte Regelungseinrichtung, mit welcher die Menge an gekühltem, unter Druck stehendem weiteren Prozessgas aus der Anlage zur Roheisenherstellung, welches in die erste Prozessgasleitung geleitet wird, geregelt wird, [0071] - eine vierte Regelungseinrichtung, mit welcher die Menge an Wasser, welche mittels einer Einspritzeinrichtung in die erste oder zweite Prozessgasleitung eingespritzt werden kann, geregelt wird, [0072] - eine fünfte Regelungseinrichtung, mit welcher die Menge an kaltem Restgas aus einer

Anlage zur C02-Entfernung mittels einer Restgasleitung in die zweite Prozessgasleitung zum Prozessgas gemischt wird, geregelt wird.

[0073] Sind mehrere dieser fünf genannten Regelungseinrichtungen vorhanden, so werden diese mit einer zentralen Regelung verknüpft bzw. eine der Regelungseinrichtungen, etwa die erste, übernimmt die Berechnung der Soll- und Stellwerte und Steuerung der anderen Regelungseinrichtungen.

[0074] Soll das Exportgas aus einem Hochofen in die Entspannungsturbine geleitet werden, wird zumindest eine Leitung vorgesehen, mit welcher Topgas aus einem Hochofen, insbesondere aus einem Sauerstoffhochofen mit Topgasrückführung, in die erste Prozessgasleitung geleitet werden kann.

[0075] Soll das Exportgas aus einer Schmelzreduktionsanlage in die Entspannungsturbine geleitet werden, wird zumindest eine Leitung vorgesehen, mit welcher Abgas aus einer Schmelzreduktionsanlage in die erste Prozessgasleitung geleitet werden kann. Dabei ist dann vorgesehen, dass zumindest eine dieser Leitungen mit zumindest einer der folgenden Einrichtungen verbunden ist: [0076] - mit einem Einschmelzvergaser, [0077] - mit einem oder mehreren Reduktionsreaktoren, [0078] - mit einem Festbettreaktor, insbesondere zur Vorwärmung und/oder Reduktion von

Eisenoxiden und/oder Eisenbriketts.

[0079] Vor der Entspannungsturbine kann eine Anlage zur Trockenentstaubung des Prozessgases angeordnet sein. Dies dient dem Schutz der Entspannungsturbine vor Verunreinigung und Abrasion.

[0080] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beispielhaften und schematischen Figuren näher erläutert.

[0081] Fig. 1 [0082] Fig. 2 [0083] Fig. 3 [0084] Fig. 4 [0085] Fig. 5 [0086] Fig. 6 [0087] In Fig zeigt eine COREX®-Anlage mit Schlauchfiltern zur Entstaubung und nachgeschalteter Entspannungsturbine, zeigt eine COREX®-Anlage mit Keramikfiltern zur Entstaubung und nachgeschalteter Entspannungsturbine, zeigt eine FINEX®-Anlage mit Schlauchfiltern zur Entstaubung und nachgeschalteter Entspannungsturbine, zeigt eine FINEX®-Anlage mit Keramikfiltern zur Entstaubung und nachgeschalteter Entspannungsturbine, zeigt einen Sauerstoffhochofen mit Schlauchfiltern zur Entstaubung und nachgeschalteter Entspannungsturbine. zeigt einen Sauerstoffhochofen mit Keramikfiltern zur Entstaubung und nachgeschalteter Entspannungsturbine. 1 ist eine COREX®-Anlage dargestellt. Sie weist in diesem Beispiel einen Reduk- 7/22 österreichisches Patentamt AT509 224B1 2011-07-15 tionsschacht 17 auf, welcher als Festbettreaktor ausgebildet ist und mit Stückerz, Pellets, Sinter und Additiven beschickt wird, siehe Bezugszeichen 18.

[0088] Im Gegenstrom zum Stückerz etc. 18 wird das Reduktionsgas 19 geführt. Es wird im unteren Bereich des Reduktionsschachts 17 eingebracht und tritt an dessen Oberseite als Topgas 22 aus. Die Wärme des Topgases 22 aus dem Reduktionsschacht 17 wird in einem Abhitzekessel 21 zur Dampferzeugung genutzt, der dabei entstehende Niederdruckdampf kann einem Stripper einer - hier nicht dargestellten - Anlage 14 zur chemischen Absorption von C02 zugeführt werden. Vor Eintritt in den Abhitzekessel 21 kann das Topgas 22 in einem Staubabscheider oder Zyklon 23 von grobem Staub befreit werden. Der abgeschiedene Staub 24 aus dem Zyklon 23 kann in den Einschmelzvergaser 48 zurückgeführt werden.

[0089] Das aus dem Abhitzekessel 21 austretende Topgas wird in einem Schlauchfilter 30 weiter gereinigt und als Exportgas 12 der Entspannungsturbine 34 zugeleitet.

[0090] Das Reduktionsgas 19 für den Reduktionsschacht 17 wird in einem Einschmelzvergaser 48 hergestellt, in den einerseits Kohle in Form von stückiger Kohle 4 9 und gegebenenfalls von Kohle in Pulverform zugeführt wird, in den andererseits das im Reduktionsschacht 17 vorreduzierte Eisenerz zugegeben wird. Mit der stückigen Kohle 49 kann auch Feinerz 47, das zu fein für den Reduktionsschacht 17 ist, eingebracht werden.

[0091] Die Kohle im Einschmelzvergaser 48 wird vergast, es entsteht ein Gasgemisch, das hauptsächlich aus CO und H2 besteht, und als Topgas (Generatorgas) 54 abgezogen und ein Teilstrom als Reduktionsgas 19 dem Reduktionsschacht 17 zugeleitet wird, nachdem es in einem Abscheider 59, der hier als Heißgaszyklon ausgebildet ist, von Staub und Feinerz gereinigt wurde. Der hier abgeschiedene Staub und das abgeschiedene Feinerz 25 werden in den Einschmelzvergaser 48 zurückgeführt.

[0092] Das im Einschmelzvergaser 48 erschmolzene heiße Metall und die Schlacke werden abgezogen, siehe Pfeil 58.

[0093] Das aus dem Einschmelzvergaser 48 abgezogene Topgas 54 wird zuerst in einen Abscheider 59 geleitet, um mit ausgetragenen Staub abzuscheiden und den Staub 25 - gegebenenfalls über Staubbrenner - in den Einschmelzvergaser 48 zurückzuführen.

[0094] Ein Teil des vom Grobstaub gereinigten Topgases 54 wird mittels Nasswäscher 26 weiter gereinigt und als Überschussgas 27 aus der COREX®-Anlage entnommen und - erfindungsgemäß - dem Exportgas 12 vor der Entspannungsturbine 34 zugeführt. Alternativ oder zusätzlich kann ein Teil des Überschussgases 27 zur Kühlung des Exportgases 12 diesem nach der Entspannungsturbine 34 zugemischt werden.

[0095] Ein Teil des gereinigten Top- oder Generatorgases 54 nach dem Nasswäscher 26 wird zur Abkühlung einem Gaskompressor 63 zugeleitet und dann als Kühlgas 28 wieder dem Topoder Generatorgas 54 nach dem Einschmelzvergaser 48 zur Kühlung zugeführt. Durch diese Rückführung können die darin enthaltenen reduzierenden Anteile noch für das COREX®-Verfahren ausgenützt werden und andererseits kann die erforderliche Kühlung des heißen Topoder Generatorgases 54 von ca. 1050°C auf 700-870°C sichergestellt werden.

[0096] Zwischen dem Zyklon 23 und dem Abhitzekessel 21 wird mit einer ersten Einspritzeinrichtung 29 Wasser in das Topgas 22 eingedüst, um es zu kühlen. Nach dem Abhitzekessel 21 gelangt das Topgas 22 in den Schlauchfilter, wo der feine Staub abgeschieden wird. Nach dem Schlauchfilter beginnt die erste Prozessgasleitung 31 für das Exportgas 12, welche bei der Entspannungsturbine 34 endet. Die zweite Prozessgasleitung 32 beginnt bei der Entspannungsturbine 34 und endet beim Exportgasbehälter 13, der als Niederdruckgasspeicher ausgebildet ist.

[0097] In die erste Prozessgasleitung mündet zuerst die Leitung für das Überschussgas 27, danach ist eine zweite Einspritzeinrichtung 33 vorgesehen, um das Exportgas 12 weiter zu kühlen.

[0098] Mittels einer Bypassleitung 36 kann Topgas 22 ungekühlt am Abhitzekessel 21 vorbei 8/22 österreichisches Patentamt AT509 224B1 2011-07-15 geleitet werden.

[0099] In einer ersten Regelungseinrichtung 45 werden die Vorgänge im Abhitzekessel 21 geregelt, sie ist aber auch mit den übrigen erfindungsgemäßen Regelungseinrichtungen verbunden, wie die strichlierten Linien zeigen: [00100] - mit einer zweiten Regelungseinrichtung, hier in Form eines regelbaren Ventils 46, mit welcher die Bypassleitung 36 ganz oder teilweise geöffnet bzw. gesperrt werden kann, [00101] - mit einer dritten Regelungseinrichtung, hier in Form eines regelbaren Ventils 57, für die Leitung für das Überschussgas 27 und [00102] - mit einer vierten Regelungseinrichtung, hier in Form eines regelbaren Ventils 56 für die zweite Einspritzeinrichtung 33.

[00103] Weiters ist die erste Regelungseinrichtung 45 mit einem ersten Temperatursensor 67 verbunden, der die Temperatur des Exportgases 12 direkt vor dem Eintritt in die Entspannungsturbine 34 misst, mit einem zweiten Temperatursensor 68, der die Temperatur des Exportgases 12 direkt nach dem Austritt aus der Entspannungsturbine 34 misst, und einem dritten Temperatursensor 69, der die Differenz der Messwerte des ersten und des zweiten Temperatursensors misst.

[00104] Ausgehend von den gemessenen Temperaturwerten werden dann die Sollwerte ermittelt und mit Hilfe der genannten Regelungseinrichtungen eingestellt.

[00105] Überschüssiges Exportgas kann vor der Entspannungsturbine 34 durch eine erste Leitung 70 und nach der Entspannungsturbine 34 durch eine zweite Leitung 71 zu einer Fackelanlage 72 gefördert und dort abgefackelt werden.

[00106] Ein Teil des Exportgases 12 kann nach einer Druckmessung mit einem Drucksensor 73 mittels einer Bypassleitung 74 für die Entspannungsturbine 34 an dieser vorbeigeleitet werden. Dies ist im speziellen zum An- und Herunterfahren der Entspannungsturbine erforderlich, kann aber auch im Normalbetrieb zur Regelung von Teilgasmengen verwendet werden.

[00107] Zur Sicherheit kann nach der Entspannungsturbine 34 trotzdem ein Exportgaskühler 75 angeordnet werden, durch welchen das Gasgemisch aus Exportgas 12 nach der Entspannungsturbine 34 und Überschussgas 27, das nach der Entspannungsturbine 34 eingeleitet wurde, ganz oder teilweise gekühlt wird. Der zu kühlende Teil wird aus der zweiten Prozessgasleitung 32 entnommen, durch den Exportgaskühler 75 geführt und wieder der zweiten Prozessgasleitung 32 zugeführt. Zur Kühlung wird Kaltwasser 76 verwendet. Falls die erfindungsgemäße Regelung ausfällt, kann mittels des Exportgaskühlers 75 sichergestellt werden, dass das Exportgas 12 nicht mit einer zu hohen Temperatur in den Exportgasbehälter 13 eintritt.

[00108] In Fig. 2 ist ebenso wie in Fig. 1 eine COREX®-Anlage dargestellt, allerdings unterscheidet sie sich von jener in Fig. 1 durch die verwendeten Filter zur Entstaubung.

[00109] Statt des Zyklons 23 für Topgas aus Fig. 1 wird ein Heißgasfilter 11 mit keramischen Filterelementen verwendet. In Heißgasfiltern werden Heißgasfilterelemente überwiegend in Form von porösen Kerzen aus Keramik, Faserkeramik oder Sintermetall eingesetzt. Der auf den Filterkerzen angesammelte Staub kann durch eine Rückspüleinrichtung, welche typischerweise mit Stickstoff N2 betrieben wird, von den Filterkerzen abgereinigt werden.

[00110] Der im Heißgasfilter 11 abgeschiedene Staub kann alternativ wieder dem Einschmelzvergaser 48 zugeführt werden.

[00111] Eine weitere Ausführungsvariante besteht darin, dass vor dem Heißgasfilter 11 ein Zyklon 23, genauer gesagt, ein Heißgaszyklon angeordnet wird. Dadurch kann der Staubgehalt des Topgases 22 weiter reduziert werden.

[00112] In Fig. 3 kommt statt der COREX®-Anlage der Figuren 1 und 2 eine FINEX®-Anlage zum Einsatz. 9/22 österreichisches Patentamt AT509 224B1 2011-07-15 [00113] Das Exportgas 12 wird einer Entspannungsturbine 34 zugeführt und anschließend wieder in einem als Niederdruckgasspeicher ausgebildeten Exportgasbehälter 13 zwischengespeichert. Es kann anschließend einer Rohstofftrocknung oder einem Kraftwerk als Brennstoff zugeführt werden, siehe Bezugszeichen 35.

[00114] Die FINEX®-Anlage weist in diesem Beispiel vier Reduktionsreaktoren 37-40 auf, welche als Wirbelschichtreaktoren ausgebildet sind und mit Feinerz beschickt werden. Feinerz und Additive 41 werden der Erztrocknung 42 zugeführt und von dort zuerst dem vierten Reaktor 37, sie gelangen dann in den dritten 38, den zweiten 39 und schließlich den ersten Reduktionsreaktor 40. Anstelle von vier Wirbelschichtreaktoren 37-40 können aber auch nur drei vorhanden sein.

[00115] Im Gegenstrom zum Feinerz wird das Reduktionsgas 43 geführt. Es wird am Boden des ersten Reduktionsreaktors 40 eingebracht und tritt an dessen Oberseite aus. Bevor es von unten in den zweiten Reduktionsreaktor 39 eintritt, kann es noch mit Sauerstoff 02 erwärmt werden, ebenso zwischen zweitem 39 und drittem 38 Reduktionsreaktor. Die Wärme des Abgases 44 aus den Reduktionsreaktoren 37-40 wird in einem Abhitzekessel 21 zur Dampferzeugung genutzt, der dabei entstehende Niederdruckdampf kann dem Stripper der Anlage 14 zur chemischen Absorption von C02 zugeführt werden.

[00116] Das aus dem vierten Reduktionsreaktor 37 austretende Abgas 44 wird nach dem Abhitzekessel 21 in einem Schlauchfilter 30 gereinigt. Ein Teilstrom des aus dem Schlauchfilter 30 austretenden Abgases wird als Exportgas 12 der Entspannungsturbine 34 zugeführt, ein weiterer Teilstrom soll als Rückführgas 7 9 wieder im FINEXd^Verfahren Verwendung finden. Dazu wird es in einem Gaskühler 77 mittels Kaltwasser 78 gekühlt, im Rückführgaskompressor 80 komprimiert, in einem nachfolgenden Kühler 81 nochmals gekühlt und dann einer Anlage 14 zur Entfernung von C02 zugeführt, etwa mittels Adsorption (z.B. Druckwechselanlage oder Vakuumdruckwechselanlage) oder chemischen Absorption.

[00117] Wenn der C02-Ausstoß in die Atmosphäre bei der Herstellung von Roheisen reduziert werden soll, muss dieses aus den Abgasen aus der Roheisenerzeugung abgeschieden und in gebundener Form gespeichert werden (engl.: C02 Capture and Sequestration (CCS)).

[00118] Der Restgasstrom 82 nach der chemischen Absorption 14 enthält hauptsächlich C02, ein Teil des Restgases 82 kann durch eine Restgasleitung 84, welche in die zweite Prozessgasleitung 32 mündet, dem Exportgas 12 vor Eintritt in den Exportgasbehälter zur Kühlung zugeleitet werden. Eine entsprechende fünfte Regelungseinrichtung 20 hierfür ist in Fig. 3 eingezeichnet.

[00119] Das Reduktionsgas 43 wird in Fig. 3 in einem Einschmelzvergaser 48 hergestellt, in den einerseits Kohle in Form von stückiger Kohle 49 und von Kohle in Pulverform 50 -diese gemeinsam mit Sauerstoff 02 - zugeführt wird, in den andererseits das in den Reduktionsreaktoren 37-40 vorreduzierte und in der Eisenbrikettierung 51 in heißem Zustand zu Briketts (engl.: HCl Hot Compacted Iron) geformte Eisenerz zugegeben wird. Die Eisenbriketts gelangen dabei über eine Förderanlage 52 in einen Speicherbehälter 53, der als Festbettreaktor ausgebildet ist, wo die Eisenbriketts mit grob gereinigtem Generatorgas 54 aus dem Einschmelzvergaser 48 gegebenenfalls vorgewärmt und reduziert werden. Hier können auch kalte Eisenbriketts 65 zugegeben werden. Anschließend werden die Eisenbriketts bzw. -oxide von oben in den Einschmelzvergaser 48 chargiert. Niedrig reduziertes Eisen (engl. LRI = low reduced iron) kann ebenfalls aus der Eisenbrikettierung 51 abgezogen werden.

[00120] Die Kohle im Einschmelzvergaser 48 wird vergast, es entsteht ein Gasgemisch, das hauptsächlich aus CO und H2 besteht, und als Reduktionsgas (Generatorgas) 54 abgezogen und ein Teilstrom als Reduktionsgas 43 den Reduktionsreaktoren 37-40 zugeleitet wird.

[00121] Das im Einschmelzvergaser 48 erschmolzene heiße Metall und die Schlacke werden abgezogen, siehe Pfeil 58.

[00122] Das aus dem Einschmelzvergaser 48 abgezogene Topgas 54 wird zuerst in einen Abscheider 59 geleitet, um mit ausgetragenem Staub abzuscheiden und den Staub über 10/22 österreichisches Patentamt AT509 224B1 2011-07-15

Staubbrenner in den Einschmelzvergaser 48 zurückzuführen.

[00123] Ein Teil des vom Grobstaub gereinigten Topgases wird mittels Nasswäscher 60 weiter gereinigt und als Überschussgas 61 der Anlage 14 zur chemischen Absorption von C02 zugeführt, und zwar vor dem Rückführgaskompressor 80.

[00124] Ein weiterer Teil des gereinigten Generatorgases 54 wird ebenfalls in einem Nasswäscher 62 für Kühlgas weiter gereinigt, zur Abkühlung einem Gaskompressor 63 zugeleitet und dann nach Mischung mit dem aus der Anlage 14 entnommenen, von C02 befreiten Rückführgas 7 9 wieder dem Generatorgas 54 nach dem Einschmelzvergaser 48 zur Kühlung zugeführt. Durch diese Rückführung des von C02 befreiten Gases 79 können die darin enthaltenen reduzierenden Anteile noch für das FINEX®-Verfahren ausgenützt werden und andererseits kann die erforderliche Kühlung des heißen Generatorgases 54 sichergestellt werden.

[00125] Das aus der Speicheranlage 53, wo die Eisenbriketts bzw. Eisenoxide mit entstaubtem und gekühltem Generatorgas 54 aus dem Einschmelzvergaser 48 erwärmt und reduziert werden, austretende Topgas 55 wird in einem Nasswäscher 66 gereinigt und kann dann ebenfalls der Anlage 14 zur Entfernung von C02 zugeführt werden.

[00126] Im Falle einer chemischen Absorptionsanlage zur C02-Entfernung kann dem Stripper der Anlage 14 kann Niederdruckdampf aus dem Abhitzekessel 21 zugeführt werden. Bevorzugter Weise sollte für diesen Fall die Abwärme aus dem Eisenerzeugungsprozess verwendet werden wegen der kurzen Wegstrecken zwischen Abhitzekessel und Anlage 14 zur chemischen Absorption von C02.

[00127] Das Kondensat des Strippers kann in diesem Beispiel dem Dampfkreislauf des Abhitzekessels 21 zugeführt werden.

[00128] Das Exportgas 12 besteht hier nur aus dem Abgas 44 der Reduktionsreaktoren 37-40.

[00129] Alle in diesem Ausführungsbeispiel vorhandenen Regelungseinrichtungen (erste 45, zweite 46, vierte 56 und fünfte 20) sind untereinander verbunden und deren Stellgrößen werden zentral vorgegeben.

[00130] Die Funktionsweisen der zweiten Einspritzvorrichtung 33, des optionalen Exportgaskühlers 75, der Fackelanlage 72, der Temperatursensoren 67-69, des Drucksensors 73 und der Bypassleitung 74 sind sowie in Fig. 1 erläutert.

[00131] Die Anlage in Fig. 4 entspricht im Wesentlichen jener in Fig. 3, allerdings wird in Fig. 4 das aus dem vierten Reduktionsreaktor 37 austretende Abgas 44 vor dem Abhitzekessel 21 in einem Heißgasfilter 11 gereinigt. Ein Teilstrom des aus dem Abhitzekessel 21 austretenden Abgases wird dann als Exportgas 12 der Entspannungsturbine 34 zugeführt, ein weiterer Teilstrom soll als Rückführgas 79 wieder im FINEX®-Verfahren Verwendung finden.

[00132] In Fig. 5 wird die Erfindung anhand eines Sauerstoffhochofens dargestellt. Hier wird Eisenerz aus einer Sinteranlage 2 sowie Koks (nicht dargestellt) über eine Chargiereinrichtung von oben in den Hochofen 1 zugeführt. Sauerstoffhältiges Gas 3 mit einem Sauerstoffgehalt > 80% wird in die Ringleitung 4 eingebracht, ebenso Kohle in Pulverform 50. Im Reduktionsgasofen 6 wird Reduktionsgas 5 erwärmt, wobei für die Verbrennung Sauerstoff 02 und Verbrennungsluft zugeführt werden. Gemeinsam mit kaltem oder vorgewärmtem Sauerstoff 02wird das erwärmte Reduktionsgas 5 in den Hochofen 1 eingebracht. Schlacke 7 und Roheisen 8 werden unten aus dem Hochofen 1 abgezogen. Im oberen Teil des Hochofens 1 wird das Top- oder Gichtgas 9 entnommen und in einem Staubabscheider oder Zyklon 10 vorgereinigt. Das so gereinigte Top- oder Gichtgas 9 ist noch so heiß, dass dessen Energie sinnvoller Weise in einem Abhitzekessel 21 zur Dampferzeugung genützt wird. Wie bei den Abhitzekesseln 21 der anderen Fig. stellt auch hier der linke Kreislauf den Dampfkreislauf dar, der rechte Kreislauf dient zur Erwärmung und Verdampfung von Kondensat. Zur Kühlung des Topgases 9 vor dem Abhitzekessel ist wieder eine erste Einspritzeinrichtung 29 für Wasser vorgesehen. Mittels einer Bypassleitung 36 kann Topgas 9 wieder ungekühlt um den Abhitzekessel 21 herum geführt werden. Das Topgas 9 tritt nach dem Abhitzekessel 21 in einen Schlauchfilter 30 ein (es könnte 11/22 österreichisches Patentamt AT509 224B1 2011-07-15 an dieser Stelle aber stattdessen auch ein Nasswäscher angeordnet sein) und wird weiter gereinigt, sodass auch der feine Staub abgeschieden wird und entnommen werden kann, siehe Pfeil am unteren Ende des Schlauchfilters 30.

[00133] Das gereinigte und gegebenenfalls gekühlte Topgas 9 kann einerseits direkt als Exportgas 12 aus dem Hochofensystem entnommen und der Entspannungsturbine 34 und danach dem Exportgasbehälter 13 zugeführt werden. Andererseits kann es einer Anlage 14 zur C02-Entfernung zugeführt werden, wobei das gereinigte und rückzuführende Top- oder Gichtgas 9 zuvor in einem Gaskühler 77, der mit Kaltwasser 78 gekühlt ist, abgekühlt wird, anschließend mit einem Kompressor 15 auf etwa 2-6 barg verdichtet und in einem Nachkühler 16 auf etwa 30-60°C abgekühlt wird. Erst dann wird das rückzuführende Topgas 9 in die Anlage 14 zur C02-Entfernung eingeleitet. Die Funktionsweise dieser Anlage wurde bereits unter Fig. 3 erläutert. Zusätzlich ist in Fig. 4 eine - strichliert dargestellte - Leitung vorgesehen, mit welcher das rückzuführende Topgas 9 entweder nur am Gaskühler 77 vorbei, nur an der Anlage 14 vorbei oder an Gaskühler 77 und Anlage 14 vorbei als Brenngas in den Reduktionsgasofen 6 geleitet wird.

[00134] Das von C02 gereinigte Produktgas wird als Reduktionsgas 5 entweder direkt und/oder nach einer Erwärmung im Reduktionsgasofen 6 wieder dem Hochofen 1 zugeführt. Das C02 reiche Restgas 82 kann wie in Fig. 3 direkt in die Atmosphäre entlassen und/oder eben einer C02-Verdichtung mit anschließender C02-Lagerung zugeführt werden (engl.: Sequestration, z.B. EOR - enhanced oil recovery, EGR -enhanced gas recovery) und/oder aber auch als Ersatz für N2 bei der Eisenherstellung verwendet werden: der Restgasstrom besteht hauptsächlich aus C02 und kann daher für Chargiereinrichtungen, Sperrdichtungen und ausgewählte Spül-und Kühlgasverbraucher verwendet werden.

[00135] Ein Teil des Restgases 82 kann aber auch als Brenngas dem Reduktionsgasofen 6 zugeführt werden. Schließlich kann ein Teil des Restgases 82 durch eine Restgasleitung 84, welche in die zweite Prozessgasleitung 32 mündet, dem Exportgas 12 vor Eintritt in den Exportgasbehälter zur Kühlung zugeleitet werden. Eine entsprechende fünfte Regelungseinrichtung 20 hierfür ist in Fig. 4 eingezeichnet.

[00136] Alle in diesem Ausführungsbeispiel vorhandenen Regelungseinrichtungen (erste 45, zweite 46, vierte 56 und fünfte 20) sind untereinander verbunden und deren Stellgrößen werden zentral vorgegeben.

[00137] Die Funktionsweisen der zweiten Einspritzvorrichtung 33, des optionalen Exportgaskühlers 75, der Fackelanlage 72, der Temperatursensoren 67-69, des Drucksensors 73 und der Bypassleitung 74 sind sowie in Fig. 1 erläutert.

[00138] Die Anlage aus Fig. 6 unterscheidet sich von jener in Fig. 5 nur durch die Art der Reinigung des Topgases 9. In Fig. 6 wird nämlich das Topgas 9 nach dem Staubabscheider oder Zyklon 10 in einem Heißgasfilter 11 weiter gereinigt, sodass auch der feine Staub abgeschieden wird und entnommen werden kann, siehe Pfeil am unteren Ende des Heißgasfilters 11. Das so gereinigte Top- oder Gichtgas 9 wird erst dann in den Abhitzekessel 21 geleitet.

[00139] Das Exportgas 12 aus dem Exportgasbehälter 13 kann -unabhängig von der Ausführungsform der Erfindung - einem Kombikraftwerk oder einem Dampfkraftwerk als Brennstoff zugeleitet werden. BEZUGSZEICHENLISTE: 1 Hochofen 2 Sinteranlage 3 Sauerstoffhältiges Gas 4 Ringleitung 5 Heißwind 6 Reduktionsgasofen 7 Schlacke 8 Roheisen 12/22 österreichisches Patentamt AT509 224B1 2011-07-15 9 Top-oder Gichtgas 10 Staubabscheider oder Zyklon 11 Heißgasfilter 12 Exportgas 13 Exportgasbehälter 14 Anlage zur chemischen Absorption von C02 15 Kompressor 16 Nachkühler 17 Reduktionsschacht 18 Stückerz, Pellets, Sinter und Additive 19 Reduktionsgas für Reduktionsschacht 17 20 fünfte Regelungseinrichtung (Ventil) 21 Abhitzekessel 22 Topgas aus Reduktionsschacht 17 23 Zyklon für Topgas 22 24 Staub aus Zyklon 23 bzw. Heißgasfilter 11 25 Staub und Feinerz aus Abscheider 59 26 Nasswäscher 27 Überschussgas 28 Kühlgas 29 ersten Einspritzeinrichtung 30 Schlauchfilter 31 erste Prozessgasleitung 32 zweite Prozessgasleitung 33 zweite Einspritzeinrichtung 34 Entspannungsturbine 35 Zur Rohstofftrocknung (Kohle-, Feinkohle- oder Erztrocknung) oder zum Kraftwerk 36 Bypassleitung 37 Vierter Reduktionsreaktor 38 Dritter Reduktionsreaktor 39 Zweiter Reduktionsreaktor 40 Erster Reduktionsreaktor 41 Feinerz und Additive 42 Erztrocknung 43 Reduktionsgas 44 Abgas aus Reduktionsreaktoren 37-40 45 erste Regelungseinrichtung 46 zweite Regelungseinrichtung (Ventil) 47 Feinerz 48 Einschmelzvergaser 49 stückige Kohle 50 Kohle in Pulverform 51 Eisenbrikettierung 52 Förderanlage 53 als Festbettreaktor ausgebildeter Speicherbehälter zur Vorwärmung und Reduktion von Eisenoxiden und/oder Eisenbriketts 54 Top- oder Generatorgas aus Einschmelzvergaser 48 55 Topgas aus Speicherbehälter 53 56 vierte Regelungseinrichtung (Ventil) 57 dritte Regelungseinrichtung (Ventil) 58 heißes Metall und Schlacke 59 Abscheider für Feinerz 60 Nasswäscher für Überschussgas 61 61 Überschussgas 62 Nasswäscher für Kühlgas 13/22

Claims (14)

1. österreichisches Patentamt AT509 224B1 2011-07-15 63 Gaskompressor 64 von C02 befreiten Gas (Produktgas) aus Absorber 17 65 kalte Eisenbriketts 66 Nasswäscher für Topgas aus Speicherbehälter 53 67 erster T emperatursensor 68 zweiter T emperatursensor 69 dritter T emperatursensor 70 erste Leitung zur Fackelanlage 72 71 zweite Leitung zur Fackelanlage 72 72 Fackelanlage 73 Drucksensor 74 Bypassleitung für Entspannungsturbine 34 75 Exportgaskühler 76 Kaltwasser 77 Gaskühler für Rückführgas 78 Kaltwasser 79 Rückführgas 80 Rückführgaskompressor 81 Kühler für Rückführgas 79 bzw. 9 82 Restgas aus Anlage 14 83 Verbrennungsluft für Reduktionsgasofen 6 84 Restgasleitung Patentansprüche 1. Verfahren zur Regelung der Temperatur von Prozessgasen (12) aus Anlagen zur Roheisenherstellung für die Nutzung in einer Entspannungsturbine (34), dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittstemperatur des Prozessgases (12) bei Eintritt in die Entspannungsturbine (34) so eingestellt wird, dass sie nicht unter eine minimale Eintrittstemperatur fällt, bei welcher in der Entspannungsturbine Kondensation auftritt, und/oder dass das Prozessgas (12) gekühlt wird, sodass das aus der Entspannungsturbine austretende Prozessgas bei Eintritt in einen Niederdruckgasspeicher (13) eine für diesen zulässige maximale Eintrittstemperatur nicht überschreitet, und zwar durch zumindest eine der folgenden Maßnahmen: - Regelung der Prozessgastemperatur durch Regelung einer Abwärmerückgewinnungsanlage, insbesondere einer Abhitzedampferzeugeranlage (21), welche das Prozessgas (12) vor dem Eintritt in die Entspannungsturbine (34) durchströmt, - Regelung der Prozessgastemperatur durch Regelung der Menge an Prozessgas, welches an der Abwärmerückgewinnungsanlage, insbesondere der Abhitzedampferzeugeranlage (21), ungekühlt vorbei geleitet (36) wird, - Zumischung von gekühltem, unter Druck stehendem weiteren Prozessgas (27) zum Prozessgas (12) vor der Entspannungsturbine (34), - Einspritzen (29, 33) von Wasser in das Prozessgas (12), - Zumischung von kaltem Restgas (82) aus einer Anlage (14) zur C02-Entfemung zum Prozessgas (12) nach der Entspannungsturbine (34).
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Prozessgas (12) Abgas verwendet wird, das zuvor aus der Anlage zur Roheisenherstellung entfernt wurde und nach der Entspannungsturbine (34) nicht wieder in die Anlage zur Roheisenherstellung zurück geführt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Prozessgas und gegebenenfalls als weiteres Prozessgas Topgas (9) aus einem Hochofen, insbesondere aus einem Sauerstoffhochofen (1), verwendet wird. 14/22 österreichisches Patentamt AT509 224B1 2011-07-15
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Prozessgas und gegebenenfalls als weiteres Prozessgas Abgas (22, 27, 44) aus einer Schmelzreduktionsanlage (17, 37-40, 48), verwendet wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der folgenden Abgase verwendet wird: - Abgas (27) aus einem Einschmelzvergaser (48), - Abgas (44) aus zumindest einem Reduktionsreaktor (37-40), - Abgas (22) aus zumindest einem Festbettreaktor (17), insbesondere zur Vorwärmung und/oder Reduktion von Eisenoxiden und/oder Eisenbriketts.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittstemperatur des Prozessgases (12) bei Eintritt in die Entspannungsturbine (34) nicht unter der minimalen Eintrittstemperatur von etwa 145°C liegt.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittstemperatur des Prozessgases (12) bei Eintritt in die Entspannungsturbine (34) auf einen Wert im Bereich von 150-175°C eingestellt wird.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessgas (12) vor oder nach der Entspannungsturbine (34) soweit gekühlt wird, dass die maximale Eintrittstemperatur in den Niederdruckgasspeicher (13) von etwa 80°C nicht überschritten wird.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Prozessgases (12) vor der Entspannungsturbine (34) trocken entstaubt wird.
10. 10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage zur Roheisenherstellung mit zumindest einer ersten Prozessgasleitung (31) zur Einleitung von Prozessgas (12) in eine Entspannungsturbine (34) verbunden ist, und die Entspannungsturbine (34) durch eine zweite Prozessgasleitung (32) mit einem Niederdruckgasspeicher (13) für Prozessgas verbunden ist, wobei zusätzlich noch zumindest eine der folgenden Einrichtungen vorgesehen ist: - eine erste Regelungseinrichtung (45) und eine vor der Entspannungsturbine (34), insbesondere in der Anlage zur Roheisenherstellung, angeordnete Abwärmerückgewinnungsanlage, insbesondere eine Abhitzedampferzeugeranlage (21), wobei die erste Regelungseinrichtung (45) für die Abwärmerückgewinnungsanlage (21) zur Regelung der Prozessgastemperatur dient, - eine zweite Regelungseinrichtung (4 6) und eine Bypassleitung (36), wobei die zweite Regelungseinrichtung (4 6) zur Regelung der Menge an Prozessgas, welches an der Abwärmerückgewinnungsanlage, insbesondere der Abhitzedampferzeugeranlage (21), mittels einer Bypassleitung (36) ungekühlt vorbei geleitet wird, dient, - eine dritte Regelungseinrichtung (57), mit welcher die Menge an gekühltem, unter Druck stehendem weiteren Prozessgas (27) aus der Anlage zur Roheisenherstellung, welches in die erste Prozessgasleitung (31) geleitet wird, geregelt wird, - eine vierte Regelungseinrichtung (56), mit welcher die Menge an Wasser, welche mittels einer Einspritzeinrichtung (33) in die erste (31) oder zweite Prozessgasleitung (32) eingespritzt werden kann, geregelt wird, - eine fünfte Regelungseinrichtung (20), mit welcher die Menge an kaltem Restgas aus einer Anlage zur C02-Entfernung mittels einer Restgasleitung (84) in die zweite Prozessgasleitung (32) zum Prozessgas (12) gemischt wird, geregelt wird.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Leitung vorgesehen ist, mit welcher Topgas (9) aus einem Hochofen, insbesondere aus einem Sauerstoffhochofen (1) mit Topgasrückführung, in die erste Prozessgasleitung (31) geleitet werden kann. 15/22 österreichisches Patentamt AT509 224B1 2011-07-15
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Leitung vorgesehen ist, mit welcher Abgas (22, 27, 44) aus einer Schmelzreduktionsanlage in die erste Prozessgasleitung (31) geleitet werden kann.
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine dieser Leitungen mit zumindest einer der folgenden Einrichtungen verbunden ist: - mit einem Einschmelzvergaser (48), - mit einem oder mehreren Reduktionsreaktoren (37-40), - mit einem Festbettreaktor (17), insbesondere zur Vorwärmung und/oder Reduktion von Eisenoxiden und/oder Eisenbriketts.
14. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Entspannungsturbine (34) eine Anlage (11, 23, 30), zur Trockenentstaubung des Prozessgases (12) angeordnet ist. Hierzu 6 Blatt Zeichnungen 16/22