EP4413167A1 - Verfahren zum betreiben eines stahlwerks - Google Patents
Verfahren zum betreiben eines stahlwerksInfo
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- EP4413167A1 EP4413167A1 EP22764315.2A EP22764315A EP4413167A1 EP 4413167 A1 EP4413167 A1 EP 4413167A1 EP 22764315 A EP22764315 A EP 22764315A EP 4413167 A1 EP4413167 A1 EP 4413167A1
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- C21B5/00—Making pig-iron in the blast furnace
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- C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
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- C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
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Definitions
- the invention relates to a method for operating a steelworks.
- blast furnace-converter route i .e . H .
- the production of pig iron from iron ore with the help of coke now also with the partial addition of hydrogen in the form of H2 and/or CH4, in a blast furnace with subsequent further processing of the pig iron, if necessary with the additional addition of scrap and other additives Steel .
- the blast furnace converter route has the disadvantage that it is associated with a high level of CO2 emissions.
- a consideration of the emissions of climate-impacting gases and other substances is made possible by the known and practiced procedure of determining the total amount of emissions that arise directly or indirectly in various stages of a product and taking the determined values into account as a so-called "carbon footprint".
- CO2 as a climate-impacting gas
- the Consideration based on the determination of C02 emissions that arise directly or indirectly in different stages of a product.
- CO2 equivalents which is a measure of the equivalent mass of CO2 that would be needed for an equivalent mean warming effect on the Earth's atmosphere over a given period of time, say 100 years.
- the advantage of tracing emissions of climate-impacting gases or other substances to CO2 equivalents is that different emissions can be easily compared.
- the object of the invention is to ensure or at least facilitate such a comprehensive consideration.
- the object is achieved with a method for operating a steelworks with the features of claim 1.
- a) a method of the blast furnace converter route, or b) a method of direct reduction of iron ore with hydrogen with a downstream electric steel route, preferably also a further downstream secondary steel route, can be used.
- the process is carried out with the supply of starting materials and the use of energy supply. During the process, in a number of subsequent process steps and with the emission of by-products Formed intermediates and finally obtained steel as a product.
- a CO2 footprint value is determined for each feedstock flow, each by-product flow and energy flow under consideration.
- a CO2 footprint initial value is determined for each source material flow and for each energy flow, and a CO2 footprint connection value is determined for each by-product material flow.
- a total CO2 balance value is formed from the entirety of the CO2 footprint values. While the procedure is being carried out, the C02 footprint values and the total CO2 balance value are continuously updated.
- the concept of the C02 footprint value includes both the emission of CO2 and the emission of other climate-impacting gases and other substances as a CO2 equivalent. The same applies to the initial C02 footprint value, the connected CO2 footprint value and the C02 footprint value, which are always related not only to CO2 itself, but also to the CO2 equivalents of other climate-impacting gases and substances.
- the balancing of C02 footprint values means in particular that for each source material, each accompanying material and the energy used to operate the systems in each case the entire material flow from the source to use, preferably up to the end of the service life, is considered and this is provided with a C02 footprint value.
- the concept of the CO2 footprint value means that the total amount of CO2 or a value equivalent to CO2 that is linked to the material flow is balanced for the respective material flow relative to a comparison value. For example, the total amount of CO2 and the total amount of CO2 equivalent in kilograms can be recorded for each material flow that is emitted during the manufacture of 1 t of end product, for example hot-rolled steel, with all production and other treatment steps including transport and the like being considered become .
- the balancing can be implemented step-by-step by having a one-dimensional or multi-dimensional list in which each material flow considered, preferably each material flow present, is contained and in which each material flow considered, preferably each material flow present, is assigned a C02 footprint value.
- the total C02 balance value is formed using the C02 footprint values and only assigns the one total C02 balance value to the manufacture of the end product, for example 1 t end product. This is a measure of the amount of CO2 emitted during manufacture of the end product. It is essential that the overall C02 balance value is based on a total of C02 footprint values, which are taken into account for each starting material flow, by-product material flow and energy flow and, preferably, are continuously updated.
- This procedure can be used to ensure in particular that those CO2 emissions that occur in connected and upstream value chains can also be taken into account when forming the overall CO2 balance value.
- possible CO2 emissions can also be taken into account, so that, for example, CO2 is bound in the As part of the overall process has a positive effect on the overall CO2 balance value.
- the supply of starting materials and/or the energy supply is adjusted to reduce the CO2 footprint value below the CO2 footprint threshold value.
- the overall CO2 balance value is continuously or quasi-continuously, that means: in a recurring sequence, compared with a CO2 footprint threshold value and, in a case in which this threshold value is exceeded, the procedure for carrying out the method for operating a steelworks is adapted .
- the adaptation occurs in the input of the starting materials, the input of energy or in both.
- the adjustment can be made, for example, by making a sub-selection or a specific composition of the selection from a predefined selection of starting materials, for which material-specific CO2 footprint values are stored, depending on the level of the overall CO2 balance value fen will .
- the adaptation can be carried out step by step in such a way that the energy supply is changed to the extent that the selection of the power supply is selected as a function of the power production.
- the blast furnace converter route is used.
- At least the starting materials iron ore, coke and air, in particular 02, are supplied in a blast furnace process step and at least the starting materials calcium oxide and oxygen are supplied in a converter process step,
- B at least CO 2 and slag are emitted as a by-product stream
- C electrical energy is used to operate the system .
- a CO2 footprint initial value is determined for each source material flow and for each energy flow.
- a starting point for determining the initial C02 footprint values of the starting materials is found, for example, on the basis of database data or on the basis of C02 footprint values provided by the provider or chemical analyzes carried out in-house.
- the measuring devices are preferably used for measuring in the aggregate states of solid and/or liquid and/or gaseous.
- a direct measurement is therefore used to determine how much CO 2 , preferably also other carbon compounds such as at least CO and/or CH 4 , is emitted in the steelworks during its operation. From the measured value obtained or The stated CO2 footprint connection value is determined from the measured values obtained.
- the C02 footprint connection value of the by-product material flow is calculated, taking into account the further use of the slag. This can include, for example, balancing the use of the slag as a road surface by comparing the alternative use of another material as a road surface, which may have a higher C02 footprint value, with in In this example, the C02 footprint connection value for the accompanying material flow of the slag can also be negative.
- accompanying substances are also preferably considered: For one or more of the accompanying substances tar, sulphur, benzene, heat, steam, the C02 footprint connection value of the accompanying product substance flow is calculated, taking into account the further use of the accompanying substance or the accompanying substances.
- the energy supply can be switched to using available energy generated from wind turbines and/or equivalent starting materials with higher C02 footprint starting values, for example the steelworks premises, be temporarily stored and, if the overall C02 balance value exceeds the specified threshold, a selection of a raw material with a higher initial C02 footprint value for supply to the blast furnace-converter route is changed to a selection of a raw material with a lower C02 Baseline footprint to feed into the blast furnace converter route.
- the monitoring of the C02 footprint value in real time or close to real time can be used to control the operation of the metallurgical plant across all process chains in such a way that its overall C02 balance value remains permanently below the specified threshold with the advantage that a contribution can be made to achieving the long-term goal of climate neutrality.
- the addition of the starting materials is preferably controlled by measuring the weight of the added starting material, or by measuring a volumetric flow of the added starting material, or for an energy flow by measuring a working quantity of the energy flow, the CO2 footprint values being calculated on the basis of the measured values and the overall CO2 balance value are continuously updated.
- one or more of the following starting materials is preferably additionally supplied: i) natural gas, ii) H2, iii) methane, in this process variant it is preferably provided that, depending on the total CO2 balance value, the proportion of natural gas and /or the proportion of H2 in the starting material flow is increased if the total CO2 balance value exceeds a predetermined CO2 footprint threshold value.
- the proportion of hydrogen-containing gas, methane from biogas production, pyrolysis-renewable raw materials or synthesis gas from biomass in all of the above-mentioned gases is particularly preferably increased if the total CO2 balance value exceeds a second CO2 footprint threshold value, which is greater than the C02 footprint threshold.
- the CO 2 emissions and/or the emissions of other gases or substances that affect the climate are reduced in a particularly advantageous manner first by supplying a reducing gas; where , if the overall CO2 balance value is above a higher threshold, namely the second CO2 footprint threshold, or . exceeds this , not only the selection of a hydrogen-containing reducing gas to reduce the CO2 emissions, preferably in addition to the reduction of the emissions of the other climate-impacting gases, is chosen, but also within the already made selection of the use of hydrogen as such, the source of the hydrogen or . the way in which the hydrogen is produced or extracted depends on the overall CO2 balance value.
- both the selection of the reducing element and the selection of the origin or The reducing element is obtained in two sequential steps. This ensures that in a first step the origin of the hydrogen can be decided on a purely economic basis and only in a second step does the economic basis take a back seat to the consideration based on the total CO2 balance value.
- the blast furnace converter route has one or more of the following measuring devices:
- a balance, elemental analyzers (CHNS-0 and/or FOES and/or ICP-OES), DCP, IR, density measurement, Wobbe index, GCMS, bomb calorimeter, conductivity meters, electricity meters, current-voltage meters, gas volume meters, thermometers, viscose meters, Loss of ignition measuring devices, moisture measuring devices, C content measuring devices for all aggregate states.
- the direct reduction of iron ore with hydrogen is used with a downstream electric steel route.
- the initial CO2 footprint values of the raw materials are determined on the basis of database data or values provided by the supplier.
- the C02 footprint connection value of the by-product material flow for the by-product material flow for the by-material CO2 is measured using a CO2 measuring device by measuring the amount of CO2 emitted or by measuring a change in the amount of CO2 emitted.
- the C02 footprint connection value of the by-product material flow for the accompanying materials CO and CH4 is preferably measured using a C-measuring device by measuring the amount of C emitted or by measuring a change in the amount of C emitted.
- the total CO2 balance value is calculated from the initial CO2 footprint values and the connected C02 footprint values.
- the energy supply is switched to using low-carbon energy, for example renewable energy or nuclear power energy .
- equivalent raw materials with different initial C02 footprint values are temporarily stored and, if the overall CO2 balance value exceeds a predetermined threshold, the selection of a feedstock with a higher initial C02 footprint for input into the direct reduction plant or at another entry point of the manufacturing route is changed to a selection of a feedstock with a lower initial C02 footprint for input in the manufacturing route.
- the production of sponge iron in step A can be stopped and the addition of temporarily stored reduced and possibly carburized iron ore, for example as Direct Reduced Iron (DRI) in the form of HBI is started and, if the overall CO2 balance value exceeds the specified threshold again, the addition of temporarily stored Direct Reduced Iron is stopped and the production of sponge iron is started in step A.
- DRI Direct Reduced Iron
- the process management itself, d. H . the start time of the production of sponge iron and the stop time of the production of sponge iron can be controlled depending on the current total CO2 balance value.
- the advantageous effect can be achieved, for example, that DRI can occasionally be procured inexpensively for the method described at random points in time can be used, however, if the specified CO2 threshold requires it, the direct production of sponge iron, which may be preferable in terms of the CO2 footprint value, can be preferred in order to achieve continuous compliance with the overall CO2 balance values.
- the addition of the starting materials is preferably controlled by measuring the weight of the starting material added, or by measuring a volume flow of the starting material added, or for an energy flow by measuring a working quantity of the energy flow, the CO2 footprint values and the CO2 -Total balance sheet value is continuously updated.
- the total CO2 balance value it is ⁇ 2050 kg CO2eq for crude steel from primary steel production, and/or b) it is ⁇ 400 kg CO2eq for crude steel from secondary steel production, and/or c) for a mixture of a) and b) a value resulting from this - for example as an arithmetic mean - is maintained.
- plastics, slag, scrap, biogenic residues, filter dust and residues from the paper industry or the chemical industry can be taken into account as raw materials under consideration.
- H2O, CO2, N2, CO in particular can be considered as by-product substances.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Stahlwerks, beispielsweise in einer Hochofen-Konverter-Route, oder mit einer Direktreduktion von Eisenerz mit Wasserstoff mit nachgeschalteter Elektrostahlroute, bevorzugt außerdem Sekundärstahlroute. Zur Durchführung des Verfahrens werden bilanziert: A) eine Anzahl von Ausgangstoffströmen von zugeführten Ausgangsstoffen, B) eine Anzahl von Begleitproduktstoffströmen von emittierten Begleitprodukten und C) eine Anzahl von Energieströmen von genutzter Energie.
Description
Verfahren zum Betreiben eines Stahlwerks
Die Erfindung betri f ft ein Verfahren zum Betreiben eines Stahlwerks .
Es sind verschiedene Verfahren zum Betreiben eines Stahlwerks zur Herstellung von Stahl bekannt . Die derzeit noch verbreiteteste Methode ist die sogenannte Hochofen-Konverter- Route , d . h . : einer Herstellung von Roheisen aus Eisenerz mithil fe von Koks , inzwischen auch unter teilweiser Zugabe von Wasserstof f in Form von H2 und/oder CH4 , in einem Hochofen mit anschließender Weiterverarbeitung des Roheisens , gegebenenfalls unter zusätzlicher Zugabe von Schrott und weiteren Zugabestof fen, zu Stahl . Die Hochofen-Konverter-Route hat allerdings den Nachteil , dass sie mit einem hohen Maß an CO2- Ausstoß verbunden ist .
Vor dem Hintergrund des Bestrebens , den Ausstoß klimawirksamer chemischer Verbindungen zu reduzieren, sind zunehmend alternative Verfahren relevant geworden . Im Fall des Betreibens eines Stahlwerks ist beispielsweise insbesondere zur Vermeidung der C02-Emission die Direktreduktion von Eisenerz mit Wasserstof f mit nachgeschalteter Elektrostahlroute sowie Oxygenstahlroute relevant geworden . Die Direktreduktion erfolgt hierbei mit Wasserstof f als Reduktionsmittel für das Eisenerz , wobei beispielsweise elektrolytisch hergestellter Wasserstof f oder in Methan gebundener Wasserstof f eingesetzt werden kann .
Eine Betrachtung des Ausstoßes klimawirksamer Gase und anderer Stof fe wird durch die bekannte und prakti zierte Vorgehensweise möglich, den Gesamtbetrag von Emissionen, die direkt oder indirekt in verschiedenen Stadien eines Produkts entstehen, zu ermitteln und die ermittelten Werte als sogenannten „Carbon Footprint" zu berücksichtigen . Im Fall von der Betrachtung von CO2 als klimawirksames Gas erfolgt die
Berücksichtigung auf Basis der Ermittlung von C02-Emissionen, die direkt oder indirekt in verschiedenen Stadien eines Produkts entstehen . Im Fall von der Betrachtung der Menge von anderen Gasen, beispielsweise CO oder CH4 oder NOx, oder anderen Stof fen, beispielsweise Feinstaub, die direkt oder indirekt in verschiedenen Stadien eines Produkts entstehen als klimawirksame Gase erfolgt die Berücksichtigung auf Basis der Ermittlung von CO2-Äquivalenten, welche ein Maß für die äquivalente Masse an CO2 ist , die für eine äquivalente mittlere Erwärmungswirkung der Erdatmosphäre über einen bestimmten Zeitraum, beispielsweise 100 Jahre benötigt würde . Die Zurückführung von der Emission klimawirksamer Gase oder anderer Stof fe auf CO2-Äquivalente hat den Vorteil , dass eine gute Vergleichbarkeit verschiedener Emissionen erreicht wird .
Vor dem Hintergrund des Bestrebens , den Ausstoß klimawirksamer Gase bei der Stahlherstellung zu reduzieren und gleichzeitig eine gute Wirtschaftlichkeit der Stahlherstellung bei zubehalten, ist erforderlich, eine umfassende Betrachtung des Herstellungsprozess zu gewährleisten .
Aufgabe der Erfindung ist es , eine solche umfassende Betrachtung zu gewährleisten oder zumindest zu erleichtern . Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zum Betreiben eines Stahlwerks mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Es können insbesondere a ) ein Verfahren der Hochofen-Konverter-Route , oder b ) ein Verfahren der Direktreduktion von Eisenerz mit Wasserstof f mit nachgeschalteter Elektrostahlroute , bevorzugt außerdem weiter nachgeschalteter Sekundärstahlroute , verwendet werden .
Das Verfahren wird unter Zufuhr von Ausgangsstof fen und unter Nutzung von Energiezufuhr durchgeführt . Während des Verfahrens werden in einer Anzahl von aneinander anschließenden Verfahrensschritten und unter Emission von Begleitprodukten
Zwischenprodukte gebildet und schließlich Stahl als Produkt erhalten .
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zur Durchführung des Verfahrens eine Bilanzierung zumindest der folgenden Stof fströme vorgenommen wird :
A) Bilanzierung einer Anzahl von Ausgangstof f strömen von zugeführten Ausgangsstof fen,
B ) Bilanzierung einer Anzahl von
Begleitproduktstof f strömen von emittierten Begleitprodukten und
C ) Bilanzierung einer Anzahl von Energieströmen von genutzter Energie .
Um diese Bilanzierung zu bewerkstelligen, wird für j eden betrachteten Ausgangsstof fstrom, j eden betrachteten Begleitproduktstof fstrom und j eden betrachteten Energiestrom ein C02-Footprint-Wert ermittelt .
Zur Unterscheidung der unterschiedlichen gebildeten CO2- Footprint-Werte wird für j eden Ausgangsstof fstrom und für j eden Energiestrom j eweils ein C02-Footprint-Ausgangswert ermittelt und wird für j eden Begleitproduktstof fstrom j eweils ein CO2- Footprint-Anschlusswert ermittelt . Aus der Gesamtheit der CO2- Footprint-Werte wird ein CO2-Gesamtbilanzwert gebildet . Während der Durchführung des Verfahrens werden die C02-Footprint-Werte und der CO2-Gesamtbilanzwert laufend aktualisiert .
Der Begri f f des C02-Footprint-Werts umfasst sowohl die Emission von CO2 als auch die Emission von anderen klimawirksamen Gasen und anderen Stof fen als CO2-Äquivalent . Das gleiche gilt für den C02-Footprint-Ausgangswert , den CO2- Footprint-Anschlusswert und den C02-Footprint-Wert , die stets nicht nur auf CO2 selbst bezogen sind, sondern auch auf die CO2- Äquivalente anderer klimawirksamer Gase und Stof fe .
Mit der Bilanzierung von C02-Footprint-Werten ist insbesondere gemeint , dass für j eden Ausgangsstof f , j eden Begleitstof f und die zum Betrieb der Anlagen genutzten Energie
j eweils der gesamte Stof fstrom von der Quelle bis zur Nutzung, bevorzugt bis zum Lebensdauerende , betrachtet wird und dieser mit einem C02-Footprint-Wert versehen wird . Der Begri f f des CO2- Footprint-Werts bedeutet dabei , dass für den j eweiligen Stof fstrom die Gesamtmenge an CO2 oder eines mit CO2 äquivalenten Betrachtungswerts , die mit dem Stof fstrom gekoppelt ist , relativ zu einer Vergleichsgröße bilanziert wird . Beispielsweise kann für j eden Stof f ström die Gesamtmenge C02 und die Gesamtmenge an C02-Äquivalent in Kilogramm erfasst werden, die bei Herstellung von 1 t Endprodukt , beispielsweise Warmwal zstahl , emittiert werden, wobei sämtliche Fertigungs- und sonstige Behandlungsschritte inklusive Transport und ähnlichem betrachtet werden . Die Bilanzierung kann bei schrittweise umgesetzt werden, indem eine ein oder mehrdimensionale Liste vorliegt , in welcher j eder betrachtete Stof fstrom, bevorzugt j eder vorhandene Stof f ström, enthalten ist und in der j eder betrachtete Stof fstrom, bevorzugt j eder vorhandene Stof fstrom, einem C02-Footprint-Wert zugeordnet ist . Der C02- Gesamtbilanzwert wird unter Nutzung der C02-Footprint-Werte gebildet und ordnet der Herstellung des Endprodukts , beispielsweise 1 t Endprodukt , nur noch den einen C02- Gesamtbilanzwert zu . Dieser ist so denn ein Maß für die bei Herstellung des Endprodukts emittierten Menge an C02 . Wesentlich ist , dass dem C02-Gesamtbilanzwert eine Gesamtheit aus C02- Footprint-Werten zugrunde liegt , die für j eden betrachteten Ausgangsstof fstrom, Begleitproduktstof fstrom und Energiestrom berücksichtigt werden und, bevorzugt , kontinuierlich aktualisiert werden . Durch diese Vorgehensweise kann insbesondere sichergestellt werden, dass für die Bildung des CO2-Gesamtbilanzwerts auch diej enigen C02-Emissionen berücksichtigt werden können, die in angeschlossenen und vorgeschalteten Wertschöpfungsketten stattfinden . Insbesondere kann auch eine Berücksichtigung von möglichen C02- Imissionen stattfinden, sodass sich beispielsweise eine Bindung von CO2 im
Rahmen des Gesamtprozesses positiv auf den CO2-Gesamtbilanzwert auswirkt .
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass , wenn der CO2- Gesamtbilanzwert einen vorgegebenen C02-Footprint-Schwellwert überschreitet , die Zufuhr von Ausgangsstof fen und/oder die Energiezufuhr angepasst wird zur Verringerung des CO2- Footprint-Werts unterhalb des C02-Footprint-Schwellwerts .
Mit anderen Worten wird der CO2-Gesamtbilanzwert kontinuierlich oder quasikontinuierlich, das bedeutet : in wiederkehrender Folge , mit einem C02-Footprint-Schwellwert verglichen und in einem Fall , in welchem dieser Schwellwert überschritten wird, die Verfahrensweise bei Durchführung des Verfahrens zum Betreiben eines Stahlwerks angepasst . Die Anpassung erfolgt in der Zufuhr der Ausgangsstof fe , der Energiezufuhr oder in beiden . Die Anpassung kann beispielsweise dahingehend erfolgen, dass aus einer vorgegebenen Auswahl von Ausgangsstof fen, für die j eweils stof f spezi fische C02-Footprint- Werte hinterlegt sind, in Abhängigkeit von der Höhe des CO2- Gesamtbilanzwerts eine Unterauswahl oder eine bestimmte Zusammensetzung der Auswahl getrof fen wird . Die Anpassung kann alternativ oder zusätzlich bei schrittweise dahingehend erfolgen, dass die Energiezufuhr insoweit geändert wird, dass die Auswahl von Stromzufuhr in Abhängigkeit von der Stromherstellung gewählt wird .
In einer ersten Verfahrensvariante wird die Hochofen- Konverter-Route verwendet .
Zur Durchführung des Verfahrens werden
A) zumindest die Ausgangsstof fe Eisenerz , Koks und Luft , insbesondere 02 , in einem Hochofen-Verfahrensschritt zugeführt und zumindest die Ausgangsstof fe Calciumoxid und Sauerstof f in einem Konverterverfahrensschritt zugeführt ,
B ) als Begleitproduktstof fstrom zumindest C02 und Schlacke emittiert werden, und
C ) zum Betrieb der Anlage elektrische Energie genutzt wird . Ausgehend von einer solchen Ausgangskonstellation wird für j eden Ausgangsstof fstrom und für j eden Energiestrom ein CO2- Footprint-Ausgangswert ermittelt wird . Ein Startpunkt für die Ermittlung der C02-Footprint-Ausgangswerte der Ausgangsstof fe wird beispielsweise auf Grundlage von Datenbankdaten oder auf Grundlage von vom Anbieter bereitgestellten C02-Footprint-Werten oder selbst durchgeführten chemischen Analysen gefunden .
Für die Ermittlung des C02-Footprint-Anschlusswerts des Begleitproduktstof fstroms , der für j eden Begleitstof f spezi fisch ist , für den Begleitstof f CO2 wird eine Messung der Menge an emittiertem CO2 , bevorzugt außerdem anderer Kohlenstof fverbindungen wie zumindest CO und/oder CH4 , durchgeführt oder eine Messung einer Veränderung der Menge an emittiertem CO2 , bevorzugt außerdem anderer Kohlenstof fverbindungen wie zumindest CO und/oder CH4 , durchgeführt , wobei für die Messung eine oder mehrere in dem Stahlwerk an geeigneten Orten angeordnete CO2-Messeinrichtung, gegebenenfalls zusätzlich eine C-Messeinrichtung, genutzt wird . Die Messeinrichtungen werden bevorzugt zur Messung in den Aggregat zuständen fest und/oder flüssig und/oder gas förmig eingesetzt . Es wird also durch eine unmittelbare Messung ermittelt , wie viel CO2 , bevorzugt außerdem andere Kohlenstof fverbindungen wie zumindest CO und/oder CH4 , in dem Stahlwerk bei seinem Betrieb emittiert wird . Aus dem erhaltenen Messwert bzw . den erhaltenen Messwerten wird der genannte CO2- Footprint-Anschlusswert ermittelt .
Für den Begleitstof f Schlacke erfolgt eine Berechnung des C02-Footprint-Anschlusswerts des Begleitproduktstof fstroms unter Berücksichtigung der Weiterverwendung der Schlacke . Das kann beispielsweise beinhalten, dass eine Nutzung der Schlacke als Straßenbelag bilanziert wird durch Vergleich der alternativen Nutzung eines anderen Materials als Straßenbelag, welches möglicherweise einen höheren C02-Footprint-Wert hat , wobei in
diesem Beispiel der C02-Footprint-Anschlusswert für den Begleitstof fstrom der Schlacke auch negativ sein kann .
Bevorzugt werden auch andere Begleitstof fe betrachtet : Für einen oder mehrere der Begleitstof fe Teer, Schwefel , Benzol , Wärme , Dampf erfolgt eine Berechnung des C02-Footprint- Anschlusswerts des Begleitproduktstof fstroms unter Berücksichtigung der Weiterverwendung des Begleitstof fs beziehungsweise der Begleitstof fe .
Der C02-Gesamtbilanzwert wird in diesem Beispiel beispielsweise summarisch aus den C02-Footprint-Ausgangswerten und den C02-Footprint-Anschlusswerten ermittelt .
In der beschriebenen Weiterbildung kann in einem Fall , in dem der C02-Gesamtbilanzwert die vorgegebene Schwelle überschreitet , beispielsweise die Energiezufuhr auf die Verwendung von aus Windkraftanlagen generierter verfügbarer Energie umgestellt werden und/oder gleichwertige Ausgangsstof fe mit höheren C02-Footprint-Ausgangswerten, beispielsweise auf dem Stahlwerksgelände , zwischengelagert werden und, wenn der C02- Gesamtbilanzwert die vorgegebene Schwelle überschreitet , eine Auswahl eines Ausgangsstof fs mit höherem C02-Footprint- Ausgangswert zur Zufuhr in die Hochofen-Konverter-Route geändert werden in eine Auswahl eines Ausgangsstof fs mit niedrigerem C02- Footprint-Ausgangswert zur Zufuhr in die Hochofen-Konverter- Route . Auf diese Weise kann beispielsweise die Überwachung des C02-Footprint-Werts in Echtzeit oder nahe der Echtzeit dazu genutzt werden, den Betrieb des Hüttenwerks über alle Prozessketten dahingehend zu steuern, dass sein C02- Gesamtbilanzwert dauerhaft unterhalb der vorgegebenen Schwelle bleibt mit dem Vorteil , dass ein Beitrag zur Erreichung des langfristigen Ziels der Klimaneutralität geleistet werden kann . Es erfolgt also eine Steuerung, bevorzugt Optimierung, des Stahlwerkbetriebs anhand der Gesamtbetrachtung der CO2- Footprint-Werte aller betrachteten Ausgangsstof fströme ,
Begleitproduktstof fströme und Energieströme unter Bildung eines CO2-Gesamtbilanzwerts .
Bevorzugt erfolgt die Steuerung der Zugabe der Ausgangsstof fe mittels Messens des Gewichts des zugegebenen Ausgangsstof fs , oder mittels Messens eines Volumenstroms des zugegebenen Ausgangsstof fs , oder für einen Energiestrom mittels Messens einer Arbeitsmenge des Energiestroms , wobei anhand der gemessenen Werte die CO2- Footprint-Werte und der CO2-Gesamtbilanzwert laufend aktualisiert werden .
Bevorzugt wird in dem Hochofen-Verfahrensschritt zusätzlich einer oder mehrere der nachfolgend genannten Ausgangsstof fe zugeführt : i ) Erdgas , ii ) H2 , iii ) Methan, in dieser Verfahrensvariante ist bevorzugt vorgesehen, dass in Abhängigkeit von dem CO2-Gesamtbilanzwert der Anteil an Erdgas und/oder der Anteil an H2 an dem Ausgangsstof fstrom erhöht wird, wenn der CO2-Gesamtbilanzwert einen vorgegebenen C02-Footprint- Schwellwert überschreitet . Besonders bevorzugt wird der Anteil an wasserstof fhaltigem Gas , Methan aus der Biogaserzeugung, der Pyrolyse nachwachsende Rohstof fe oder Synthesegas aus Biomasse an der Gesamtheit der oben genannten Gase erhöht , wenn der CO2- Gesamtbilanzwert einen zweiten C02-Footprint-Schwellwert überschreitet , der größer ist als der C02-Footprint-Schwellwert . In dieser Verfahrensvariante wird in besonders vorteilhafter Weise zunächst durch Zufuhr eines reduzierende Gases der CO2- Ausstoß und/oder der Ausstoß anderer klimawirksamer Gase oder Stof fe reduziert ; wobei , dann, wenn der CO2-Gesamtbilanzwert oberhalb einer höheren Schwelle , nämlich dem zweiten CO2- Footprint-Schwellwert liegt bzw . diesen überschreitet , nicht nur
die Auswahl von einem Wasserstof f enthaltenden reduzierenden Gas zur Reduktion des C02-Ausstoßes , bevorzugt zusätzlich zur Reduktion des Ausstoßes der anderen klimawirksamen Gase , gewählt wird, sondern zudem innerhalb der bereits erfolgten Auswahl der Nutzung von Wasserstof f als solchem die Quelle des Wasserstof fs bzw . die Art und Weise der Herstellung oder Gewinnung des Wasserstof fs in Abhängigkeit von dem CO2-Gesamtbilanzwert erfolgt . Mit dieser Vorgehensweise wird in besonders vorteilhafter Weise erreicht , dass sowohl die Auswahl des reduzierenden Elements als auch die Auswahl der Herkunft bzw . Gewinnung des reduzierenden Elements in zwei sequenziellen Schritten erfolgt . Dadurch wird gewährleistet , dass in einem ersten Schritt die Herkunft des Wasserstof fs auf rein betriebswirtschaftlicher Basis entschieden werden kann und erst in einem zweiten Schritt die betriebswirtschaftliche Basis hinter der am CO2-Gesamtbilanzwert orientierten Betrachtung zurücktritt .
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Hochofen- Konverter-Route eines oder mehrere der nachfolgend genannten Messgeräte aufweist :
Eine Waage , Elementaranalysegeräte ( CHNS-0 und/oder FOES und/oder ICP-OES ) , DCP, IR, Dichtemessung, Wobbeindex, GCMS , Bombenkalorimeter, Leitfähigkeits-Messgeräte , Stromzähler, Strom-Spannungs-Messgeräte , Gasvolumenmessgeräte , Thermometer, Viskosemessgeräte , Glühverlustmessgeräte , Feuchtigkeitsmessgeräte , C-Gehalt-Messgeräte für alle Aggregat zustände .
In einer zweiten Verfahrensvariante wird die Direktreduktion von Eisenerz mit Wasserstof f mit nachgeschalteter Elektrostahlroute verwendet .
Zur Durchführung des Verfahrens werden
A) zumindest die Ausgangsstof fe Eisenerz und wenigstens einer der Ausgangsstof fe H2 oder Methan oder Erdgas oder ein
anderes kohlenstof fhaltiges Gas einer Direktreduktionsanlage zugesetzt zur Herstellung von Eisenschwamm,
B ) als Begleitproduktstof fstrom zumindest C02 , bevorzugt außerdem H20, emittiert ,
C ) und zum Betrieb der Anlage elektrische Energie genutzt . wobei für j eden Ausgangsstof fstrom und Energiestrom der CO2- Footprint-Ausgangswert ermittelt wird .
Vergleichbar zu der Vorgehensweise , die in Zusammenhang mit der Hochofen-Konverter-Route erläutert wurde , werden die CO2- Footprint-Ausgangswerte der Ausgangsstof fe auf Grundlage von Datenbankdaten oder von vom Anbieter bereitgestellten Werten ermittelt .
Der C02-Footprint-Anschlusswert des Begleitproduktstof fstroms für den Begleitstof f CO2 wird anhand einer CO2-Messeinrichtung mittels Messung der Menge an emittiertem CO2 oder der Messung einer Veränderung der Menge an emittiertem CO2 gemessen . Bevorzugt wird der C02-Footprint- Anschlusswert des Begleitproduktstof fstroms für die Begleitstof fe CO und CH4 anhand einer C-Messeinrichtung mittels Messung der Menge an emittiertem C oder der Messung einer Veränderung der Menge an emittiertem C gemessen .
Der CO2-Gesamtbilanzwert wird summarisch aus den CO2- Footprint-Ausgangswerten und den C02-Footprint-Anschlusswerten ermittelt .
In vergleichbarer Weise , wie es oben in Zusammenhang mit der Hochofen-Konverter-Route beschrieben worden war, wird, wenn der CO2-Gesamtbilanzwert eine vorgegebene Schwelle überschreitet , die Energiezufuhr auf die Verwendung von low-carbon hergestellter Energie umgestellt , beispielsweise regenerativ hergestellter Energie oder Kernkraftenergie .
Alternativ oder zusätzlich werden gleichwertige Ausgangsstof fe mit unterschiedlichen C02-Footprint- Ausgangswerten, beispielsweise auf dem Stahlwerksgelände , zwischengelagert und, wenn der CO2-Gesamtbilanzwert die
vorgegebene Schwelle überschreitet , die Auswahl eines Ausgangsstof fs mit höherem C02-Footprint-Ausgangswert zur Zufuhr in die Direktreduktionsanlage oder an einer anderen Eingangsstelle der Herstellungsroute geändert wird in eine Auswahl eines Ausgangsstof fs mit niedrigerem C02-Footprint- Ausgangswert zur Zufuhr in die Herstellungsroute . Das bedeutet , dass durch die Lagerung von Ausgangsstof fen mit verschiedenen, bei Betrachtung der gesamten Wertschöpfungskette , C02-Footprint- Ausgangswerten, erreicht wird, dass unter C02-Vermeidung hergestellte Ausgangsstof fe bereitgehalten werden, um diese erforderlichenfalls zur Reduktion des CO2-Gesamtbilanzwerts unterhalb einer vorgegebenen Schwelle zur Zufuhr in das Verfahren auswählen zu können . Durch diese Vorgehensweise wird in vorteilhafter Weise erreicht , dass ein CO2-Gesamtbilanzwert dauerhaft unterhalb einer vorgegebenen Schwelle gehalten werden kann .
Alternativ oder zusätzlich kann dahingehend vorgegangen werden, dass , wenn der CO2-Gesamtbilanzwert die vorgegebene Schwelle mit einem Mindestabstand unterschreitet , gegebenenfalls für eine vorgegebene Mindestzeitdauer, die Herstellung von Eisenschwamm in Schritt A eingestellt und die Zugabe von zwischengelagertem reduziertem und gegebenenfalls aufgekohltem Eisenerz , beispielsweise als Direct Reduced Iron ( DRI ) in Form von HBI , gestartet wird und, wenn der CO2-Gesamtbilanzwert die vorgegebene Schwelle wieder überschreitet , die Zugabe von zwischengelagertem Direct Reduced Iron eingestellt und die Herstellung von Eisenschwamm in Schritt A gestartet wird . Durch diese Vorgehensweise kann, die Verfahrens führung selbst , d . h . der Start Zeitpunkt einer Herstellung von Eisenschwamm sowie der Stoppzeitpunkt einer Herstellung von Eisenschwamm von dem gegenwärtigen CO2-Gesamtbilanzwert abhängig gesteuert werden . Dadurch kann beispielsweise der vorteilhafte Ef fekt erreicht werden, dass zu zufälligen Zeitpunkten gelegentlich kostengünstig beschaf fbares DRI für das beschriebene Verfahren
verwendet werden kann, allerdings, sofern es die vorgegebene CO2-Schwelle erfordert, die möglicherweise hinsichtlich des CO2- Footprint-Werts zu bevorzugende unmittelbare Herstellung von Eisenschwamm bevorzugt werden um damit die kontinuierliche Einhaltung der CO2-Gesamtbilanzwerte zu bewerkstelligen.
Bevorzugt erfolgt die Steuerung der Zugabe der Ausgangsstoffe mittels Messens des Gewichts des zugegebenen Ausgangsstoffs, oder mittels Messens eines Volumenstroms des zugegebenen Ausgangsstoffs, oder für einen Energiestrom mittels Messens einer Arbeitsmenge des Energiestroms, wobei anhand der gemessenen Werte die CO2- Footprint-Werte und der CO2-Gesamtbilanzwert laufend aktualisiert werden.
Für den CO2-Gesamtbilanzwert gilt bevorzugt, a) dass er für Rohstahl aus Primärstahlproduktion < 2050 kg CO2eq ist, und/oder b) er für Rohstahl aus Sekundärstahlproduktion < 400 kg CO2eq ist, und/oder c) für eine Mischung aus a) und b) ein sich daraus - beispielsweise als arithmetischer Mittelwert - ergebender Wert eingehalten wird.
Als betrachtete Ausgangsstoffe können beispielsweise Kunststoffe, Schlacken, Schrott, biogene Reststoffe, Filterstäube sowie Reststoffe aus der Papierindustrie oder der Chemieindustrie berücksichtigt werden. Als Begleitproduktstoffe können insbesondere H2O, CO2, N2, CO betrachtet werden.
Claims
1 . Verfahren zum Betreiben eines Stahlwerks , wobei insbesondere ein Verfahren a ) der Hochofen-Konverter-Route , oder b ) der Direktreduktion von Eisenerz mit Wasserstof f mit nachgeschalteter Elektrostahlroute , bevorzugt außerdem Sekundär stahl route , verwendet wird, wobei das Verfahren unter Zufuhr von Ausgangsstof fen und unter Nutzung von Energiezufuhr durchgeführt wird, um in einer Anzahl von aneinander anschließenden Verfahrensschritten unter Emission von Begleitprodukten Zwischenprodukte und schließlich Stahl als Produkt zu erhalten, wobei zur Durchführung des Verfahrens
A) eine Anzahl von Ausgangstof f strömen von zugeführten Ausgangsstof fen,
B ) eine Anzahl von Begleitproduktstof f strömen von emittierten Begleitprodukten und
C ) eine Anzahl von Energieströmen von genutzter Energie bilanziert werden, wobei für j eden betrachteten Ausgangsstof fstrom, Begleitproduktstof fstrom und Energiestrom ein C02-Footprint- Wert ermittelt wird, wobei für j eden Ausgangsstof fstrom und für j eden Energiestrom j eweils ein C02-Footprint-Ausgangswert ermittelt wird, wobei für j eden Begleitproduktstof fstrom j eweils ein CO2-
Footprint-Anschlusswert ermittelt wird,
und wobei aus den C02-Footprint-Werten ein CO2-
Gesamtbilanzwert gebildet wird, wobei die C02-Footprint-Werte und der CO2-Gesamtbilanzwert laufend aktualisiert werden, wobei , wenn der CO2-Gesamtbilanzwert einen vorgegebenen CO2- Footprint- Schwellwert überschreitet , die Zufuhr von Ausgangsstof fen und/oder die Energiezufuhr angepasst wird zur Verringerung des CO2- Footprint-Werts unterhalb des C02-Footprint-Schwellwerts .
2 . Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Hochofen- Konverter-Route verwendet wird, wobei zur Durchführung des Verfahrens
A) zumindest die Ausgangsstof fe Eisenerz , Koks und Luft in einem Hochofen-Verfahrensschritt zugeführt werden und zumindest die Ausgangsstof fe Calciumoxid und Sauerstof f in einem Konverterverfahrensschritt zugeführt werden,
B ) als Begleitproduktstof fstrom zumindest CO2 und Schlacke emittiert werden,
C ) zum Betrieb der Anlage elektrische Energie genutzt wird, wobei für j eden Ausgangsstof fstrom und Energiestrom der C02-Footprint-Ausgangswert ermittelt wird, wobei die C02-Footprint-Ausgangswerte der Ausgangsstof fe auf Grundlage von Datenbankdaten oder auf Grundlage von vom Anbieter bereitgestellten Werte ermittelt werden, wobei der C02-Footprint-Anschlusswert des Begleitproduktstof fstroms für den Begleitstof f CO2 anhand einer CO2-Messeinrichtung mittels Messung der Menge an emittiertem CO2 , bevorzugt außerdem anderer Kohlenstof fverbindungen wie zumindest CO und/oder CH4 , oder der Messung einer Veränderung der Menge an emittiertem CO2 ,
15 bevorzugt außerdem anderer Kohlenstof fverbindungen wie zumindest CO und/oder CH4 , gemessen wird, wobei eine Berechnung des C02-Footprint-Anschlusswerts des Begleitproduktstof fstroms zumindest für Schlacke erfolgt unter Berücksichtigung der Weiterverwendung der Schlacke , wobei der CO2-Gesamtbilanzwert summarisch aus den CO2- Footprint-Ausgangswerten und den C02-Footprint-Anschlusswerten ermittelt wird, wobei , wenn der CO2-Gesamtbilanzwert die vorgegebene Schwelle überschreitet , die Energiezufuhr auf die Verwendung von regenerativ hergestellter Energie umgestellt wird und/oder gleichwertige Ausgangsstof fe mit unterschiedlichen CO2- Footprint-Ausgangswerten, beispielsweise auf dem Stahlwerksgelände , zwischengelagert werden und, wenn der CO2- Gesamtbilanzwert die vorgegebene Schwelle überschreitet , eine Auswahl eines Ausgangsstof fs mit höherem C02-Footprint- Ausgangswert zur Zufuhr in die Hochofen-Konverter-Route geändert wird in eine Auswahl eines Ausgangsstof fs mit niedrigerem C02-Footprint-Ausgangswert zur Zufuhr in die Hochofen-Konverter-Route .
3 . Verfahren nach Anspruch 2 , wobei für einen oder mehrere der Ausgangsstof fe die Zugabe des Ausgangsstof fs mittels Messens des Gewichts des zugegebenen Ausgangsstof fs , oder mittels Messens eines Volumenstroms des zugegebenen Ausgangsstof fs , oder für einen Energiestrom mittels Messens einer Arbeitsmenge des Energiestroms gemessen wird und mit den gemessenen Werten die CO2-
Footprint-Werte und der CO2-Gesamtbilanzwert laufend aktualisiert werden .
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder nach Anspruch 3, wobei in dem Hochofen-Verfahrensschritt zusätzlich zugeführt wird einer oder mehrere der Ausgangsstoffe i) Erdgas, ii) H2, iii) Methan wobei der Anteil an Erdgas und/oder der Anteil an H2 an dem Ausgangsstoffstrom erhöht wird, wenn der CO2- Gesamtbilanzwert einen vorgegebenen C02-Footprint- Schwellwert überschreitet, und/oder wobei der Anteil an H2 oder Methan aus der Biogaserzeugung oder der Pyrolyse nachwachsender Rohstoffe oder Synthesegas aus Biomasse an der Gesamtheit der oben unter i) , ii) und iii) genannten Gase erhöht wird, wenn der C02- Gesamtbilanzwert einen zweiten C02-Footprint-Schwellwert überschreitet, der größer ist als der C02-Footprint- Schwellwert .
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Hochofen-Konverter-Route eines oder mehrere der nachfolgend genannten Messgeräte aufweist: eine Waage, Elementaranalysegeräte (CHNS-0 und/oder FOES und/oder ICP-OES) , DCP, IR, Dichtemessung, Wobbeindex, GCMS, Bombenkalorimeter, Leitfähigkeits-Messgeräte, Stromzähler, Strom-Spannungs-Messgeräte, Gasvolumenmessgeräte, Thermometer, Viskosemessgeräte, Glühverlustmessgeräte, Feuchtigkeitsmessgeräte, C-Gehalt-Messgeräte für alle Aggregat zustände .
6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Direktreduktion von Eisenerz mit Wasserstoff mit nachgeschalteter
Elektrostahlroute verwendet wird, wobei zur Durchführung des Verfahrens
17
A) zumindest die Ausgangsstof fe Eisenerz und wenigstens einer der Ausgangsstof fe H2 oder Methan oder Erdgas oder anderer kohlenstof fhaltiger Gase einer Direktreduktionsanlage zugesetzt werden zur Herstellung von Eisenschwamm,
B ) als Begleitproduktstof fstrom zumindest C02 , bevorzugt auch H20, emittiert wird,
C ) zum Betrieb der Anlage elektrische Energie genutzt wird, wobei für j eden Ausgangsstof fstrom und Energiestrom der C02-Footprint-Ausgangswert ermittelt wird, wobei die C02-Footprint-Ausgangswerte der Ausgangsstof fe auf Grundlage von Datenbankdaten oder von vom Anbieter bereitgestellten Werte ermittelt werden, wobei der C02-Footprint-Anschlusswert des Begleitproduktstof fstroms für den Begleitstof f CO2 anhand einer CO2-Messeinrichtung mittels Messung der Menge an emittiertem CO2 , bevorzugt außerdem anderer Kohlenstof fverbindungen wie zumindest CO und/oder CH4 , oder der Messung einer Veränderung der Menge an emittiertem CO2 , bevorzugt außerdem anderer Kohlenstof fverbindungen wie zumindest CO und/oder CH4 , gemessen wird, wobei der CO2-Gesamtbilanzwert summarisch aus den CO2- Footprint-Ausgangswerten und den C02-Footprint-Anschlusswerten ermittelt wird, wobei , wenn der CO2-Gesamtbilanzwert die vorgegebene Schwelle überschreitet , die Energiezufuhr auf die Verwendung von regenerativ hergestellter Energie umgestellt wird, und/oder gleichwertige Ausgangsstof fe mit unterschiedlichen CO2- Footprint-Ausgangswerten, beispielsweise auf dem Stahlwerksgelände , zwischengelagert werden und, wenn der CO2- Gesamtbilanzwert die vorgegebene Schwelle überschreitet , eine Auswahl eines Ausgangsstof fs mit höherem C02-Footprint-
18
Ausgangswert zur Zufuhr in die Direktreduktionsanlage oder an einer anderen Eingangsstelle der Herstellungsroute geändert wird in eine Auswahl eines Ausgangsstof fs mit niedrigerem CO2- Footprint-Ausgangswert zur Zufuhr in die Herstellungsroute , und/ oder wenn der CO2-Gesamtbilanzwert die vorgegebene Schwelle mit einem Mindestabstand unterschreitet , die Herstellung von Eisenschwamm in Schritt A eingestellt und die Zugabe von zwischengelagertem Direct Reduced Iron gestartet wird und, wenn der CO2-Gesamtbilanzwert die vorgegebene Schwelle wieder überschreitet , die Zugabe von zwischengelagertem Direct Reduced Iron eingestellt und die Herstellung von Eisenschwamm in Schritt A) gestartet wird .
7 . Verfahren nach Anspruch 6 , wobei für einen oder mehrere der Ausgangsstof fe die Zugabe des Ausgangsstof fs mittels Messens des Gewichts des zugegebenen Ausgangsstof fs , oder mittels Messens eines Volumenstroms des zugegebenen Ausgangsstof fs , oder für einen Energiestrom mittels Messens einer Arbeitsmenge des Energiestroms gemessen wird und mit den gemessenen Werten die CO2- Footprint-Werte und der CO2-Gesamtbilanzwert laufend aktualisiert werden .
8 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , wobei für den CO2-Gesamtbilanzwert gilt : a ) für Rohstahl aus Primärstahlproduktion < 2050 kg CO2eq, und/ oder b ) für Rohstahl aus Sekundärstahlproduktion < 400 kg CO2eq, und/oder
19 c) für eine Mischung aus a) und b) ein sich daraus ergebender Wert.
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