DE102018212015A1 - System group for steel production and a method for operating the system group - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Anlagenverbund zur Stahlerzeugung mit einem Hochofen (1) zur Roheisenerzeugung, einem Konverterstahlwerk (2) zur Rohstahlerzeugung, einem Verbundleitungssystem (3) für Gase, die bei der Roheisenerzeugung und/oder der Rohstahlerzeugung anfallen, eine an das Verbundleitungssystem (3) angeschlossene Chemieanlage (4) und eine an das Verbundleitungssystem (3) angeschlossene Biotechnologieanlage (5), wobei der Anlagenverbund eine Reihenschaltung der an das Verbundleitungssystem (3) angeschlossenen Chemieanlage (4) und der an das Verbundleitungssystem (3) angeschlossenen Biotechnologieanlage (5) umfasst.The invention relates to a system assembly for steel production with a blast furnace (1) for the production of pig iron, a converter steelworks (2) for the production of crude steel, a composite pipe system (3) for gases that occur during the production of pig iron and / or the production of crude steel, one to the composite pipe system (3 ) connected chemical plant (4) and a biotechnology plant (5) connected to the composite pipe system (3), the plant network being a series connection of the chemical plant (4) connected to the composite pipe system (3) and the biotechnology plant (5) connected to the composite pipe system (3) includes.
Description
Die Erfindung betrifft einen Anlagenverbund zur Stahlerzeugung sowie ein Verfahren zum Betreiben des Anlagenverbundes.The invention relates to a system assembly for steel production and a method for operating the system assembly.
Stand der TechnikState of the art
Der Anlagenverbund zur Stahlerzeugung umfasst einen Hochofen zur Roheisenerzeugung, ein Konverterstahlwerk zur Rohstahlerzeugung, ein Verbundleitungssystem für Gase, die bei der Roheisenerzeugung und/oder der Rohstahlerzeugung anfallen, sowie eine an das Verbundleitungssystem angeschlossene Chemieanlage und Biotechnologieanlage.The plant network for steel production comprises a blast furnace for the production of pig iron, a converter steel plant for the production of crude steel, a composite pipe system for gases that occur during the production of pig iron and / or the production of crude steel, as well as a chemical plant and biotechnology plant connected to the composite pipe system.
In der Chemieanlage können chemische Produkte aus den zugeführten Gasmengenströmen erzeugt werden, welche jeweils die Komponenten des Endproduktes enthalten. In der Biotechnologieanlage können biochemische Produkte aus den zugeführten Gasmengenströmen erzeugt werden, welche jeweils die Komponenten des Endproduktes enthalten.In the chemical plant, chemical products can be generated from the gas flows supplied, each of which contains the components of the end product. In the biotechnology plant, biochemical products can be generated from the gas flows supplied, each of which contains the components of the end product.
Im Hochofen wird aus Eisenerzen, Zuschlägen sowie Koks und anderen Reduktionsmitteln wie Kohle, Öl, Gas, Biomassen, aufbereiteten Altkunststoffen oder sonstigen Kohlenstoff und/oder Wasserstoff enthaltenden Stoffen Roheisen gewonnen. Als Produkte der Reduktionsreaktionen entstehen zwangsläufig CO, CO2, und insbesondere Wasserstoff und Wasserdampf. Ein aus dem Hochofenprozess abgezogenes Hochofengichtgas, welches auch als Gichtgas und/oder Hochofengas bezeichnet wird, weist neben den vorgenannten Bestandteilen häufig einen hohen Gehalt an Stickstoff auf und kann auch Verunreinigungen enthalten. Die Gasmenge und die Zusammensetzung des Hochofengichtgases sind abhängig von den Einsatzstoffen und der Betriebsweise und unterliegen Schwankungen. Typischerweise enthält Hochofengichtgas jedoch 35 bis 60 Vol.-% N2, 20 bis 30 Vol.-% CO, 20 bis 30 Vol.-% CO2 und 2 bis 15 Vol.-% H2. Rund 30 bis 40% des bei der Roheisenerzeugung entstehenden Hochofengichtgases werden im Regelfall zum Aufheizen des Heißwindes für den Hochofenprozess in Winderhitzern eingesetzt; die verbleibende Gichtgasmenge kann beispielsweise in anderen Werksbereichen auch extern zu Heizzwecken oder zur Stromerzeugung genutzt werden.In the blast furnace, pig iron is extracted from iron ore, aggregates, as well as coke and other reducing agents such as coal, oil, gas, biomass, processed waste plastics or other substances containing carbon and / or hydrogen. Products of the reduction reactions inevitably result in CO, CO 2 , and in particular hydrogen and water vapor. A blast furnace blast furnace gas withdrawn from the blast furnace process, which is also referred to as blast furnace gas and / or blast furnace gas, often has a high nitrogen content in addition to the abovementioned constituents and can also contain impurities. The amount of gas and the composition of the blast furnace gas depend on the feed materials and the mode of operation and are subject to fluctuations. Typically, however, blast furnace top gas contains 35 to 60% by volume of N 2 , 20 to 30% by volume of CO, 20 to 30% by volume of CO 2 and 2 to 15% by volume of H 2 . Around 30 to 40% of the blast furnace blast furnace gas produced during the production of pig iron is generally used to heat up the hot wind for the blast furnace process in hot blasters; the remaining amount of blast furnace gas can also be used externally for heating purposes or to generate electricity in other areas of the plant.
Im Konverterstahlwerk, das dem Hochofenprozess nachgeschaltet ist, wird Roheisen zu Rohstahl umgewandelt. Durch Aufblasen von Sauerstoff auf flüssiges Roheisen werden störende Verunreinigungen wie Kohlenstoff, Silizium, Schwefel und Phosphor entfernt. Da die Oxidationsprozesse eine starke Wärmeentwicklung verursachen, wird häufig Schrott in Mengen bis zu 25% bezogen auf das Roheisen als Kühlmittel zugesetzt. Ferner werden Kalk zur Schlackenbildung und Legierungsmittel zugegeben. Aus dem Stahlkonverter wird ein Konvertergas abgezogen, welches einen hohen Gehalt an CO aufweist und ferner Stickstoff, Wasserstoff und CO2 enthält. Eine typische Konvertergaszusammensetzung weist 50 bis 70 Vol.-% CO, 10 bis 20 Vol.-% N2, ca. 15 Vol.-% CO2 und ca. 2 Vol.-% H2 auf. Das Konvertergas wird entweder abgefackelt oder bei modernen Stahlwerken aufgefangen und einer energetischen Nutzung zugeführt.Pig iron is converted to crude steel in the converter steel plant, which is connected to the blast furnace process. By blowing oxygen onto molten pig iron, disruptive contaminants such as carbon, silicon, sulfur and phosphorus are removed. Since the oxidation processes generate a lot of heat, scrap is often added as a coolant in quantities of up to 25% based on the pig iron. Lime for slag formation and alloying agents are also added. A converter gas is drawn off from the steel converter, which has a high content of CO and also contains nitrogen, hydrogen and CO 2 . A typical converter gas composition has 50 to 70 vol.% CO, 10 to 20 vol.% N 2 , approx. 15 vol.% CO 2 and approx. 2 vol.% H 2 . The converter gas is either flared or collected in modern steelworks and used for energy.
Der Anlagenverbund kann optional im Verbund mit einer Kokerei betrieben werden. In diesem Fall umfasst der eingangs beschriebene Anlagenverbund zusätzlich eine Koksofenanlage, in der Kohle durch einen Verkokungsprozess in Koks umgewandelt wird. Bei der Verkokung von Kohle zu Koks fällt ein Koksofengas an, welches einen hohen Wasserstoffgehalt und beachtliche Mengen an CH4 enthält. Typischerweise enthält Koksofengas 55 bis 70 Vol.-% H2, 20 bis 30 Vol.-% CH4, 5 bis 10 Vol.-% N2 und 5 bis 10 Vol.-% CO. Zusätzlich weist das Koksofengas Anteile von CO2, NH3 und H2S auf. In der Praxis wird das Koksofengas beispielsweise in verschiedenen Werksbereichen zu Heizzwecken und im Kraftwerksprozess zur Stromerzeugung genutzt. Darüber hinaus ist es bekannt, Koksofengas zusammen mit Hochofengichtgas oder mit Konvertergas zur Erzeugung von Synthesegasen zu verwenden. Gemäß einem aus
In einem integrierten Hüttenwerk, welches im Verbund mit einer Kokerei betrieben wird, werden etwa 40 bis 50% der als Hochofengichtgas, Konvertergas und Koksofengas anfallenden Rohgase für verfahrenstechnische Prozesse eingesetzt. Etwa 50 bis 60 % der entstehenden Gase werden dem Kraftwerk zugeführt und zur Stromerzeugung genutzt. Der im Kraftwerk erzeugte Strom deckt den Strombedarf für die Roheisen- und Rohstahlerzeugung. Im Idealfall ist die Energiebilanz geschlossen, so dass abgesehen von Eisenerzen und Kohlenstoff in Form von Kohle und Koks als Energieträger kein weiterer Eintrag von Energie notwendig ist und außer Rohstahl und Schlacke kein Produkt den Anlagenverbund verlässt.In an integrated metallurgical plant, which is operated in conjunction with a coking plant, around 40 to 50% of the raw gases produced as blast furnace top gas, converter gas and coke oven gas are used for process engineering processes. About 50 to 60% of the gases produced are fed to the power plant and used to generate electricity. The electricity generated in the power plant covers the electricity required for the production of pig iron and crude steel. Ideally, the energy balance is closed, so that apart from iron ore and carbon in the form of coal and coke as energy sources, no further input of energy is necessary and no product leaves the plant network apart from crude steel and slag.
Problematisch im Stand der Technik ist eine ineffiziente Nutzung von aus dem Gesamtprozess anfallenden Restgasen und/oder Zwischen-/Nebenprodukten als auch Schwankungen im Verbundleitungssystem insbesondere von chemischen Eigenschaften wie beispielsweise Gaskonzentration, Gaszusammensetzung, Gasverunreinigung oder einer Kombination hiervon und/oder von physikalischen Eigenschaften wie beispielsweise Gastemperatur, Gasdruck oder einer Kombination hiervon, was den Betrieb von an das Verbundleitungssystem angeschlossenen Chemieanlagen und/oder Biotechnologieanlagen beeinflusst.The problem in the prior art is the inefficient use of residual gases and / or intermediate / by-products from the overall process, as well as fluctuations in the interconnection system, in particular chemical ones Properties such as gas concentration, gas composition, gas contamination or a combination thereof and / or physical properties such as gas temperature, gas pressure or a combination thereof, which influences the operation of chemical plants and / or biotechnology plants connected to the composite line system.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Stabilität, Prozessführung und Nachhaltigkeit des Gesamtprozesses, insbesondere die Effizienz und ökologischen Bedingungen des Gesamtprozesses zu verbessern und insbesondere einen Anlagenverbund zur Stahlerzeugung anzugeben, mit dem es möglich ist, einen kontinuierlichen und nachhaltigen Betrieb von Anlagen zu gewährleisten.Against this background, the invention is based on the object of improving the stability, process control and sustainability of the overall process, in particular the efficiency and ecological conditions of the overall process, and in particular of specifying a system network for steel production with which it is possible to operate systems continuously and sustainably to ensure.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Diese Aufgabe wird mit einem Anlagenverbund zur Stahlerzeugung nach Anspruch 1 und einem Verfahren zum Betreiben eines Anlagenverbundes nach Anspruch 10 gelöst.This object is achieved with a system assembly for steel production according to claim 1 and a method for operating a system assembly according to
Der Gegenstand der Erfindung ist ein Anlagenverbund zur Stahlerzeugung mit einem Hochofen zur Roheisenerzeugung, einem Konverterstahlwerk zur Rohstahlerzeugung, einem Verbundleitungssystem für Gase, die bei der Roheisenerzeugung und/oder der Rohstahlerzeugung anfallen, eine an das Verbundleitungssystem angeschlossene Chemieanlage und eine an das Verbundleitungssystem angeschlossene Biotechnologieanlage, wobei der Anlagenverbund eine Reihenschaltung der an das Verbundleitungssystem angeschlossenen Chemieanlage und der an das Verbundleitungssystem angeschlossenen Biotechnologieanlage umfasst.The subject matter of the invention is a system assembly for steel production with a blast furnace for the production of pig iron, a converter steel plant for the production of crude steel, a composite pipe system for gases that occur during the production of pig iron and / or the production of crude steel, a chemical plant connected to the composite pipe system and a biotechnology plant connected to the composite pipe system, the system network comprising a series connection of the chemical system connected to the system and the biotechnology system connected to the system.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Anlagenverbundes, der einen Hochofen zur Roheisenerzeugung, ein Konverterstahlwerk zur Rohstahlerzeugung, ein Verbundleitungssystem für Gase, die bei der Roheisenerzeugung und/oder der Rohstahlerzeugung anfallen und eine Chemieanlage und eine Biotechnologieanlage aufweist, wobei zumindest eine Teilmenge des bei der Roheisenerzeugung im Hochofen anfallenden Hochofengichtgases und/oder eine Teilmenge des bei der Rohstahlerzeugung anfallenden Konvertergases als Nutzgas zum Betrieb der Chemieanlage und/oder der Biotechnologieanlage und/oder des Hochofens zur Roheisenerzeugung und/oder des Konverterstahlwerks zur Rohstahlerzeugung verwendet wird und wobei eine Reihenschaltung der Chemieanlage und der Biotechnologieanlage erfolgt.Another object of the invention is a method for operating a plant network, which has a blast furnace for the production of pig iron, a converter steelworks for the production of crude steel, a composite pipe system for gases that occur in the production of pig iron and / or the production of crude steel and a chemical plant and a biotechnology plant, at least one Partial quantity of the blast furnace top gas produced during the production of pig iron in the blast furnace and / or a partial quantity of the converter gas arising during the production of crude steel as a useful gas for operating the chemical plant and / or the biotechnology plant and / or the blast furnace for the production of pig iron and / or the converter steel plant for the production of crude steel, and one The chemical plant and the biotechnology plant are connected in series.
Die vorliegende Erfindung kann in einem Anlagenverbund zur Stahlerzeugung sowie in einem Verfahren zum Betreiben eines Anlagenverbundes verwirklicht sein. Die Vorrichtungen des Anlagenverbundes können in einfacher und/oder mehrfacher Ausführung vorhanden sein.The present invention can be implemented in a system assembly for steel production and in a method for operating a system assembly. The devices of the system network can be available in single and / or multiple versions.
Der erfindungsgemäße Anlagenverbund zur Stahlerzeugung weist gegenüber konventionellen Anlagenverbunden die Vorteile auf, dass durch die Reihenschaltung der an das Verbundleitungssystem angeschlossenen Chemieanlage und der an das Verbundleitungssystem angeschlossenen Biotechnologieanlage eine effizientere Nutzung von aus dem Gesamtprozess anfallenden Restgasen und/oder Zwischen-/Nebenprodukten möglich ist und die Stabilität, Prozessführung und Nachhaltigkeit des Gesamtprozesses, insbesondere die ökonomischen und/oder ökologischen Bedingungen des Gesamtprozesses verbessert werden kann und insbesondere ein Anlagenverbund zur Stahlerzeugung ermöglicht wird, mit dem ein kontinuierlicher und nachhaltiger Betrieb von Anlagen gewährleistet ist. Insbesondere kann mit der Reihenschaltung der an das Verbundleitungssystem angeschlossenen Chemieanlage und der an das Verbundleitungssystem angeschlossenen Biotechnologieanlage eine effiziente Nutzung von aus dem Gesamtprozess anfallenden Restgasen und/oder Zwischen-/Nebenprodukten erreicht werden.The system assembly for steel production according to the invention has the advantages over conventional system assemblies that the series connection of the chemical system connected to the composite line system and the biotechnology system connected to the composite line system enables more efficient use of residual gases and / or intermediate / by-products from the overall process and that Stability, process management and sustainability of the overall process, in particular the economic and / or ecological conditions of the overall process can be improved and in particular a system network for steel production is made possible, with which a continuous and sustainable operation of systems is guaranteed. In particular, the series connection of the chemical system connected to the composite line system and the biotechnology system connected to the composite line system enables efficient use of residual gases and / or intermediate / by-products resulting from the overall process.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Anlagenverbundes weist gegenüber konventionellen Verfahren die Vorteile auf, dass durch die Reihenschaltung der an das Verbundleitungssystem angeschlossenen Chemieanlage und der an das Verbundleitungssystem angeschlossenen Biotechnologieanlage eine effizientere Nutzung von aus dem Gesamtprozess anfallenden Restgasen und/oder Zwischen-/Nebenprodukten möglich ist und die Stabilität, Prozessführung und Nachhaltigkeit des Gesamtprozesses, insbesondere die ökonomischen und/oder ökologischen Bedingungen des Gesamtprozesses verbessert werden kann und insbesondere ein Anlagenverbund zur Stahlerzeugung ermöglicht wird, mit dem ein kontinuierlicher und nachhaltiger Betrieb von Anlagen gewährleistet ist. Insbesondere können mit der Reihenschaltung der an das Verbundleitungssystem angeschlossenen Chemieanlage und der an das Verbundleitungssystem angeschlossenen Biotechnologieanlage eine effiziente Nutzung von aus dem Gesamtprozess anfallenden Restgasen und/oder Zwischen-/Nebenprodukten erreicht werden.The method according to the invention for operating a system network has the advantages over conventional methods that the series connection of the chemical system connected to the system and the biotechnology system connected to the system allows a more efficient use of residual gases and / or intermediate / by-products from the overall process and the stability, process control and sustainability of the overall process, in particular the economic and / or ecological conditions of the overall process, can be improved and, in particular, a plant network for steel production is made possible, with which a continuous and sustainable operation of plants is guaranteed. In particular, the series connection of the chemical system connected to the composite line system and the biotechnology system connected to the composite line system enables efficient use of residual gases and / or intermediate / by-products arising from the overall process.
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
In der Chemieanlage können chemische Produkte aus den zugeführten Gasmengenströmen erzeugt werden, welche jeweils die Komponenten des Endproduktes enthalten. Chemische Produkte können beispielsweise Ammoniak oder Methanol oder höhere Alkohole oder auch andere Kohlenwasserstoffverbindungen sein. Die Leistung, insbesondere der Output der Chemieanlage wird in Abhängigkeit der diesen Anlagen zugeführten Gasmengen geregelt. Eine wesentliche Herausforderung für die Chemieanlage ist die dynamische Fahrweise bei wechselnden Anlagenlasten, wobei der erfindungsgemäße Anlagenverbund/das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben des Anlagenverbundes eine verbesserte Effizienz von aus dem Gesamtprozess anfallenden Restgasen und/oder Zwischen-/Nebenprodukten und/oder eine Stabilisierung der Fahrweise ermöglicht. Die Betriebsweise bei wechselnden Anlagenlasten kann insbesondere dadurch realisiert werden, dass die Chemieanlage eine Mehrzahl parallel geschalteter kleiner Einheiten aufweist, die je nach zur Verfügung stehenden Nutzgasmengenstrom einzeln zu- oder abgeschaltet werden. Beispielsweise können in einer oder mehreren Einheiten auch unterschiedliche chemische Produkte hergestellt werden.In the chemical plant, chemical products can be generated from the gas flows supplied, each of which contains the components of the end product. Chemical products can, for example, ammonia or methanol or higher alcohols or others Be hydrocarbon compounds. The performance, in particular the output of the chemical plant is regulated depending on the gas quantities supplied to these plants. A major challenge for the chemical plant is the dynamic driving style with changing plant loads, the plant assembly according to the invention / the method according to the invention for operating the plant assembly enabling improved efficiency of residual gases and / or intermediate / by-products arising from the overall process and / or stabilization of the driving style , The mode of operation in the case of changing system loads can in particular be realized in that the chemical system has a plurality of small units connected in parallel, which are switched on or off individually depending on the usable gas flow rate available. For example, different chemical products can also be produced in one or more units.
Zur Herstellung von Ammoniak muss ein Gasgemisch bereitgestellt werden, welches Stickstoff und Wasserstoff im richtigen Verhältnis enthält. Der Stickstoff kann aus Hochofengichtgas gewonnen werden. Als Wasserstoffquelle kann Hochofengichtgas und/oder Konvertergas und/oder Koksofengas verwendet werden, wobei zusätzlicher Wasserstoff durch Konvertierung des CO-Anteils durch eine Wasser-Gas-Shift-Reaktion (CO + H2O <=> CO2 + H2) erzeugt werden kann. Beispielsweise kommen auch weitere Wasserstoffquellen, insbesondere die Wasserelektrolyse in Betracht. Zur Herstellung von Kohlenwasserstoffverbindungen, beispielsweise Methanol oder höheren Alkoholen, muss ein im Wesentlichen aus CO und/oder CO2 und H2 bestehendes Gasgemisch bereitgestellt werden, welches die Komponenten Kohlenmonoxid und/oder Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff im richtigen Verhältnis enthält. Als Wasserstoffquelle kann Hochofengichtgas und/oder Konvertergas und/oder Koksofengas verwendet werden, wobei zusätzlicher Wasserstoff durch Konvertierung des CO-Anteils durch eine Wasser-Gas-Shift-Reaktion erzeugt werden kann. Beispielsweise kommen auch weitere Wasserstoffquellen, insbesondere die Wasserelektrolyse in Betracht. Zur Bereitstellung von CO kann beispielsweise Konvertergas herangezogen werden. Als CO2-Quelle kann beispielsweise Hochofengichtgas und/oder Konvertergas dienen.To produce ammonia, a gas mixture must be provided that contains nitrogen and hydrogen in the correct ratio. The nitrogen can be obtained from blast furnace top gas. Blast furnace top gas and / or converter gas and / or coke oven gas can be used as the hydrogen source, additional hydrogen being generated by converting the CO portion by means of a water-gas shift reaction (CO + H 2 O <=> CO 2 + H 2 ) can. For example, other hydrogen sources, in particular water electrolysis, are also suitable. To produce hydrocarbon compounds, for example methanol or higher alcohols, a gas mixture consisting essentially of CO and / or CO 2 and H 2 must be provided, which contains the components carbon monoxide and / or carbon dioxide and hydrogen in the correct ratio. Blast furnace top gas and / or converter gas and / or coke oven gas can be used as the hydrogen source, it being possible for additional hydrogen to be generated by converting the CO portion by means of a water-gas shift reaction. For example, other hydrogen sources, in particular water electrolysis, are also suitable. For example, converter gas can be used to provide CO. Blast furnace gas and / or converter gas, for example, can serve as the CO 2 source.
In der Biotechnologieanlage können biochemische Produkte aus den zugeführten Gasmengenströmen erzeugt werden, welche jeweils die Komponenten des Endproduktes enthalten. Biologische Produkte können beispielsweise Alkohole, insbesondere Ethanol, Butanol, Kohlenwasserstoffe, Aceton, organische Säuren oder eine Kombination hiervon sein. Insbesondere ist eine Biotechnologieanlage eine Fermentationsanlage ggf. auch ein Photobiologische Anlage.In the biotechnology plant, biochemical products can be generated from the gas flows supplied, each of which contains the components of the end product. Biological products can be, for example, alcohols, in particular ethanol, butanol, hydrocarbons, acetone, organic acids or a combination thereof. In particular, a biotechnology plant is a fermentation plant and possibly also a photobiological plant.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einem Verbundleitungssystem ein Leitungssystem verstanden, in welchem Zwischen- und/oder Endprodukte eines Anlagenverbundes, insbesondere Gase, Fluide und/oder Flüssigkeiten gefördert werden können. Beispielsweise kann ein Verbundleitungssystem ein Gas-, ein Fluid- und/oder ein Flüssigkeitsleitungssystem sein.In the context of the present invention, a composite line system is understood to mean a line system in which intermediate and / or end products of a system network, in particular gases, fluids and / or liquids, can be conveyed. For example, a composite line system can be a gas, a fluid and / or a liquid line system.
Unter einer Reihenschaltung wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Hintereinanderschaltung von Vorrichtungen, insbesondere einer Chemie- und Biotechnologieanlage in einem Anlagenverbundsystem, insbesondere einem Verbundleitungssystem verstanden, wobei die Reihenfolge und Anzahl der hintereinandergeschalteten Vorrichtungen beliebig ist. Beispielsweise sind in einem Verbundleitungssystem in einer Reihenschaltung angeordnete Vorrichtungen nacheinander in dem Verbundleitungssystem angeordnet. Insbesondere werden bei Beaufschlagung mit einem Gas-, Fluid- und/oder Flüssigkeitsmengenstrom einer in Reihe vorher in dem Verbundleitungssystem angeordneten Vorrichtung nachfolgend ein aus der in Reihe vorher in dem Verbundleitungssystem angeordneten Vorrichtung austretender Gas-, Fluid- und/oder Flüssigkeitsmengenstrom einer in Reihe nachgeordneten Vorrichtung zugeführt.In the context of the present invention, a series connection is understood to mean a series connection of devices, in particular a chemical and biotechnology plant in a system network system, in particular a composite line system, the sequence and number of the series-connected devices being arbitrary. For example, devices arranged in a series connection in a composite line system are arranged one after the other in the composite line system. In particular, when a gas, fluid and / or liquid volume flow is applied to a device arranged in series beforehand in the composite piping system, a gas, fluid and / or liquid volume stream emerging from the device previously arranged in series in the composite piping system is subsequently arranged in a series Device supplied.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist in der Reihenschaltung die an das Verbundleitungssystem angeschlossene Chemieanlage in Reihe vor oder in Reihe nach der Biotechnologieanlage angeordnet. Insbesondere wird darunter, wenn die Chemieanlage in Reihe vor der Biotechnologieanlage angeordnet ist, verstanden, dass durch die Anordnung in der Reihenschaltung zuerst die Chemieanlage und in Strömungsrichtung danach die Biotechnologieanlage in dem Verbundleitungssystem beaufschlagt wird. Insbesondere wird darunter, wenn die Chemieanlage in Reihe nach der Biotechnologieanlage angeordnet ist, verstanden, dass durch die Anordnung in der Reihenschaltung zuerst die Biotechnologieanlage und in Strömungsrichtung danach die Chemieanlage in dem Verbundleitungssystem beaufschlagt wird.In a further embodiment of the invention, the chemical system connected to the composite line system is arranged in series in front of or in series after the biotechnology system in the series connection. In particular, if the chemical system is arranged in a row in front of the biotechnology system, this means that the arrangement in the series circuit first applies the chemical system and then in the flow direction the biotechnology system in the composite line system. In particular, when the chemical system is arranged in series after the biotechnology system, this means that the arrangement in the series connection first applies the biotechnology system and then in the flow direction the chemical system in the composite line system.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst der Anlagenverbund zusätzlich eine an das Verbundleitungssystem angeschlossene Koksofenanlage.According to a further embodiment of the invention, the system network additionally comprises a coke oven system connected to the composite line system.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst der Anlagenverbund zusätzlich mindestens eine an das Verbundleitungssystem angeschlossene Anlage zur Wasserstofferzeugung.In a further embodiment of the invention, the system network additionally comprises at least one system for hydrogen generation which is connected to the composite line system.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einer Anlage zur Wasserstofferzeugung eine Anlage verstanden, welche Wasserstoff bereitstellt. Beispielsweise kann eine Anlage zur Wasserstofferzeugung eine Pyrolyseanlage, eine Dampfreformierungsanlage, eine Anlage zur Partiellen Oxidation, ein autothermer Reformer, eine Vergasungsanlage, eine Wassergas-Shift-Anlage, oder einer Kombination hiervon sein. Beispielsweise kann auch das Biogas einer Biogasanlage zur Wasserstofferzeugung eingesetzt werden. Insbesondere kann die Wasserstofferzeugung durch Elektrolyse, vorzugsweise durch Wasserelektrolyse erfolgen, wobei die Wasserelektrolyse zweckmäßig mit elektrischem Strom betrieben wird, der aus erneuerbarer Energie erzeugt wurde.In the context of the present invention, a plant for hydrogen production is understood to be a plant which provides hydrogen. For example, a hydrogen generation plant can be a pyrolysis plant, a steam reforming plant, a partial oxidation plant, an autothermal reformer, a gasification plant, a water gas shift plant, or a combination thereof. For example, the biogas from a biogas plant can also be used to generate hydrogen. In particular, the hydrogen production can be carried out by electrolysis, preferably by water electrolysis, the water electrolysis advantageously being operated with electrical current which was generated from renewable energy.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst der Anlagenverbund zusätzlich eine Biogasanlage.In a further embodiment of the invention, the plant network additionally comprises a biogas plant.
Unter einer Biogasanlage wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Anlage verstanden, welche aus Biomasse Biogas bereitstellt. Beispielsweise wird Biogas durch mikrobiellen Abbau organischer Stoffe, insbesondere von Biomasse unter anoxischen Bedingungen hergestellt. Hierbei setzen Mikroorganismen die in der Biomasse enthaltenen Kohlenhydrate, Eiweiße und Fette in die Hauptprodukte Methan und Kohlenstoffdioxid um. Beispiele für Biomasse sind Abfälle als auch nachwachsende Rohstoffe jeder Art. Beispielsweise kann eine Biogasanlage auch eine Speichervorrichtung, insbesondere Transportleitung für Biogas sein. Insbesondere kann der Biogasanlage zusätzlich auch eine Vorrichtung zur Gasreinigung vorgeschaltet sein. In the context of the present invention, a biogas plant is understood to mean a plant which provides biogas from biomass. For example, biogas is produced by microbial degradation of organic substances, especially biomass, under anoxic conditions. Microorganisms convert the carbohydrates, proteins and fats contained in the biomass into the main products methane and carbon dioxide. Examples of biomass are waste as well as renewable raw materials of all kinds. For example, a biogas plant can also be a storage device, in particular a transport line for biogas. In particular, a device for gas cleaning can also be connected upstream of the biogas plant.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst der Anlagenverbund zusätzlich eine Anlage zur Biosynthesegaserzeugung.According to a further embodiment of the invention, the plant network additionally comprises a plant for generating biosynthetic gas.
Unter einer Anlage zur Biosynthesegaserzeugung wird in der vorliegenden Erfindung eine Anlage verstanden, welche aus Biogas ein Synthesegas herstellt. Beispielsweise kann eine Anlage zur Biosynthesegaserzeugung eine Dampfreformierungsanlage, eine Anlage zur Partiellen Oxidation ein autothermer Reformer oder eine Kombination hiervon sein. Insbesondere weist ein Biosynthesegas eine Zusammensetzung auf, welche Wasserstoff und CO und/oder CO2 umfasst. Insbesondere besteht die Möglichkeit zur Stabilisierung der Biosynthesegasanlage durch Zuführung von aus Koksofengas erhaltenen Methan unter der Voraussetzung, dass Koksofengas und erneuerbare Energie in ausreichender Menge bereitgestellt sind.In the present invention, a plant for the production of biosynthetic gas is understood to mean a plant which produces a synthesis gas from biogas. For example, a plant for generating biosynthetic gas can be a steam reforming plant, a plant for partial oxidation, an autothermal reformer, or a combination thereof. In particular, a biosynthesis gas has a composition which comprises hydrogen and CO and / or CO 2 . In particular, there is the possibility of stabilizing the biosynthesis gas plant by supplying methane obtained from coke oven gas, provided that sufficient quantities of coke oven gas and renewable energy are provided.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst der Anlagenverbund zusätzlich ein Kraftwerk zur Stromerzeugung, wobei das Kraftwerk als Gasturbinenkraftwerk oder Gasturbinen- und Dampfturbinenkraftwerk ausgelegt ist und mit einem Gas betrieben wird, welches eine Teilmenge des bei der Roheisenerzeugung im Hochofen anfallenden Hochofengichtgases und/oder eine Teilmenge des in dem Konverterstahlwerk anfallenden Konvertergases und/oder eine Teilmenge des in der Biogasanlage anfallenden Biogases und/oder eine Teilmenge des in der Koksofenanlage anfallenden Koksofengases und/oder eine Teilmenge des in der Anlage zur Biosynthesegaserzeugung anfallenden Biosynthesegases und/oder eine Teilmenge des in der Anlage zur Wasserstofferzeugung anfallenden Wasserstoffs umfasst.According to a further embodiment of the invention, the system network additionally comprises a power plant for generating electricity, the power plant being designed as a gas turbine power plant or a gas turbine and steam turbine power plant and being operated with a gas which is a part of the blast furnace top gas and / or a part of the blast furnace gas produced in the blast furnace of the converter gas occurring in the converter steelworks and / or a partial amount of the biogas occurring in the biogas plant and / or a partial amount of the coke oven gas occurring in the coke oven plant and / or a partial amount of the biosynthetic gas occurring in the plant for biosynthetic gas generation and / or a partial amount of those in the plant for hydrogen generation.
Beispielsweise kann der in dem Kraftwerk erzeugte Strom einzelnen und/oder mehreren Vorrichtungen des Anlagenverbundes zugeführt werden. Insbesondere kann die Verteilung des erzeugten Stromes über Stromleitungen erfolgen.For example, the electricity generated in the power plant can be supplied to individual and / or several devices of the system network. In particular, the electricity generated can be distributed via power lines.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verbundleitungssystem mindestens eine betrieblich steuerbare Gasverteilungsvorrichtung zur Aufteilung der der Chemieanlage und/oder der Biotechnologieanlage und/oder der Anlage zur Wasserstofferzeugung und/oder dem Kraftwerk und/oder der Koksofenanlage und/oder dem Hochofen und/oder dem Konverterstahlwerk und/oder der Anlage zur Biosynthesegaserzeugung zugeführten Gasmengenströme. Insbesondere ist eine betrieblich steuerbare Gasverteilungsvorrichtung eine betrieblich steuerbare Gasweiche zur Aufteilung von Gasmengenströmen.In a further embodiment of the invention, the composite line system comprises at least one gas distribution device which can be controlled in operation for dividing up the chemical plant and / or the biotechnology plant and / or the plant for generating hydrogen and / or the power plant and / or the coke oven plant and / or the blast furnace and / or the Converter steelworks and / or the gas volume flows supplied to the plant for the production of biosynthetic gas. In particular, an operationally controllable gas distribution device is an operationally controllable gas switch for dividing gas volume flows.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Verbundleitungssystem in Strömungsrichtung vor der mindestens einen betrieblich steuerbaren Gasverteilungsvorrichtung mindestens eine Mischvorrichtung zur Herstellung eines aus Hochofengichtgas und/oder Konvertergas und/oder Biogas und/oder Koksofengas und/oder Wasserstoff und/oder Biosynthesegas bestehenden Mischgases auf und sind mittels der betrieblich steuerbaren Gasverteilungsvorrichtung die der Chemieanlage und/oder der Biotechnologieanlage und/oder der Anlage zur Wasserstofferzeugung und/oder dem Kraftwerk und/oder der Koksofenanlage und/oder dem Hochofen und/oder dem Konverterstahlwerk und/oder der Anlage zur Biosynthesegaserzeugung zugeführten Gasmengenströme steuerbar.According to a further embodiment of the invention, the composite line system has at least one mixing device for producing a mixed gas consisting of blast furnace gas and / or converter gas and / or biogas and / or coke oven gas and / or hydrogen and / or biosynthesis gas upstream of the at least one operatively controllable gas distribution device are the gas flow device supplied to the chemical plant and / or the biotechnology plant and / or the plant for hydrogen production and / or the power plant and / or the coke oven plant and / or the blast furnace and / or the converter steelworks and / or the plant for biosynthesis gas production by means of the gas controllable gas distribution device controllable.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einer Mischvorrichtung im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung verstanden, welche Gase und/oder Fluide miteinander mischt. Insbesondere kann eine Mischvorrichtung ausgewählt sein aus einer Gruppe von einer Venturidüse, einem Mischbehälter, einer Mixing Station, einem statischen Mischer, einem Ejektor, einem Rohrleitungs-T-Stück oder einer Kombination hiervon.In the context of the present invention, a mixing device in the context of the present invention is understood to be a device which mixes gases and / or fluids with one another. In particular, a mixing device can be selected from a group of a Venturi nozzle, a mixing container, a mixing station, a static mixer, an ejector, a pipe tee or a combination thereof.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Anlagenverbund zusätzlich einen Energiespeicher zur Deckung zumindest eines Teils des Strombedarfs des Anlagenverbundes auf. Beispielsweise kann der Energiespeicher auch als ein Gasspeicher ausgebildet, insbesondere mit einer Vorrichtung zur Umwandlung von gespeichertem Gas in Strom, sein. In a further embodiment of the invention, the system network additionally has an energy store to cover at least part of the electricity requirement of the system network. For example, the energy store can also be designed as a gas store, in particular with a device for converting stored gas into electricity.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Anlagenverbund zusätzlich eine Anlage zur Gasreinigung und/oder Gaskonditionierung auf.According to a further embodiment of the invention, the system network additionally has a system for gas purification and / or gas conditioning.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einer Anlage zur Gasreinigung eine Anlage verstanden, welche diejenigen Bestandteile eines Gases wenigstens teilweise abtrennt, welche sich unvorteilhaft, insbesondere den Wirkungsgrad betreffend in nachgeordneten Prozessschritten auswirken könnten. Insbesondere wird unter einer Gasreinigung eine ein- oder mehrstufige Reinigung, insbesondere durch mechanische Sortierverfahren wie beispielsweise einer Trennung ausgewählt aus einer Gruppe von Dichte, Partikelgröße, Partikelträgheit, Oberflächenbenetzbarkeit, Magnetisierbarkeit, elektrischer Beweglichkeit, durch absorptive Verfahren, durch katalytische Prozesse oder einer Kombination hiervon verstanden.In the context of the present invention, a system for gas purification is understood to mean a system which at least partially separates those constituents of a gas which could have an unfavorable effect, in particular with regard to the efficiency, in downstream process steps. In particular, gas cleaning is understood to mean a single-stage or multi-stage cleaning, in particular by mechanical sorting processes such as, for example, a separation selected from a group of density, particle size, particle inertia, surface wettability, magnetizability, electrical mobility, by absorptive processes, by catalytic processes or a combination thereof ,
Unter einer Gaskonditionierung im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die Einstellung von Gaszusammensetzungen und/oder von physikalischen Gaseigenschaften verstanden. Beispielsweise wird im Rahmen der Gaskonditionierung der Anteil der Komponenten CO, CO2, H2 innerhalb der Gasströme verändert. Die Gaskonditionierung umfasst beispielsweise eine Druckwechseladsorption zur Abtrennung und Anreicherung von H2 und/oder eine Wasser-Gas-Shift-Reaktion zur Umwandlung von CO und H2O in H2 und CO2 und/oder einen Steam-Reformer zur Umwandlung des CH4-Anteils in CO und Wasserstoff, insbesondere im Koksofengas. Insbesondere kann die Einstellung eines bevorzugten Gasdruckes mit einem Kompressor erfolgen. Eine Temperatureinstellung kann beispielsweise in einen thermischen Schritt durchgeführt werden.Gas conditioning in the context of the present invention is understood to mean the setting of gas compositions and / or of physical gas properties. For example, the proportion of the components CO, CO 2 , H 2 within the gas streams is changed in the course of gas conditioning. The gas conditioning includes, for example, pressure swing adsorption for the separation and enrichment of H 2 and / or a water-gas shift reaction for converting CO and H 2 O into H 2 and CO 2 and / or a steam reformer for converting the CH 4 -Share in CO and hydrogen, especially in the coke oven gas. In particular, a preferred gas pressure can be set with a compressor. A temperature setting can be carried out, for example, in a thermal step.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist/sind die Anlage zur Gasreinigung und/oder Gaskonditionierung in Strömungsrichtung vor der an das Verbundleitungssystem angeschlossenen Chemieanlage und/oder der an das Verbundleitungssystem angeschlossenen Biotechnologieanlage angeordnet.According to a further embodiment of the invention, the system for gas purification and / or gas conditioning is / are arranged in the flow direction upstream of the chemical system connected to the composite line system and / or the biotechnology system connected to the composite line system.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Anlagenverbundes erfolgt in der Reihenschaltung eine Hintereinanderschaltung der an das Verbundleitungssystem angeschlossenen Chemieanlage in Reihe vor oder in Reihe nach der Biotechnologieanlage.In a further embodiment of the method according to the invention for operating a system network, the chemical system connected to the composite line system is connected in series in series before or in series after the biotechnology system.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Anlagenverbundes umfasst der Anlagenverbund zusätzlich eine an das Verbundleitungssystem angeschlossene Koksofenanlage, wobei zumindest eine Teilmenge des bei der Roheisenerzeugung im Hochofen anfallenden Hochofengichtgases und/oder eine Teilmenge des bei der Rohstahlerzeugung anfallenden Konvertergases und/oder eine Teilmenge des bei der Kokserzeugung in der Koksofenanlage anfallenden Koksofengases als Nutzgas zum Betrieb der Chemieanlage und/oder der Biotechnologieanlage und/oder des Hochofens zur Roheisenerzeugung und/oder des Konverterstahlwerks zur Rohstahlerzeugung und/oder der Koksofenanlage verwendet wird.According to a further embodiment of the method according to the invention for operating a system network, the system network additionally comprises a coke oven system connected to the composite line system, at least a partial amount of the blast furnace top gas resulting from the production of pig iron in the blast furnace and / or a partial amount of the converter gas resulting from the crude steel production and / or a partial amount of the coke oven gas generated during coke production in the coke oven system is used as useful gas for operating the chemical system and / or the biotechnology system and / or the blast furnace for producing pig iron and / or the converter steelworks for producing crude steel and / or the coke oven system.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Anlagenverbundes umfasst der Anlagenverbund zusätzlich eine an das Verbundleitungssystem angeschlossene Anlage zur Wasserstofferzeugung, wobei zumindest eine Teilmenge des bei der Roheisenerzeugung im Hochofen anfallenden Hochofengichtgases und/oder eine Teilmenge des bei der Rohstahlerzeugung anfallenden Konvertergases und/oder eine Teilmenge des bei der Kokserzeugung in der Koksofenanlage anfallenden Koksofengases und/oder eine Teilmenge des bei der Anlage zur Wasserstofferzeugung anfallenden Wasserstoffs als Nutzgas zum Betrieb der Chemieanlage und/oder der Biotechnologieanlage und/oder des Hochofens zur Roheisenerzeugung und/oder des Konverterstahlwerks zur Rohstahlerzeugung und/oder der Koksofenanlage und/oder der Anlage zur Wasserstofferzeugung verwendet wird.In a further embodiment of the method according to the invention for operating a system network, the system network additionally comprises a system connected to the composite line system for generating hydrogen, at least a partial amount of the blast furnace gas produced during the production of pig iron in the blast furnace and / or a partial quantity of the converter gas and / or a partial amount of the coke oven gas generated during coke production in the coke oven system and / or a partial amount of the hydrogen generated as a useful gas in the system for hydrogen production for operating the chemical system and / or the biotechnology system and / or the blast furnace for producing pig iron and / or the converter steel plant for producing crude steel and / or the coke oven plant and / or the plant for hydrogen production is used.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Anlagenverbundes umfasst der Anlagenverbund zusätzlich eine Biogasanlage zur Biogaserzeugung, wobei zumindest eine Teilmenge des bei der Biogasanlage anfallenden Biogases und/oder eine Teilmenge des bei der Roheisenerzeugung im Hochofen anfallenden Hochofengichtgases und/oder eine Teilmenge des bei der Rohstahlerzeugung anfallenden Konvertergases und/oder des bei der Kokserzeugung anfallenden Koksofengases und/oder des bei der Anlage zur Wasserstofferzeugung anfallenden Wasserstoffs und/oder des bei der Anlage zur Biosynthesegaserzeugung anfallenden Biosynthesegases als Nutzgas zum Betrieb der Chemieanlage und/oder der Biotechnologieanlage und/oder des Hochofens zur Roheisenerzeugung und/oder des Konverterstahlwerks zur Rohstahlerzeugung und/oder der Koksofenanlage verwendet wird.According to a further embodiment of the method according to the invention for operating a plant network, the plant network additionally comprises a biogas plant for the production of biogas, at least a partial amount of the biogas occurring in the biogas plant and / or a partial amount of the blast furnace top gas resulting from the production of pig iron in the blast furnace and / or a partial amount of the the converter gas produced in the production of crude steel and / or the coke oven gas produced in the production of coke and / or the hydrogen produced in the hydrogen generation plant and / or the biosynthesis gas produced in the plant for producing biosynthetic gas as useful gas for operating the chemical plant and / or the biotechnology plant and / or Blast furnace for the production of pig iron and / or the converter steel plant for the production of crude steel and / or the coke oven plant is used.
Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Anlagenverbundes umfasst der Anlagenverbund zusätzlich eine an das Verbundleitungssystem angeschlossene Anlage zur Biosynthesegaserzeugung, wobei zumindest eine Teilmenge des bei der Roheisenerzeugung im Hochofen anfallenden Hochofengichtgases und/oder eine Teilmenge des bei der Rohstahlerzeugung anfallenden Konvertergases und/oder eine Teilmenge des bei der Kokserzeugung in der Koksofenanlage anfallenden Koksofengases und/oder eine Teilmenge des bei der Anlage zur Wasserstofferzeugung anfallenden Wasserstoffs und/oder eine Teilmenge des bei der Anlage zur Biosynthesegaserzeugung anfallenden Biosynthesegases als Nutzgas zum Betrieb der Chemieanlage und/oder der Biotechnologieanlage und/oder des Hochofens zur Roheisenerzeugung und/oder des Konverterstahlwerks zur Rohstahlerzeugung und/oder der Koksofenanlage und/oder der Anlage zur Wasserstofferzeugung und/oder der Anlage zur Biosynthesegaserzeugung verwendet wird. According to a further embodiment of the method according to the invention for operating a system network, the system network additionally comprises a system connected to the composite line system for the production of biosynthetic gas, at least a partial amount of the blast furnace top gas resulting from the production of pig iron in the blast furnace and / or a partial amount of the converter gas resulting from the production of crude steel and / or a subset of the coke oven gas produced in the coke oven plant and / or a subset of the hydrogen produced in the hydrogen production plant and / or a subset of the biosynthesis gas produced in the biosynthesis gas production plant as a useful gas for operating the chemical plant and / or the biotechnology plant and / or or the blast furnace for the production of pig iron and / or the converter steel plant for the production of crude steel and / or the coke oven plant and / or the plant for hydrogen production and / or the plant for biosynthesis gas is used.
Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Anlagenverbundes umfasst der Anlagenverbund zusätzlich ein an das Verbundleitungssystem angeschlossenes Kraftwerk, wobei zumindest eine Teilmenge des bei der Roheisenerzeugung im Hochofen anfallenden Hochofengichtgases und/oder eine Teilmenge des bei der Rohstahlerzeugung anfallenden Konvertergases und/oder eine Teilmenge des bei der Kokserzeugung in der Koksofenanlage anfallenden Koksofengases und/oder eine Teilmenge des bei der Anlage zur Wasserstofferzeugung anfallenden Wasserstoffs und/oder eine Teilmenge des bei der Anlage zur Biosynthesegaserzeugung anfallenden Biosynthesegases als Nutzgas zum Betrieb der Chemieanlage und/oder der Biotechnologieanlage und/oder des Hochofens zur Roheisenerzeugung und/oder des Konverterstahlwerks zur Rohstahlerzeugung und/oder der Koksofenanlage und/oder der Anlage zur Wasserstofferzeugung und/oder des Kraftwerks verwendet wird.According to a further embodiment of the method according to the invention for operating a system network, the system network additionally comprises a power plant connected to the composite line system, at least a partial amount of the blast furnace top gas resulting from the production of pig iron in the blast furnace and / or a partial amount of the converter gas resulting from the crude steel production and / or a partial amount of the coke oven gas produced during coke production in the coke oven plant and / or a partial quantity of the hydrogen arising in the plant for hydrogen production and / or a partial quantity of the biosynthetic gas obtained in the plant for biosynthesis gas production as useful gas for operating the chemical plant and / or the biotechnology plant and / or Blast furnace for pig iron production and / or the converter steel plant for the production of crude steel and / or the coke oven plant and / or the plant for hydrogen production and / or the power plant is used.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Anlagenverbundes umfasst der Anlagenverbund zusätzlich eine an das Verbundleitungssystem angeschlossene Anlage zur Gasreinigung und/oder Gaskonditionierung, wobei zumindest eine Teilmenge des bei der Roheisenerzeugung im Hochofen anfallenden Hochofengichtgases und/oder eine Teilmenge des bei der Rohstahlerzeugung anfallenden Konvertergases und/oder eine Teilmenge des bei der Biogasanlage anfallenden Biogases und/oder eine Teilmenge des bei der Kokserzeugung in der Koksofenanlage anfallenden Koksofengases und/oder eine Teilmenge des bei der Anlage zur Wasserstofferzeugung anfallenden Wasserstoffs und/oder eine Teilmenge des bei der Anlage zur Biosynthesegaserzeugung anfallenden Biosynthesegases gereinigt und/oder konditioniert wird.In a further embodiment of the method according to the invention for operating a system network, the system network additionally comprises a system connected to the composite line system for gas purification and / or gas conditioning, with at least a partial amount of the blast furnace gas produced during the production of pig iron in the blast furnace and / or a partial amount resulting during the production of crude steel Converter gas and / or a subset of the biogas produced in the biogas plant and / or a subset of the coke oven gas produced in coke production in the coke oven plant and / or a subset of the hydrogen produced in the hydrogen production plant and / or a subset of the biosynthetic gas production plant resulting biosynthesis gas is cleaned and / or conditioned.
Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Anlagenverbundes erfolgt eine Hintereinanderschaltung der Anlage zur Gasreinigung und/oder Gaskonditionierung in Strömungsrichtung vor der an das Verbundleitungssystem angeschlossenen Chemieanlage und/oder der an das Verbundleitungssystem angeschlossenen Biotechnologieanlage.According to a further embodiment of the method according to the invention for operating a system network, the system for gas purification and / or gas conditioning is connected in series in the flow direction upstream of the chemical system connected to the system and / or the biotechnology system connected to the system.
BeispieleExamples
Nachfolgend angeführte Konstellationen sind erfindungsgemäße Beispiele. Die erfindungsgemäße Lösung ist nicht auf die nachfolgenden Beispiele beschränkt. Vielmehr können auch lediglich Teilströme von der Chemie- in die Biotechnologieanlage oder von der Biotechnologie- in die Chemieanlage zur ökonomischen oder ökologischen Optimierung des Gesamtsystems geführt werden. Weiterhin können auch mehrere Chemie- und/oder Bioreaktoren in Reihe betrieben werden. Außerdem kann es vorteilhaft sein, dass derjenigen Anlage, die in Reihe weiter hinten angeordnet ist, neben Nebenprodukten, Endprodukten und Restgasen zusätzlich auch Hüttengase oder Wasserstoff als Edukt zugeführt wird. Weiterhin können zusätzliche Edukte, die extern hergestellt werden, zusätzlich zugegeben werden.
- 1. Beispiel: Ausnutzung unterschiedlicher Druck- und/oder Temperaturniveaus
- a) Anordnung der Biotechnologieanlage in Reihe vor der Chemieanlage Beispielsweise können die unterschiedlichen Druck- und Temperaturniveaus einer Chemie- und Biotechnologieanlage auch bei einer Reihenschaltung bestehend aus Biotechnologie- und Chemieanlage ausgenutzt werden. Die weitestgehend drucklos und bei Umgebungstemperatur anfallenden Hüttengase könnten zunächst nach geringer Druckerhöhung und/oder Temperierung durch eine Biotechnologieanlage, insbesondere einen Bioreaktor geführt werden, wo sie teilweise umgesetzt werden, sodass nur eine verminderte Teilgasmenge, nämlich das Restgas aus der Biotechnologieanlage, auf die hohen Prozessdrücke bzw. -temperaturen der Chemieanlage komprimiert bzw. aufgeheizt werden müsste.
- b) Anordnung der Chemieanlage in Reihe vor der Biotechnologieanlage Beispielsweise wird das Restgas der Chemieanlage teilweise durch Entspannung und/oder Temperaturabsenkung von dem Produktgas abgetrennt. In einem solchen Fall müsste das Restgas vor Rückführung in den Reaktor erneut komprimiert und/oder aufgeheizt werden. Da Biotechnologieanlagen bei deutlich niedrigeren Drücken und Temperaturen gefahren werden als Chemieanlagen, könnte eine biotechnologische Verwertung des Restgases einer Chemieanlage Komprimierungs- und/oder Heizenergie einsparen.
- 2. Beispiel: Ausnutzung von unterschiedlichem Reinigungsbedarf Organismen, die zur Verwertung von Gassubstraten befähigt sind, weisen im Gegensatz zu chemischen Katalysatoren meist eine deutlich stärker ausgeprägte Toleranz gegenüber Verunreinigungen im Feedgas auf. Es kann daher vorteilhaft sein, einen wenig aufgereinigten Gasstrom zunächst durch einen oder mehrere Bioreaktoren zu leiten, das Restgas anschließend für eine chemisch-katalytischen Umsatz bedarfsgerecht aufzureinigen und anschließend chemisch umzusetzen.
- 3. Beispiel: Nebenproduktverwertung zur ökonomischen und/oder ökologischen Wertschöpfung
- a) Anordnung der Biotechnologieanlage in Reihe vor der Chemieanlage Beispielsweise kann aus einer Gasfermentation zu Ethanol in der Biotechnologieanlage anfallende Essigsäure in der nachgeschalteten Chemieanlage zu Ethanol umgesetzt und damit eine Wertschöpfung erzielt werden.
- b) Anordnung der Chemieanlage in Reihe vor der Biotechnologieanlage Eine Verschaltung von Chemieanlage und Biotechnologieanlage könnte bspw. so gestaltet werden, dass Nebenprodukte der Chemieanlage in der Biotechnologieanlage verwertet werden. Bei einer Chemieanlage fällt bei der chemisch-katalytischen Herstellung von höheren Alkoholen u.a. Methan an, das energetisch verwertet werden kann. Eine solche energetische Verwertung könnte in Abhängigkeit des Bilanzkreises der Ökobilanz aber dazu führen, dass der CO2-Fußabdruck des Stahls und/oder der höheren Alkohole verschlechtert wird. Eine biotechnologische Nutzung des Methans durch bspw. methanotrophe Bakterien könnte dieses Problem vermindern, indem die Emissionen verringert und/oder auf mehr Produkte verteilt werden oder auch zum Beispiel in Form von Kunststoffen oder Kraftstoffen länger gespeichert werden.
- 4. Beispiel: Effizientere Restgasverwertung durch sich ergänzende Anforderungen an die Gaszusammensetzung Beim Durchgang durch den Chemie- oder Bioreaktor werden die Komponenten des Gases unterschiedlich stark abgereichert, sodass die Zusammensetzung des Restgases von der ursprünglichen Zusammensetzung des Eduktgases abweicht. Hierbei könnten sich Chemie- und Biotechnologieanlage in derart ergänzen als dass das Restgas der einen Anlage ein geeignetes Eduktgas für die andere darstellt. Eine Reihenschaltung aus Chemie- und Biotechnologieanlage könnte in diesem Fall einer Rückführung des Restgases vorzuziehen sein. So könnte beispielsweise die Verwertung eines CO-reichen Restgases mit geringen H2-Konzentrationen mit Bakterien, die zur biologischen Wasser-Gas-Shift-Reaktion befähigt sind und somit auch ohne H2 z.B. Ethanol oder Essigsäure herstellen können, vorteilhaft gegenüber einer chemischen Verwertung sein. CO2- und H2-reiche Restgase könnten ebenfalls durch bakterielle Fermentationsprozesse zu Essigsäure umgesetzt werden, sodass hier auch eine direkte Verwertung von CO2 vorstellbar wäre.
- 5. Beispiel: Endproduktverwertung zur ökonomischen und/oder ökologischen Wertschöpfung Letztlich ist auch eine Verschaltung aus Chemie- und Biotechnologieanlage vorstellbar, bei der das Endprodukt der einen Anlage in der anderen als Edukt eingesetzt wird. Im Falle einer vorgeschalteten Chemieanlage könnten in einer Biotechnologieanlage einfache Produkte zu komplexeren Produkten aufgebaut werden. Beispielhaft kann die biotechnologische Verwertung von chemisch hergestelltem Methanol genannt werden. Auf der anderen Seite könnten bei einer vorgeschalteten biotechnologischen Anlage Edukte für eine Chemieanlage erzeugt werden. Hierbei könnte es sich im Rahmen des erfindungsgemäßen Anlagenverbundes beispielsweise um die bakterielle Essigsäureerzeugung handeln, die dann als Edukt in einer Chemieanlage umgesetzt werden könnten. Es ist ausdrücklich die Möglichkeit gegeben, dass zur ökonomischen oder ökologischen Optimierung des Gesamtsystems lediglich Teilströme von der Chemie- in die Biotechnologieanlage oder von der Biotechnologie- in die Chemieanlage geführt werden. Weiterhin können auch mehrere Chemie- oder Bioreaktoren in Reihe betrieben werden. Außerdem kann es vorteilhaft sein, dass diejenige Anlage, die in Reihe weiter hinten angeordnet ist, neben Nebenprodukten, Endprodukten und Restgasen auch zusätzlich Hüttengase oder Wasserstoff als Edukt bekommt. Weiterhin können zusätzliche Edukte, die extern hergestellt werden, zusätzlich zugegeben werden.
- Example 1: Utilization of different pressure and / or temperature levels
- a) Arrangement of the biotechnology system in a row in front of the chemical system For example, the different pressure and temperature levels of a chemical and biotechnology system can also be used in a series connection consisting of a biotechnology and chemical system. The largely unpressurized and at ambient temperature occurring smelter gases could initially be passed through a biotechnology plant, in particular a bioreactor, after a slight pressure increase and / or tempering, where they are partially converted, so that only a reduced amount of partial gas, namely the residual gas from the biotechnology plant, is brought up to the high process pressures or temperatures of the chemical plant would have to be compressed or heated.
- b) Arrangement of the chemical system in a row in front of the biotechnology system For example, the residual gas of the chemical system is partially separated from the product gas by expansion and / or temperature reduction. In such a case, the residual gas would have to be compressed again and / or heated before being returned to the reactor. Since biotechnology plants are operated at significantly lower pressures and temperatures than chemical plants, a biotechnological utilization of the residual gas of a chemical plant could save compression and / or heating energy.
- Example 2: Exploitation of different cleaning requirements Organisms that are capable of recycling gas substrates usually have a much stronger tolerance towards impurities in the feed gas than chemical catalysts. It can therefore be advantageous to first pass a poorly purified gas stream through one or more bioreactors, then to purify the residual gas as required for chemical-catalytic conversion and then to implement it chemically.
- 3rd example: by-product utilization for economic and / or ecological value creation
- a) Arrangement of the biotechnology system in a row in front of the chemical system For example, acetic acid from a gas fermentation to ethanol in the biotechnology system can be converted to ethanol in the downstream chemical system, thus creating added value.
- b) Arrangement of the chemical plant in a row in front of the biotechnological plant A connection of the chemical plant and the biotechnological plant could, for example, be designed in such a way that by-products of the chemical plant are utilized in the biotechnological plant. In a chemical plant, the chemical-catalytic production of higher alcohols produces methane, among other things, which can be used for energy. Depending on the balancing group of the life cycle assessment, such energy recovery could lead to a deterioration in the carbon footprint of steel and / or higher alcohols. A biotechnological use of methane by, for example, methanotrophic bacteria could alleviate this problem by reducing emissions and / or by distributing them to more products or by storing them longer, for example in the form of plastics or fuels.
- 4. Example: More efficient utilization of residual gas due to complementary gas composition requirements When passing through the chemical or bioreactor, the components of the gas are depleted to different extents, so that the composition of the residual gas differs from the original composition of the feed gas. Chemical and biotechnology plants could complement each other in such a way that the residual gas from one plant represents a suitable educt gas for the other. In this case, a series connection from the chemical and biotechnology plant might be preferable to recycling the residual gas. For example, the recycling of a CO-rich residual gas with low H2 concentrations with bacteria that are capable of the biological water-gas shift reaction and thus can also produce without H2, for example ethanol or acetic acid, could be advantageous compared to chemical recycling. Residual gases rich in CO2 and H2 could also be converted to acetic acid by bacterial fermentation processes, so that direct utilization of CO2 would also be conceivable here.
- 5. Example: End product utilization for economic and / or ecological value creation Ultimately, an interconnection from a chemical and biotechnology plant is also conceivable, in which the end product of one plant is used as a starting material in the other. In the case of an upstream chemical plant, simple products could be built into more complex products in a biotechnology plant. The biotechnological utilization of chemically produced methanol can be mentioned as an example. On the other hand, educts for a chemical plant could be generated in an upstream biotechnological plant. In the context of the plant network according to the invention, this could be, for example, bacterial acetic acid production, which could then be implemented as a starting material in a chemical plant. There is expressly the possibility that for the economic or ecological optimization of the overall system only partial flows from the chemical to the biotechnology plant or from the biotechnology to the chemical plant are conducted. Furthermore, several chemical or bioreactors can be operated in series. In addition, it may be advantageous for the plant which is arranged further in the row to receive, in addition to by-products, end products and residual gases, also metallurgical gases or hydrogen as a starting material. Additional starting materials which are produced externally can also be added.
Figurenliste list of figures
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen schematisch
-
1 ein stark vereinfachtes schematisches Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Anlagenverbundes zur Stahlerzeugung mit einer Reihenschaltung der an das Verbundleitungssystem angeschlossenen Chemieanlage und Biotechnologieanlage .
-
1 a greatly simplified schematic block diagram of a system assembly according to the invention for steel production with a series connection of the chemical plant and biotechnology plant connected to the composite pipe system.
In der
Gewerbliche AnwendbarkeitIndustrial applicability
Anlagenverbund zur Stahlerzeugung und ein Verfahren zum Betreiben eines Anlagenverbundes der vorbeschriebenen Art können in der Produktion von Stahl eingesetzt werden.System assembly for steel production and a method for operating a system assembly of the type described above can be used in the production of steel.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- = Hochofen= Blast furnace
- 22
- = Konverterstahlwerk= Converter steelworks
- 33
- = Verbundleitungssystem= Composite pipe system
- 44
- = Chemieanlage= Chemical plant
- 55
- = Biotechnologieanlage= Biotechnology plant
- 66
- = Biogasanlage= Biogas plant
- 77
- = Koksofenanlage= Coke oven plant
- 88th
- = Anlage zur Wasserstofferzeugung= Plant for hydrogen production
- 99
- = Anlage zur Biosynthesegaserzeugung= Plant for biosynthesis gas generation
- 1010
- = Kraftwerk= Power plant
- 1111
- = betrieblich steuerbare Gasverteilungsvorrichtung= operationally controllable gas distribution device
- 1212
- = Mischvorrichtung= Mixing device
- 1313
- = Energiespeicher= Energy storage
- 14, 14'14, 14 '
- = Anlage zur Gasreinigung= Plant for gas cleaning
- 15, 15'15, 15 '
- = Anlage zur Gaskonditionierung= System for gas conditioning
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- WO 2010/136313 A1 [0006]WO 2010/136313 A1 [0006]
- EP 0200880 A2 [0006]EP 0200880 A2 [0006]
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