DE102009030521A1 - Verfahren zur Nutzung von Abwärme eines industriellen Prozesses, sowie Vorrichtung und deren Verwendung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nutzung von Abwärme eines industriellen Prozesses in einem Temperaturbereich oberhalb von 400°C, wobei in dem indurstriellen Prozess ein Metallband hergestellt und/oder behandelt wird und die Abwärme des Metallbandes zur Reformierung von gasförmigen Kohlenwasserstoffen eingesetzt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung und deren Verwendung in einem derartigen Verfahren.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nutzung von Abwärme eines industriellen Prozesses in einem Temperaturbereich oberhalb von 400°C sowie eine Vorrichtung und deren Verwendung in einem solchen Verfahren.
  • Im Hinblick auf den Klimaschutz und die zunehmende Verknappung der verfügbaren fossilen Energieressourcen gewinnen Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz industrieller Prozesse, die zumindest teilweise unter Einsatz fossiler Brennstoffe betrieben werden, zunehmend an Bedeutung.
  • Insbesondere die Schwerindustrie, welche beispielsweise Betriebe der Eisen- und Stahlindustrie umfasst, benötigt große Mengen an fossilen Brennstoffen und generiert beträchtliche Mengen an Treibhausgasen. Daher ist besonders die Schwerindustrie gefordert, eine Einsparung der in ihren industriellen Prozessen eingesetzten Energiemengen voranzutreiben.
  • Eine Möglichkeit zur Effizienzsteigerung und Reduktion der aufzuwendenden Energiemengen bietet beispielsweise die Nutzung der bei einem industriellen Prozess anfallenden Abwärme. Insbesondere in Betrieben der Eisen- und Stahlindustrie werden industrielle Prozesse, wie die Herstellung und Veredelung von Metallprodukten, bei Temperaturen von über 1000°C durchgeführt, so dass beträchtliche Mengen an Abwärme anfallen. Die hergestellten oder behandelten Metallprodukte werden derzeit in Kühlstrecken durch Beaufschlagung mit Kühlwasser oder Kühlluft gekühlt und/oder die Wärme durch Strahlung oder Konvektion unmittelbar an die Umgebung abgeführt.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem eine Steigerung der Energieeffizienz eines industriellen Prozesses erreicht wird. Weiterhin ist es die Aufgabe der Er findung, eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung anzugeben.
  • Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Nutzung von Abwärme eines industriellen Prozesses in einem Temperaturbereich oberhalb von 400°C gelöst, wobei in dem industriellen Prozess ein Metallband hergestellt und/oder behandelt wird und die Abwärme des Metallbandes zur Reformierung von gasförmigen Kohlenwasserstoffen eingesetzt wird.
  • Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Vorrichtung umfassend mindestens eine erste Einheit zur Herstellung und/oder Behandlung eines Metallbandes, mindestens eine zweite Einheit zum Kühlen des hergestellten und/oder behandelten Metallbandes und mindestens eine dritte Einheit zum Speichern des hergestellten und/oder behandelten Metallbandes, wobei mittels der mindestens einen ersten Einheit und der mindestens einen dritten Einheit das Metallband in der mindestens einen zweiten Einheit in einer Transportebene positionierbar ist, gelöst, indem die mindestens eine zweite Einheit mindestens eine Reformereinheit zur Reformierung von gasförmigen Kohlenwasserstoffen aufweist.
  • Mittels des Verfahrens und der Vorrichtung kann die Abwärme eines industriellen Prozesses, die durch ein mittels des Prozesses hergestelltes und/oder behandeltes Metallband bisher ungenutzt freigesetzt wurde, gezielt verwertet werden. Dadurch ist eine Reduzierung des Energieeinsatzes für den industriellen Prozess erzielbar, wobei insbesondere fossiler Brennstoff eingespart und die Emission von Treibhausgasen gesenkt werden kann.
  • Die Reformierung von Kohlenwasserstoffen (CnHm) ist hinreichend bekannt. Als gasförmige Kohlenwasserstoffe haben sich hierbei insbesondere Erdgas, Faulgas, Grubengas, Methangas und dergleichen bewährt.
  • Bei der Reformierung werden hier die gasförmigen Kohlenwasserstoffe mit Wasserdampf, nachfolgend auch nur als Dampf bezeichnet, und/oder Kohlendioxid zusammengeführt und erwärmt. Dabei kann auch Abgas eines industriellen Prozesses, welches einem Verbrennungsvorgang entstammt und somit üblicherweise ausreichende Mengen an Wasserdampf und Kohlendioxid enthält, mit den zu reformierenden Kohlenwasserstoffen zusammengeführt werden.
  • Falls erforderlich, findet in einem Temperaturbereich von etwa 400°C bis 600°C eine Vorreformierung höherer Kohlenwasserstoffe mit mehr als einem Kohlenstoffatom pro Molekül zu Methan, Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid statt. Eine Vorreformierung ist somit im Prinzip ebenfalls eine Reformierung und findet lediglich bei niedrigeren Temperaturen statt.
  • Das resultierende vorreformierte Gas-Gemisch oder Gas-Dampf-Gemisch bzw. das nicht vorbehandelte Gas-Gemisch oder Gas-Dampf-Gemisch wird einer Reformierung bei einer Temperatur oberhalb von 600°C zugeführt. Dabei werden die enthaltenen Kohlenwasserstoffe an einem Reformerkatalysator mit Wasserdampf (H2O) und/oder Kohlendioxid (CO2) zur Reaktion gebracht, wobei Wasserstoff (H) bzw. molekularer Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO) gebildet wird: CnHm + nH2O -> (n + m / 2)H2 + nCO CnHm + nCO2 -> m / 2H2 + 2nCO
  • Bevorzugt wird das gebildete Kohlenmonoxid (CO) mit Wasserdampf (H2O) in einer sogenannten Shift-Reaktion an dem oder einem weiteren Reformerkatalysator zumindest teilweise in Kohlendioxid (CO2) und Wasserstoff (H) bzw. molekularen Wasserstoff (H2) umgewandelt: CO + H2O -> H2 + CO2
  • Insgesamt ergibt sich beispielsweise bei der Reformierung von Kohlenwasserstoffen (CnHm) mit Wasserdampf im Idealfall folgender Zusammenhang: CnHm + 2nH2O -> (2n + m / 2)H2 + nCO2
  • Im Falle einer Dampfreformierung von Methan (CH4) ergeben sich im Idealfall konkret folgende Reaktionsgleichungen:
    Figure 00040001
  • Bei der Dampfreformierung ist zu beachten, dass ein gewisses kritisches Wasserdampf zu Erdgas-Verhältnis, oftmals als „Steam to Carbon-Ratio” bezeichnet und mit S/C abgekürzt, nicht unterschritten werden sollte, um eine Russbildung zu vermeiden. Dieses Verhältnis der Molzahlen der Eduktgase ist typischerweise größer als 1, liegt aber bevorzugt zwischen 1 und 4, vorzugsweise zwischen 1,5 und 3, und hängt von der genauen Zusammensetzung des Erdgases, insbesondere von dessen Gehalt an höheren Kohlenwasserstoffen ab. In Reformeranlagen werden häufig S/C-Werte von 2 bis 3 eingestellt. Gegebenenfalls muss der Wasserdampfanteil erhöht werden, um eine Ein lagerung von Kohlenstoff in das Metallband über einen Diffusionsprozess zu verhindern. Vergleichbares ist bei der Reformierung mit Kohlendioxid anstelle von Wasserdampf oder mit Gemischen aus Kohlendioxid und Wasserdampf zu beachten.
  • Das mittels der Reformierung gebildete Reformergas besitzt einen höheren Heizwert als der ursprünglich eingesetzte Kohlenwasserstoff.
  • Es hat sich bewährt, wenn als industrieller Prozess ein Warmwalzprozess oder ein Glühprozess verwendet wird. Bei allen diesen oder ähnlichen Prozessen werden beträchtliche Mengen an Abwärme im Bereich des hergestellten und/oder behandelten Metallbands frei, die als Energielieferant zur Durchführung einer Reformierung genutzt werden kann.
  • Die Reformierung wird insbesondere bei Atmosphärendruck oder geringem Überdruck bzw. nahezu Atmosphärendruck durchgeführt, damit im Übergangsbereich zwischen Metallband und einer zweiten Einheit keine oder nur vernachlässigbare Gasverluste auftreten können.
  • Die Reformierung wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere in einem Temperaturbereich oberhalb 600°C, insbesondere in einem Temperaturbereich von 800 bis 1000°C durchgeführt. Dabei wird bevorzugt mit einem S/C-Verhältnis gearbeitet wird, das eine Russbildung verhindert. Die Erhaltung eines niedrigen Kohlenstoffgehaltes im Metallband kann eine weitere Erhöhung der Wasserdampfzumischung erforderlich machen.
  • Als Reformerkatalysator kann einer aus der Menge der bereits hinreichend bekannten Reformerkatalysatoren ausgewählt werden, wie beispielsweise ein Nickelkatalysator. Es hat sich hier aber überraschender Weise gezeigt, dass das Metallband selbst bei der Reformierung als Reformerkatalysator eingesetzt werden kann. Dabei ist prinzipiell jedes Metallband als Reformerkatalysator geeignet, das an seiner Oberfläche, d. h. für das zu reformierende Gas zugänglich, ein katalytisch wirkendes Metall oder eine katalytisch wirkende Metallverbindung in ausreichender Menge aufweist. Insbesondere haben sich hierbei Metallbänder bewährt, die aus Eisen, Kobalt oder Nickel gebildet sind oder dieses an ihrer Oberfläche in ausreichender Menge enthalten.
  • Es hat sich bewährt, ein bei der Reformierung gebildetes Reformergas als Energiequelle bzw. Brennstoff in den industriellen Prozess zurückzuführen. Das Reformergas kann dabei einen Teil des benötigten fossilen Brennstoffs ersetzen. Im Fall eines Einsatzes von Erdgas als fossilen Brennstoff für den industriellen Prozess und weiterhin auch als gasförmigen Kohlenwasserstoff bei der Reformierung ersetzt das Reformergas aufgrund seines gegenüber dem Erdgas erhöhten Heizwerts einen größeren Teil an Brennstoff, als Erdgas bei der Reformierung eingesetzt wurde. Dies führt in Summe zu einer beträchtlichen Einsparung an fossilem Brennstoff, der für den industriellen Prozess benötigt wird.
  • Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die mindestens eine zweite Einheit mindestens zwei Reformereinheiten umfasst. Insbesondere durch eine Anordnung jeweils einer Reformereinheit ober- und unterhalb der Transportebene des Metallbands kann die anfallende Abwärme optimal ausgenutzt werden.
  • Es hat sich bewährt, wenn die mindestens eine Reformereinheit mindestens eine Rohrleitung zum Durchleiten eines Gemisches aus Dampf und/oder Kohlendioxid und weiterhin gasförmigen Kohlenwasserstoffen umfasst, wobei die mindestens eine Rohr leitung zumindest in einem ersten Bereich einen Reformerkatalysator umfasst und parallel zur Transportebene angeordnet ist.
  • Beim Durchlauf eines heißen Metallbandes durch die mindestens eine zweite Einheit wird die vom Metallband abgegebene Wärme im ersten Bereich auf die mindestens eine Rohrleitung übertragen und die Reformierreaktion an Reformerkatalysator in Gang gesetzt.
  • Dabei kann der zumindest eine erste Bereich lediglich auf einer Seite der Transportebene angeordnet sein. Dadurch wird lediglich die auf einer Oberseite oder einer Unterseite des Metallbands abgegebene Wärme für die Reformierung genutzt. Die mindestens eine Rohrleitung kann aber genauso mindestens zwei erste Bereiche aufweisen, die auf unterschiedlichen Seiten der Transportebene angeordnet sind. Auf diese Weise lässt sich auch mittels einer einzelnen Reformereinheit die von der Oberseite und der Unterseite des Metallbands abgestrahlte Wärme für die Reformierung nutzen.
  • Anstelle von in Nähe der Transportebene angebrachten Rohrleitungen kann die mindestens eine Reformereinheit mindestens eine Schleusenanordnung umfassen, welche an die Transportebene angrenzt oder durch die die Transportebene verläuft. Die mindestens eine Schleusenanordnung umfasst dabei bevorzugt mindestens einen an die Transportebene angrenzenden Reaktionsraum, in welchen mindestens ein Zuleitungsrohr zum Zuführen eines Gemisches aus Dampf und/oder Kohlendioxid und weiterhin gasförmigen Kohlenwasserstoffen und mindestens ein Ableitungsrohr zum Abfuhren eines während der Reformierung gebildeten Reformergases münden. Der mindestens eine Reaktionsraum steht dabei unmittelbar in Kontakt mit dem Metallband, welches selbst als Reformerkatalysator genutzt wird. Dabei kann die Oberseite und/oder die Unterseite des Metallbands sich im mindestens einen Reaktionsraum befinden und zur Katalyse des Reformierungsvorgangs genutzt werden.
  • Die mindestens eine Schleusenanordnung weist vorzugsweise zur Abdichtung des mindestens einen Reaktionsraumes insbesondere mindestens eine Düsenanordnung zur Erzeugung eines zur Transportebene gerichteten Inertgas-, CO2- und/oder Dampfpolsters oder Inertgas-, CO2- und/oder Dampfvorhangs auf. Dabei wird mittels der mindestens einen Düseneinrichtung ein Inertgas-, CO2- und/oder Dampfstrom mit Überdruck erzeugt und auf das Metallband gerichtet. Die sich während der Reformierung im mindestens einen Reaktionsraum abspielenden Reaktionen werden dadurch von der Atmosphäre abschottet. Als Dampf wird hier insbesondere Wasserdampf eingesetzt, der im Reaktionsraum für eine Dampfreformierung nutzbar ist. Es sind hierbei nicht nur Inertgas, Kohlenmonoxid oder Wasserdampf in reiner Form verwendbar, sondern auch beliebige Mischungen aus diesen.
  • Um die im Metallband vorhandene Wärme weiter auszunutzen, weist die Vorrichtung bevorzugt mindestens eine vierte Einheit umfassend mindestens eine Vorreformereinheit zur Vorreformierung von in den gasförmigen Kohlenwasserstoffen enthaltenen höheren Kohlenwasserstoffverbindungen auf. Die mindestens eine vierte Einheit ist der mindestens einen zweiten Einheit in Transportrichtung des Metallbandes gesehen nachgeordnet und befindet sich somit auf einem niedrigeren Temperaturniveau als die zweite Einheit. Ein in der mindestens einen Vorreformereinheit erzeugbares Vorreformergas ist in die mindestens eine Reformereinheit leitbar, wo die Reformierung aller noch vorhandenen Kohlenwasserstoffe bei Temperaturen oberhalb 600°C erfolgt.
  • Es hat sich bewährt, wenn die mindestens eine zweite Einheit eine herkömmliche Kühleinheit, die das Metallband mit Kühlmitteln wie Wasser oder Kühlluft beaufschlagt, vollständig ersetzt. Es ist aber genauso möglich, dass die Vorrichtung eine der mindestens einen zweiten Einheit und/oder der mindestens einen vierten Einheit in Transportrichtung des Metallbands gesehen nachgeordnete mindestens eine fünfte Einheit in Form einer derartigen konventionellen Kühleinheit aufweist.
  • Gegebenenfalls kann eine fünfte Einheit auch verwendet werden, Wasserdampf zu erzeugen, der für die Reformierung genutzt werden kann.
  • Ein Teil der Energie, die für die Bereitstellung von Wasserdampf benötigt wird, wird bevorzugt durch eine Kühlung des in der mindestens einen Reformereinheit gebildeten Reformergases mittels eines Wärmetauschers gewonnen.
  • Insbesondere wird ein in der mindestens einen Reformereinheit durch Dampfreformierung erzeugbares Reformergas in die mindestens eine erste Einheit zurückgeführt, welche den industriellen Prozess durchführt, um den Energiebedarf der ersten Einheit(en) bzw. des industriellen Prozesses zu senken.
  • Eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist demnach ideal.
  • Die 1 bis 6 sollen die Erfindung beispielhaft anhand eines Warmwalzprozesses erläutern. So zeigt:
  • 1 schematisch eine Vorrichtung umfassend eine Warmwalzstraße in der Seitenansicht;
  • 2 schematisch eine weitere Vorrichtung umfassend eine Warmwalzstraße in der Seitenansicht;
  • 3 eine erste Ausführungsform einer zweiten Einheit in einer Schnittdarstellung von der Seite;
  • 4 eine zweite Ausführungsform einer zweiten Einheit in einer Schnittdarstellung von der Seite;
  • 5 eine dritte Ausführungsform einer zweiten Einheit in einer Schnittdarstellung von der Seite; und
  • 6 eine vierte Ausführungsform einer zweiten Einheit in einer Schnittdarstellung von der Seite.
  • 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 2 umfassend eine erste Einheit 2a in Form einer Warmwalzstraße in der Seitenansicht. Die erste Einheit 2a umfasst einen Ofen 20, der über eine Erdgasleitung 3a, die mit einer Erdgashauptleitung 3 verbunden ist, mit Erdgas befeuert wird. Die erste Einheit 2a umfasst weiterhin ein Vorgerüst 21 und Walzgerüste 22. Im Ofen 20 wird ein Metallband 1 auf eine Temperatur von über 1100°C erhitzt und dem Vorgerüst 21 sowie den Walzgerüsten 22 zur Verminderung der Metallbanddicke zugeführt. Beim Verlassen der ersten Einheit 2a weist das Metallband 1 hier noch eine Temperatur von 1000°C auf, die bisher üblicherweise durch eine konventionelle Kühleinheit in Form einer Wasserkühlung oder dergleichen gesenkt wurde, bevor das Metallband 1 mittels einer dritten Einheit 2c aufgewickelt wurde. Die dritte Einheit 2c ist hier durch eine motorbetriebene Haspel gebildet.
  • Anstelle einer konventionellen Wasserkühlung ist der ersten Einheit 2a hier eine zweite Einheit 2b nachgeschaltet, die mindestens eine Reformereinheit 200, 200 (siehe 3 bis 6) zur Reformierung von Erdgas aufweist. Der Reformereinheit 200, 200' wird Erdgas mittels einer weiteren Erdgasleitung 3b zugeführt, die ebenfalls über die Erdgashauptleitung 3 versorgt wird. Weiterhin wird der Reformereinheit 200, 200' über eine Dampfzuleitung 4a Wasserdampf zugeführt, der mittels eines Wasserdampferzeugers 4 gebildet wird. Dabei kann der Wasserdampferzeuger 4 auch Bestandteil der Vorrichtung 2 sein und/oder den Wasserdampf unter Ausnutzung der Abwärme des Metallbands 1 erzeugen. Das Gemisch aus Wasserdampf und Erdgas wird durch die Abwärme des Metallbands 1 erhitzt und eine Dampfreformierung durchgeführt. Anstelle des Wasserdampfes kann auch Kohlendioxid oder ein Gemisch aus oder enthaltend im wesentlichen Kohlendioxid und Wasserdampf, mit dem Erdgas vermischt werden. Ein Gemisch enthaltend im wesentlichen Kohlendioxid und Wasserdampf kann beispielsweise durch ein Abgas eines Verbrennungsprozesses bereitgestellt werden, der beispielweise im Ofen 20 der ersten Einheit 2a abläuft.
  • Das gebildete Reformergas wird über eine Reformergas-Leitung 5 abgezogen. Es kann zur Befeuerung des Ofens 20 verwendet und diesem über eine Reformergas-Leitung 5a zugeführt werden, um den Bedarf des Ofens 20 an Erdgas zu vermindern. Alternativ oder in Kombination dazu kann das Reformergas über die Reformergas-Leitung 5b auch einem anderen industriellen Prozess als Brenngas zugeführt werden. Im Bereich der dritten Einheit 2c kann das Metallband 1 noch eine Temperatur im Bereich von 300 bis 700°C aufweisen. Je niedriger die Temperatur des Metallbands 1 an dieser Stelle ist, desto mehr Abwärme steht zwischen dem Ausgang aus der ersten Einheit 2a und der dritten Einheit 2c zur Nutzung zur Verfügung. Ein gegebenenfalls noch vorhandener Restdampfgehalt kann an dieser Stelle auskondensiert werden, falls die Weiterleitung des Reformergases bei tieferen Temperaturen erfolgen soll.
  • 2 zeigt schematisch eine weitere Vorrichtung 2' umfassend eine erste Einheit 2a in Form einer Warmwalzstraße in der Seitenansicht. Gleiche Bezugszeichen wie in 1 bezeichnen gleiche Elemente. Der ersten Einheit 2a ist hier wieder die zweite Einheit 2b, die mindestens eine Reformereinheit 200, 200 (siehe 3 bis 6) zur Dampfreformierung von Erdgas aufweist, und weiterhin eine vierte Einheit 2d nachgeschaltet. Die vierte Einheit 2d umfasst eine Vorreformereinheit, die im Prinzip wie eine Reformereinheit 200, 200' aufgebaut ist, jedoch in einem niedrigeren Temperaturbereich wie die Reformereinheit 200, 200' betrieben wird. Der vierten Einheit 2d werden Erdgas und Wasserdampf über eine Erdgasleitung 3b und eine Dampfzuleitung 4b zugeführt. Die Vorreformierung höherer, im Erdgas enthaltener Kohlenwasserstoffe findet in einem Temperaturbereich von etwa 400°C bis 600°C und bei Atmosphärendruck statt. Das resultierende vorreformierte Gas-Dampf-Gemisch wird von der vierten Einheit 2d über eine Vorreformergas-Leitung 6 der zweiten Einheit 2b zugeführt, wo eine Dampfreformierung bei einer Temperatur oberhalb von 600°C und bei Atmosphärendruck in der Reformereinheit 200, 200 durchgeführt wird. Alternativ kann die vierte Einheit 2d eduktgasseitig aber auch in die zweite Einheit 2b integriert sein.
  • Der Reformereinheit 200, 200' der zweiten Einheit 2b kann dabei, falls erforderlich, zusätzlicher Wasserdampf über eine Dampfzuleitung 4a zugeführt werden. Dabei kann der Wasserdampferzeuger 4, welchen die vierte Einheit 2d und gegebenenfalls die zweite Einheit 2b mit Wasserdampf versorgt, auch hier ein Bestandteil der Vorrichtung 2' sein und/oder den Wasserdampf unter Ausnutzung der Abwärme des Metallbands 1 erzeugen. Das in der zweiten Einheit 2b gebildete Reformergas wird über eine Reformergas-Leitung 5 abgezogen. Es kann, wie bereits in 1 dargestellt, zur Befeuerung des Ofens 20 verwendet und diesem über eine Reformergas-Leitung 5a zugeführt werden, um den Bedarf des Ofens 20 an Erdgas zu vermindern. Alternativ oder in Kombination dazu kann das Reformergas über die Reformergas-Leitung 5b auch einem anderen industriellen Prozess als Brenngas zugeführt werden. Zwischen der vierten Einheit 2d und der dritten Einheit 2c kann optional eine fünfte Einheit 2e in Form einer konventionellen Kühleinheit angeordnet sein, die das Metallband 1 beispielsweise mit Kühlwasser kühlt. Die fünfte Einheit 2e kann dabei beispielsweise in Kombination oder anstelle eines Wasserdampferzeugers 4 vorhanden sein. Insbesondere hat es sich bewährt, die Abwärme des Metallbands 1 in der fünften Einheit 2e noch zur Erzeugung von Wasserdampf zu nutzen, der in der zweiten Einheit 2b für die Reformierung, und sofern vorhanden gegebenen falls auch in der vierten Einheit 2d für die Vorreformierung, eingesetzt wird.
  • 3 zeigt einen Ausschnitt aus 1 oder 2 im Bereich der zweiten Einheit 2b. Es ist eine erste Ausführungsform einer zweiten Einheit 2b in einer Schnittdarstellung von der Seite dargestellt, wobei ein heißes Metallband 1 in Pfeilrichtung durch die zweite Einheit 2b transportiert wird. Die zweite Einheit 2b weist eine oberhalb des Metallbands 1 angeordnete Reformereinheit 200 auf und umfasst eine Rohrleitung, die in einem ersten Bereich einen Reformerkatalysator 201 umfasst und parallel zur Transportebene des Metallbands 1 angeordnet ist. Die Reformereinheit 200 wird über die Erdgasleitung 3b und die Dampfzuleitung 4a mit Wasserdampf und Erdgas versorgt, wobei es aber vorteilhaft sein kann, Erdgas und Dampf zu mischen, bevor das Erdgas erwärmt wird, um eine Russbildung zu vermeiden. Anstelle des Wasserdampfes kann auch Kohlendioxid oder ein Gemisch aus oder enthaltend im wesentlichen Kohlendioxid und Wasserdampf, mit dem Erdgas vermischt werden. Ein Gemisch enthaltend im wesentlichen Kohlendioxid und Wasserdampf kann beispielsweise durch ein Abgas eines Verbrennungsprozesses bereitgestellt werden.
  • Die vom Metallband 1 abgegebene Strahlungswärme erwärmt die Reformereinheit 200, so dass das Erdgas und der Wasserdampf auf eine Temperatur oberhalb 600°C erhitzt werden und die Dampfreformierung am Reformerkatalysator 201 startet. Das gebildete Reformergas wird über die Reformergas-Leitung 5 abgezogen. Um eine möglichst hohe Wärmeübertragung vom Metallband 1 auf die Reformereinheit 200 zu erreichen, kann die zweite Einheit 2b ein wärmeisoliertes Gehäuse aufweisen, in welchem die Reformereinheit 200 angeordnet wird und durch welches das Metallband 1 geführt wird.
  • 4 zeigt ebenfalls einen Ausschnitt aus 1 oder 2 im Bereich der zweiten Einheit 2b. Es ist eine zweite Ausführungsform einer zweiten Einheit 2b in einer Schnittdarstellung von der Seite dargestellt, wobei ein heißes Metallband 1 in Pfeilrichtung durch die zweite Einheit 2b transportiert wird. Die zweite Einheit 2b weist eine oberhalb des Metallbands 1 angeordnete Reformereinheit 200 auf und umfasst eine Schleusenanordnung mit einem Reaktionsraum 203, zu welchem das Metallband 1 in direktem Kontakt steht. Die Reformereinheit 200 wird über die Erdgasleitung 3b und die Dampfzuleitung 4a mit Wasserdampf und Erdgas versorgt, wobei es aber vorteilhaft sein kann, Erdgas und Dampf zu mischen, bevor das Erdgas erwärmt wird, um eine Russbildung zu vermeiden. Anstelle des Wasserdampfes kann auch Kohlendioxid oder ein Gemisch aus oder enthaltend im wesentlichen Kohlendioxid und Wasserdampf, mit dem Erdgas vermischt werden. Ein Gemisch enthaltend im wesentlichen Kohlendioxid und Wasserdampf kann beispielsweise durch ein Abgas eines Verbrennungsprozesses bereitgestellt werden, der beispielweise im Ofen 20 der ersten Einheit 2a abläuft.
  • Die vom Metallband 1 abgegebene Strahlungswärme erwärmt die Reformereinheit 200, so dass das Erdgas und der Wasserdampf im Reaktionsraum 203 auf eine Temperatur oberhalb 600°C erhitzt werden und die Reformierung startet, wobei hier allerdings das Metallband 1 selbst als Reformerkatalysator fungiert. Das gebildete Reformergas wird über die Reformergas-Leitung 5 abgezogen. Um den Reaktionsraum 203 am Übergang zum Metallband 1 an seinem Umfang gegenüber der Atmosphäre abzudichten, weist die Schleusenanordnung weiterhin Düsenanordnungen 202a, 202b auf, durch welche beispielsweise Wasserdampf mit Überdruck in Richtung des Metallbands 1 geblasen wird (siehe Pfeile). Um eine möglichst hohe Wärmeübertragung vom Metallband 1 auf die Reformereinheit 200 zu erreichen, kann die zweite Einheit 2b auch hier ein wärmeisoliertes Gehäuse aufweisen, in welchem die Reformereinheit 200 angeordnet wird und durch welches das Metallband 1 geführt wird.
  • 5 zeigt ebenfalls einen Ausschnitt aus 1 oder 2 im Bereich der zweiten Einheit 2b. Es ist eine dritte Ausführungsform einer zweiten Einheit 2b in einer Schnittdarstellung von der Seite dargestellt, wobei ein heißes Metallband 1 in Pfeilrichtung durch die zweite Einheit 2b transportiert wird. Die zweite Einheit 2b weist, wie in 3 dargestellt, eine oberhalb des Metallbands 1 angeordnete Reformereinheit 200 auf. Gleiche Bezugszeichen wie in 3 bezeichnen gleiche Elemente. Die zweite Einheit 2b weist zudem eine unterhalb des Metallbands 1 angeordnete weitere Reformereinheit 200 auf. Diese umfasst ebenfalls eine Rohrleitung, die in einem ersten Bereich einen Reformerkatalysator 201' aufweist und parallel zur Transportebene des Metallbands 1 angeordnet ist. Die Reformereinheit 200' wird über die Erdgasleitung 3b' und die Dampfzuleitung 4a' mit Wasserdampf und Erdgas versorgt, wobei es aber vorteilhaft sein kann, Erdgas und Dampf zu mischen, bevor das Erdgas erwärmt wird, um eine Russbildung zu vermeiden. Anstelle des Wasserdampfes kann auch Kohlendioxid oder ein Gemisch aus oder enthaltend im wesentlichen Kohlendioxid und Wasserdampf, mit dem Erdgas vermischt werden. Ein Gemisch enthaltend im wesentlichen Kohlendioxid und Wasserdampf kann beispielsweise durch ein Abgas eines Verbrennungsprozesses bereitgestellt werden, der beispielweise im Ofen 20 der ersten Einheit 2a abläuft.
  • Die vom Metallband 1 abgegebene Strahlungswärme erwärmt die Reformereinheiten 200, 200', so dass das Erdgas und der Wasserdampf auf eine Temperatur oberhalb 600°C erhitzt werden und die Reformierung am jeweiligen Reformerkatalysator 201, 201' startet. Das gebildete Reformergas wird jeweils über die Reformergas-Leitungen 5, 5' abgezogen. Um eine möglichst hohe Wärmeübertragung vom Metallband 1 auf die Reformereinheit 200 zu erreichen, kann die zweite Einheit 2b ein wärmeisoliertes Gehäuse aufweisen, in welchem die Reformereinheiten 200, 200' angeordnet werden und durch welches das Metallband 1 geführt wird.
  • 6 zeigt ebenfalls einen Ausschnitt aus 1 oder 2 im Bereich der zweiten Einheit 2b. Es ist eine vierte Ausführungsform einer zweiten Einheit 2b in einer Schnittdarstellung von der Seite dargestellt, wobei ein heißes Metallband 1 in Pfeilrichtung durch die zweite Einheit 2b transportiert wird. Die zweite Einheit 2b weist, wie in 4 dargestellt, eine oberhalb des Metallbands 1 angeordnete Reformereinheit 200 auf. Gleiche Bezugszeichen wie in 4 bezeichnen gleiche Elemente. Die zweite Einheit 2b weist weiterhin eine unterhalb des Metallbands 1 angeordnete weitere Reformereinheit 200 auf. Diese umfasst eine Schleusenanordnung mit einem Reaktionsraum 203', zu welchem die Unterseite des Metallbands 1 in direktem Kontakt steht. Die Reformereinheit 200' wird über die Erdgasleitung 3b' und die Dampfzuleitung 4a' mit Wasserdampf und Erdgas versorgt, wobei es aber vorteilhaft sein kann, Erdgas und Dampf zu mischen, bevor das Erdgas erwärmt wird, um eine Russbildung zu vermeiden. Anstelle des Wasserdampfes kann auch Kohlendioxid oder ein Gemisch aus oder enthaltend im wesentlichen Kohlendioxid und Wasserdampf, mit dem Erdgas vermischt werden. Ein Gemisch enthaltend im wesentlichen Kohlendioxid und Wasserdampf kann beispielsweise durch ein Abgas eines Verbrennungsprozesses bereitgestellt werden, der beispielweise im Ofen 20 der ersten Einheit 2a abläuft.
  • Die vom Metallband 1 abgegebene Strahlungswärme erwärmt die Reformereinheiten 200, 200, so dass das Erdgas und der Wasserdampf im Reaktionsraum 203, 203' auf eine Temperatur oberhalb 600°C erhitzt werden und die Reformierung startet, wobei das Metallband 1 selbst als Reformerkatalysator fungiert. Das gebildete Reformergas wird über die Reformergas-Leitungen 5, 5' abgezogen. Um den Reaktionsraum 203' am Übergang zum Metallband 1 an seinem Umfang gegenüber der Atmosphäre abzudichten, weist die Schleusenanordnung weiterhin Düsenanordnungen 202a, 202b' auf, durch welche Wasserdampf mit Überdruck in Richtung des Metallbands 1 geblasen wird (siehe Pfeile). Um eine möglichst hohe Wärmeübertragung vom Metallband 1 auf die Reformereinheiten 200, 200' zu erreichen, kann die zweite Einheit 2b auch hier ein wärmeisoliertes Gehäuse aufweisen, in welchem die Reformereinheiten 200, 200' angeordnet werden und durch welches das Metallband 1 geführt wird.
  • Die 1 und 2 zeigen dabei lediglich ein mögliches Beispiel für ein Verfahren zur Nutzung von Abwärme eines industriellen Prozesses, in dem ein Metallband hergestellt und/oder behandelt wird. Alternativ können anstelle eines Warmwalzprozesses aber auch Gießprozesse, Glühprozesse oder dergleichen, bei denen ein Metallband hergestellt und/oder behandelt wird, entsprechend genutzt werden. Weiterhin zeigen die 3 bis 6 lediglich schematisch den Aufbau von zweiten Einheiten. Ein Fachmann ist hier ohne weiteres in der Lage, die konkrete Ausgestaltung der Reformereinheit(en) zu verändern oder an örtliche Gegebenheiten anzupassen, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen. Weiterhin ist eine vierte Einheit umfassend eine Vorreformereinheit nicht im Detail dargestellt, da eine derartige Vorreformereinheit sich prinzipiell nicht von einer Reformereinheit unterscheidet. Es ist hierbei lediglich darauf zu achten, dass der bei der Reformierung oder Vorreformierung jeweils verwendete Reformerkatalysator für den Temperaturbereich, in welchem die Reformierung oder Vorreformierung stattfindet, geeignet ist.

Claims (18)

  1. Verfahren zur Nutzung von Abwärme eines industriellen Prozesses in einem Temperaturbereich oberhalb von 400°C, dadurch gekennzeichnet, dass in dem industriellen Prozess ein Metallband (1) hergestellt und/oder behandelt wird und dass die Abwärme des Metallbandes (1) zur Reformierung von gasförmigen Kohlenwasserstoffen eingesetzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als industrieller Prozess ein Warmwalzprozess oder ein Glühprozess verwendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reformierung unter Atmosphärendruck durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reformierung in einem Temperaturbereich oberhalb 600°C durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallband (1) bei der Reformierung als Reformerkatalysator eingesetzt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein bei der Reformierung gebildetes Reformergas als Energiequelle in den industriellen Prozess rückgeführt wird.
  7. Vorrichtung (2, 2') umfassend mindestens eine erste Einheit (2a) zur Herstellung und/oder Behandlung eines Metallbandes (1), mindestens eine zweite Einheit (2b) zum Kühlen des hergestellten und/oder behandelten Metallbandes (1) und mindestens eine dritte Einheit (2c) zum Speichern des hergestellten und/oder behandelten Metallbandes (1), wobei mittels der mindestens einen ersten Einheit (2a) und der mindestens einen dritten Einheit (2c) das Metallband in der mindestens einen zweiten Einheit (2b) in einer Transportebene positionierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine zweite Einheit (2b) mindestens eine Reformereinheit (200, 200) zur Reformierung von gasförmigen Kohlenwasserstoffen aufweist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine zweite Einheit (2b) mindestens zwei Reformereinheiten (200, 200) aufweist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Reformereinheit (200, 200) mindestens eine Rohrleitung zum Durchleiten eines Gemisches aus Dampf und/oder Kohlendioxid und weiterhin gasförmigen Kohlenwasserstoffen umfasst, wobei die mindestens eine Rohrleitung zumindest in einem ersten Bereich einen Reformerkatalysator (201) umfasst und parallel zur Transportebene angeordnet ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine erste Bereich auf einer Seite der Transportebene angeordnet ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Rohrleitung mindestens zwei erste Bereiche aufweist, die auf unterschiedlichen Seiten der Transportebene angeordnet sind.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Reformereinheit (200, 200') mindestens eine Schleusenanordnung umfasst, welche an die Transportebene angrenzt oder durch die die Transportebene verläuft.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schleusenanordnung mindestens einen an die Transportebene angrenzenden Reaktionsraum (203, 203') umfasst, in welchen mindestens ein Zuleitungsrohr zum Zuführen eines Gemisches aus Dampf und/oder Kohlendioxid und weiterhin gasförmigen Kohlenwasserstoffen und mindestens ein Ableitungsrohr zum Abführen eines während der Reformierung gebildeten Reformergases münden.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schleusenanordnung zur Abdichtung des mindestens einen Reaktionsraumes (203, 203') mindestens eine Düsenanordnung (202a, 202b; 202a, 202b') zur Erzeugung eines zur Transportebene gerichteten Inertgas-, Kohlendioxid- und/oder Dampfpolsters oder Inertgas-, Kohlendioxid- und/oder Dampfvorhangs aufweist.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2, 2') mindestens eine vierte Einheit (2d) umfassend mindestens eine Vorreformereinheit zur Vorreformierung von in den gasförmigen Kohlenwasserstoffen enthaltenen höheren Kohlenwasserstoffverbindungen aufweist, wobei die mindestens eine vierte Einheit (2d) der mindestens einen zweiten Einheit (2b) in Transportrichtung des Metallbandes (1) gesehen nachgeordnet ist und wobei ein in der mindestens einen Vorreformereinheit erzeugbares Vorreformergas in die mindestens eine Reformereinheit (200, 200') leitbar ist.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2, 2') eine der mindestens einen zweiten Einheit (2b) und/oder der mindestens einen vierten Einheit (2d) in Transportrichtung des Metallbands (1) gesehen nachgeordnete fünfte Einheit (2e) umfassend eine Kühleinheit zur Kühlung des Metallbandes (1) mittels Kühlwassers und/oder Kühlluft aufweist.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein in der mindestens einen Reformereinheit (200, 200') durch Reformierung erzeugbares Reformergas in die mindestens eine erste Einheit (2a) rückführbar ist.
  18. Verwendung einer Vorrichtung (2, 2') nach einem der Ansprüche 7 bis 17 zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
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