DE102021214833A1

DE102021214833A1 - Vorrichtung zur vereinfachten Bindung von Kohlendioxid aus einem Hüttengas

Info

Publication number: DE102021214833A1
Application number: DE102021214833.6A
Authority: DE
Inventors: Olaf von Morstein; Ömer Yildirim
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Current assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 2021-12-21
Filing date: 2021-12-21
Publication date: 2023-01-05

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur Bindung von Kohlendioxid aus einem Hüttengas 10, wobei die Anlage 10 eine Hüttengaszuführung aufweist, wobei die Hüttengaszufuhr 20 direkt mit einem Rohgaseinlass 31 eines Kohlendioxidabscheiders 30 verbunden ist, wobei der Kohlendioxidabscheider 30 einen Abgasauslass 32 und einen Kohlendioxidauslass 33 aufweist, wobei der Kohlendioxidauslass 33 mit einer Entschwefelungsvorrichtung 40 verbunden ist, wobei die Entschwefelungsvorrichtung 40 mit einer Kohlenstofffixiervorrichtung 50 verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, um Kohlendioxid in einem vereinfachten Verfahren aus einem Hüttengas abzutrennen und anschließend einer Fixierung, beispielsweise einer Methanolsynthese, zuzuführen. Hierdurch wird die Emission des Treibhausgases Kohlendioxids in der Stahlherstellung vermieden.
Übliche Verfahren zur Abtrennung von Kohlendioxid aus Industrieabgasen sehen oftmals vor, den Gasstrom beispielsweise auf 20 bar zu komprimieren und zu entschwefeln und anschließend das Kohlendioxid beispielweise in einer Aminlösung zu binden und so aus dem Gasstrom zu entfernen. Für Gichtgas oder andere Hüttenabgase werden derzeit entsprechende Versuchsanlagen erprobt.
Aus der EP 2 520 674 A1 ist eine Vorrichtung zur Herstellung von geschmolzenem Eisen bekannt.
Aus der KR 2010 0078749 A ist eine Vorrichtung zur Herstellung von geschmolzenem Metall bekannt, bei der Kohlendioxid gesammelt und recycelt wird.
Aus der WO 2011 / 029 792 A1 ist ein Verfahren zur Entfernung von CO₂ aus Abgasen von Anlagen zur Roheisenherstellung bekannt.
Aus der WO 2013 / 110 969 A2 ist ein Hochofen mit einem Recycling der Ofengase bekannt.
Aus der WO 99 / 19520 A1 ist eine Vorrichtung zur direkten Eisenreduktion bekannt.
Aus der KR 2013 0048815 A ist ein Herstellverfahren von Methangas durch eine wässrige Gasumwandlungsreaktion bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein vereinfachtes Verfahren bereitzustellen, bei dem der Hüttengasstrom möglichst ohne weiteren Aufwand verwendet werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Anlage mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Zeichnung.
Die erfindungsgemäße Anlage dient zur Bindung von Kohlendioxid aus einem Hüttengas. Es wird somit das Kohlendioxid aus dem Hüttengas entfernt und einer Fixierung zugeführt, um die Emission dieses Treibhausgases zu verhindern. Die Anlage weist somit eine Hüttengaszuführung auf. Über diese kann insbesondere ein von einem Hochofen kommendes Hüttengas zugeführt werden. Hüttengas weist üblicherweise einen geringen Überdruck, beispielsweise von etwa 300 mbar, auf. Die Hüttengaszufuhr ist direkt mit einem Rohgaseinlass eines Kohlendioxidabscheiders verbunden. Direkt bedeutet, dass insbesondere kein Kompressor vorhanden ist, das Hüttengas also mit dem dem Hüttengas eigenen Druck in den Kohlendioxidabscheider zugeführt wird. Auch wird auf eine vorhergehende Entschwefelung absichtlich verzichtet. Dieses hat natürlich als negativen Nebeneffekt, dass neben Kohlendioxid auch wenigstens teilweise auch Schwefelverbindungen, beispielsweise und insbesondere COS, CS₂ und H₂S in dem Kohlendioxidabscheider mit aus dem Gasstrom abgetrennt werden. Der Kohlendioxidabscheider weist weiter einen Abgasauslass und einen Kohlendioxidauslass auf. Aus dem Abgasauslass wird das vom Kohlendioxid befreite Hüttengas abgeführt. Dieses kann beispielweise einer Verbrennung zugeführt werden, da es durch die Entfernung des Kohlendioxids einen erhöhten Brennwert hat. Ebenso kann es aufgrund des Gehalts an Wasserstoff und Kohlenmonoxid an anderer Stelle des Hüttenprozesses beispielsweise anstelle von Methan zugesetzt werden, um so die Gesamtbilanz bezüglich der Freisetzung von Kohlendioxid zu optimieren. Der Kohlendioxidauslass ist mit einer Entschwefelungsvorrichtung verbunden. Somit werden die Schwefelverbindungen erst aus dem Kohlendioxid-Strom abgetrennt. Die Entschwefelungsvorrichtung ist mit einer Kohlenstofffixiervorrichtung verbunden. Eine Kohlenstofffixiervorrichtung im Sinne der Erfindung ist breit zu verstehen und kann beispielsweise und insbesondere eine Methanolsynthese sein. Ebenso kann die Kohlenstofffixiervorrichtung auch eine Vorrichtung zur Erzeugung von festem Kohlenstoff aus Kohlendioxid sein, da fester Kohlenstoff einfacher und sicherer endgelagert werden kann. Erfindungswesentlich ist somit, dass die Entschwefelung erst nach der Abtrennung des Kohlendioxids aus dem Gasstrom und vor der Kohlenstofffixiervorrichtung erfolgt. Hierdurch sind die wenigsten Modifikationen des ursprünglichen Hüttengasstromes notwendig, sodass die Gesamtenergiebilanz des Gesamtprozesses günstiger ist. Insbesondere kann auf eine Druckerhöhung für den gesamten Hüttengasstrom verzichtet werden, welcher nur zu rund ¼ aus Kohlendioxid besteht, sodass rund ¾ nicht unnötig komprimiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Kohlenstofffixiervorrichtung eine Wasserstoffquelle, ein Kompressor und einen Synthesereaktor auf. Besonders bevorzugt ist die Wasserstoffquelle eine Wasserelektrolyse, welche bevorzugt mit regenerativ erzeugter elektrischer Energie betrieben wird. Bevorzugt dient die Kohlenstofffixiervorrichtung der Herstellung von Methanol. Alternativ zu einer bevorzugten chemischen Synthese insbesondere von Methanol in einem chemischen Prozess kann die Kohlenstofffixierung in der Kohlenstofffixiervorrichtung auch beispielsweise biochemisch erfolgen, beispielsweise ebenfalls unter der Herstellung von Methanol.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Entschwefelungsvorrichtung eine Adsorptionsentschwefelungsvorrichtung. Dieses bedeutet, dass die Schwefelverbindungen direkt an der Oberfläche der Adsorptionsentschwefelungsvorrichtung adsorbiert und vorzugsweise gebunden werden. Hierzu weist die Adsorptionsentschwefelungsvorrichtung beispielsweise und bevorzugt Zinkoxid oder Kupfer auf. Zwar muss dann regelmäßig ein Austausch der Adsorptionsflächen erfolgen, aufgrund der geringen Schwefelgehalte im ppm Bereich ist diese effiziente, einfache und ansonsten verschleißfreie Technik zielführend.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Kohlendioxidabscheider eine Aminlösung auf. Weiter weist der Kohlendioxidabscheider einen Absorber und einen Desorber auf. Im Absorber wird das Hüttengas an der Aminlösung vorbeigeführt, sodass das Kohlendioxid von der Aminlösung absorbiert wird. Die Aminlösung wird dann erwärmt in den Desorber überführt, wo das Kohlendioxid wieder ausgetrieben und über den Kohlendioxidauslass wieder abgegeben wird. Die so regenerierte Aminlösung wird zurück in dem Absorber überführt, wobei diese den aus dem Absorber kommenden Strom in einem Wärmetauscher erwärmt. Derartige Kohlendioxidabscheider sind dem Fachmann bekannt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Kohlendioxidauslass und der Entschwefelungsvorrichtung ein Kompressor angeordnet.
Nachfolgend ist die erfindungsgemäße Anlage anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

1 Schema einer beispielhaften Anlage

In 1 ist eine beispielhafte Anlage 10 stark vereinfacht dargestellt. Aus einem Hochofen 60 wird ein Hüttengas über eine Hüttengaszuführung 20 dem Rohgaseinlass 31 des Kohlendioxidabscheiders 30 zugeführt. Im Absorber 34 wird das Hüttengas 34 mit einer Aminlösung in Kontakt gebracht, sodass sich das Kohlendioxid und eben auch einige Schwefelverbindungen in der Aminlösung lösen. Diese Kohlendioxidhaltige Lösung wird durch den Wärmetauscher W erwärmt und in den Desorber 35 geführt. Dort entweicht das Kohlendioxid und die Schwefelverbindungen und die Aminlösung wird regeneriert und über den Wärmetauscher W zurück in den Absorber 34 geführt. Das Kohlendioxid wird durch den Kohlendioxidauslass 33 der Entschwefelungsvorrichtung 40 zugeführt. Die Entschwefelungsvorrichtung weist Kupferhaltige Oberflächen auf, an die die schwefelhaltigen Verbindungen adsorbiert werden. Daher müssen diese Oberflächen in regelmäßigen Abständen erneuert werden. Das gereinigte Kohlendioxid wird der Kohlenstofffixiervorrichtung 50 zugeführt. Die Kohlenstofffixiervorrichtung 50 weist beispielsweise eine Energiequelle 51 auf. Damit die erzeugte Energie umweltfreundlich ist und möglichst zuverlässig kann die Energiequelle 51 beispielsweise aus einem kombinierten Solarfeld und Windpark bestehen. Zusätzlich kann die Energiequelle 51 zusätzlich einen Energiespeicher, beispielsweise eine Batterie oder einen Kondensator aufweisen. Die Energiequelle 51 ist mit dem Elektrolyseur 52 verbunden, in dem Wasser mit der elektrischen Energie in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird. Der Wasserstoff kann zur Zwischenspeicherung auch in einem Druckspeicher oder einem Metallhydridspeicher zwischengespeichert werden, um Schwankungen der Erzeugung regenerativer Energie auszugleichen. Der Wasserstoff wird mit dem Kohlendioxid vermischt und über einen Kompressor K einem Methanolreaktor 53 zugeführt und dort zu Methanol umgesetzt. Das entstandene Methanol kann dann beispielsweise deponiert werden, um Kohlenstoffemissionen zu vermeiden.
Bezugszeichenliste

10: Anlage zur Bindung von Kohlendioxid aus einem Hüttengas
20: Hüttengaszufuhr
30: Kohlendioxidabscheider
31: Rohgaseinlass
32: Abgasauslass
33: Kohlendioxidauslass
34: Absorber
35: Desorber
40: Entschwefelungsvorrichtung
50: Kohlenstofffixiervorrichtung
51: Energiequelle
52: Elektrolyseur
53: Methanolreaktor
60: Hochofen
K: Kompressor
W: Wärmetauscher

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2520674 A1 [0003]
KR 20100078749 A [0004]
WO 2011029792 A1 [0005]
WO 2013110969 A2 [0006]
WO 9919520 A1 [0007]
KR 20130048815 A [0008]

Claims

Anlage zur Bindung von Kohlendioxid aus einem Hüttengas (10), wobei die Anlage (10) eine Hüttengaszuführung aufweist, wobei die Hüttengaszufuhr (20) direkt mit einem Rohgaseinlass (31) eines Kohlendioxidabscheiders (30) verbunden ist, wobei der Kohlendioxidabscheider (30) einen Abgasauslass (32) und einen Kohlendioxidauslass (33) aufweist, wobei der Kohlendioxidauslass (33) mit einer Entschwefelungsvorrichtung (40) verbunden ist, wobei die Entschwefelungsvorrichtung (40) mit einer Kohlenstofffixiervorrichtung (50) verbunden ist.
Anlage (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstofffixiervorrichtung (50) eine Wasserstoffquelle, ein Kompressor (K) und einen Synthesereaktor aufweist.
Anlage (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entschwefelungsvorrichtung (40) eine Adsorptionsentschwefelungsvorrichtung (40) ist.
Anlage (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Entschwefelungsvorrichtung (40) Zinkoxid oder Kupfer aufweist.
Anlage (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlendioxidabscheider (30) eine Aminlösung aufweist.
Anlage (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kohlendioxidauslass (33) und der Entschwefelungsvorrichtung (40) ein Kompressor (K) angeordnet ist.