EP4381109A1 - Gas compression in hydrogen-based direct reduction - Google Patents

Gas compression in hydrogen-based direct reduction

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Publication number
EP4381109A1
EP4381109A1 EP22758232.7A EP22758232A EP4381109A1 EP 4381109 A1 EP4381109 A1 EP 4381109A1 EP 22758232 A EP22758232 A EP 22758232A EP 4381109 A1 EP4381109 A1 EP 4381109A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
compression
compressed
compressor
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.)
Pending
Application number
EP22758232.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Robert Millner
Hans Thomas Sattler
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
Publication of EP4381109A1 publication Critical patent/EP4381109A1/en
Pending 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, according to Gas compression reducing gas 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 at times, 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 causes its temperature to rise - 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.
  • the compressors suitable for the economical compression of hydrogen should also be able to compress other gases economically and should therefore cover a wide range of molecular weights - this is the case, for example, if gas mixtures of hydrogen with other gases are used - then to take into account these different requirements. Accordingly, there is a need to adapt the gas compression system of existing direct reduction plants with an increasing proportion of hydrogen in gas mixtures with other gases, for example natural gas-based reduction gases.
  • This larger amount of reducing gas which can consist of a high proportion or all of hydrogen, can be recycled after passing through the reduction unit, optionally with heating.
  • 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 system comprising a catalytic reformer and/or a gas furnace and a gas compression system with one or more compressors, the gas compression system comprising at least one, preferably at least two, compression stages, and at least one gas cooler for the gas compressed in the gas compression system being present , preferably at least behind the last compression stage viewed in the direction of flow of the gas, characterized in that a direct introduction for introducing compressed gas directly into the reformer and/or into the gas furnace emanates from the gas compression system or the gas cooler, and at least one of the compressors has a bypass is provided for recirculating at least a portion of the gas compressed by the compressor into a suction-side gas inlet of the compressor in question.
  • a gas cooler or several gas coolers can be present, for example if several compression stages are present, a gas cooler behind each compression stage.
  • water vapor can be condensed out of the gas that has been compressed. Accordingly allows the gas cooler to reduce the water vapor content of the reduction gas and/or to adjust the quality of the reduction gas.
  • a bypass is provided on at least one of the compressors for recirculating at least a portion of the gas compressed by the compressor into a suction-side gas inlet of the relevant compressor.
  • the bypass branches off from the gas outlet behind the compressor and opens into the gas inlet in front of the compressor, i.e. on the suction side - the compressor, behind which the branching takes place and in front of which the opening takes place, is the “relevant compressor ".
  • 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 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 term ore also includes input materials containing metal oxides obtained by processing ore, such as pellets, lump ore, fine ore, sinter, oxide briquettes, remet.
  • the flow direction of the gas also called the gas flow direction—is in the direction of the reduction unit, since the reduction unit of the direct reduction system is ultimately to be supplied with reduction gas.
  • 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 admixing additional gases or heating.
  • the reducing gas is introduced into the reduction unit in order to produce the direct reduction reactions there made of sponge iron.
  • 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 may 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 or the compressed gas cooler i.e. compressed gas
  • gas exiting the gas compression plant or the compressed gas cooler is introduced directly into the catalytic reformer for reforming in order to produce reducing gas or reducing gas precursor gas, and/or into the gas furnace.
  • Direct discharge is to be understood as meaning that the discharge takes place without the amount of CO2 being reduced by CO2 removal; the discharge therefore takes place while maintaining the amount of CO2.
  • Direct discharge therefore takes place without measures to reduce the amount of CO2 in the compressed gas.
  • the direct injection is carried out without devices for CO2 removal from the compressed gas.
  • the temperature also increases, for example in a gas-gas heat exchanger; the direct discharge is then carried out with devices for increasing the temperature.
  • the direct introduction takes place via the gas compression system or the gas cooler Outgoing direct introduction for introducing gas directly into the reformer and/or into the gas furnace.
  • the direct introduction starts from the gas cooler; if the gas cooler is not arranged after 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, viewed in the direction of flow of the gas, it is not to be regarded as part of the gas compression system; if the gas cooler is not arranged after the last compression stage seen in the flow direction of the gas, it is to be regarded as part of the gas compression system.
  • compressed gas is introduced directly into the reformer and/or into the gas furnace by means of the direct introduction.
  • 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 from the gas outlet behind the compressor and opens into the gas inlet in front of the compressor, ie on the suction side.
  • This bypass enables the reduction gas quantity to be regulated precisely if the desired reduction gas quantity does not correspond to the delivery quantity of the compressors.
  • speed control one Compressor or several compressors, the case may arise 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.
  • 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 promote volumes that are too high;
  • a portion of the compressed gas can be returned by means of a bypass - and fed into the gas inlet on the suction side - and thus a variation in the delivery rate can be achieved.
  • the portion of the compressed gas that is returned is preferably returned unchanged, so the returned gas then corresponds to the compressed gas branched off from the gas outlet when it is fed into the gas inlet on the suction side.
  • At least one gas cooler preferably has a bypass.
  • a gas cooler has a gas inlet and a gas outlet. By means of a bypass, a gas flow can be routed past the gas cooler without passing through it. Viewed in the flow direction of the gas, the bypass line branches off from the gas inlet before the gas cooler and opens into the gas outlet after the gas cooler.
  • a gas cooler cools the gas, aiming at condensation of water vapor as a result of the cooling; which could also be referred to as a gas cooling condenser or condenser.
  • the water vapor content of the reducing gas can easily be varied.
  • the gas flowing through this bypass line is not cooled in the gas cooler.
  • the water vapor content will be different after the combination. For example, if a If the gas flow is divided into 90% into a first partial quantity that runs through the gas cooler and 10% into a second partial quantity that runs through the bypass line, after the reunion of the two partial flows downstream of the gas cooler there is a lower water vapor content than if the quantity ratios were reversed - Because in the gas cooler, more water is condensed out and removed from the gas flow in the first case than in the second case.
  • a portion or the entire amount is passed through the gas cooler in order to set the water vapor content in the reducing gas within a target range, preferably in the range of 0.5% by volume or higher, particularly preferably 3% by volume or higher , up to 10% by volume, particularly preferably down to less than 8% by volume, very particularly preferably up to less than 6% by volume. If necessary, a partial amount is also routed via the bypass of the gas cooler.
  • a partial amount or the entire amount is passed through the gas cooler in order to set the water vapor content in the reducing gas within a target range, preferably in the range of 0.5% by volume or higher, particularly preferably from 3 Vol% or higher, up to 10 vol%, particularly preferably down to less than 8 vol%, very particularly preferably up to less than 6 vol%. If necessary, a partial amount is also routed via the bypass of 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.
  • Such a device can, for example, affect the distribution of a gas flow between the gas cooler and its bypass, or to a device for injecting water into a gas flow to be compressed or into the compressor, or to the addition of steam to a gas flow emerging from a compressor, or to the cooling medium temperature of the gas cooler - in the case of gas coolers operated with a cooling medium, for example cooling water does the cooling medium temperature influence the water vapor content, or can it receive and/or process and/or output relevant control and/or regulation signals, for example via appropriate sensors, data processing devices, actuators, valves, etc.
  • a device for controlling and/or regulating the gas flow emerging from the gas compression system - which is introduced, for example, into a catalytic reformer or the gas furnace - by means of flow measurements of this gas flow and acting on one or more compressors, preferably frequency converter displacement compression compressors.
  • 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 Wankei compressors can also be used.
  • Positive displacement compressors adapt to changes in operating conditions, such as gas composition, inlet and outlet temperature, etc. , with appropriate changes until the application limits are reached without any problems, whereby the outlet pressure is not significantly dependent on the gas composition and thus the speed of sound, as is the case with centrifugal compressors.
  • Positive displacement compressors typically have mufflers.
  • at least one positive displacement compressor includes a muffler. It is preferred that at least one of the gas coolers is integrated into a muffler of a positive displacement compressor. This reduces the space requirement and leads to lower costs, since only one pressure vessel is required.
  • the gas compression system preferably has one or more frequency converter displacement compression 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 regulated via the frequency of the AC voltage.
  • a variable speed positive displacement compressor can be operated at different speeds, which are easily changeable by adjusting the frequency using a variable frequency drive.
  • 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.
  • Positive displacement compressor thus allows for increasing hydrogen content of the reducing gas react because its operation can be easily adapted to changes in gas densities, molecular weights, sound velocities, gas volume flows. A continuous increase in the hydrogen content or the gas volume flows is possible, since the adaptation only requires an increase in the compression frequency by means of control and/or regulation of the frequency converter.
  • 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 in a simple, cost-effective and resource-saving manner.
  • the frequency converter displacement compression compressor or compressors can be connected in the compression stages 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 using 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 system comprising a reduction unit, a catalytic reformer and/or a gas furnace and a gas compression system for providing compressed gas by gas compression one or more compressors, with the gas compression system comprising at least one compression stage, and with at least one gas cooler for the gas compressed in the gas compression system being present, with reduction gas being introduced into the reduction unit after gas compression, 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 is introduced directly into the reformer and/or the gas furnace, and at least temporarily a partial quantity of a gas compressed by a compressor by means of a bypass 'into a gas inlet on the suction side of the relevant compressor is fed back.
  • Such a method can be used, for example, to operate a direct reduction plant 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 gas compression plant serves to provide compressed gas by gas compression.
  • 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 conducted to a gas cooler is guided past the gas cooler by means of a bypass.
  • a subset of 80 m3 is cooled in a gas cooler, while 20 m3 is not cooled; these 20 m3 will be about a bypass to the gas cooler that cools the 80 m3.
  • 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 displacement compression compressor.
  • Figure 1 shows schematically a direct reduction plant according to the invention.
  • Figures 2 shows schematically details of a gas compression system.
  • Figures 3 shows a schematic integration of a gas cooler in a silencer.
  • FIG. 1 shows a direct reduction plant 10 schematically.
  • metal oxide-containing - in the case shown, iron oxide-containing - Material - such as ore, pellets - 20 is entered into a reduction unit 30 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 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 gas compression system 50 comprises at least one compression stage.
  • the direct reduction system 10 there is at least one gas cooler 51 for gas compressed in the gas compression system 50 , here behind the last compression stage viewed in the flow direction of the gas in the direction of the reduction unit 30 . Also shown schematically is 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.
  • Figure 2 shows a schematic view of a
  • Gas compression system 80 and a gas cooler 90 There are two compression stages A and B present, where A comprises three compressors, and B comprises two compressors.
  • a gas cooler 90 is present downstream of 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 a 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 plant after gas compression, at least a partial quantity of the compressed gas is cooled in the gas cooler 90 .
  • bypass 130 shown in dashed lines, which branches off from the gas discharge line 140 of a compressor of compression stage B downstream of this compressor and opens into its gas inlet line 150 in front of the compressor. With the bypass 130, at least part of the quantity of the gas compressed in the compressor can be returned to the suction side of this compressor, at least temporarily.
  • a device 160 for injecting water into a gas stream to be compressed or into a compressor is also shown schematically as a device for controlling and/or regulating the water vapor content of the gas flow obtained during gas compression.
  • the compressors shown are variable frequency drive positive displacement compressors 171, 171 per compression stage.
  • FIG. 3 shows schematically how a gas cooler 180 is integrated in a silencer 190 of a positive displacement compressor 200 .
  • 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 gas cooling serving parts such as cooling water inlet 220, packing 230, cooling water outlet 240, condensate drain 250 are in Silencer 190 integrated.
  • the muffler 190 has a cross-sectional constriction 260 for silencing.

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a direct reduction plant (10), comprising a catalytic reformer (60) and/or a gas furnace and comprising a gas compression system (50) having one or more compressors, wherein the gas compression system (50) comprises at least one compression stage (A, B), and wherein at least one gas cooler (51) for compressed gas is provided. A direct injection line (70) for injecting gas directly into the reformer (60) and/or into the gas furnace extends from the gas compression system (50) or from the gas cooler (51). A bypass (130) is provided at at least one of the compressors. During operation, at least a portion of the compressed gas is cooled, and compressed gas from the gas compression system (50) or from the gas cooler (51) is injected directly into the reformer (60) and/or into the gas furnace. At least some of the time, a portion of a gas compressed by a compressor is returned by means of the bypass (130).

Description

Beschreibung Description
Gaskompression bei wasserstof fbasierter Direktreduktion Gas compression in hydrogen-based direct reduction
Gebiet der Technik field of technology
Die Anmeldung betri f ft eine 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 . Sie betri f ft 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 . 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, according to Gas compression reducing gas is introduced into a reduction unit.
Stand der Technik State of the art
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 C02-Ausstoßes bei Direktreduktion ist es bekannt , Wasserstof f als Reduktionsgas zu verwenden . Dabei kann Wasserstof f als einziges Reduktionsgas verwendet werden, oder in Kombination mit anderen Gasen, beispielsweise erdgasbasierten Reduktionsgasen . Je größer der Anteil von CO2 neutralem Wasserstof f H2 im Reduktionsgas ist , desto weniger CO2 wird emittiert . Derzeit ist die wirtschaftlich verfügbare Wasserstof fmenge j edoch gering, was dauerhaften Betrieb nur mit Wasserstof f H2 als Reduktionsgas kaum gewährleisten lässt . Entsprechend ist das Hauptaugenmerk auf die Verwendung von Wasserstof f H2 zumindest zeitweise gemeinsam mit anderen Gasen, beispielsweise erdgasbasierten Reduktionsgasen, gerichtet . It is known to reduce ore containing metal oxides, for example iron oxide, by direct reduction in a reduction unit, such as a reduction shaft, using reducing gas. In the case of conventional processes currently used on a large industrial scale, the reducing gas is predominantly based on natural gas. This produces a large amount of carbon dioxide CO2, which is undesirable for environmental reasons, among other things. In order to reduce CO 2 emissions in the case of direct reduction, it is known to use hydrogen as the reducing gas. In this case, hydrogen can be used as the only reducing gas, or in combination with other gases, for example natural gas-based reducing gases. The larger the proportion of CO2 - neutral hydrogen H2 in the reducing gas , the less CO2 is emitted . At present, however, 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 at times, together with other gases, for example natural gas-based reducing gases.
Grundsätzlich ist es daher wünschenswert , Direktreduktionsanlagen so aus zulegen und zu betreiben, dass sie sowohl mit erdgasbasiertem Reduktionsgas arbeiten können als auch mit Wasserstof f sowie Mischungen von erdgasbasiertem Reduktionsgas und Wasserstof f . Dann kann j e nach Verfügbarkeit der verschiedenen Reduktionsgase auf verschiedene Arten produziert werden . In principle, it is therefore desirable to design and operate direct reduction systems in such a way that they can work both with natural gas-based reducing gas and with hydrogen and mixtures of natural gas-based reducing gas and hydrogen. Depending on the availability of the various reducing gases, production can then take place in various ways.
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 . 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. During compression or compaction, energy is introduced into the gas to be compressed, which also causes its temperature to rise - 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.
Wasserstof f 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 Wasserstof f 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 Wasserstof f sowie Mischungen von erdgasbasiertem Reduktionsgas und Wasserstof f arbeiten können, ist das zu beachten . Wenn die zur wirtschaftlichen Kompression von Wasserstof f 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 Wasserstof f mit anderen Gasen verwendet werden - , sind diese verschiedenen Anforderungen zu berücksichtigen . Entsprechend besteht Adaptionsbedarf des Gaskompressionssystems bestehender Direktreduktionsanlagen bei zunehmendem Anteil von Wasserstof f in Gasgemischen mit anderen Gasen, beispielsweise erdgasbasierten Reduktionsgasen . Compared to other reducing gases, hydrogen has a much lower density, a low molecular weight and a high speed of sound. As a result, different requirements are placed on compressors that are intended to be suitable for the economical compression of hydrogen than on compressors that process denser gases with a higher molecular weight and lower speed of sound - for example natural gas-based reducing gases, in which the molecular weight is also in a relatively narrow range lies - should process . When operating of direct reduction plants in such a way that they can work both with natural gas-based reducing gas and with hydrogen and mixtures of natural gas-based reducing gas and hydrogen, this must be taken into account. If the compressors suitable for the economical compression of hydrogen should also be able to compress other gases economically and should therefore cover a wide range of molecular weights - this is the case, for example, if gas mixtures of hydrogen with other gases are used - then to take into account these different requirements. Accordingly, there is a need to adapt the gas compression system of existing direct reduction plants with an increasing proportion of hydrogen in gas mixtures with other gases, for example natural gas-based reduction gases.
Zudem ist bei Verwendung von Wasserstof f 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 Wasserstof fbetrieb eine höhere spezi fische Gasmenge - als für die Reduktion erforderlich - an Reduktionsgas als Träger von Wärmeenergie in das Reduktionsaggregat eingebracht werden, um Abkühlung aufgrund der endothermen Reaktionen aus zugleichen . In addition, when using hydrogen, the direct reduction of oxidic ores/pellets is endothermic. In order to be able to cover the thermodynamically necessary heat requirement for economical direct reduction with high productivity and to ensure temperature conditions in the reduction shaft, a higher specific quantity of reducing gas - than required for the reduction - should be introduced into the reduction unit as a carrier of heat energy in hydrogen operation in order to cool down due to of the endothermic reactions from the same time.
Diese höhere Menge an Reduktionsgas , die zu einem hohen Anteil oder ganz aus Wasserstof f bestehen kann, kann man nach dem Durchlaufen des Reduktionsaggregats rezyklieren, gegebenenfalls unter Aufhei zung . This larger amount of reducing gas, which can consist of a high proportion or all of hydrogen, can be recycled after passing through the reduction unit, optionally with heating.
Deshalb sind bei Wasserstof fnutzung 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 Wasserstof f in Gasgemischen mit anderen Gasen, beispielsweise erdgasbasierten Reduktionsgasen . Therefore, when using hydrogen, larger reduction gas volume flows have to be compressed compared to conventional operation with exothermic direct reduction with other gases, for example reduction gases based on natural gas. Accordingly, there is a need to adapt the gas compression system of existing direct reduction plants with an increasing proportion of hydrogen in gas mixtures other gases, such as natural gas-based reducing gases.
Zudem gibt es auch bei geplanter Verwendung von Wasserstof f als alleinigem Reduktionsgas Betriebssituationen wie das Anfahren und Aufwärmen einer Direktreduktionsanlage , in denen nicht Wasserstof f , sondern ein anderes Gas - beispielsweise Stickstof f oder andere Inertgase - mit einem wesentlich höheren Molekulargewicht als Wasserstof f , zu fördern ist . An Kompressoren, die zur wirtschaftlichen Kompression solcher Gase geeignet sein sollen, werden daher auch andere Anforderungen gestellt als an Kompressoren, die Wasserstof f verarbeiten sollen . In addition, even if hydrogen is planned to be used as the sole reducing gas, there are operational situations such as starting up and heating up a direct reduction plant in which it is not hydrogen but another gas - for example nitrogen or other inert gases - with a significantly higher molecular weight than hydrogen promote is . Compressors that are intended to be suitable for the economical compression of such gases are therefore subject to different requirements than compressors that are intended to process hydrogen.
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 . Overall, the problem arises that due to the different gases to be compressed, 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.
Mit zunehmender Bedeutung der Reduktion mit Wasserstof f 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 Wasserstof f anteil - und damit geringeren Erdgaseinsatz - im Reduktionsgas zunehmenden Wasserdampf gehalt 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 Wasserdampf gehaltes 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 . With the increasing importance of reduction with hydrogen, the presence of water vapor in the reducing gas has an increasingly disadvantageous effect, since it reduces the reduction potential of the reducing gas. This problem is exacerbated when a partial quantity of the top gas taken from the reduction unit is recirculated due to the increasing water vapor content of the top gas in the reduction gas with an increasing proportion of hydrogen—and thus a lower use of natural gas. It is also exacerbated by the fact that water is injected into the gas to be compressed to cool the compressors, the necessary cooling capacity of the top gas scrubber increases due to the higher gas volume and higher water vapor content, and the reduction gas quality, i.e. the ratio of reductants to oxidants (CO+H2 ) / ( CO2+H2O) and H2 /H2O to control steam reforming of natural gas (CH4+H20 CO+3H2), the reduction and the product quality must be adjustable.
Zusammenfassung der Erfindung Summary of the Invention
Technische Aufgabe Technical task
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung für zumindest einige der vorgenannten Probleme vorzustellen . It is the object of the present invention to present a solution to at least some of the aforementioned problems.
Technische Lösung Technical solution
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 in der Gaskompressionsanlage 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 komprimiertem 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 in eine saugseitige Gaseinleitung des betref fenden Kompressors vorgesehen ist . The object is achieved by a direct reduction system comprising a catalytic reformer and/or a gas furnace and a gas compression system with one or more compressors, the gas compression system comprising at least one, preferably at least two, compression stages, and at least one gas cooler for the gas compressed in the gas compression system being present , preferably at least behind the last compression stage viewed in the direction of flow of the gas, characterized in that a direct introduction for introducing compressed gas directly into the reformer and/or into the gas furnace emanates from the gas compression system or the gas cooler, and at least one of the compressors has a bypass is provided for recirculating at least a portion of the gas compressed by the compressor into a suction-side gas inlet of the compressor in question.
Es können ein Gaskühler oder mehrere Gaskühler vorhanden sein, beispielsweise bei Vorhandensein mehrerer Kompressionsstufen hinter j eder Kompressionsstufe ein Gaskühler . A gas cooler or several gas coolers can be present, for example if several compression stages are present, a gas cooler behind each compression stage.
Mittels des Gaskühlers kann Wasserdampf aus dem Gas , das komprimiert wurde , auskondensiert werden . Entsprechend erlaubt es der Gaskühler, den Wasserdampf gehalt des Reduktionsgases zu vermindern und/oder die Reduktionsgasqualität einzustellen . By means of the gas cooler, water vapor can be condensed out of the gas that has been compressed. Accordingly allows the gas cooler to reduce the water vapor content of the reduction gas and/or to adjust the quality of the reduction gas.
An zumindest einem der Kompressoren ist ein Bypass zur Rückführung zumindest einer Teilmenge des von dem Kompressor komprimierten Gases in eine saugseitige Gaseinleitung des betref fenden Kompressors vorgesehen . Der Bypass zweigt in Flussrichtung des Gases gesehen hinter dem Kompressor von der Gasausleitung ab und mündet vor dem Kompressor, also saugseitig, in die Gaseinleitung ein - der Kompressor, hinter dem die Abzweigung erfolgt und vor dem die Mündung erfolgt , ist der „betref fende Kompressor" . A bypass is provided on at least one of the compressors for recirculating at least a portion of the gas compressed by the compressor into a suction-side gas inlet of the relevant compressor. Viewed in the gas flow direction, the bypass branches off from the gas outlet behind the compressor and opens into the gas inlet in front of the compressor, i.e. on the suction side - the compressor, behind which the branching takes place and in front of which the opening takes place, is the “relevant compressor ".
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 . Der Begri f f Erz umfasst dabei auch durch Aufbereitung von Erz erhaltene metalloxidhältige Einsatzstof fe wie beispielsweise Pellets , Stückerz , Feinerz , Sinter, Oxidbrikettes , Remet . 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 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 term ore also includes input materials containing metal oxides obtained by processing ore, such as pellets, lump ore, fine ore, sinter, oxide briquettes, remet.
Die Flussrichtung des Gases - auch Gas flussrichtung genannt - ist in Richtung Reduktionsaggregat , da j a letztendlich das Reduktionsaggregat der Direktreduktionsanlage mit Reduktionsgas zu versorgen ist . The flow direction of the gas—also called the gas flow direction—is in the direction of the reduction unit, since the reduction unit of the direct reduction system is ultimately to be supplied with reduction gas.
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 Aufhei zung, 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 Aufhei zung von Gas , beispielsweise von Prozessgas , mittels heißen Rauchgases aus der Verbrennung von Topgas oder Erdgas , oder mittels elektrischer Hei zung . According to one variant, 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 admixing additional gases or heating. The reducing gas is introduced into the reduction unit in order to produce the direct reduction reactions there made of sponge iron. According to another variant, 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.
Die Direktreduktionsanlage kann auch katalytischen Reformer und Gasofen umfassen . Dabei ist vorzugsweise der Gasofen dem katalytischen Reformer in Gas flussrichtung vorgelagert . The direct reduction plant may also include catalytic reformer and gas furnace. In this case, the gas furnace is preferably upstream of the catalytic reformer in the gas flow direction.
Gemäß der Erfindung wird Gas , das aus der Gaskompressionsanlage beziehungsweise aus dem Gaskühler für komprimiertes Gas austritt , - also komprimiertes Gas - 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 die CO2-Menge durch CO2 Entfernung vermindert wird; die Einleitung erfolgt also unter Beibehaltung der CO2-Menge . Direkte Einleitung erfolgt also unter Verzicht auf Maßnahmen zur Verminderung der CO2-Menge in dem komprimierten Gas . Die Direkteinleitung ist ohne Vorrichtungen zur CO2-Ent f ernung aus dem komprimierten Gas ausgeführt . Gegebenenfalls findet bei direkter Einleitung auch Temperaturerhöhung, beispielsweise in einem Gas-Gas Wärmetauscher, statt ; die Direkteinleitung ist dann mit Vorrichtungen zur Temperaturerhöhung ausgeführt . Bei direkter Einleitung findet also keine CO2-Entf ernung - 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- Entf ernung eingeleitet . According to the invention, gas exiting the gas compression plant or the compressed gas cooler, i.e. compressed gas, is introduced directly into the catalytic reformer for reforming in order to produce reducing gas or reducing gas precursor gas, and/or into the gas furnace. Direct discharge is to be understood as meaning that the discharge takes place without the amount of CO2 being reduced by CO2 removal; the discharge therefore takes place while maintaining the amount of CO2. Direct discharge therefore takes place without measures to reduce the amount of CO2 in the compressed gas. The direct injection is carried out without devices for CO2 removal from the compressed gas. Optionally, with direct introduction, the temperature also increases, for example in a gas-gas heat exchanger; the direct discharge is then carried out with devices for increasing the temperature. With 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 there is no CO2 removal harvest initiated.
Die direkte Einleitung erfolgt über die von der Gaskompressionsanlage beziehungsweise von dem Gaskühler ausgehende Direkteinleitung zur Einleitung von Gas direkt in den Reformer und/oder in den Gasofen . The direct introduction takes place via the gas compression system or the gas cooler Outgoing direct introduction for introducing gas directly into the reformer and/or into the gas furnace.
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 . If the gas cooler is arranged behind the last compression stage viewed in the flow direction of the gas, the direct introduction starts from the gas cooler; if the gas cooler is not arranged after 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, viewed in the direction of flow of the gas, it is not to be regarded as part of the gas compression system; if the gas cooler is not arranged after the last compression stage seen in the flow direction of the gas, it is to be regarded as part of the gas compression system.
Jedenfalls wird mittels der Direkteinleitung komprimiertes Gas direkt in den Reformer und/oder in den Gasofen eingeleitet . In any case, compressed gas is introduced directly into the reformer and/or into the gas furnace by means of the direct introduction.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung Advantageous Effects of the Invention
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, also saugseitig, in die Gaseinleitung ein . 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. By means of a bypass, a gas flow can be routed past the compressor and back to the suction side. According to the invention, 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. Viewed in the flow direction of the gas, the bypass branches off from the gas outlet behind the compressor and opens into the gas inlet in front of the compressor, ie on the suction side.
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 Wasserstof fbetrieb notwendigen Gasmengen komprimieren zu können, wird ein Betrieb selbst bei Minimaldrehzahl bei Mischungen von Wasserstof f 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 saugseitig in die Gaseinleitung eingespeist werden - und so eine Variation der Fördermenge erreicht werden . Der Anteil des komprimierten Gases , der zurückgeführt wird, wird bevorzugterweise unverändert zurückgeführt , das zurückgeführte Gas entspricht dann also bei der saugseitigen Einspeisung in die Gaseinleitung dem aus der Gasausleitung abgezweigten komprimierten Gas . This bypass enables the reduction gas quantity to be regulated precisely if the desired reduction gas quantity does not correspond to the delivery quantity of the compressors. In the case of speed control one Compressor or several compressors, the case may arise 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 promote 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 fed into the gas inlet on the suction side - and thus a variation in the delivery rate can be achieved. The portion of the compressed gas that is returned is preferably returned unchanged, so the returned gas then corresponds to the compressed gas branched off from the gas outlet when it is fed into the gas inlet on the suction side.
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 . Ein Gaskühler kühlt das Gas , wobei Kondensation von Wasserdampf infolge der Kühlung bezweckt wird; der könnte auch als Gaskühlungskondensator oder Kondensator bezeichnet werden . At least one gas cooler preferably has a bypass. A gas cooler has a gas inlet and a gas outlet. By means of a bypass, a gas flow can be routed past the gas cooler without passing through it. Viewed in the flow direction of the gas, the bypass line branches off from the gas inlet before the gas cooler and opens into the gas outlet after the gas cooler. A gas cooler cools the gas, aiming at condensation of water vapor as a result of the cooling; which could also be referred to as a gas cooling condenser or condenser.
Auf diese Weise kann der Wasserdampf gehalt des Reduktionsgases einfach variiert werden . Das Gas , welches durch diese Bypassleitung strömt , wird nicht im Gaskühler gekühlt . Je nachdem, wie ein Gasstrom bezüglich Durchlaufens des Gaskühlers beziehungsweise dieser Bypassleitung aufgeteilt wird, wird nach der Vereinigung der Wasserdampf gehalt 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 Wasserdampf gehalt 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 . In this way, the water vapor content of the reducing gas can easily be varied. The gas flowing through this 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 this bypass line, the water vapor content will be different after the combination. For example, if a If the gas flow is divided into 90% into a first partial quantity that runs through the gas cooler and 10% into a second partial quantity that runs through the bypass line, after the reunion of the two partial flows downstream of the gas cooler there is a lower water vapor content than if the quantity ratios were reversed - Because in the gas cooler, more water is condensed out and removed from the gas flow in the first case than in the second case.
Im reinen Wasserstof f H2 Betrieb wird eine Teilmenge oder die gesamte Menge über den Gaskühler geleitet , um den Gehalt an Wasserdampf im Reduktionsgas in einem Sollbereich einzustellen, bevorzugt im Bereich von 0 , 5 Vol% oder höher, besonders bevorzugt von 3 Vol% oder höher, bis zu 10 Vol% , besonders bevorzugt bis zu kleiner 8 Vol% , ganz besonders bevorzugt bis zu kleiner 6 Vol% . Gegebenenfalls wird auch eine Teilmenge über den Bypass des Gaskühlers geführt . In pure hydrogen H2 operation, a portion or the entire amount is passed through the gas cooler in order to set the water vapor content in the reducing gas within a target range, preferably in the range of 0.5% by volume or higher, particularly preferably 3% by volume or higher , up to 10% by volume, particularly preferably down to less than 8% by volume, very particularly preferably up to less than 6% by volume. If necessary, a partial amount is also routed via the bypass of the gas cooler.
Auch im Betrieb mit Gemischen von Erdgas und Wasserstof f wird eine Teilmenge oder die gesamte Menge über den Gaskühler geleitet , um den Gehalt an Wasserdampf im Reduktionsgas in einem Sollbereich einzustellen, bevorzugt im Bereich von 0 , 5 Vol% oder höher, besonders bevorzugt von 3 Vol% oder höher, bis zu 10 Vol% , besonders bevorzugt bis zu kleiner 8 Vol% , ganz besonders bevorzugt bis zu kleiner 6 Vol% . Gegebenenfalls wird auch eine Teilmenge über den Bypass des Gaskühlers geführt . Even when operating with mixtures of natural gas and hydrogen, a partial amount or the entire amount is passed through the gas cooler in order to set the water vapor content in the reducing gas within a target range, preferably in the range of 0.5% by volume or higher, particularly preferably from 3 Vol% or higher, up to 10 vol%, particularly preferably down to less than 8 vol%, very particularly preferably up to less than 6 vol%. If necessary, a partial amount is also routed via the bypass of the gas cooler.
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 Wasserdampf gehaltes vorgenommen werden . In the direct reduction plant according to the invention 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.
Vorzugsweise weist die Gaskompressionsanlage eine Vorrichtung zum Steuern- und/oder Regeln des Wasserdampf gehaltes im aus der Gaskompressionsanlage austretenden Gasstrom auf . 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.
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 Wasserdampf gehalt - , beziehungsweise kann sie - beispielsweise über entsprechende Sensoren, Datenverarbeitungsvorrichtungen, Aktuatoren, Ventile et cetera - diesbezügliche Steuer- und/oder Regelsignale empfangen und/oder verarbeiten und/oder ausgeben . Such a device can, for example, affect the distribution of a gas flow between the gas cooler and its bypass, or to a device for injecting water into a gas flow to be compressed or into the compressor, or to the addition of steam to a gas flow emerging from a compressor, or to the cooling medium temperature of the gas cooler - in the case of gas coolers operated with a cooling medium, for example cooling water does the cooling medium temperature influence the water vapor content, or can it receive and/or process and/or output relevant control and/or regulation signals, for example via appropriate sensors, data processing devices, actuators, valves, etc.
Vorzugsweise ist auch eine 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 . Preferably, there is also a device for controlling and/or regulating the gas flow emerging from the gas compression system - which is introduced, for example, into a catalytic reformer or the gas furnace - by means of flow measurements of this gas flow and acting on one or more compressors, preferably frequency converter displacement compression compressors.
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 Wankeiverdichter handeln . 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 Wankei compressors can also be used.
Verdrängungsverdichtungskompressoren passen sich an Veränderungen der Betriebsbedingungen, wie zum Beispiel , Gas zusammensetzung, Eintritts- und Austrittstemperatur , etc . , unter entsprechenden Änderungen bis zum Erreichen der Einsatzgrenzen problemlos an, wobei der Austrittsdruck aber nicht wesentlich von der Gas zusammensetzung und somit der Schallgeschwindigkeit wie bei Radialverdichtern abhängig ist . Verdrängungsverdichtungskompressoren weisen in der Regel Schalldämpfer auf . Vorzugsweise weist zumindest ein Verdrängungsverdichtungskompressor einen 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 . Positive displacement compressors adapt to changes in operating conditions, such as gas composition, inlet and outlet temperature, etc. , with appropriate changes until the application limits are reached without any problems, whereby the outlet pressure is not significantly dependent on the gas composition and thus the speed of sound, as is the case with centrifugal compressors. Positive displacement compressors typically have mufflers. Preferably, at least one positive displacement compressor includes a muffler. It is preferred that at least one of the gas coolers is integrated into a muffler of a positive displacement compressor. This reduces the space requirement and leads to lower costs, since only one pressure vessel is required.
Bevorzugt weist die Gaskompressionsanlage in zumindest einer Kompressionsstufe einen oder mehrere Frequenzumrichter- Verdrängungsverdichtungskompressoren auf . The gas compression system preferably has one or more frequency converter displacement compression compressors in at least one compression stage.
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 . 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 regulated via the frequency of the AC voltage. A variable speed positive displacement compressor can be operated at different speeds, which are easily changeable by adjusting the frequency using a variable frequency drive. Typically, 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, on the other hand, 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.
Das Vorhandensein eines Frequenzumrichter-The presence of a frequency converter
Verdrängungsverdichtungskompressors erlaubt es also , auf zunehmenden Wasserstof f gehalt des Reduktionsgases zu reagieren, da sein Betrieb hinsichtlich Änderungen bei Gasdichten, Molekulargewichten, Schallgeschwindigkeiten, Gasvolumenströmen leicht adaptiert werden kann . Eine kontinuierliche Erhöhung des Wasserstof f gehaltes beziehungsweise der Gasvolumenströme ist möglich, da zur Adaptierung lediglich eine Erhöhung der Verdichtungs frequenz mittels Steuerung und/oder Regelung des Frequenzumrichters notwendig ist . Positive displacement compressor thus allows for increasing hydrogen content of the reducing gas react because its operation can be easily adapted to changes in gas densities, molecular weights, sound velocities, gas volume flows. A continuous increase in the hydrogen content or the gas volume flows is possible, since the adaptation only requires an increase in the compression frequency by means of control and/or regulation of the frequency converter.
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 Wasserstof fbetrieb einfach, kostengünstig und ressourcenschonend zu realisieren . 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 in a simple, cost-effective and resource-saving manner.
Der oder die Frequenzumrichter- Verdrängungsverdichtungskompressoren können in den Kompressionsstufen parallel oder seriell zueinander beziehungsweise zu andersartigen Kompressoren geschaltet sein . The frequency converter displacement compression compressor or compressors can be connected in the compression stages in parallel or in series with one another or with other types of compressors.
Eine Variation der Fördermenge über Frequenzumrichtung ist stromsparender als eine Variation der Fördermenge mittels Bypass ' . Varying the flow rate via frequency conversion is more energy-efficient than varying the flow rate using a bypass.
Eine Variation mittels Bypass ' und eine Variation über Frequenzumrichtung können sich j edoch gut ergänzen, beispielsweise in Übergangsbereichen, in denen die Frequenzregelung wegen Mindestdrehzahlbeschränkungen nicht weiter herunterregeln kann, oder beim Anfahren von Volumenförderern . However, 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.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist ein Verfahren zum Betrieb einer Direktreduktionsanlage umfassend ein Reduktionsaggregat , einen katalytischen Reformer und/oder einen Gasofen sowie eine Gaskompressionsanlage zur Bereitstellung von komprimiertem Gas durch Gaskompression mit einem oder mehreren Kompressoren, wobei die Gaskompressionsanlage zumindest eine Kompressionsstufe umfasst , und wobei zumindest ein Gaskühler für in der Gaskompressionsanlage komprimiertes Gas vorhanden ist , wobei nach Gaskompression Reduktionsgas in das 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 ' in eine saugseitige Gaseinleitung des betref fenden Kompressors rückgeführt wird . Another subject matter of the present application is a method for operating a direct reduction system comprising a reduction unit, a catalytic reformer and/or a gas furnace and a gas compression system for providing compressed gas by gas compression one or more compressors, with the gas compression system comprising at least one compression stage, and with at least one gas cooler for the gas compressed in the gas compression system being present, with reduction gas being introduced into the reduction unit after gas compression, 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 is introduced directly into the reformer and/or the gas furnace, and at least temporarily a partial quantity of a gas compressed by a compressor by means of a bypass 'into a gas inlet on the suction side of the relevant compressor is fed back.
Mit so einem Verfahren kann beispielsweise eine vorab beschriebene Direktreduktionsanlage betrieben werden . Such a method can be used, for example, to operate a direct reduction plant as described above.
Die Rückführung einer Teilmenge eines von einem Kompressor komprimierten Gases mittels Bypass erfolgt zu der Saugseite des Kompressors . A partial quantity of a gas compressed by a compressor is recirculated by means of a bypass to the suction side of the compressor.
Verfahrensgemäß wird in der Gaskompressionsanlage Gas komprimiert , dabei wird komprimiertes Gas erzeugt . Die Gaskompressionsanlage dient zur Bereitstellung von komprimiertem Gas durch Gaskompression . Das komprimierte Gas wird im Gaskühler gekühlt . Das komprimierte Gas ist Reduktionsgas oder Reduktionsgasvorläufergas . According to the method, gas is compressed in the gas compression system, and compressed gas is produced in the process. The gas compression plant serves to provide compressed gas by gas compression. The compressed gas is cooled in the gas cooler. The compressed gas is reducing gas or reducing gas precursor gas.
Vorzugsweise wird zumindest zeitweilig eine Teilmenge eines zu einem Gaskühler geleiteten komprimierten Gases mittels Bypass an dem Gaskühler vorbeigeführt . Preferably, at least temporarily, a subset of a compressed gas conducted to a gas cooler is guided past the gas cooler by means of a bypass.
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 . For example, out of 100 m3 of compressed gas, a subset of 80 m3 is cooled in a gas cooler, while 20 m3 is not cooled; these 20 m3 will be about a bypass to the gas cooler that cools the 80 m3.
Vorzugsweise erfolgt Steuerung und/oder Regelung des Wasserdampf gehaltes des bei der Gaskompression erhaltenen Gasstromes , bevorzugt durch Einspritzung von Wasser in einen zu komprimierenden Gasstrom oder in einen Kompressor . 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.
Mittels Vorrichtungen zur Einspritzung von Wasser in einen zu komprimierenden Gasstrom oder in den Kompressor kann Einstellung des Wasserdampf gehaltes vorgenommen werden; somit sind solche Vorrichtungen nicht nur zur Kühlung der Kompressoren einsetzbar, sondern auch zur Steuerung und/oder Regelung des Wasserdampf gehaltes . 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.
Vorzugsweise erfolgt Gaskompression in zumindest einer Kompressionsstufe mittels Frequenzumrichter- Verdrängungsverdichtungskompressor . Gas compression preferably takes place in at least one compression stage by means of a frequency converter displacement compression compressor.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand mehrerer schematischer Figuren beispielhaft beschrieben . The present invention is described below by way of example using a number of schematic figures.
Figur 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Direktreduktionsanlage . Figure 1 shows schematically a direct reduction plant according to the invention.
Figuren 2 zeigt schematisch Details einer Gaskompressionsanlage . Figures 2 shows schematically details of a gas compression system.
Figuren 3 zeigt schematisch Integration eines Gaskühlers in einen Schalldämpfer . Figures 3 shows a schematic integration of a gas cooler in a silencer.
Beschreibung der Aus führungs formen Description of the embodiments
Beispiele examples
Figur 1 zeigt schematisch eine Direktreduktionsanlage 10 .FIG. 1 shows a direct reduction plant 10 schematically.
Metalloxidhaltiges - im dargestellten Fall eisenoxidhaltiges - Material - beispielsweise Erz , Pellets - 20 wird in ein Reduktionsaggregat 30 eingegeben, um darin mittels Reduktionsgases 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 auf zuweisen . 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 in der Gaskompressionsanlage 50 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 Wasserdampf gehaltes im aus der Gaskompressionsanlage 50 austretenden Gasstrom . Metal oxide-containing - in the case shown, iron oxide-containing - Material - such as ore, pellets - 20 is entered into a reduction unit 30 to be reduced therein by means of reducing gas. When the direct reduction system 10 is in operation, reduction gas is introduced into the reduction unit 30 after gas compression. A reduction gas line 40 is shown, through which 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 . For reasons of clarity, in FIG. 1, among other things, no recirculation lines for top gas are shown. According to the invention, the gas compression system 50 comprises at least one compression stage. In the direct reduction system 10 there is at least one gas cooler 51 for gas compressed in the gas compression system 50 , here behind the last compression stage viewed in the flow direction of the gas in the direction of the reduction unit 30 . Also shown schematically is 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 .
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 Bezugs zeichen 60 auch einen Gasofen darstellen . 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 . In principle, the element with reference number 60 could also represent a gas oven.
Das erfindungsgemäße Detail , dass an zumindest einem der Kompressoren ein Bypass zur Rückführung zumindest einer Teilmenge des von dem Kompressor komprimierten Gases in eine saugseitige Gaseinleitung des betref fenden Kompressors vorgesehen ist , wird in Figur 2 dargestellt . The detail according to the invention, that at least one of the compressors is provided with a bypass for recirculating at least a portion of the gas compressed by the compressor into a suction-side gas inlet of the relevant compressor, is shown in FIG.
Figur 2 zeigt eine schematische Ansicht einerFigure 2 shows a schematic view of a
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 . Gas compression system 80 and a gas cooler 90 . There are two compression stages A and B present, where A comprises three compressors, and B comprises two compressors. A gas cooler 90 is present downstream of the last compression stage, viewed in the flow direction of the gas—represented by the arrowheads. Optionally, 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 a bypass 100 without passing through it. Viewed in the flow direction of the gas, 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. During operation of the direct reduction plant, after gas compression, at least a partial quantity of the compressed gas is cooled in the gas cooler 90 . On the gas compression system 80 there is a bypass 130 shown in dashed lines, which branches off from the gas discharge line 140 of a compressor of compression stage B downstream of this compressor and opens into its gas inlet line 150 in front of the compressor. With the bypass 130, at least part of the quantity of the gas compressed in the compressor can be returned to the suction side of this compressor, at least temporarily.
Als Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung des Wasserdampf gehaltes des bei der Gaskompression erhaltenen Gasstromes ist eine Vorrichtung 160 zur Einspritzung von Wasser in einen zu komprimierenden Gasstrom oder in einen Kompressor ebenfalls schematisch dargestellt . A device 160 for injecting water into a gas stream to be compressed or into a compressor is also shown schematically as a device for controlling and/or regulating the water vapor content of the gas flow obtained during gas compression.
Bei den dargestellten Kompressoren handelt es sich pro Kompressionsstufe um einen Frequenzumrichter- Verdrängungsverdichtungskompressor 171 , 171 . The compressors shown are variable frequency drive positive displacement compressors 171, 171 per compression stage.
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 Gas flussrichtung - 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 . FIG. 3 shows schematically how a gas cooler 180 is integrated in a silencer 190 of a positive displacement compressor 200 . 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 gas cooling serving parts such as cooling water inlet 220, packing 230, cooling water outlet 240, condensate drain 250 are in Silencer 190 integrated. The muffler 190 has a cross-sectional constriction 260 for silencing.
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 . Of course, in principle, devices for computer-implemented operation of a direct reduction plant according to the invention or a method according to the invention can also be present; for the sake of clarity, they are not shown in the figures.
Liste der Bezugs zeichen List of Reference Characters
10 Direktreduktionsanlage 10 direct reduction plant
20 Metalloxidhaltiges Material 20 metal oxide containing material
30 Reduktionsaggregat 30 reduction aggregate
40 Reduktionsgasleitung 40 reducing gas line
50 Gaskompressionsanlage 50 gas compression plant
51 Gaskühler 51 gas cooler
52 Vorrichtung zum Steuern und/oder Regeln des Wasserdampf gehaltes52 Device for controlling and / or regulating the water vapor content
60 Katalytischer Reformer 60 Catalytic Reformer
70 Direkteinleitung 70 Direct Initiation
80 Gaskompressionsanlage 80 gas compression plant
90 Gaskühler 90 gas cooler
100 Bypass 100 by-pass
110 Gaseinleitung 110 gas inlet
120 Gasausleitung 120 gas outlet
130 Bypass 130 bypass
140 Gasausleitung 140 gas outlet
150 Gaseinleitung 150 gas inlet
160 Vorrichtung zur Einspritzung von Wasser in einen zu komprimierenden Gasstrom oder in einen Kompressor160 Device for injecting water into a gas stream to be compressed or into a compressor
170 Frequenzumrichter-170 frequency converter
Verdrängungsverdichtungskompressorpositive displacement compressor
171 Frequenzumrichter-171 frequency converter
Verdrängungsverdichtungskompressorpositive displacement compressor
180 Gaskühler 180 gas cooler
190 Schalldämpfer 190 silencer
191 Schall dämpf teil 191 sound absorbing part
200 Verdrängungsverdichtungs kompresser200 positive displacement compressor
210 Kompressionsteil 210 compression part
220 Kühlwassereinlass 220 cooling water inlet
230 Packung 230 pack
240 Kühlwasserauslass 240 cooling water outlet
250 Kondens at ab fluss 250 condensate at drain
260 Querschnittsverengung 260 cross-sectional constriction

Claims

Ansprüche Expectations
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 in der Gaskompressionsanlage 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 komprimiertem 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 in eine saugseitige Gaseinleitung des betreffenden Kompressors vorgesehen ist. 1. Direct reduction plant (10) comprising a catalytic reformer (60) and/or a gas furnace and a gas compression plant (50) with one or more compressors, the gas compression plant (50) comprising at least one, preferably at least two, compression stages (A, B), and wherein there is at least one gas cooler (51) for gas compressed in the gas compression system, preferably at least downstream of the last compression stage viewed in the flow direction of the gas, characterized in that the gas compression system (50) or the gas cooler (51) has a direct inlet (70) for introducing compressed gas directly into the reformer (60) and/or into the gas furnace, and on at least one of the compressors there is a bypass (130) for returning at least a portion of the gas compressed by the compressor into a suction-side gas inlet of the relevant compressor is.
2. Direktreduktionsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Gaskühler (90) einen Bypass (100) aufweist. 2. Direct reduction plant according to claim 1, characterized in that at least one gas cooler (90) has a bypass (100).
3. Direktreduktionsanlage nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaskompressionsanlage (80) eine Vorrichtung (160) zum Steuern- und/oder Regeln des Wasserdampf gehaltes im aus der Gaskompressionsanlage (80) austretenden Gasstrom aufweist. 3. Direct reduction plant according to claim 1 or claim 2, characterized in that the gas compression plant (80) has a device (160) for controlling and/or regulating the water vapor content in the gas stream exiting from the gas compression plant (80).
4. Direktreduktionsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei sämtlichen Kompressoren der Gaskompressionsanlage um Verdrängungsverdichtungskompressoren (200) handelt. 4. Direct reduction plant according to one of Claims 1 to 3, characterized in that all the compressors in the gas compression plant are positive displacement compressors (200).
5. Direktreduktionsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zumindest ein Verdrängungsverdichtungskompressor einen Schalldämpfer aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Gaskühler in einem Schalldämpfer (190) eines Verdrängungsverdichtungskompressors (200) integriert ist . 5. Direct reduction plant according to one of claims 1 to 4, wherein at least one positive displacement compressor Having a silencer, characterized in that at least one of the gas coolers is integrated in a silencer (190) of a displacement compression compressor (200).
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. 6. Direct reduction system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the gas compression system (80) has one or more frequency converter displacement compression compressors (170,171) in at least one compression stage.
7. Verfahren zum Betrieb einer Direktreduktionsanlage (10) umfassend ein Reduktionsaggregat, einen katalytischen Reformer (60) und/oder einen Gasofen sowie eine Gaskompressionsanlage (50) zur Bereitstellung von komprimiertem Gas durch Gaskompression mit einem oder mehreren Kompressoren, wobei die Gaskompressionsanlage (50) zumindest eine Kompressionsstufe (A, B) umfasst, und wobei zumindest ein Gaskühler (51) für in der Gaskompressionsanlage komprimiertes Gas vorhanden ist, wobei nach Gaskompression Reduktionsgas in das 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) in eine saugseitige Gaseinleitung des betreffenden Kompressors rückgeführt wird. 7. A method for operating a direct reduction plant (10) comprising a reduction unit, a catalytic reformer (60) and/or a gas furnace and a gas compression plant (50) for providing compressed gas by gas compression with one or more compressors, the gas compression plant (50) comprises at least one compression stage (A, B), and wherein there is at least one gas cooler (51) for gas compressed in the gas compression system, with reduction gas being introduced into the reduction unit (30) after gas compression, characterized in that cooling of at least a subset of the compressed Gas takes place, preferably at least after the last gas compression viewed in the direction of the reduction unit (30), and compressed gas from the gas compression system (50) or the gas cooler (51) is introduced directly into the reformer (60) and/or the gas furnace, and at least temporarily a portion of a gas compressed by a compressor m is returned to a suction-side gas inlet of the relevant compressor by means of a bypass (130).
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. 8. The method according to claim 7, characterized in that at least temporarily a partial quantity of a compressed gas conveyed to a gas cooler (90) is guided past the gas cooler (90) by means of a bypass (100).
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Steuerung und/oder Regelung des Wasserdampf gehaltes des bei der Gaskompression erhaltenen Gasstromes erfolgt, bevorzugt durch Einspritzung von Wasser in einen zu komprimierenden Gasstrom oder in einen Kompressor . 9. The method according to claim 7 or claim 8, characterized in that the water vapor content of the gas flow obtained during the gas compression is controlled and/or regulated, preferably by injecting water into a gas flow to be compressed or into a compressor.
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. 10. The method according to any one of claims 7 to 9, characterized in that gas compression takes place in at least one compression stage (A, B) by means of a frequency converter displacement compression compressor (170,171).
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