EP4130298A1 - Gaskompression bei wasserstoffbasierter direktreduktion - Google Patents

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EP4130298A1
EP4130298A1 EP21189193.2A EP21189193A EP4130298A1 EP 4130298 A1 EP4130298 A1 EP 4130298A1 EP 21189193 A EP21189193 A EP 21189193A EP 4130298 A1 EP4130298 A1 EP 4130298A1
Authority
EP
European Patent Office
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gas
compression
plant
compressed
compressors
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP21189193.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans Thomas Sattler
Robert Millner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Primetals Technologies Austria GmbH
Original Assignee
Primetals Technologies Austria GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Primetals Technologies Austria GmbH filed Critical Primetals Technologies Austria GmbH
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Priority to MX2024001393A priority patent/MX2024001393A/es
Priority to CN202280053864.2A priority patent/CN117836434A/zh
Priority to PCT/EP2022/071573 priority patent/WO2023012114A1/de
Priority to US18/294,151 priority patent/US20250092478A1/en
Priority to ES22758232T priority patent/ES3049124T3/es
Priority to CA3226840A priority patent/CA3226840A1/en
Priority to AU2022323317A priority patent/AU2022323317A1/en
Priority to EP22758232.7A priority patent/EP4381109B1/de
Publication of EP4130298A1 publication Critical patent/EP4130298A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/0073—Selection or treatment of the reducing gases

Definitions

  • the application relates to a direct reduction plant comprising a catalytic reformer and/or a gas furnace and a gas compression plant with one or more compressors, the gas compression plant comprising at least one compression stage and at least one gas cooler for compressed gas being present. It also relates to a method for operating a direct reduction plant comprising a catalytic reformer and/or a gas furnace and a gas compression plant with one or more compressors, the gas compression plant comprising at least one compression stage and at least one gas cooler for compressed gas being present, with reduction gas being produced after gas compression is introduced into a reduction unit.
  • the economically available amount of hydrogen is small, which means that long-term operation with only hydrogen H2 as the reducing gas can hardly be guaranteed. Accordingly, the main focus is on the use of hydrogen H2, at least temporarily, together with other gases, for example natural gas-based reducing gases.
  • the reduction gas or the precursors of the reduction gas When operating direct reduction systems, the reduction gas or the precursors of the reduction gas must be compressed before the reduction gas enters the reduction unit in order to overcome the pressure loss in the system.
  • energy is introduced into the gas to be compressed, which also increases its temperature - compressors are thermally stressed as a result.
  • the compressors are usually cooled, among other things, by injecting water into the gas to be compressed or into the compressor.
  • gas compression should be possible economically over a wide range of gas densities, molecular weights, sound speeds, with existing gas compression systems previously used for natural gas-based reducing gas being at least partially usable.
  • a direct reduction plant comprising a catalytic reformer and/or a gas furnace and a gas compression plant with one or more compressors, the gas compression plant comprising at least one, preferably at least two, compression stages, and at least one gas cooler for compressed gas being present, preferably at least behind the last compression stage seen in the flow direction of the gas, characterized in that from the gas compression system or the gas cooler there is a direct introduction for introducing gas directly into the reformer and/or into the gas furnace, and a bypass is provided on at least one of the compressors for the recirculation of at least a partial quantity of the gas compressed by the compressor.
  • One or more gas coolers can be present, for example one gas cooler after each compression stage if there are several compression stages. Water vapor can be condensed out of the gas by means of the gas cooler. Accordingly, the gas cooler makes it possible to reduce the water vapor content of the reduction gas and/or to adjust the quality of the reduction gas.
  • the direct reduction system also includes at least one reduction unit. It is used for the direct reduction of ore containing metal oxides, for example containing iron oxide.
  • the reduction unit can, for example, comprise a reduction shaft, for example for fixed-bed operation, or a fluidized-bed reactor or a fluidized-bed reactor.
  • the direct reduction system comprises a catalytic reformer for producing reducing gas—or reducing gas precursor gas, from which reducing gas is produced by taking further measures such as, for example, admixing additional gases or heating; the reducing gas is introduced into the reduction unit in order to carry out the direct reduction reactions for the production of sponge iron there.
  • the direct reduction plant comprises a gas furnace; in this case gas heated in the gas furnace is reducing gas or reducing gas precursor gas.
  • a gas furnace is a device for heating gas, for example process gas, using hot flue gas from the combustion of top gas or natural gas, or using electrical heating.
  • the direct reduction plant can also include catalytic reformer and gas furnace.
  • the gas furnace is preferably upstream of the catalytic reformer in the gas flow direction.
  • gas exiting the gas compression plant and the compressed gas gas cooler, respectively is introduced directly into the catalytic reformer for reforming to produce reducing gas or reducing gas precursor gas, and/or into the gas furnace.
  • Direct discharge means that the discharge takes place without the CO2 content being reduced. If necessary, there is also a direct introduction Temperature increase, for example in a gas-gas heat exchanger instead.
  • direct discharge there is no CO2 removal - for example by means of chemical washing - such as MEA Monoethanolamine, KM CDR Kansai Mitsubishi carbon dioxide recovery -, VPSA vacuum pressure swing adsorption or PSA pressure swing adsorption, so it is discharged without CO2 removal .
  • the direct introduction takes place via the direct introduction from the gas compression system or the gas cooler for introducing gas directly into the reformer and/or into the gas furnace. If the gas cooler is arranged after the last compression stage seen in the flow direction of the gas, the direct discharge starts from the gas cooler; if the gas cooler is not arranged behind the last compression stage seen in the flow direction of the gas, the direct introduction starts from the last compression stage seen in the flow direction of the gas. If the gas cooler is located after the last compression stage, seen in the direction of flow of the gas, it is not to be considered part of the gas compression system; if the gas cooler is not arranged downstream of the last compression stage, viewed in the direction of gas flow, it is to be regarded as part of the gas compression system.
  • the gas compression system includes one or more compressors.
  • a compressor has a gas inlet - for gas to be compressed - and a gas outlet - for compressed gas.
  • a bypass By means of a bypass, a gas flow can be routed past the compressor and back to the suction side.
  • at least one of the compressors is provided with a bypass connecting its gas inlet and gas outlet for the recirculation of at least a partial quantity of the gas compressed by the compressor.
  • the bypass branches off behind the compressor, viewed in the flow direction of the gas Gas outlet and flows into the gas inlet in front of the compressor. This bypass enables the reduction gas quantity to be regulated precisely if the desired reduction gas quantity does not match the delivery quantity of the compressors.
  • a compressor In the case of speed control of a compressor or several compressors, it may happen that the minimum speed for the compressor must not be undershot - for example 30% of the nominal speed - for reasons of compressor and/or engine lubrication or compressor and/or engine cooling. If a compressor is basically designed to be able to compress the gas quantities required for pure hydrogen operation, operation even at minimum speed with mixtures of hydrogen with natural gas, for example, may still pump volumes that are too high; In order not to deliver too much gas while maintaining the minimum speed, a portion of the compressed gas can be returned by means of a bypass and thus a variation in the delivery rate can be achieved.
  • At least one gas cooler preferably has a bypass.
  • a gas cooler has a gas inlet and a gas outlet.
  • a bypass By means of a bypass, a gas stream can be routed past the gas cooler without passing through it.
  • the bypass line branches off from the gas inlet before the gas cooler and opens into the gas outlet after the gas cooler. In this way, the water vapor content of the reducing gas can be easily varied.
  • the gas flowing through the bypass line is not cooled in the gas cooler. Depending on how a gas flow is divided with regard to passing through the gas cooler or the bypass line, the water vapor content will be different after the combination.
  • Partial streams downstream of the gas cooler have a lower water vapor content than if the quantitative ratios were reversed - because in the gas cooler more water is condensed out and removed from the gas stream in the first case than in the second case.
  • the majority of the gas is routed through the gas cooler.
  • the direct reduction plant there are preferably also one or more devices for injecting water into a gas stream to be compressed or into the compressor; they can be used to cool the compressors and/or adjust the water vapor content.
  • the gas compression system preferably has a device for controlling and/or regulating the water vapor content in the gas stream exiting the gas compression system.
  • a device for controlling and/or regulating the water vapor content in the gas stream exiting the gas compression system.
  • Such a device can act, for example, on the distribution of a gas stream between the gas cooler and its bypass, or on a device for injecting water into a gas stream to be compressed or into the compressor, or on the addition of steam into a gas stream exiting a compressor, or on the cooling medium temperature of the gas cooler - in the case of gas coolers operated with cooling medium, for example cooling water, the cooling medium temperature influences the water vapor content - or it can - for example via corresponding sensors, data processing devices, actuators, valves et cetera - receive relevant control and/or regulation signals and /or process and/or output.
  • the gas compression system includes one or more compressors. All of the compressors in the gas compression system are preferably positive displacement compressors. Preference is given to rotary lobe compressors, but other types such as reciprocating compressors or screw compressors, cellular wheel compressors or Wankel compressors can also be used. Positive displacement compressors easily adapt to changes in the operating conditions, such as gas composition, inlet and outlet temperature, etc., with corresponding changes until the application limits are reached, whereby the outlet pressure is not significantly dependent on the gas composition and thus the speed of sound as with centrifugal compressors is.
  • Positive displacement compressors typically have mufflers. It is preferred that at least one of the gas coolers is integrated in a muffler of a positive displacement compressor. This reduces the space requirement and leads to lower costs, as only one pressure vessel is required.
  • the gas compression system preferably has one or more frequency converter positive displacement compressors in at least one compression stage.
  • a VFD positive displacement compressor has speed control via VFD control - in English: speed control via VFD control -; the pumped volume flow of the gas is essentially proportional to the speed of the compressor, which is controlled via the frequency of the AC voltage.
  • a variable frequency drive positive displacement compressor can be operated at different speeds, which can be easily changed by adjusting the frequency using a frequency converter.
  • positive displacement compressors are operated at a fixed speed or within a narrow range of speeds; this means that they can only be operated in an economically viable manner for a narrow range of gas densities, molecular weights, sound speeds and gas volume flows.
  • a frequency converter positive displacement compressor allows operation in a comparatively broader range of speeds due to the frequency converter and can therefore be operated in an economically viable manner for a broader range of gas volume flows, gas densities, molecular weights, sound speeds.
  • variable frequency drive positive displacement compressor thus makes it possible to respond to increasing hydrogen content of the reducing gas, since its operation can be easily adapted to changes in gas densities, molecular weights, sound velocities, gas flow rates.
  • a continuous increase in the hydrogen content or the gas volume flows is possible, since only an increase in the compression frequency by means of control and/or regulation of the frequency converter is necessary for the adaptation.
  • Compressors that may already be present in the compression stages can be retained and supplemented with frequency converter compression compressors. In this way, the adaptation of existing direct reduction systems working with natural gas-based reducing gas for hydrogen operation can be implemented easily, cost-effectively and in a resource-saving manner.
  • variable frequency drive positive displacement compressor or compressors can be in the Compression stages can be connected in parallel or in series with one another or with other types of compressors.
  • Varying the flow rate via frequency conversion is more energy-efficient than varying the flow rate by means of a bypass.
  • a variation by means of a bypass and a variation via frequency conversion can complement each other well, for example in transitional areas in which the frequency control cannot be further reduced due to minimum speed restrictions, or when starting up volume conveyors.
  • Another subject matter of the present application is a method for operating a direct reduction plant comprising a catalytic reformer and/or a gas furnace and a gas compression plant with one or more compressors, the gas compression plant comprising at least one compression stage and at least one gas cooler for compressed gas being present wherein after gas compression, reducing gas is introduced into a reduction unit, characterized in that at least a portion of the compressed gas is cooled, preferably at least after the last gas compression viewed in the direction of the reduction unit, and compressed gas from the gas compression system or the gas cooler directly into the reformer and/or the gas furnace is initiated, and at least temporarily a subset of a gas compressed by a compressor is recirculated by means of a bypass.
  • a direct reduction plant can be operated as described above.
  • a partial quantity of a gas compressed by a compressor is recirculated by means of a bypass to the suction side of the compressor.
  • Gas is compressed in the gas compression system, and compressed gas is produced in the process.
  • the compressed gas is cooled in the gas cooler.
  • the compressed gas is reducing gas or reducing gas precursor gas.
  • a subset of a compressed gas routed to a gas cooler is routed past the gas cooler by means of a bypass.
  • a bypass For example, from 100 m3 of compressed gas, a portion of 80 m3 is cooled in a gas cooler, while 20 m3 is not cooled; these 20 m3 are routed past the gas cooler, which cools the 80 m3, via a bypass, for example.
  • the water vapor content of the gas flow obtained during the gas compression is preferably controlled and/or regulated, preferably by injecting water into a gas flow to be compressed or into a compressor.
  • the water vapor content can be adjusted by means of devices for injecting water into a gas stream to be compressed or into the compressor; thus, such devices can be used not only for cooling the compressors, but also for controlling and/or regulating the water vapor content.
  • Gas compression preferably takes place in at least one compression stage by means of a frequency converter positive displacement compressor.
  • figure 1 shows a schematic of a direct reduction plant 10.
  • Metal oxide-containing material--in the illustrated case containing iron oxide--material--for example ore, pellets--20 is fed into a reduction unit 30 in order to be reduced therein by means of reducing gas.
  • reduction gas is introduced into the reduction unit 30 after gas compression.
  • a reduction gas line 40 is shown, through which the reduction gas is introduced into the reduction unit 30—here a reduction shaft.
  • a gas compression system 50 ensures that the reduction gas or its precursors are compressed in order to have the pressure required for carrying out the direct reduction in the direct reduction system 10 .
  • the representation of recirculation lines for top gas is omitted.
  • the gas compression system 50 comprises at least one compression stage.
  • the direct reduction system 10 there is at least one gas cooler 51 for compressed gas, here behind the last compression stage seen in the flow direction of the gas in the direction of the reduction unit 30 .
  • an optionally available device 52 for controlling and/or regulating the water vapor content in the gas stream exiting from the gas compression system 50 .
  • An existing catalytic reformer 60 is also shown, into which gas compressed in the gas compression system is introduced directly via a direct inlet 70 .
  • the element with reference number 60 could also represent a gas oven.
  • FIG. 13 shows a schematic view of a gas compression system 80 and a gas cooler 90.
  • a gas cooler 90 is present behind the last compression stage, viewed in the flow direction of the gas—represented by the arrowheads.
  • the gas cooler 90 has a bypass 100 shown in dashed lines.
  • a gas stream can be routed past the gas cooler 90 by means of the bypass 100 without passing through it.
  • the line of the bypass 100 branches off from the gas inlet 110 upstream of the gas cooler 90 and opens into the gas outlet line 120 after the gas cooler.
  • the direct reduction system after gas compression, at least a portion of the compressed gas is cooled in gas cooler 90.
  • Gas compression system 80 has a bypass 130, shown in dashed lines, which branches off from gas discharge line 140 on a compressor of compression stage B downstream of this compressor and upstream of the compressor opens into its gas inlet 150. With the bypass 130, at least a portion of the gas compressed in the compressor can be returned to the suction side of this compressor, at least temporarily.
  • a device 160 for the injection of Water in a gas stream to be compressed or in a compressor is also shown schematically.
  • the compressors shown are variable frequency drive positive displacement compressors 171, 171 per compression stage.
  • FIG. 12 shows schematically how a gas cooler 180 is integrated into a muffler 190 of a positive displacement compressor 200.
  • FIG. The compression part 210 of the positive displacement compressor 200 is followed by a sound-damping part 191 in the gas flow direction—indicated by arrowheads.
  • the parts used for gas cooling such as the cooling water inlet 220, packing 230, cooling water outlet 240, and condensate drain 250 are integrated in the muffler 190.
  • the muffler 190 has a cross-sectional constriction 260 for silencing.

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Abstract

Direktreduktionsanlage (10) umfassend einen katalytischen Reformer (60) und/oder einen Gasofen sowie eine Gaskompressionsanlage (50) mit einem oder mehreren Kompressoren, wobei die Gaskompressionsanlage (50) zumindest eine Kompressionsstufe (A,B) umfasst, und wobei zumindest ein Gaskühler (51) für komprimiertes Gas vorhanden ist. Von der Gaskompressionsanlage (50) beziehungsweise dem Gaskühler (51) geht eine Direkteinleitung (70) zur Einleitung von Gas direkt in den Reformer (60) und/oder in den Gasofen aus. An zumindest einem der Kompressoren ist ein Bypass (130) vorgesehen. Beim Betrieb erfolgt Kühlung zumindest einer Teilmenge des komprimierten Gases und es wird komprimiertes Gas aus der Gaskompressionsanlage (50) oder dem Gaskühler (51) direkt in den Reformer (60) und/oder den Gasofen eingeleitet. Zumindest zeitweilig wird eine Teilmenge eines von einem Kompressor komprimierten Gases mittels Bypass (130) rückgeführt.

Description

    Gebiet der Technik
  • Die Anmeldung betrifft eine Direktreduktionsanlage umfassend einen katalytischen Reformer und/oder einen Gasofen sowie eine Gaskompressionsanlage mit einem oder mehreren Kompressoren, wobei die Gaskompressionsanlage zumindest eine Kompressionsstufen umfasst, und wobei zumindest ein Gaskühler für komprimiertes Gas vorhanden ist. Sie betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb einer Direktreduktionsanlage umfassend einen katalytischen Reformer und/oder einen Gasofen sowie eine Gaskompressionsanlage mit einem oder mehreren Kompressoren, wobei die Gaskompressionsanlage zumindest eine Kompressionsstufe umfasst, und wobei zumindest ein Gaskühler für komprimiertes Gas vorhanden ist, wobei nach Gaskompression Reduktionsgas in ein Reduktionsaggregat eingeleitet wird.
    • Stand der Technik
  • Es ist bekannt, metalloxidhältiges, beispielsweise eisenoxidhältiges, Erz mittels Direktreduktion in einem Reduktionsaggregat, wie beispielsweise einem Reduktionsschacht, mittels Reduktionsgases zu reduzieren. Bei derzeit großindustriell angewendeten, herkömmlichen Verfahren basiert das Reduktionsgas überwiegend auf Erdgas. Dabei fällt eine große Menge Kohlendioxid CO2 an, was unter anderem aus umweltpolitischen Gründen unerwünscht ist. Zur Verminderung des CO2-Ausstoßes bei Direktreduktion ist es bekannt, Wasserstoff als Reduktionsgas zu verwenden. Dabei kann Wasserstoff als einziges Reduktionsgas verwendet werden, oder in Kombination mit anderen Gasen, beispielsweise erdgasbasierten Reduktionsgasen. Je größer der Anteil von CO2 neutralem Wasserstoff H2 im Reduktionsgas ist, desto weniger CO2 wird emittiert.
  • Derzeit ist die wirtschaftlich verfügbare Wasserstoffmenge jedoch gering, was dauerhaften Betrieb nur mit Wasserstoff H2 als Reduktionsgas kaum gewährleisten lässt. Entsprechend ist das Hauptaugenmerk auf die Verwendung von Wasserstoff H2 zumindest zeitweise gemeinsam mit anderen Gasen, beispielsweise erdgasbasierten Reduktionsgasen, gerichtet.
  • Grundsätzlich ist es daher wünschenswert, Direktreduktionsanlagen so auszulegen und zu betreiben, dass sie sowohl mit erdgasbasiertem Reduktionsgas arbeiten können als auch mit Wasserstoff sowie Mischungen von erdgasbasiertem Reduktionsgas und Wasserstoff. Dann kann je nach Verfügbarkeit der verschiedenen Reduktionsgase auf verschiedene Arten produziert werden.
  • Bei Betrieb von Direktreduktionsanlagen müssen das Reduktionsgas beziehungsweise die Vorläufer des Reduktionsgases vor dem Eintritt des Reduktionsgases in das Reduktionsaggregat zur Überwindung des Druckverlustes der Anlage komprimiert werden. Bei der Kompression beziehungsweise Verdichtung wird Energie in das zu komprimierende Gas eingebracht, wodurch auch seine Temperatur ansteigt - Kompressoren werden infolgedessen thermisch belastet. Üblicherweise erfolgt Kühlung der Kompressoren unter anderem durch Einspritzung von Wasser in das zu komprimierende Gas oder in den Kompressor.
  • Wasserstoff hat im Vergleich zu anderen Reduktionsgasen eine wesentlich geringere Dichte, ein geringes Molekulargewicht und hohe Schallgeschwindigkeit. Das führt dazu, dass an Kompressoren, die zur wirtschaftlichen Kompression von Wasserstoff geeignet sein sollen, andere Anforderungen gestellt werden als an Kompressoren, die dichtere Gase höheren Molekulargewichtes und geringerer Schallgeschwindigkeit - beispielsweise erdgasbasierte Reduktionsgase, bei denen auch das Molekulargewicht in einem relativ engen Bereich liegt - verarbeiten sollen. Bei Betrieb von Direktreduktionsanlagen in einer Weise, dass sie sowohl mit erdgasbasiertem Reduktionsgas als auch mit Wasserstoff sowie Mischungen von erdgasbasiertem Reduktionsgas und Wasserstoff arbeiten können, ist das zu beachten. Wenn die zur wirtschaftlichen Kompression von Wasserstoff geeigneten Kompressoren auch in der Lage sein sollen, andere Gase wirtschaftlich zu komprimieren, und daher einen breiten Molekulargewichtsbereich abdecken sollen - das ist beispielsweise der Fall, wenn Gasgemische von Wasserstoff mit anderen Gasen verwendet werden -, sind diese verschiedenen Anforderungen zu berücksichtigen. Entsprechend besteht Adaptionsbedarf des Gaskompressionssystems bestehender Direktreduktionsanlagen bei zunehmendem Anteil von Wasserstoff in Gasgemischen mit anderen Gasen, beispielsweise erdgasbasierten Reduktionsgasen.
  • Zudem ist bei Verwendung von Wasserstoff die Direktreduktion von oxidischen Erzen/Pellets endotherm. Um für wirtschaftliche Direktreduktion mit hoher Produktivität thermodynamisch notwendigen Wärmebedarf decken und Temperaturbedingungen im Reduktionsschacht sicherstellen zu können, sollte bei Wasserstoffbetrieb eine höhere spezifische Gasmenge - als für die Reduktion erforderlich - an Reduktionsgas als Träger von Wärmeenergie in das Reduktionsaggregat eingebracht werden, um Abkühlung aufgrund der endothermen Reaktionen auszugleichen.
    Diese höhere Menge an Reduktionsgas, die zu einem hohen Anteil oder ganz aus Wasserstoff bestehen kann, kann man nach dem Durchlaufen des Reduktionsaggregats rezyklieren, gegebenenfalls unter Aufheizung.
    Deshalb sind bei Wasserstoffnutzung im Vergleich zu herkömmlicher Betriebsweise mit exothermer Direktreduktion mit anderen Gasen, beispielsweise erdgasbasierten Reduktionsgasen, größere Reduktionsgasvolumenströme zu komprimieren. Entsprechend besteht Adaptionsbedarf des Gaskompressionssystems bestehender Direktreduktionsanlagen bei zunehmendem Anteil von Wasserstoff in Gasgemischen mit anderen Gasen, beispielsweise erdgasbasierten Reduktionsgasen.
  • Zudem gibt es auch bei geplanter Verwendung von Wasserstoff als alleinigem Reduktionsgas Betriebssituationen wie das Anfahren und Aufwärmen einer Direktreduktionsanlage, in denen nicht Wasserstoff, sondern ein anderes Gas - beispielsweise Stickstoff oder andere Inertgase - mit einem wesentlich höheren Molekulargewicht als Wasserstoff, zu fördern ist. An Kompressoren, die zur wirtschaftlichen Kompression solcher Gase geeignet sein sollen, werden daher auch andere Anforderungen gestellt als an Kompressoren, die Wasserstoff verarbeiten sollen.
  • Insgesamt ergibt sich also das Problem, dass aufgrund der verschiedenen zu komprimierenden Gase Gaskompression wirtschaftlich über einen breiten Bereich von Gasdichten, Molekulargewichten, Schallgeschwindigkeiten möglich sein soll, wobei gegebenenfalls bestehende, bisher für erdgasbasiertes Reduktionsgas genutzte Gaskompressionsanlagen zumindest teilweise weiter nutzbar sein sollten.
  • Mit zunehmender Bedeutung der Reduktion mit Wasserstoff wirkt sich Vorhandensein von Wasserdampf im Reduktionsgas zunehmend nachteilig aus, da er das Reduktionspotential des Reduktionsgases verringert. Diese Problematik wird bei Rezirkulierung einer Teilmenge des aus dem Reduktionsaggregat entnommenen Topgases durch mit ansteigendem Wasserstoffanteil - und damit geringeren Erdgaseinsatz - im Reduktionsgas zunehmenden Wasserdampfgehalt des Topgases verschärft. Sie wird auch dadurch verschärft, dass zur Kühlung der Kompressoren Einspritzung von Wasser in das zu komprimierende Gas erfolgt, die notwendige Kühlleistung des Topgaswäschers aufgrund der höheren Gasmenge und höheren Wasserdampfgehaltes ansteigt und die Reduktionsgasqualität, also des Verhältnis von Reduktanten zu Oxidanten (CO+H2)/(CO2+H2O) und H2/H2O zur Kontrolle der Reformierung von Erdgas mit Wasserdampf (CH4+H20 → CO+3H2), der Reduktion und der Produktqualität eingestellt werden können muss.
    • Zusammenfassung der Erfindung Technische Aufgabe
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung für zumindest einige der vorgenannten Probleme vorzustellen.
    • Technische Lösung
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Direktreduktionsanlage umfassend einen katalytischen Reformer und/oder einen Gasofen sowie eine Gaskompressionsanlage mit einem oder mehreren Kompressoren, wobei die Gaskompressionsanlage zumindest eine, bevorzugterweise zumindest zwei Kompressionsstufen umfasst, und wobei zumindest ein Gaskühler für komprimiertes Gas vorhanden ist, vorzugsweise zumindest hinter der in Flussrichtung des Gases gesehen letzten Kompressionsstufe, dadurch gekennzeichnet, dass
    von der Gaskompressionsanlage beziehungsweise dem Gaskühler eine Direkteinleitung zur Einleitung von Gas direkt in den Reformer und/oder in den Gasofen ausgeht,
    und an zumindest einem der Kompressoren ein Bypass zur Rückführung zumindest einer Teilmenge des von dem Kompressor komprimierten Gases vorgesehen ist.
  • Es können ein oder mehrere Gaskühler vorhanden sein, beispielsweise bei Vorhandensein mehrerer Kompressionsstufen hinter jeder Kompressionsstufe ein Gaskühler.
    Mittels des Gaskühlers kann Wasserdampf aus dem Gas auskondensiert werden. Entsprechend erlaubt es der Gaskühler, den Wasserdampfgehalt des Reduktionsgases zu vermindern und/oder die Reduktionsgasqualität einzustellen.
  • Die Direktreduktionsanlage umfasst auch zumindest ein Reduktionsaggregat. Sie dient zur Direktreduktion von metalloxidhältigem, beispielsweise eisenoxidhältigem, Erz. Das Reduktionsaggregat kann beispielweise einen Reduktionsschacht, beispielsweise für einen Festbettbetrieb, oder einen Wirbelschichtreaktor oder einen Fließbettreaktor umfassen.
  • Nach einer Variante umfasst die Direktreduktionsanlage einen katalytischen Reformer zur Herstellung von Reduktionsgas - beziehungsweise Reduktionsgasvorläufergas, aus dem unter Vornahme weiterer Maßnahmen wie beispielsweise Zumischung zusätzlicher Gase, oder Aufheizung, Reduktionsgas hergestellt wird -; das Reduktionsgas wird in das Reduktionsaggregat eingeleitet, um dort die Direktreduktionsreaktionen zur Herstellung von Eisenschwamm vorzunehmen.
  • Nach einer anderen Variante umfasst die Direktreduktionsanlage einen Gasofen; in diesem Fall ist im Gasofen erhitztes Gas Reduktionsgas oder Reduktionsgasvorläufergas. Ein Gasofen ist eine Vorrichtung zur Aufheizung von Gas, beispielsweise von Prozessgas, mittels heißen Rauchgases aus der Verbrennung von Topgas oder Erdgas, oder mittels elektrischer Heizung.
  • Die Direktreduktionsanlage kann auch katalytischen Reformer und Gasofen umfassen. Dabei ist vorzugsweise der Gasofen dem katalytischen Reformer in Gasflussrichtung vorgelagert.
  • Gemäß der Erfindung wird Gas, das aus der Gaskompressionsanlage beziehungsweise aus dem Gaskühler für komprimiertes Gas austritt, direkt in den katalytischen Reformer zur Reformierung zwecks Herstellung von Reduktionsgas oder Reduktionsgasvorläufergas eingeleitet, und/oder in den Gasofen eingeleitet. Unter direkter Einleitung ist dabei zu verstehen, dass die Einleitung erfolgt, ohne dass der CO2-Gehalt vermindert wird. Gegebenenfalls findet bei direkter Einleitung auch Temperaturerhöhung, beispielsweise in einem Gas-Gas Wärmetauscher, statt. Bei direkter Einleitung findet also keine CO2-Entfernung - beispielsweise mittels chemischer Wäsche - wie beispielsweise MEA Monoethanolamine, KM CDR Kansai Mitsubishi carbon dioxide recovery -, VPSA vacuum pressure swing adsorption oder PSA pressure swing adsorption, statt, es wird also ohne CO2-Entfernung eingeleitet.
    Die direkte Einleitung erfolgt über die von der Gaskompressionsanlage beziehungsweise dem Gaskühler ausgehende Direkteinleitung zur Einleitung von Gas direkt in den Reformer und/oder in den Gasofen.
    Wenn der Gaskühler hinter der in Flussrichtung des Gases gesehen letzten Kompressionsstufe angeordnet ist, geht die Direkteinleitung vom Gaskühler aus; wenn der Gaskühler nicht hinter der in Flussrichtung des Gases gesehen letzten Kompressionsstufe angeordnet ist, geht die Direkteinleitung von der in Flussrichtung des Gases gesehen letzten Kompressionsstufe aus. Wenn der Gaskühler hinter der in Flussrichtung des Gases gesehen letzten Kompressionsstufe angeordnet ist, ist er nicht als Teil der Gaskompressionsanlage anzusehen; wenn der Gaskühler nicht hinter der in Flussrichtung des Gases gesehen letzten Kompressionsstufe angeordnet ist, ist er als Teil der Gaskompressionsanlage anzusehen.
    • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Die Gaskompressionsanlage umfasst einen oder mehrere Kompressoren. Ein Kompressor weist eine Gaseinleitung - für zu komprimierendes Gas - und eine Gasausleitung - für komprimiertes Gas - aus. Mittels Bypass' kann ein Gasstrom am Kompressor vorbei auf die Saugseite zurückgeleitet werden. Erfindungsgemäß ist an zumindest einem der Kompressoren ein seine Gaseinleitung und Gasausleitung verbindender Bypass zur Rückführung zumindest einer Teilmenge des von dem Kompressor komprimierten Gases vorgesehen. Der Bypass zweigt in Flussrichtung des Gases gesehen hinter dem Kompressor von der Gasausleitung ab und mündet vor dem Kompressor in die Gaseinleitung ein.
    Durch diesen Bypass ist eine exakte Regelung der Reduktionsgasmenge möglich, falls die gewünschte Reduktionsgasmenge nicht mit der Fördermenge der Kompressoren übereinstimmt. Im Falle von Drehzahlregelung eines Kompressors oder mehrere Kompressoren kann der Fall eintreten, dass die für den Kompressor minimale Drehzahl nicht unterschritten werden darf - beispielsweise 30% der nominellen Drehzahl - aus Gründen der Kompressor- und/oder Motorschmierung oder Kompressor- und/oder Motorkühlung. Wenn ein Kompressor grundsätzlich so ausgelegt ist, die für reinen Wasserstoffbetrieb notwendigen Gasmengen komprimieren zu können, wird ein Betrieb selbst bei Minimaldrehzahl bei Mischungen von Wasserstoff mit beispielsweise Erdgas gegebenenfalls noch zu hohe Volumina fördern; um bei Einhaltung der Minimaldrehzahl trotzdem nicht zu viel Gas zu fördern, kann mittels Bypass ein Anteil des komprimierten Gases zurückgeführt werden und so eine Variation der Fördermenge erreicht werden.
  • Vorzugsweise weist zumindest ein Gaskühler einen Bypass auf. Ein Gaskühler weist eine Gaseinleitung und eine Gasausleitung aus. Mittels Bypass' kann ein Gasstrom am Gaskühler vorbei geleitet werden, ohne ihn zu durchlaufen. Die Bypassleitung zweigt in Flussrichtung des Gases gesehen vor dem Gaskühler von der Gaseinleitung ab und mündet nach dem Gaskühler in die Gasausleitung ein.
    Auf diese Weise kann der Wasserdampfgehalt des Reduktionsgases einfach variiert werden. Das Gas, welches durch die Bypassleitung strömt, wird nicht im Gaskühler gekühlt. Je nachdem, wie ein Gasstrom bezüglich Durchlaufens des Gaskühlers beziehungsweise der Bypassleitung aufgeteilt wird, wird nach der Vereinigung der Wasserdampfgehalt verschieden sein. Wenn beispielsweise ein Gasstrom zu 90% in eine erste, den Gaskühler durchlaufende Teilmenge, und zu 10% in eine zweite, die Bypassleitung durchlaufende Teilmenge aufgeteilt wird, liegt nach der Wiedervereinigung der beiden Teilströme hinter dem Gaskühler ein geringerer Wasserdampfgehalt vor, als wenn die Mengenverhältnisse umgekehrt wären - denn im Gaskühler wird im ersten Fall mehr Wasser auskondensiert und aus dem Gasstrom entfernt werden als im zweiten Fall.
    Im Erdgasbetrieb wird wenig bis kein Gas über die Bypassleitung gefahren. Im reinen H2 Betrieb wird hingegen der Großteil des Gases über den Gaskühler geleitet.
  • In der erfindungsgemäßen Direktreduktionsanlage sind vorzugsweise auch eine oder mehrere Vorrichtungen zur Einspritzung von Wasser in einen zu komprimierenden Gasstrom oder in den Kompressor vorhanden; mit ihnen kann Kühlung der Kompressoren und/oder Einstellung des Wasserdampfgehaltes vorgenommen werden.
  • Vorzugsweise weist die Gaskompressionsanlage eine Vorrichtung zum Steuern- und/oder Regeln des Wasserdampfgehaltes im aus der Gaskompressionsanlage austretenden Gasstrom auf.
    So eine Vorrichtung kann beispielsweise auf die Verteilung eines Gasstromes zwischen Gaskühler und seinem Bypass wirken, oder auf eine Vorrichtung zur Einspritzung von Wasser in einen zu komprimierenden Gasstrom oder in den Kompressor, oder auf die Zugabe von Dampf in einen aus einem Kompressor austretenden Gasstrom, oder auf die Kühlmedium-Temperatur des Gaskühlers - bei mit Kühlmedium, beispielsweise Kühlwasser, betriebenen Gaskühlern beeinflusst die Kühlmediumtemperatur den Wasserdampfgehalt -, beziehungsweise kann sie - beispielsweise über entsprechende Sensoren, Datenverarbeitungsvorrichtungen, Aktuatoren, Ventile et cetera - diesbezügliche Steuer- und/oder Regelsignale empfangen und/oder verarbeiten und/oder ausgeben.
    Vorzugsweise ist eine auch Vorrichtung zum Steuern und/oder Regeln des aus der Gaskompressionsanlage austretenden Gasstromes - der beispielsweise in einen katalytischen Reformer oder den Gasofen eingeleitet wird - mittels Flussmessungen dieses Gasstromes und Einwirkung auf einen oder mehrere Kompressoren, bevorzugt Frequenzumrichter-Verdrängungsverdichtungskompressoren, vorhanden.
  • Die Gaskompressionsanlage umfasst einen oder mehrere Kompressoren. Bevorzugt handelt es sich bei sämtlichen Kompressoren der Gaskompressionsanlage um Verdrängungsverdichtungskompressoren - Englisch: positive displacement compressors. Bevorzugt sind dabei Rotationskolbenverdichter - Englisch: rotary lobe compressors -, es kann sich aber auch um andere Arten wie Hubkolbenverdichter - Englisch: reciprocating compressors-oder Schraubenverdichter - Englisch: screw compressors -, Zellenradverdichter oder Wankelverdichter handeln. Verdrängungsverdichtungskompressoren passen sich an Veränderungen der Betriebsbedingungen, wie zum Beispiel, Gaszusammensetzung, Eintritts- und Austrittstemperatur, etc., unter entsprechenden Änderungen bis zum Erreichen der Einsatzgrenzen problemlos an, wobei der Austrittsdruck aber nicht wesentlich von der Gaszusammensetzung und somit der Schallgeschwindigkeit wie bei Radialverdichtern abhängig ist.
  • Verdrängungsverdichtungskompressoren weisen in der Regel Schalldämpfer auf. Bevorzugt ist es, dass zumindest einer der Gaskühler in einem Schalldämpfer eines Verdrängungsverdichtungskompressors integriert ist. Das senkt den Platzbedarf und führt zu geringeren Kosten, das nur ein Druckbehälter erforderlich ist.
  • Bevorzugt weist die Gaskompressionsanlage in zumindest einer Kompressionsstufe einen oder mehrere Frequenzumrichter-Verdrängungsverdichtungskompressoren auf.
  • Ein Frequenzumrichter-Verdrängungsverdichterkompressor hat eine Drehzahlregelung mittels Frequenzumrichterregelung - auf Englisch: speed control via VFD control -; der geförderte Volumenstrom des Gases ist im Wesentlichen proportional zur Drehzahl des Verdichters, die über die Frequenz der Wechselspannung geregelt wird. Ein Frequenzumrichter-Verdrängungsverdichtungskompressor kann mit verschiedenen Drehzahlen betrieben werden, die leicht änderbar sind durch Einstellung der Frequenz mittels Frequenzumrichter. In der Regel werden Verdrängungsverdichtungskompressoren mit einer fixen Drehzahl beziehungsweise innerhalb eines schmalen Bereiches von Drehzahlen betrieben; damit können sie auch nur für einen schmalen Bereich von Gasdichten, Molekulargewichten, Schallgeschwindigkeiten, Gasvolumenströmen wirtschaftlich sinnvoll betrieben werden. Ein Frequenzumrichter-Verdrängungsverdichtungskompressor hingegen erlaubt aufgrund des Frequenzumrichters Betrieb in einem vergleichsweise breiteren Spektrum von Drehzahlen und kann daher für einen breiteren Bereich von Gasvolumenströmen, Gasdichten, Molekulargewichten, Schallgeschwindigkeiten wirtschaftlich sinnvoll betrieben werden.
  • Das Vorhandensein eines Frequenzumrichter-Verdrängungsverdichtungskompressors erlaubt es also, auf zunehmenden Wasserstoffgehalt des Reduktionsgases zu reagieren, da sein Betrieb hinsichtlich Änderungen bei Gasdichten, Molekulargewichten, Schallgeschwindigkeiten, Gasvolumenströmen leicht adaptiert werden kann. Eine kontinuierliche Erhöhung des Wasserstoffgehaltes beziehungsweise der Gasvolumenströme ist möglich, da zur Adaptierung lediglich eine Erhöhung der Verdichtungsfrequenz mittels Steuerung und/oder Regelung des Frequenzumrichters notwendig ist.
  • In den Kompressionsstufen gegebenenfalls schon vorhandene Kompressoren können beibehalten und um Frequenzumrichter-Verdichtungskompressoren ergänzt werden. Auf diese Weise ist die Adaptierung von bestehenden, mit erdgasbasiertem Reduktionsgas arbeitenden Direktreduktionsanlagen für Wasserstoffbetrieb einfach, kostengünstig und ressourcenschonend zu realisieren.
  • Der oder die Frequenzumrichter-Verdrängungsverdichtungskompressoren können in den Kompressionsstufen parallel oder seriell zueinander beziehungsweise zu andersartigen Kompressoren geschaltet sein.
  • Eine Variation der Fördermenge über Frequenzumrichtung ist stromsparender als eine Variation der Fördermenge mittels Bypass'.
    Eine Variation mittels Bypass' und eine Variation über Frequenzumrichtung können sich jedoch gut ergänzen, beispielsweise in Übergangsbereichen, in denen die Frequenzregelung wegen Mindestdrehzahlbeschränkungen nicht weiter herunterregeln kann, oder beim Anfahren von Volumenförderern.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist ein Verfahren zum Betrieb einer Direktreduktionsanlage umfassend einen katalytischen Reformer und/oder einen Gasofen sowie eine Gaskompressionsanlage mit einem oder mehreren Kompressoren, wobei die Gaskompressionsanlage zumindest eine Kompressionsstufe umfasst, und wobei zumindest ein Gaskühler für komprimiertes Gas vorhanden ist, wobei nach Gaskompression Reduktionsgas in ein Reduktionsaggregat eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass Kühlung zumindest einer Teilmenge des komprimierten Gases erfolgt, vorzugsweise zumindest nach der in Richtung Reduktionsaggregat gesehen letzten Gaskompression, und komprimiertes Gas aus der Gaskompressionsanlage oder dem Gaskühler direkt in den Reformer und/oder den Gasofen eingeleitet wird,
    und zumindest zeitweilig eine Teilmenge eines von einem Kompressor komprimierten Gases mittels Bypass rückgeführt wird.
  • Mit so einem Verfahren kann beispielsweise eine Direktreduktionsanlage wie vorab beschrieben betrieben werden.
  • Die Rückführung einer Teilmenge eines von einem Kompressor komprimierten Gases mittels Bypass erfolgt zu der Saugseite des Kompressors.
  • In der Gaskompressionsanlage wird Gas komprimiert, dabei wird komprimiertes Gas erzeugt. Das komprimierte Gas wird im Gaskühler gekühlt. Das komprimierte Gas ist Reduktionsgas oder Reduktionsgasvorläufergas.
  • Vorzugsweise wird zumindest zeitweilig eine Teilmenge eines zu einem Gaskühler geleiteten komprimierten Gases mittels Bypass an dem Gaskühler vorbeigeführt.
    Beispielsweise wird von 100 m3 komprimiertem Gas eine Teilmenge von 80 m3 in einem Gaskühler gekühlt, während 20 m3 nicht gekühlt werden; diese 20 m3 werden beispielsweise über einen Bypass an dem Gaskühler, der die 80 m3 kühlt, vorbeigeleitet.
  • Vorzugsweise erfolgt Steuerung und/oder Regelung des Wasserdampfgehaltes des bei der Gaskompression erhaltenen Gasstromes, bevorzugt durch Einspritzung von Wasser in einen zu komprimierenden Gasstrom oder in einen Kompressor. Mittels Vorrichtungen zur Einspritzung von Wasser in einen zu komprimierenden Gasstrom oder in den Kompressor kann Einstellung des Wasserdampfgehaltes vorgenommen werden; somit sind solche Vorrichtungen nicht nur zur Kühlung der Kompressoren einsetzbar, sondern auch zur Steuerung und/oder Regelung des Wasserdampfgehaltes.
  • Vorzugsweise erfolgt Gaskompression in zumindest einer Kompressionsstufe mittels Frequenzumrichter-Verdrängungsverdichtungskompressor.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand mehrerer schematischer Figuren beispielhaft beschrieben.
    • Figur 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Direktreduktionsanlage.
    • Figuren 2 zeigt schematisch Details einer Gaskompressionsanlage.
    • Figuren 3 zeigt schematisch Integration eines Gaskühlers in einen Schalldämpfer.
    Beschreibung der Ausführungsformen Beispiele
  • Figur 1 zeigt schematisch eine Direktreduktionsanlage 10. Metalloxidhaltiges - im dargestellten Fall eisenoxidhaltiges - Material - beispielsweise Erz, Pellets - 20 wird in ein Reduktionsaggregat 30 eingegeben, um darin mittels Reduktionsgas reduziert zu werden. Beim Betrieb der Direktreduktionsanlage 10 wird nach Gaskompression Reduktionsgas in das Reduktionsaggregat 30 eingeleitet. Dargestellt ist eine Reduktionsgasleitung 40, durch die Reduktionsgas in das Reduktionsaggregat 30 - hier ein Reduktionsschacht - eingeleitet wird. Eine Gaskompressionsanlage 50 sorgt dafür, dass das Reduktionsgas beziehungsweise seine Vorläufer komprimiert werden, um den für die Durchführung der Direktreduktion in der Direktreduktionsanlage 10 notwendigen Druck aufzuweisen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird in Figur 1 unter anderem auf die Darstellung von Rezirkulierungsleitungen für Topgas verzichtet. Erfindungsgemäß umfasst die Gaskompressionsanlage 50 zumindest eine Kompressionsstufe. In der Direktreduktionsanlage 10 ist zumindest ein Gaskühler 51 für komprimiertes Gas vorhanden, hier hinter der in Flussrichtung des Gases in Richtung Reduktionsaggregat 30 gesehen letzten Kompressionsstufe. Ebenfalls schematisch dargestellt eine optional vorhandene Vorrichtung 52 zum Steuern und/oder Regeln des Wasserdampfgehaltes im aus der Gaskompressionsanlage 50 austretenden Gasstrom.
  • Dargestellt ist auch ein vorhandener katalytischer Reformer 60, in den in der Gaskompressionsanlage komprimiertes Gas über Direkteinleitung 70 direkt eingeleitet wird. Prinzipiell könnte das Element mit Bezugszeichen 60 auch einen Gasofen darstellen.
  • Das erfindungsgemäße Detail, dass an zumindest einem der Kompressoren ein Bypass zur Rückführung zumindest einer Teilmenge des von dem Kompressor komprimierten Gases vorgesehen ist, wird in Figur 2 dargestellt.
  • Figur 2 zeigt eine schematische Ansicht einer Gaskompressionsanlage 80 und eines Gaskühlers 90. Es sind zwei Kompressionsstufen A und B vorhanden, wobei A drei Kompressoren umfasst, und B zwei Kompressoren umfasst. Hinter der in Flussrichtung des Gases - dargestellt durch die Pfeilspitzen - gesehen letzten Kompressionsstufe ist ein Gaskühler 90 vorhanden. Optional weist der Gaskühler 90 einen strichliert dargestellten Bypass 100 auf. Mittels Bypass 100 kann ein Gasstrom am Gaskühler 90 vorbei geleitet werden, ohne ihn zu durchlaufen. Die Leitung des Bypass 100 zweigt in Flussrichtung des Gases gesehen vor dem Gaskühler 90 von der Gaseinleitung 110 ab und mündet nach dem Gaskühler in die Gasausleitung 120 ein. Im Betrieb der Direktreduktionsanlage erfolgt nach Gaskompression Kühlung zumindest einer Teilmenge des komprimierten Gases in dem Gaskühler 90. An der Gaskompressionsanlage 80 ist ein strichliert dargestellter Bypass 130 vorhanden, der an einem Kompressor der Kompressionsstufe B hinter diesem Kompressor von dessen Gasausleitung 140 abzweigt und vor dem Kompressor in seine Gaseinleitung 150 einmündet. Mit dem Bypass 130 kann zumindest zeitweilig zumindest eine Teilmenge des in dem Kompressor komprimierten Gases zu der Saugseite dieses Kompressors rückgeführt werden.
    Als Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung des Wasserdampfgehaltes des bei der Gaskompression erhaltenen Gasstromes ist eine Vorrichtung 160 zur Einspritzung von Wasser in einen zu komprimierenden Gasstrom oder in einen Kompressor ist ebenfalls schematisch dargestellt.
    Bei den dargestellten Kompressoren handelt es sich pro Kompressionsstufe um einen Frequenzumrichter-Verdrängungsverdichtungskompressor 171, 171.
  • Figur 3 zeigt schematisch, wie ein Gaskühler 180 in einem Schalldämpfer 190 eines Verdrängungsverdichtungskompressors 200 integriert ist. Dem Kompressionsteil 210 des Verdrängungsverdichtungskompressors 200 ist ein Schalldämpfteil 191 in Gasflussrichtung - angedeutet durch Pfeilspitzen - nachgeordnet. Die der Gaskühlung dienende Teile wie Kühlwassereinlass 220, Packung 230, Kühlwasserauslass 240, Kondensatabfluss 250 sind im Schalldämpfer 190 integriert. Zur Schalldämpfung weist der Schalldämpfer 190 eine Querschnittsverengung 260 auf.
  • Selbstverständlich können grundsätzlich auch Vorrichtungen zum computerimplementierten Betreiben einer erfindungsgemäßen Direktreduktionsanlage beziehungsweise eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorhanden sein; zur besseren Übersichtlichkeit wurde auf deren Darstellung in den Figuren verzichtet.
    • Liste der Bezugszeichen
    • 10
    Direktreduktionsanlage
    20
    Metalloxidhaltiges Material
    30
    Reduktionsaggregat
    40
    Reduktionsgasleitung
    50
    Gaskompressionsanlage
    51
    Gaskühler
    52
    Vorrichtung zum Steuern und/oder Regeln des Wasserdampfgehaltes
    60
    Katalytischer Reformer
    70
    Direkteinleitung
    80
    Gaskompressionsanlage
    90
    Gaskühler
    100
    Bypass
    110
    Gaseinleitung
    120
    Gasausleitung
    130
    Bypass
    140
    Gasausleitung
    150
    Gaseinleitung
    160
    Vorrichtung zur Einspritzung von Wasser in einen zu komprimierenden Gasstrom oder in einen Kompressor
    170
    Frequenzumrichter-Verdrängungsverdichtungskompressor
    171
    Frequenzumrichter-Verdrängungsverdichtungskompressor
    180
    Gaskühler
    190
    Schalldämpfer
    191
    Schalldämpfteil
    200
    Verdrängungsverdichtungskompressor
    210
    Kompressionsteil
    220
    Kühlwassereinlass
    230
    Packung
    240
    Kühlwasserauslass
    250
    Kondensatabfluss
    260
    Querschnittsverengung

Claims (10)

  1. Direktreduktionsanlage (10) umfassend einen katalytischen Reformer (60) und/oder einen Gasofen sowie eine Gaskompressionsanlage (50) mit einem oder mehreren Kompressoren, wobei die Gaskompressionsanlage (50) zumindest eine, bevorzugterweise zumindest zwei Kompressionsstufen (A,B) umfasst, und wobei zumindest ein Gaskühler (51) für komprimiertes Gas vorhanden ist, vorzugsweise zumindest hinter der in Flussrichtung des Gases gesehen letzten Kompressionsstufe,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    von der Gaskompressionsanlage (50) beziehungsweise dem Gaskühler (51) eine Direkteinleitung (70) zur Einleitung von Gas direkt in den Reformer (60) und/oder in den Gasofen ausgeht,
    und an zumindest einem der Kompressoren ein Bypass (130) zur Rückführung zumindest einer Teilmenge des von dem Kompressor komprimierten Gases vorgesehen ist.
  2. Direktreduktionsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Gaskühler (90) einen Bypass (100) aufweist.
  3. Direktreduktionsanlage nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaskompressionsanlage (80) eine Vorrichtung (160) zum Steuern- und/oder Regeln des Wasserdampfgehaltes im aus der Gaskompressionsanlage (80) austretenden Gasstrom aufweist.
  4. Direktreduktionsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei sämtlichen Kompressoren der Gaskompressionsanlage um Verdrängungsverdichtungskompressoren (200) handelt.
  5. Direktreduktionsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Gaskühler in einem Schalldämpfer (190) eines Verdrängungsverdichtungskompressors (200) integriert ist.
  6. Direktreduktionsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaskompressionsanlage (80) in zumindest einer Kompressionsstufe einen oder mehrere Frequenzumrichter-Verdrängungsverdichtungskompressoren (170,171) aufweist.
  7. Verfahren zum Betrieb einer Direktreduktionsanlage (10) umfassend einen katalytischen Reformer (60) und/oder einen Gasofen sowie eine Gaskompressionsanlage (50) mit einem oder mehreren Kompressoren, wobei die Gaskompressionsanlage (50) zumindest eine Kompressionsstufe (A,B) umfasst, und wobei zumindest ein Gaskühler (51) für komprimiertes Gas vorhanden ist, wobei nach Gaskompression Reduktionsgas in ein Reduktionsaggregat (30) eingeleitet wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    Kühlung zumindest einer Teilmenge des komprimierten Gases erfolgt, vorzugsweise zumindest nach der in Richtung Reduktionsaggregat (30) gesehen letzten Gaskompression, und komprimiertes Gas aus der Gaskompressionsanlage (50) oder dem Gaskühler (51) direkt in den Reformer (60) und/oder den Gasofen eingeleitet wird,
    und zumindest zeitweilig eine Teilmenge eines von einem Kompressor komprimierten Gases mittels Bypass (130) rückgeführt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zeitweilig eine Teilmenge eines zu einem Gaskühler (90) geleiteten komprimierten Gases mittels Bypass (100) an dem Gaskühler (90) vorbeigeführt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Steuerung und/oder Regelung des Wasserdampfgehaltes des bei der Gaskompression erhaltenen Gasstromes erfolgt, bevorzugt durch Einspritzung von Wasser in einen zu komprimierenden Gasstrom oder in einen Kompressor.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Gaskompression in zumindest einer Kompressionsstufe (A,B) mittels Frequenzumrichter-Verdrängungsverdichtungskompressor (170,171) erfolgt.
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