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Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Reinigung eines Rauchgasstromes eines Hüttenwerkes.
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Ferner richtet sich die Erfindung auf einen Rauchgaswäscher und ein Hüttenwerk.
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Seit geraumer Zeit, spätestens seit Unterzeichnung des Kyoto-Protokolls, werden intensive Anstrengungen unternommen, um die Emission des bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entstehenden Gases Kohlendioxid (CO2) in die Atmosphäre zu vermindern, um dieses für die Klimaerwärmung verantwortliche Treibhausgas in der Atmosphäre zu reduzieren.
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Bei einem Hüttenwerk, welches aus verschiedenen Anlagenkomponenten, wie einem Hochofen, einen Cowperanlage, einem Gasometer, einem Konverter, einer Kokerei, einem Kraftwerk und einer Sinteranlage besteht, entweichen aus einem Großteil dieser Anlagenkomponenten ein Abgasstrom in Form eines Rauchgasstromes durch Verbrennung von fossilen Brennstoffen, welcher einen großen Anteil, insbesondere bis zu 30%, an CO2 enthält. Der Rauchgasstrom wird dabei üblicherweise nach Austritt aus den jeweiligen Anlagenkomponenten unmittelbar in die Atmosphäre abgegeben, wodurch auch eine große Menge an CO2 in die Atmosphäre abgegeben wird. Dies ist jedoch insbesondere unter umweltspezifischen Aspekten unerwünscht, da das in die Atmosphäre als Treibhausgas abgegebene CO2 zur Klimaerwärmung beiträgt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, mittels welcher bei einem Hüttenwerk die Abgabe von CO2 in die Atmosphäre reduziert werden kann.
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Bei einem Verfahren der eingangs näher bezeichneten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der aus ein oder mehreren Anlagenkomponenten des Hüttenwerkes austretende Rauchgasstrom einer CO2-Wäsche in einem Rauchgaswäscher zugeführt wird.
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Weiter wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Rauchgaswäscher in ein Hüttenwerk derart integriert ist, dass CO2 eines in ein oder mehreren Anlagenkomponenten des Hüttenwerkes erzeugten Rauchgasstromes mittels einer CO2-Wäsche in dem Rauchgaswäscher abgeschieden wird.
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Weiter wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass in einem Hüttenwerk ein wie vorstehend aus- und weitergebildeter Rauchgaswäscher angeordnet ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Durch die Erfindung wird erreicht, dass der in den einzelnen Anlagenkomponenten eines Hüttenwerkes entstehende Rauchgasstrom vor Austritt in die Atmosphäre zunächst einer CO2-Wäsche unterzogen wird, bei welcher ein großer Anteil an CO2, vorzugsweise bis zu 90% an CO2, aus dem Rauchgas bzw. Rauchgasstrom entfernt wird und gesondert entsorgt wird. Der gereinigte Rauchgasstrom mit einem deutlich reduzierten CO2-Anteil kann dann in Form eines Abgases in die Atmosphäre abgegeben werden. Dadurch ist es möglich, auch bei einem Hüttenwerk die Emission des bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entstehenden Gases CO2 in die Atmosphäre zu vermindern, um dieses für die Klimaerwärmung verantwortliche Treibhausgas in der Atmosphäre zu reduzieren. Das CO2 wird dabei in einem Rauchgaswäscher mittels einer Wäsche in einem Absorber abgetrennt. Hierbei wird das CO2 mittels chemischer Absorption aus dem Rauchgas größtenteils entfernt, so dass ein CO2-armes Abgas das Hüttenwerk verlässt. Die chemische Absorption erfolgt mittels eines Waschmittels, insbesondere Monoethanolamin (MEA), aber auch Diethanolamin (DEA) oder Methyldiethanolamin (MDEA). Dieses Waschmittel nimmt das CO2 aus dem Rauchgas auf, so dass das vom CO2 gereinigte Rauchgas aus dem Absorber abgeführt werden kann. Das mit CO2-beladene Waschmittel wird in einem Desorber oder Regenerator von dem CO2 mittels thermischer Energie befreit und aufbereitet und anschließend im Kreislauf zum Absorber zurückgeführt. Den Desorber oder Regenerator verlässt ein höchst CO2-haltiges Abgas, das in einer anschließenden CO2-Kompression verflüssigt und danach zur endgültigen Lagerung oder Weiterverwendung aus dem Bereich des Hüttenwerkes entfernt wird. Mittels eines Kreuzstromwärmetauschers, der mit Zu- und Abführleitungen vom Desorber und Absorber verbunden ist, lässt sich ein interner Wärmetausch des Waschmittels zwischen dem Desorber-Eintrittsstrom und dem Desorber-Austrittsstrom realisieren. Bestehende Hüttenwerke können leicht mit einem derartigen Rauchgaswäscher nachgerüstet werden.
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Bei der CO2-Abscheidung mittels eines Rauchgaswäschers ist ein hoher Energieaufwand notwendig. Beispielsweise ist für die Regenration des eingesetzten Waschmittels ein hoher Energiebedarf erforderlich. Ein weiterer energetischer Aufwand wird für die anschließende CO2-Kompression zur Verflüssigung des Kohlendioxids benötigt. Schließlich wird auch noch zusätzliche Energie benötigt, um das zunächst drucklose Rauchgas vor dem Absorber der CO2-Wäsche des Rauchgases auf den notwendigen Absorberdruck anzuheben. Um zu verhindern, dass 100% der notwendigen Energie zum Betreiben des Rauchgaswäscher aus dem Kraftwerk des Hüttenwerkes entnommen werden muss, ist es nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass aus dem aus ein oder mehreren Anlagenkomponenten des Hüttenwerkes austretenden Rauchgasstrom thermische Energie gewonnen wird, wobei die gewonnene thermische Energie als Energiequelle dem Rauchgaswäscher zugeführt wird. Dadurch ist es möglich, bis zu 20% oder mehr der notwendigen Gesamtenergiemenge zum Betreiben des Rauchgaswäschers aus dem aus den einzelnen Anlagenkomponenten des Hüttenwerkes austretenden Rauchgasstromes in Form von Abwärme zu gewinnen, so dass durch das Kraftwerk nur noch ca. 80% der notwendigen Energie aufgebracht werden muss. Damit ist es vorteilhafterweise vorgesehen, dass 15 bis 25% der zum Betreiben des Rauchgaswäschers (8) notwendigen Gesamtenergiemenge aus der aus ein oder mehreren Anlagenkomponenten austretenden Rauchgasstrom gewonnen thermischen Energie gebildet wird. Dadurch kann die Wirtschaftlichkeit der Aufbereitung bzw. Reinigung des Rauchgasstromes eines Hüttenwerkes deutlich verbessert werden.
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Bevorzugt ist es dabei vorgesehen, dass zur Gewinnung der thermischen Energie der aus einer Anlagenkomponente austretende Rauchgasstrom durch einen Abhitzekessel oder Wärmetauscher geführt wird, in welchem Dampf erzeugt wird, welcher dem Rauchgaswäscher zugeführt wird. Dabei passiert der heiße Rauchgasstrom, vorzugsweise unmittelbar nach seinem Austritt aus der jeweiligen Anlagenkomponente, den Abhitzekessel oder Wärmetauscher, wobei in dem Abhitzekessel oder Wärmetauscher der heiße Rauchgasstrom Wärme an ein in dem Abhitzekessel oder Wärmetauscher vorgesehenes Wärmeträgermedium, vorzugsweise Wasser, abgibt und dadurch das Wärmeträgermedium in einen, vorzugweise niederenergetischen, Dampf überführt wird, welcher wiederum dem Rauchgaswäscher als thermische Energie zugeführt wird. Dadurch kann die Abwärme des aus den jeweiligen Anlagenkomponenten austretenden Rauchgasstromes einfach und effektiv als thermische Energie, welche als Energiequelle dem Rauchgaswäscher zugeführt wird, genutzt werden, ohne einen großen Mehraufwand oder große zusätzliche Kosten zu verursachen.
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Der dabei erzeugte Dampf weist vorzugsweise eine Temperatur > 120°C, besonders bevorzugt > 130°C, auf. Durch diese Temperaturen kann eine effiziente Nutzung der Abwärme des aus den jeweiligen Anlagenkomponenten des Hüttenwerkes austretenden Rauchgasstromes in Form von thermischer Energie als Energiequelle gewährleistet werden. Bei Temperaturen unter 120°C ist die Abwärme nur begrenzt als thermische Energie für die CO2-Wäsche in dem Rauchgaswäscher nutzbar.
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Die thermische Energie wird bevorzugt aus einem Rauchgasstrom gewonnen, welcher aus einem Kraftwerk, einem Hochofen, einer Cowperanlage, einer Sinteranlage, einer Kokerei und/oder einem Konverter als Anlagenkomponente des Hüttenwerkes austritt. Die jeweiligen Rauchgasströme treten aus diesen Anlagenkomponenten mit einer Temperatur von bis zu 400°C aus, so dass diesen Rauchgasströmen eine große Menge an Wärme und damit ein hoher Energieanteil entzogen werden kann, um diesen bei der CO2-Wäsche des Rauchgasstromes in dem Rauchgaswäscher wieder effizient nutzen zu können und dadurch der Anteil an zusätzlich zu erzeugender Energie für den Rauchgaswäscher über das Kraftwerk möglichst weit reduziert werden kann.
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Zur Abscheidung von CO2 aus dem in dem Hüttenwerk entstehenden Rauchgas ist gemäß der Erfindung ein Rauchgaswäscher vorgesehen, welcher in ein Hüttenwerk derart integriert ist, dass CO2 eines in ein oder mehreren Anlagenkomponenten des Hüttenwerkes erzeugten Rauchgasstromes mittels einer CO2-Wäsche in dem Rauchgaswäscher abgeschieden wird.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Rauchgaswäscher eine Zuführleitung auf, welche mit ein oder mehreren Anlagenkomponenten des Hüttenwerkes verbunden ist, so dass thermische Energie, welche aus einem aus ein oder mehreren Anlagenkomponenten des Hüttenwerkes austretenden Rauchgasstromes gewonnen wird, dem Rauchgaswäscher als Energiequelle zugeführt wird. Die Zuführleitung ist mit den einzelnen Abhitzekesseln oder Wärmetauschern, welche im Bereich eines Rauchgasaustrittes der jeweiligen Anlagenkomponenten des Hüttenwerkes angeordnet sind, verbunden und mündet in den Rauchgaswäscher ein. Über die Zuführleitung kann die aus der Abwärme des Rauchgasstromes gewonnene thermische Energie unmittelbar dem Rauchgaswäscher zugeführt werden.
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Die Erfindung zeichnet sich ferner dadurch aus, dass ein Hüttenwerk einen Rauchgaswäscher aufweist, mittels welchem der in dem Hüttenwerk entstehende und austretende Rauchgasstrom mittels einer CO2-Wäsche gereinigt wird, bei der CO2 von dem Rauchgasstrom abgeschieden wird, bevor das Rauchgas in die Atmosphäre abgegeben wird.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung des Hüttenwerkes ist jeweils an einem Rauchgasaustritt einer Anlagenkomponente des Hüttenwerkes ein Abhitzekessel oder Wärmetauscher angeordnet, welcher über eine Zuführleitung mit dem Rauchgaswäscher verbunden ist. Der heiße Rauchgasstrom passiert, vorzugsweise unmittelbar nach seinem Austritt aus der jeweiligen Anlagenkomponente, den Abhitzekessel oder Wärmetauscher, wobei in dem Abhitzekessel oder Wärmetauscher der heiße Rauchgasstrom Wärme an ein in dem Abhitzekessel oder Wärmetauscher vorgesehenes Wärmeträgermedium, vorzugsweise Wasser, abgibt und dadurch das Wärmeträgermedium in einen, vorzugweise niederenergetischen, Dampf überführt wird, welcher wiederum der CO2-Wäsche in dem Rauchgaswäscher zugeführt werden kann.
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Die Anlagenkomponenten eines Hüttenwerkes, bei denen thermische Energie in Form von Abwärme aus dem austretenden Rauchgasstrom gewonnen werden kann, sind vorzugsweise ein Kraftwerk, ein Hochofen, eine Cowperanlage, eine Sinteranlage, eine Kokerei und/oder ein Konverter des Hüttenwerkes.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer in den angehangenen Zeichnungen gezeigten Ausführungsform näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Hüttenwerkes mit einem integrierten Rauchgaswäscher; und
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2 eine schematische Darstellung eines entsprechenden Rauchgaswäschers.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Hüttenwerkes mit einem Hochofen 1, einer Cowperanlage 2, einem Kraftwerk 3, einer Sinteranlage 4, einem Konverter 5, einem Gasometer 6 und einer Kokerei 7 als Anlagenkomponenten des Hüttenwerkes. Ferner ist in das Hüttenwerk ein Rauchgaswäscher 8 integriert, in welchem der in dem Hüttenwerk, insbesondere den Anlagenkomponenten des Hüttenwerkes, entstehende Rauchgasstrom zur Abscheidung des in dem Rauchgasstrom enthaltenden Kohlendioxids (CO2) einer CO2-Wäsche unterzogen wird, bevor das dann gereinigte Rauchgas als Abgas in die Atmosphäre ausgestoßen wird.
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Wie in 1 zu erkennen ist, wird der aus den einzelnen Anlagenkomponenten austretende Rauchgasstrom, welcher durch Verbrennung fossiler Brennstoffe entsteht, über Rauchgasleitungen 9 der jeweils nachfolgenden Anlagenkomponente zugeführt, um den Rauchgasstrom effizient zu nutzen. Im Bereich der Rauchgasleitungen 8 ist unmittelbar am Austritt des Rauchgasstromes aus der jeweiligen Anlagenkomponente ein Abhitzekessel oder Wärmetauscher 10a–10e vorgesehen, durch welche der heiße Rauchgasstrom hindurch geführt wird. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist am Austritt des Hochofens 1, am Austritt der Cowperanlage 2, am Austritt des Kraftwerkes 3, am Austritt des Konverters 5 und am Austritt der Sinteranlage 4 bzw. der Kokerei 7 jeweils ein Abhitzekessel oder Wärmetauscher 10a–10e angeordnet.
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In dem Abhitzekessel oder Wärmetauscher 10a–10e befindet sich jeweils ein Wärmeträgermedium, vorzugsweise Wasser, welches die Abwärme des den Abhitzekessel oder Wärmetauscher passierenden Rauchgasstromes aufnimmt, wobei dadurch das Wärmeträgermedium in Dampf, vorzugsweise einen niederenergetischen Dampf, umgewandelt wird und dieser Dampf über eine Zuführleitung 11, welche mit den Abhitzekesseln oder Wärmetauschern 10a–10e und dem Rauchgaswäscher 8 verbunden ist, dem Rauchgaswäscher 8 zugeführt wird. Der Dampf weist dabei ein Temperatur von > 120°C auf. Der Dampf bzw. die Abwärme des Rauchgasstromes kann dadurch in Form von thermischer Energie als Energiequelle zum Betreiben des Rauchgaswäschers 8 genutzt werden. Dadurch kann erreicht werden, dass ca. 20% der für das Betreiben des Rauchgaswäschers 8 notwendigen Energie aus den einzelnen Anlagenkomponenten des Hüttenwerkes gewonnen werden kann, so dass das Kraftwerk nur noch ca. 80% der notwendigen Energie aufbringen muss.
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Das in dem Hochofen 1 entstehende Rauchgas, auch Gichtgas genannt, verlässt den Hochofen 1 in großen Volumenströmen staubbeladen mit einer Temperatur von ca. 170–200°C und wird über die Rauchgasleitung 8 der Cowperanlage 2 und dem Gasometer 6 zugeführt. Dabei passiert der Rauchgasstrom den Abhitzekessel oder Wärmetauscher 10a, wodurch Dampf mit einer Temperatur von 130–160°C erzeugt wird und dieser über die Zuführleitung 11 dem Rauchgaswäscher 8 zugeführt wird.
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Der aus der Cowperanlage 2 austretende Rauchgasstrom beträgt ca. 12% der Hüttenwerksabgase und tritt mit einer Temperatur von 170–300°C aus der Cowperanlage 2 aus. Nach Austritt aus der Cowperanlage 2 wird der Rauchgasstrom über die Rauchgasleitung 9 durch den Abhitzekessel oder Wärmetauscher 10e geführt, wobei dabei Dampf von ca. 130°C erzeugt wird, welcher über die Zuführleitung 11 dem Rauchgaswäscher 8 zugeführt wird.
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Der aus der Kokerei 7 austretende Rauchgasstrom der Kokereifeuerung ist dem die Cowperanlage 2 verlassenden Rauchgasstrom ähnlich, nur dass in der Kokerei 7 feste Temperaturen gefahren werden, so dass der aus der Kokerei 7 austretende Rauchgasstrom eine Temperatur von ca. 300°C aufweist. Wenn der aus der Kokerei 7 austretende Rauchgasstrom über die Rauchgasleitung 9 den Abhitzekessel oder Wärmetauscher 10d passiert, kann durch die größere Abwärme des Rauchgasstromes ein Dampf mit einer Temperatur von > 130°C erzeugt werden, welcher dem Rauchgaswäscher 8 über die Zuführleitung 11 zugeführt wird. Das Gleiche gilt auch für den aus der Sinteranlage 4 austretenden Rauchgasstrom, wobei aufgrund der im Wesentlichen gleichen Temperaturen der die Kokerei 7 und die Sinteranlage 4 verlassenden Rauchgasströme der Rauchgasstrom der Sinteranlage 4 und der Rauchgasstrom der Kokerei 7 durch denselben Abhitzekessel oder Wärmetauscher 10d geführt werden können.
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Auch aus dem aus dem Kraftwerk 3 austretenden Rauchgasstrom kann Abwärme gewonnen werden, welche dem Rauchgaswäscher 8 in Form thermischer Energie zugeführt wird. Hierbei wird der aus dem Kraftwerk 3 austretende Rauchgasstrom durch den Abhitzekessel oder Wärmetauscher 10c geführt. Der Abhitzekessel oder Wärmetauscher 10c kann hierbei parallel zu einem Luftvorwärmer, hier nicht gezeigt, des Kraftwerks 3 angeordnet oder in den Luftvorwärmer selber integriert ausgebildet sein, wodurch eine Temperatur von ca. 300°C des Rauchgasstromes des Kraftwerkes 3 zur Dampferzeugung genutzt werden können.
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Der aus dem Konverter 5 austretende Rauchgasstrom ist dem aus dem Hochofen 1 austretenden Rauchgasstrom ähnlich, wobei hier jedoch der Rauchgasstrom Temperaturen von ca. 400°C aufweist, welche ebenfalls zur Gewinnung von thermischer Energie in Form von Abwärme genutzt werden kann, indem der den Konverter 6 verlassende Rauchgasstrom den Abhitzekessel oder Wärmetauscher 10b passiert und der dabei gebildete Dampf mit einer Temperatur > 130°C dem Rauchgaswäscher 8 über die Zuführleitung 11 zugeführt wird.
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2 zeigt ein Beispiel für einen in das Hüttenwerk integrierten Rauchgaswäscher 8, bei welchem der aus dem Kraftwerk 3, der Kokerei 7, der Sinteranlage 4 und der Cowperanlage 2 austretende Rauchgasstrom in den Rauchgaswäscher 8 zur Abscheidung von CO2 aus dem Rauchgasstrom geführt wird, bevor der Rauchgasstrom als Abgas in die Atmosphäre abgegeben wird.
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Nach Eintritt der Rauchgasströme in den Rauchgaswäscher 8 passiert das Rauchgas zunächst eine NaOH-Wäsche 12 bevor es in einen Absorber 13 geleitet wird. Vor dem Eintritt in den Absorber 13 wird das zunächst drucklose Rauchgas zudem isotherm auf einen Druck von unter 10 bar, beispielsweise 2 bar, verdichtet und dann durch den Absorber 13 geführt, wobei ihm ein Waschmittel, vorzugsweise ein Amin, entgegenströmt. Das Waschmittel löst das CO2 aus dem Rauchgas aus und nimmt es auf. Das CO2-reiche Waschmittel 19 wird danach unter Durchströmen eines Wärmetauschers 14 in einen Desorber 15 eingeleitet. Im Desorber 15 wird das CO2-reiche Waschmittel 19 durch Erhitzen aufgebrochen und regeneriert, so dass am Kopfende des Desorbers 15 ein nahezu reines CO2-H2O-Gemisch austritt, das durch einen Kondensationsprozess in einem Kondensator 16 getrennt werden kann, so dass dann ein ca. 90% reiner CO2-Strom freigesetzt wird, der einer CO2-Kompression 17 zugeführt wird, die den CO2-Strom auf ca. 100 bar verdichtet und verflüssigt. Danach wird das verflüssigte CO2 einer weiteren Verwendung oder Lagerung zugeführt.
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Da für die Desorption des Waschmittels im Desorber 15 hohe Temperaturen erforderlich sind, wird der CO2-reiche Waschmittelstrom im Wärmetauscher 14 auf ca. 95°C erhitzt. Dies geschieht mit Hilfe von ebenfalls durch den Wärmetauscher 14 geleitetem, im Desorber 15 regeneriertem CO2-armen Waschmittel 18, das in einem Verdampfer 20 ausreichend temperiert wird. Der Verdampfer 20 verdampft einen Teil des Waschmittels, wodurch das CO2 von dem Waschmittel desorbiert wird, so dass sich am Kopfende des Desorbers 15 ein nahezu reines CO2-H2O-Gemisch bildet, das in den Kondensator 16 am Kopf des Desorbers 15 gelangt, wo das Wasser auskondensiert, so dass ein nahezu reiner CO2-Strom abgeführt wird. Das regenerierte, CO2-arme Waschmittel 18 wird am Sumpf des Desorbers 15 abgezogen, über den Wärmetauscher 14 geführt, in welchem das entgegenströmende, beladene, CO2-reiche Waschmittel 19 erwärmt wird. Durch das Passieren einer Pumpe 21 wird das CO2-arme Waschmittel 18 auf den notwendigen Absorberdruck gebracht und entsprechend abgekühlt, bevor das CO2-arme Waschmittel 18 wieder dem Absorber 13 zugeführt wird. Da sich während des ganzen Vorgangs Verluste an Wasser und Waschmittel ergeben, werden diese an einer Mischstelle 22 wieder dem System zugegeben.
