EP4680774A1 - Anlagenverbund zur stahlerzeugung sowie ein verfahren zum betreiben des anlagenverbundes - Google Patents

Anlagenverbund zur stahlerzeugung sowie ein verfahren zum betreiben des anlagenverbundes

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EP4680774A1
EP4680774A1 EP24710428.4A EP24710428A EP4680774A1 EP 4680774 A1 EP4680774 A1 EP 4680774A1 EP 24710428 A EP24710428 A EP 24710428A EP 4680774 A1 EP4680774 A1 EP 4680774A1
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EP
European Patent Office
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hydrogen
plant
synthesis gas
producing
line
Prior art date
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Pending
Application number
EP24710428.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Nils Tenhumberg
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.)
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Uhde GmbH
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Filing date
Publication date
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Priority claimed from LU103089A external-priority patent/LU103089B1/de
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • Y02P10/134—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions by avoiding CO2, e.g. using hydrogen

Definitions

  • the invention relates to a plant network for steel production and a method for operating the plant network.
  • the steel production plant network includes a blast furnace for producing pig iron, a converter steelworks for producing crude steel, and a network of pipelines for gases that arise during pig iron production and/or crude steel production.
  • pig iron is extracted from iron ores, additives, coke and other reducing agents such as coal, oil, gas, biomass, processed waste plastics or other materials containing carbon and/or hydrogen.
  • the products of the reduction reactions are inevitably CO, CO2, and in particular hydrogen and water vapor.
  • Blast furnace top gas extracted from the blast furnace process which is also referred to as top gas and/or blast furnace gas, often has a high nitrogen content in addition to the aforementioned components and can also contain impurities.
  • blast furnace top gas contains 35 to 60 vol.% N2, 20 to 30 vol.% CO, 20 to 30 vol.% CO2 and 2 to 15 vol.% H2.
  • blast furnace top gas contains 35 to 60 vol.% N2, 20 to 30 vol.% CO, 20 to 30 vol.% CO2 and 2 to 15 vol.% H2.
  • Around 30 to 40% of the blast furnace top gas produced during pig iron production is usually used to heat the hot blast for the blast furnace process in blast furnace heaters; the remaining blast furnace top gas can also be used externally in other plant areas for heating purposes or to generate electricity.
  • pig iron is converted into crude steel.
  • disruptive impurities such as carbon, silicon, sulphur and phosphorus are removed. Since the oxidation processes cause a strong development of heat, scrap is often added as a coolant in quantities of up to 25% based on the pig iron. Lime is also added to form slag and alloying agents.
  • a converter gas is drawn off from the steel converter, which has a high CO content and also contains nitrogen, hydrogen and CO2.
  • a typical converter gas composition has 50 to 70 vol.% CO, 10 to 20 vol.% N2, approx. 15 vol.% CO2 and approx. 2 vol.% H2. The converter gas is
  • REPLACEMENT BLADE (RULE 26) either flared or captured at modern steelworks and used for energy purposes.
  • the invention is therefore based on the object of improving the sustainability of the overall process and the CO2 balance, in particular CO2 emissions, and reducing the CO2 footprint while at the same time enabling stable, continuous and sustainable operation of plants.
  • the plant network for steel production comprises a blast furnace for pig iron production, a converter steelworks for crude steel production, a blast furnace gas line system for gases that arise during pig iron production, a network line system for gases that arise during pig iron production and/or crude steel production, a plant for the production of hydrogen or hydrogen-containing synthesis gas.
  • the plant network also comprises a hydrogen line for hydrogen-containing gases that arise during the production of hydrogen or hydrogen-containing synthesis gas, wherein the blast furnace gas line system is connected to the plant for the production of hydrogen or hydrogen-containing synthesis gas as an input line into the plant for the production of hydrogen or hydrogen-containing synthesis gas and the hydrogen line is connected to the plant for the production of hydrogen or hydrogen-containing synthesis gas as an output line from the plant for the production of hydrogen or hydrogen-containing synthesis gas.
  • hydrogen-containing gases with different hydrogen concentrations can be provided, which can be used for a wide variety of synthesis reactions in possible chemical plants, whereby the chemical plant can be installed downstream of the hydrogen production plant.
  • the plant for producing hydrogen or hydrogen-containing synthesis gas comprises a water-gas shift reaction plant and/or a hydrogen separation membrane plant, in particular the hydrogen separation membrane plant is connected downstream of the water-gas shift reaction plant in the flow direction.
  • the system for producing hydrogen or hydrogen-containing synthesis gas additionally comprises a first system for CO2 separation, wherein the first system for CO2 separation is connected upstream of the hydrogen separation membrane system in the direction of flow.
  • the first system for CO2 separation can in particular be connected to the network line system with a first CO2 line.
  • the plant network additionally comprises a first CO2 switch for CO2 that arises in the first plant for CO2 separation, wherein the first CO2 switch is connected to the first CO2 line.
  • the hydrogen separation membrane system can be configured to produce in the hydrogen-rich synthesis gas a stoichiometric mixture ratio of a dividend with the molar amount of hydrogen and a divisor with the molar amount of nitrogen in the range of 1 to 4.0, particularly preferably in the range of 2.0 to 3.8, most preferably in the range of 2.5 to 3.5.
  • the hydrogen separation membrane system can be configured to set a stoichiometric mixing ratio of a dividend with the molar amount of hydrogen and a divisor with the molar amount of nitrogen in the range of greater than 4, preferably greater than 7, particularly preferably greater than 9 in the hydrogen-rich synthesis gas.
  • an ammonia plant for producing ammonia from hydrogen-containing synthesis gas is provided in the plant for producing hydrogen or hydrogen-containing synthesis gas.
  • the ammonia plant can, for example, be connected to the network control system, with the hydrogen line being connected to the network control system upstream of the ammonia plant in the direction of flow.
  • Ammonia is the second most produced synthetic chemical in the world. Ammonia is produced mainly from the elements hydrogen and nitrogen in the presence of an iron catalyst. The temperatures are often in the range between 400 °C and 500 °C and at a pressure of over 100 bar. The main factor for the process costs is the provision of hydrogen and nitrogen. Ammonia is therefore preferably produced based on the "Haber-Bosch process" from the elements according to equation [1]:
  • the plant for producing hydrogen or hydrogen-containing synthesis gas here primarily containing hydrogen and nitrogen, means that the complex process of steam reforming can be omitted. Likewise, it is not necessary to produce the nitrogen from air separation if nitrogen is already produced during the production of hydrogen in the plant for producing hydrogen or a hydrogen-containing synthesis gas.
  • a further embodiment of the system according to the invention provides that in A methanation plant is arranged upstream of the ammonia plant in the direction of flow.
  • the energy released during methanation can also be used to activate the reaction in the ammonia plant in order to operate the plant as energy efficiently as possible.
  • a urea plant for producing urea, with the ammonia plant being arranged upstream of the urea plant in the direction of flow.
  • the high-pressure synthesis of ammonia (NH3) and carbon dioxide (CO2) at around 150 bar and around 180 degrees Celsius is used almost exclusively.
  • the two feedstocks are often obtained from a neighboring ammonia plant.
  • ammonia would already be available as a reactant.
  • CO2 can be obtained using the aforementioned CO2 separation plant and fed directly to the urea plant via the aforementioned CO2 switch.
  • urea particles were usually produced by spray crystallization, whereby a substantially anhydrous urea melt (water content of 0.1 to 0.3% by weight) is sprayed from the upper part of a spray crystallization tower into an ascending stream of air at ambient temperature and the drops solidify into crystals (prills).
  • a substantially anhydrous urea melt water content of 0.1 to 0.3% by weight
  • the prills obtained in this way have relatively small diameters and low mechanical strength.
  • a method for operating a plant network for steel production which comprises a blast furnace for pig iron production, a converter steelworks for crude steel production, a blast furnace gas pipeline system for gases that arise during pig iron production, a network pipeline system for gases that arise during pig iron production and/or crude steel production, a plant for the production of hydrogen or hydrogen-containing synthesis gas, a hydrogen pipeline for hydrogen-containing gases that arise during the production of hydrogen or hydrogen-containing synthesis gas, wherein the blast furnace gas pipeline system is connected to the plant for the production of hydrogen or hydrogen-containing synthesis gas as an input line to the plant for the production of hydrogen or hydrogen-containing synthesis gas and the hydrogen pipeline is connected to the plant for the production of hydrogen or hydrogen-containing Synthesis gas is connected as an output line from the plant for producing hydrogen or hydrogen-containing synthesis gas, wherein in the plant for producing hydrogen or hydrogen-rich synthesis gas a mixed gas is set with a stoichiometric mixing ratio of a dividend with the molar amount of hydrogen
  • the plant network additionally comprises an ammonia plant for producing ammonia from the hydrogen-containing synthesis gas of the plant for producing hydrogen or hydrogen-containing synthesis gas.
  • the ammonia plant can, for example, be connected to the network control system and the hydrogen line can be connected to the network control system upstream of the ammonia plant in the direction of flow.
  • the plant for producing hydrogen or hydrogen-rich synthesis gas sets a mixed gas for ammonia synthesis, with a stoichiometric mixing ratio of a dividend with the molar amount of hydrogen and a divisor with the molar amount of nitrogen in the range from 1 to 4.0, particularly preferably in the range from 2.0 to 3.8, very particularly preferably in the range from 2.5 to 3.5. In this way, an advantageous stoichiometric ratio of hydrogen to nitrogen for ammonia synthesis is obtained.
  • a hydrogen-rich gas is produced with a stoichiometric mixing ratio of a dividend with the molar amount of hydrogen and a divisor with the molar amount of nitrogen in the range of greater than 4, preferably greater than 7, particularly preferably greater than 9.
  • a hydrogen-rich gas can be adjusted to, for example, 90 mol% hydrogen at a ratio of 9:1. Due to the high degree of purity of the hydrogen obtained in this way, it can be used for a variety of different technical applications without synthesizing ammonia from it. Other chemical plants that use hydrogen as a reactant are conceivable.
  • the plant for producing hydrogen or hydrogen-rich synthesis gas can comprise a water-gas shift reaction plant, a first plant for CO 2 separation and a hydrogen separation membrane plant arranged downstream of one another in the direction of flow, wherein the hydrogen separation membrane plant sets the stoichiometric mixing ratio.
  • the system network additionally comprises: a first system for CO2 separation and a urea system, wherein the first system for CO2 separation is connected upstream of the hydrogen separation membrane system in the direction of flow, wherein the first system for CO2 separation is connected to the composite line system with a first CO2 line, in particular the first CO2 line is connected to the composite line system upstream of the urea system in the direction of flow to the composite line system and a first CO2 switch for CO2 which arises in the first system for CO2 separation, wherein the first CO2 switch is connected to the first CO2 line.
  • the first CO2 switch will provide CO2 for the urea plant and that the stoichiometric ratio of the CO2 provided for the urea plant with a stoichiometric quotient of a dividend with the molar amount of CO2 and a divisor with the molar amount of ammonia will be in the range 0.2 - 0.7. In this way, a CO2 to NH3 ratio can be set that is required for later urea synthesis in the urea plant.
  • the plant can be used flexibly to produce hydrogen or a hydrogen-containing synthesis gas in order to provide the optimal stoichiometric ratios for various synthesis reactions.
  • Figure 1 is a simplified schematic representation of a plant network for steel production with a downstream ammonia plant and Figure 2 shows the block diagram according to Figure 1 with an additional urea plant.
  • a plant network 1 for steel production is shown with a blast furnace 2 for pig iron production, a converter steelworks 3 for crude steel production.
  • the plant network comprises a blast furnace gas line system 4 for gases that arise during pig iron production, a network line system 5 for gases that arise during pig iron production and/or crude steel production, a plant 6 for producing hydrogen or hydrogen-containing synthesis gas and an ammonia plant 7.
  • the ammonia plant 7 is connected downstream of the plant 6 for producing hydrogen or hydrogen-containing synthesis gas.
  • the blast furnace gas piping system 4 is connected to the plant 6 for producing hydrogen or hydrogen-containing synthesis gas as an input line into the plant 6 for producing hydrogen or hydrogen-containing synthesis gas and the hydrogen line 8 is connected to the plant 6 for producing hydrogen or hydrogen-containing synthesis gas as an output line from the plant 6 for producing hydrogen or hydrogen-containing synthesis gas.
  • the plant 6 for producing hydrogen or hydrogen-containing synthesis gas is represented as a water-gas shift reaction plant 9 and a hydrogen separation membrane plant 10, 10'.
  • the system 6 for producing hydrogen or hydrogen-containing synthesis gas can provide a gas mixture that largely contains hydrogen and nitrogen.
  • a first system for CO2 separation 11 is connected upstream of the hydrogen separation membrane system 10, 10' in the direction of flow.
  • the first system for CO2 separation 11 has a first CO2 line 12 with which it can be connected to the composite line system 5.
  • a first CO2 switch 13 for CO2 that arises during the CO2 separation 11 is connected to the first CO2 line 12.
  • the ammonia plant 7 is connected downstream of the plant 6 for producing hydrogen or hydrogen-containing synthesis gas.
  • ammonia is produced from a gas mixture with a stoichiometric ratio of hydrogen to nitrogen of 3 to 1. synthesized.
  • a methanation plant 14 is connected upstream of the ammonia plant 7. Energy released from the methanation plant 14 can be used for the ammonia plant 7.
  • the hydrogen separation membrane system 10, 10' can be configured to set a stoichiometric mixing ratio of a dividend with the molar amount of hydrogen and a divisor with the molar amount of nitrogen in the range from 1 to 4.0, particularly preferably in the range from 2.0 to 3.8, most preferably in the range from 2.5 to 3.5 in the hydrogen-rich synthesis gas. This is preferably intended for use of the synthesis gas for ammonia production.
  • the hydrogen separation membrane system 10, 10' can also be configured to set a stoichiometric mixing ratio of a dividend with the molar amount of hydrogen and a divisor with the molar amount of nitrogen in the range of greater than 4, preferably greater than 7, particularly preferably greater than 9 in the hydrogen-rich synthesis gas.
  • the configuration of the hydrogen separation membrane system 10, 10' to set the desired stoichiometric mixing ratio can be done, for example, by selecting the type and number of separation membranes used and their connection. This selection is preferably made depending on the composition of the gas in the input line of the system 6 for producing hydrogen or hydrogen-containing synthesis gas. Connecting several membranes in series can, for example, lead to increased separation of nitrogen and thus increase the hydrogen content in the hydrogen-containing synthesis gas that passes through. Furthermore, the stoichiometric mixing ratio can be influenced by setting the pressure ratio of the gas pressure in the flow direction upstream and downstream of the hydrogen separation membrane system 10, 10'.
  • a coke oven plant 15 is connected to the interconnected pipeline system 5.
  • urea particles were usually produced by spray crystallization, whereby a substantially anhydrous urea melt (water content of 0.1 to 0.3% by weight) is sprayed from the upper part of a spray crystallization tower into an ascending stream of air at ambient temperature and the drops solidify into crystals (prills).
  • a substantially anhydrous urea melt water content of 0.1 to 0.3% by weight
  • the prills obtained in this way have relatively small diameters and low mechanical strength.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Anlagenverbund (1) zur Stahlerzeugung umfassend einen Hochofen (2) zur Roheisenerzeugung, ein Konverterstahlwerk (3) zur Rohstahlerzeugung, ein Hochofengas-Leitungssystem (4) für Gase, die bei der Roheisenerzeugung anfallen, ein Verbundleitungssystem (5) für Gase, die bei der Roheisenerzeugung und/oder der Rohstahlerzeugung anfallen, eine Anlage (6) zur Gewinnung von Wasserstoff oder von wasserstoffhaltigem Synthesegas, eine Wasserstoffleitung (8) für wasserstoffhaltige Gase, die bei der Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas anfallen, wobei das Hochofengas-Leitungssystem (4) an die Anlage (6) zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas angeschlossen ist als eine Input-Leitung in die Anlage (6) zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas und die Wasserstoffleitung (8) an die Anlage (6) zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas angeschlossen ist als eine Output-Leitung aus der Anlage (6) zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas.

Description

Anlagenverbund zur Stahlerzeugung sowie ein Verfahren zum Betreiben des Anlagenverbundes
Die Erfindung betrifft einen Anlagenverbund zur Stahlerzeugung sowie ein Verfahren zum Betreiben des Anlagenverbundes.
Der Anlagenverbund zur Stahlerzeugung umfasst einen Hochofen zur Roheisenerzeugung, ein Konverterstahlwerk zur Rohstahlerzeugung, ein Verbundleitungssystem für Gase, die bei der Roheisenerzeugung und/oder der Rohstahlerzeugung anfallen. Im Hochofen wird aus Eisenerzen, Zuschlägen sowie Koks und anderen Reduktionsmitteln wie Kohle, Öl, Gas, Biomassen, aufbereiteten Altkunststoffen oder sonstigen Kohlenstoff und/oder Wasserstoff enthaltenden Stoffen Roheisen gewonnen. Als Produkte der Reduktionsreaktionen entstehen zwangsläufig CO, CO2, und insbesondere Wasserstoff und Wasserdampf. Ein aus dem Hochofenprozess abgezogenes Hochofengichtgas, welches auch als Gichtgas und/oder Hochofengas bezeichnet wird, weist neben den vorgenannten Bestandteilen häufig einen hohen Gehalt an Stickstoff auf und kann auch Verunreinigungen enthalten. Die Gasmenge und die Zusammensetzung des Hochofengichtgases sind abhängig von den Einsatzstoffen und der Betriebsweise und unterliegen Schwankungen. Typischerweise enthält Hochofengichtgas jedoch 35 bis 60 Vol.-% N2, 20 bis 30 Vol.-% CO, 20 bis 30 Vol.-% CO2 und 2 bis 15 Vol.-% H2. Rund 30 bis 40% des bei der Roheisenerzeugung entstehenden Hochofengichtgases werden im Regelfall zum Aufheizen des Heißwindes für den Hochofenprozess in Winderhitzern eingesetzt; die verbleibende Gichtgasmenge kann beispielsweise in anderen Werksbereichen auch extern zu Heizzwecken oder zur Stromerzeugung genutzt werden.
Im Konverterstahlwerk, das dem Hochofenprozess nachgeschaltet ist, wird Roheisen zu Rohstahl umgewandelt. Durch Aufblasen von Sauerstoff auf flüssiges Roheisen werden störende Verunreinigungen wie Kohlenstoff, Silizium, Schwefel und Phosphor entfernt. Da die Oxidationsprozesse eine starke Wärmeentwicklung verursachen, wird häufig Schrott in Mengen bis zu 25% bezogen auf das Roheisen als Kühlmittel zugesetzt. Ferner werden Kalk zur Schlackenbildung und Legierungsmittel zugegeben. Aus dem Stahlkonverter wird ein Konvertergas abgezogen, welches einen hohen Gehalt an CO aufweist und ferner Stickstoff, Wasserstoff und CO2 enthält. Eine typische Konvertergaszusammensetzung weist 50 bis 70 Vol.- % CO, 10 bis 20 Vol.-% N2, ca. 15 Vol.-% CO2 und ca. 2 Vol.-% H2 auf. Das Konvertergas wird
ERSATZBLATT (REGEL 26) entweder abgefackelt oder bei modernen Stahlwerken aufgefangen und einer energetischen Nutzung zugeführt.
In einem integrierten Hüttenwerk, welches im Verbund mit einer Kokerei betrieben wird, werden etwa 40 bis 50% der als Hochofengichtgas, Konvertergas und Koksofengas anfallenden Rohgase für verfahrenstechnische Prozesse eingesetzt. Etwa 50 bis 60 % der entstehenden Gase werden dem Kraftwerk zugeführt und zur Stromerzeugung genutzt. Der im Kraftwerk erzeugte Strom deckt den Strombedarf für die Roheisen- und Rohstahlerzeugung. Im Idealfall ist die Energiebilanz geschlossen, so dass abgesehen von Eisenerzen und Kohlenstoff in Form von Kohle und Koks als Energieträger kein weiterer Eintrag von Energie notwendig ist und außer Rohstahl und Schlacke kein Produkt den Anlagenverbund verlässt.
Problematisch im Stand der Technik sind hohe CO2-Emissionen, insbesondere ein großer CO2- Footprint.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachhaltigkeit des Gesamtprozesses und die CO2-Bilanz zu verbessern, insbesondere die CO2-Emissionen, und den CO2-Footprint zu reduzieren sowie gleichzeitig einen stabilen, kontinuierlichen und nachhaltigen Betrieb von Anlagen zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird zunächst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Der Anlagenverbund zur Stahlerzeugung umfasst einen Hochofen zur Roheisenerzeugung, ein Konverterstahlwerk zur Rohstahlerzeugung, ein Hochofengas-Leitungssystem für Gase, die bei der Roheisenerzeugung anfallen, ein Verbundleitungssystem für Gase, die bei der Roheisenerzeugung und/oder der Rohstahlerzeugung anfallen, eine Anlage zur Gewinnung von Wasserstoff oder von wasserstoffhaltigem Synthesegas. Ferner umfasst der Anlagenverbund eine Wasserstoffleitung für wasserstoffhaltige Gase, die bei der Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas anfallen, wobei das Hochofengas-Leitungssystem an die Anlage zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas angeschlossen ist als eine Input-Leitung in die Anlage zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas und die Wasserstoffleitung an die Anlage zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas angeschlossen ist als eine Output-Leitung aus der Anlage zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einer Anlage zur Gewinnung von Wasserstoff eine Anlage zur Wasserstofferzeugung, insbesondere eine Anlage verstanden, welche Wasserstoff bereitstellt, beispielsweise eine Wasser-Gas-Shift-Reaktion-Anlage insbesondere durch Konvertierung des CO-Anteils durch eine Wasser-Gas-Shift-Reaktion (CO + H2O <=> CO2 + H2) erzeugt, eine Anlage zur Wasserstoffabtrennung, insbesondere eine Wasserstoff- Trennmembran-Anlage oder eine Kombination hiervon verstanden.
Mit Hilfe der Anlage zur Gewinnung von Wasserstoff können wasserstoffhaltige Gase mit unterschiedlichen Wasserstoffkonzentrationen bereitgestellt werden, die für die verschiedensten Synthesereaktionen in möglichen Chemieanlagen genutzt werden können, wobei die Chemieanlage der Anlage zur Gewinnung von Wasserstoff nachgeschaltet werden kann.
Bei einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Anlagenverbundes ist vorgesehen, dass die Anlage zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas eine Wasser- Gas-Shift-Reaktion-Anlage und/oder eine Wasserstoff-Trennmembran-Anlage umfasst, insbesondere die Wasserstoff-Trennmembran-Anlage in Strömungsrichtung der Wasser-Gas- Shift-Reaktion-Anlage nachgeschaltet ist.
Zusätzlich kann bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Anlagenverbundes vorgesehen sein, dass die Anlage zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas zusätzlich eine erste Anlage zur CO2-Abtrennung umfasst, wobei die erste Anlage zur CO2-Abtrennung in Strömungsrichtung der Wasserstoff-Trennmembran-Anlage vorgeschaltet ist. Die erste Anlage zur CO2-Abtrennung kann insbesondere mit einer ersten CO2- Leitung an das Verbundleitungssystem angeschlossen sein.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Anlagenverbundes ist vorgesehen, dass der Anlagenverbund zusätzlich eine erste C02-Weiche für CO2 das bei der ersten Anlage zur CO2-Abtrennung anfällt umfasst, wobei die erste C02-Weiche an die erste C02-Leitung angeschlossen ist.
In bevorzugten Ausführungsformen kann die Wasserstoff-Trennmembran-Anlage dazu konfiguriert sein, in dem wasserstoffreichem Synthesegas einen stöchiometrischen Mischungsguotienten aus einem Dividenden mit der molaren Menge an Wasserstoff und aus einem Divisor mit der molaren Menge an Stickstoff im Bereich von 1 bis 4,0, besonders bevorzugt im Bereich von 2,0 bis 3,8, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 2,5 bis 3,5 einzustellen.
In alternativen Ausführungsformen kann die Wasserstoff-Trennmembran-Anlage dazu konfiguriert sein, in dem wasserstoffreichem Synthesegas einen stöchiometrischen Mischungsguotienten aus einem Dividenden mit der molaren Menge an Wasserstoff und aus einem Divisor mit der molaren Menge an Stickstoff im Bereich von größer 4, vorzugsweise von größer 7, besonders bevorzugt größer 9 einzustellen.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Anlagenverbundes ist vorgesehen, dass eine Ammoniakanlage zur Herstellung von Ammoniak aus wasserstoffhaltigem Synthesegas der Anlage zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas vorgesehen ist. Die Ammoniakanlage kann beispielsweise an das Verbundleitsystem angeschlossen sein, wobei die Wasserstoffleitung in Strömungsrichtung vor der Ammoniakanlage an das Verbundleitsystem angeschlossen ist.
Ammoniak ist die weltweit zweitmeist produzierte synthetische Chemikalie. Die Herstellung von Ammoniak erfolgt dabei im Wesentlichen aus den Elementen Wasserstoff und Stickstoff in Anwesenheit eines Eisenkatalysator. Die Temperaturen bewegen sich häufig im Bereich zwischen 400 °C und 500 °C und bei einem Druck über 100 bar. Der wesentliche Faktor für die Prozesskosten liegt dabei in der Bereitstellung von Wasserstoff und Stickstoff. Eine Erzeugung von Ammoniak erfolgt dementsprechend bevorzugt basierend auf dem „Haber-Bosch- Verfahren“ aus den Elementen gemäß Gleichung [1]:
3 H2 + N2 ^ 2 NH3 + 92.28 kJ [1]
Durch die Anlage zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas, hier aufweisend vorrangig Wasserstoff und Stickstoff, kann der aufwändige Prozess des Steamreformings ausbleiben. Ebenso ist es nicht nötig, den Stickstoff aus einer Luftzerlegung zu gewinnen, wenn Stickstoff bereits bei der Gewinnung von Wasserstoff in der Anlage zur Gewinnung von Wasserstoff oder eines wasserstoffhaltigen Synthesegases anfällt.
Um geringe Restmengen an CO und CO2 zu entfernen, die als Katalysatorgift wirken, ist bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Anlagenverbundes vorgesehen, dass in Strömungsrichtung vor der Ammoniakanlage eine Methanisierungsanlage angeordnet ist. Die freiwerdende Energie bei der Methanisierung kann zusätzlich zur Aktivierung der Reaktion in der Ammoniakanlage genutzt werden, um die Anlage möglichst energieeffizient zu betreiben.
Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Anlagenverbundes ist eine Harnstoffanlage zur Herstellung von Harnstoff vorgesehen, wobei die Ammoniakanlage in Strömungsrichtung vor der Harnstoffanlage angeordnet ist. Bei der großtechnischen Herstellung von Harnstoff wird beinahe ausschließlich die Hochdrucksynthese von Ammoniak (NH3) und Kohlenstoffdioxid (CO2) bei etwa 150 bar und ca. 180 Grad Celsius angewandt. Häufig werden die beiden Einsatzstoffe aus einer benachbarten Ammoniakanlage bezogen. In Verbindung mit der Ammoniakanlage wäre Ammoniak als Edukt bereits vorhanden. Zusätzlich kann CO2 mittels der vorgenannten Anlage zur CO2-Abtrennung gewonnen und über die vorgenannte CO2-Weiche direkt zur Harnstoffanlage geleitet werden.
Für die Herstellung von partikelförmigen, harnstoffhaltigen Zusammensetzungen sind verschiedene Verfahren im Stand der Technik bekannt. In der Vergangenheit wurden Harnstoffpartikel üblicherweise mittels Sprühkristallisation hergestellt, wobei eine im wesentlichen wasserfreie Harnstoffschmelze (Wassergehalt von 0,1 bis 0,3 Gew.-%) vom oberen Teil eines Sprühkristallisationsturmes in einen aufsteigenden Strom von Luft bei Umgebungstemperatur gesprüht werden und sich die Tropfen zu Kristallen (Prills) verfestigen. Die so erhaltenen Prills weisen relativ kleine Durchmesser sowie eine geringe mechanische Festigkeit auf.
Die vorgenannte Aufgabe wird außerdem gelöst von einem Verfahren zum Betreiben eines Anlagenverbundes zur Stahlerzeugung, der einen Hochofen zur Roheisenerzeugung, ein Konverterstahlwerk zur Rohstahlerzeugung, ein Hochofengas-Leitungssystem für Gase, die bei der Roheisenerzeugung anfallen, ein Verbundleitungssystem für Gase, die bei der Roheisenerzeugung und/oder der Rohstahlerzeugung anfallen, eine Anlage zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas, eine Wasserstoffleitung für wasserstoffhaltige Gase, die bei der Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas anfallen, wobei das Hochofengas-Leitungssystem an die Anlage zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas angeschlossen ist als eine I nput-Leitung in die Anlage zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas und die Wasserstoffleitung an die Anlage zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas angeschlossen ist als eine Output-Leitung aus der Anlage zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas, wobei in der Anlage zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffreichem Synthesegases ein Mischgas mit einem stöchiometrischen Mischungsguotienten aus einem Dividenden mit der molaren Menge an Wasserstoff und aus einem Divisor mit der molaren Menge an Stickstoff eingestellt wird. Die obigen Ausführungen betreffend den erfindungsgemäßen Anlagenverbund gelten entsprechend auch für das erfindungsgemäße Verfahren.
Bei einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Anlagenverbund zusätzlich eine Ammoniakanlage zur Herstellung von Ammoniak aus dem wasserstoffhaltigem Synthesegas der Anlage zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas umfasst. Dabei kann die Ammoniakanlage beispielsweise an das Verbundleitsystem angeschlossen und die Wasserstoffleitung in Strömungsrichtung vor der Ammoniakanlage an das Verbundleitsystem angeschlossen sein. Die Anlage zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffreichem Synthesegas stellt ein Mischgas für eine Ammoniaksynthese ein, mit einem stöchiometrischen Mischungsguotienten aus einem Dividenden mit der molaren Menge an Wasserstoff und aus einem Divisor mit der molaren Menge an Stickstoff im Bereich von 1 bis 4,0, besonders bevorzugt im Bereich von 2,0 bis 3,8, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 2,5 bis 3,5. Auf diese Weise wird ein vorteilhaftes stöchiometrisches Verhältnis von Wasserstoff zu Stickstoff für die Ammoniaksynthese erhalten.
Bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass in der Anlage zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffreichem Synthesegas ein wasserstoffreiches Gas gewonnen wird mit einem stöchiometrischen Mischungsguotienten aus einem Dividenden mit der molaren Menge an Wasserstoff und aus einem Divisor mit der molaren Menge an Stickstoff im Bereich von größer 4, vorzugsweise von größer 7, besonders bevorzugt größer 9. Auf diese Weise kann ein wasserstoffreiches Gas bis beispielsweise 90 mol% Wasserstoff bei einem Verhältnis von 9:1 eingestellt werden. Durch den hohen Reinheitsgrad des so gewonnenen Wasserstoffs kann dieser für eine Vielzahl verschiedener technischer Anwendungen verwendet werden, ohne aus ihm Ammoniak zu synthetisieren. Denkbar wären weitere Chemieanlagen, die den Wasserstoff als Edukt nutzen. Ein Teil des gewonnenen Wasserstoffs könnte auch als Energiequelle für andere Anwendungen in einem Anlagenkomplex verwendet werden. Vorzugsweise kann die Anlage zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffreichem Synthesegas in Strömungsrichtung einander nachgeschaltet eine Wasser-Gas-Shift-Reaktion- Anlage, eine erste Anlage zur CO2-Abtrennung und Wasserstoff-Trennmembran-Anlage umfassen, wobei die Wasserstoff-Trennmembran-Anlage den stöchiometrischen Mischungsguotienten einstellt.
Vorteilhafterweise kann bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass der Anlagenverbund zusätzlich umfasst: Eine erste Anlage zur CO2- Abtrennung und eine Harnstoffanlage, wobei die erste Anlage zur CO2-Abtrennung in Strömungsrichtung der Wasserstoff-Trennmembran-Anlage vorgeschaltet ist, wobei die erste Anlage zur CO2-Abtrennung mit einer ersten C02-Leitung an das Verbundleitungssystem angeschlossen ist, insbesondere die erste C02-Leitung an das Verbundleitungssystem in Strömungsrichtung vor der Harnstoffanlage an das Verbundleitungssystem angeschlossen ist und eine erste C02-Weiche für CO2 das bei der ersten Anlage zur CO2-Abtrennung anfällt, wobei die erste C02-Weiche an die erste C02-Leitung angeschlossen ist. Es ist vorgesehen, dass mit der ersten C02-Weiche CO2 für die Harnstoffanlage bereitgestellt wird und das stöchiometrische Verhältnis des für die Harnstoffanlage bereitgestellten CO2 mit einem stöchiometrischen Quotienten aus einem Dividenden mit der molaren Menge an CO2 und aus einem Divisor mit der molaren Menge an Ammoniak im Bereich 0,2 -0,7 beträgt. Auf diese Weise kann ein CO2 zu NH3 Verhältnis eingestellt werden, das für eine spätere Harnstoffsynthese in der Harnstoffanlage benötigt wird.
Insgesamt kann die Anlage zur Gewinnung von Wasserstoff oder eines wasserstoffhaltigen Synthesegases flexibel genutzt werden, um die optimalen stöchiometrischen Verhältnisse für verschiedene Synthesereaktionen bereitzustellen.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Anlagenverbundes zur Stahlerzeugung mit einer nachgeschalteten Ammoniakanlage und Figur 2 das Blockschaltbild gemäß Figur 1 mit einer zusätzlichen Harnstoffanlage.
In Figur 1 ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein Anlagenverbund 1 zur Stahlerzeugung mit einem Hochofen 2 zur Roheisenerzeugung, einem Konverterstahlwerk 3 zur Rohstahlerzeugung dargestellt. Der Anlagenverbund umfasst ein Hochofengas-Leitungssystem 4 für Gase, die bei der Roheisenerzeugung anfallen, ein Verbundleitungssystem 5 für Gase, die bei der Roheisenerzeugung und/oder der Rohstahlerzeugung anfallen, eine Anlage 6 zur Gewinnung von Wasserstoff oder von wasserstoffhaltigem Synthesegas und eine Ammoniakanlage 7. Die Ammoniakanlage 7 ist der Anlage 6 zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas nachgeschaltet.
Das Hochofengas-Leitungssystem 4 ist an die Anlage 6 zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas als eine Input-Leitung in die Anlage 6 zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas angeschlossen und die Wasserstoffleitung 8 ist an die Anlage 6 zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas als eine Output-Leitung aus der Anlage 6 zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas angeschlossen. Die Anlage 6 zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas ist als eine Wasser-Gas-Shift-Reaktion-Anlage 9 und eine Wasserstoff-Trennmembran-Anlage 10, 10’ dargestellt.
Durch die Anlage 6 zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas kann ein Gasgemisch bereitgestellt werden, das zum großen Teil Wasserstoff und Stickstoff enthält. Eine erste Anlage zur CO2-Abtrennung 11 ist in Strömungsrichtung der Wasserstoff- Trennmembran-Anlage 10, 10’ vorgeschaltet.Die erste Anlage zur CO2-Abtrennung 11 weist eine erste C02-Leitung 12 auf, mit der sie an das Verbundleitungssystem 5 angeschlossen sein kann. Eine erste C02-Weiche 13 für CO2 das bei der CO2-Abtrennung 11 anfällt ist an die erste C02-Leitung 12 angeschlossen.
Wenn CO2 von dem Gasgemisch abgetrennt wird, ist es möglich, dass ein Synthesegas bereitgestellt wird, das zur Synthetisierung von Ammoniak verwendet wird. Zu diesem Zweck ist der Anlage 6 zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas die Ammoniakanlage 7 nachgeschaltet. In der Ammoniakanlage 7 wird aus einem Gasgemisch, mit einem stöchiometrischen Verhältnis von Wasserstoff zu Stickstoff von 3 zu 1 Ammoniak synthetisiert. Der Ammoniakanlage 7 ist eine Methanisierungsanlage 14 vorgeschaltet. Freiwerdende Energie der Methanisierungsanlage 14 kann für die Ammoniakanlage 7 genutzt werden.
Die Wasserstoff-Trennmembran-Anlage 10, 10‘ kann dazu konfiguriert sein, in dem wasserstoffreichem Synthesegas einen stöchiometrischen Mischungsguotienten aus einem Dividenden mit der molaren Menge an Wasserstoff und aus einem Divisor mit der molaren Menge an Stickstoff im Bereich von 1 bis 4,0, besonders bevorzugt im Bereich von 2,0 bis 3,8, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 2,5 bis 3,5 einzustellen. Dies ist bevorzugt zur Verwendung des Synthesegases für die Ammoniakproduktion vorgesehen.
Insbesondere für andere Verwendungszwecke kann die Wasserstoff-Trennmembran-Anlage 10, 10‘ aber auch dazu konfiguriert sein, in dem wasserstoffreichem Synthesegas einen stöchiometrischen Mischungsguotienten aus einem Dividenden mit der molaren Menge an Wasserstoff und aus einem Divisor mit der molaren Menge an Stickstoff im Bereich von größer 4, vorzugsweise von größer 7, besonders bevorzugt größer 9 einzustellen.
Die Konfiguration der Wasserstoff-Trennmembran-Anlage 10, 10‘ zur Einstellung des jeweilig gewünschten stöchiometrischen Mischungsguotienten kann beispielsweise durch die Auswahl der Art und Anzahl der verwendeten Trennmembranen und deren Verschaltung erfolgen. Diese Auswahl erfolgt bevorzugt in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Gases in der Input- Leitung der Anlage 6 zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas. Eine Verschaltung mehrerer Membranen in Reihe kann beispielsweise zu einer verstärkten Abscheidung von Stickstoff führen und so den Wasserstoffanteil im durchgelassenen wasserstoffhaltigen Synthesegas erhöhen. Ferner kann über die Einstellung des Druckverhältnisses des Gasdrucks in Strömungsrichtung vor und hinter der Wasserstoff- Trennmembran-Anlage 10, 10‘ Einfluss auf den stöchiometrischen Mischungsguotienten genommen werden.
Eine Koksofenanlage 15 ist an das Verbundleitungssystem 5 angeschlossen.
In Figur 2 ist zusätzlich zur Ammoniakanlage 15 eine Harnstoffanlage 16 vorgesehen. In der Harnstoffanlage 16 wird die Hochdrucksynthese von Ammoniak (NH3) und Kohlenstoffdioxid (CO2) bei etwa 150 bar und ca. 180 Grad Celsius angewandt. Aus einer benachbarten Ammoniakanlage 7 bezogen kann Ammoniak als Edukt bereits bezogen werden. Zusätzlich kann C02 mittels der vorgenannten Anlage zur CO2-Abtrennung 11 gewonnen und über die vorgenannte CO2-Weiche 14 direkt zur Harnstoffanlage 16 geleitet werden.
Für die Herstellung von partikelförmigen, harnstoffhaltigen Zusammensetzungen sind verschiedene Verfahren im Stand der Technik bekannt. In der Vergangenheit wurden Harnstoffpartikel üblicherweise mittels Sprühkristallisation hergestellt, wobei eine im wesentlichen wasserfreie Harnstoffschmelze (Wassergehalt von 0,1 bis 0,3 Gew.-%) vom oberen Teil eines Sprühkristallisationsturmes in einen aufsteigenden Strom von Luft bei Umgebungstemperatur gesprüht werden und sich die Tropfen zu Kristallen (Prills) verfestigen. Die so erhaltenen Prills weisen relativ kleine Durchmesser sowie eine geringe mechanische Festigkeit auf.
Bezugszeichen
1 Anlagenverbund
2 Hochofen
3 Konverterstahlwerk
4 Hochofengas-Leitungssystem
5 Verbundleitsystem
6 Anlage zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas
7 Ammoniakanlage
8 Wasserstoffleitung
9 Wasser-Gas-Shift-Reaktion-Anlage
10, 10‘ Wasserstoff-Trennmembran-Anlage
11 Anlage zur CO2-Abtrennung
12 Erste C02-Leitung
13 Erste C02-Weiche
14 Methanisierungsanlage
15 Koksofenanlage
16 Harnstoffanlage

Claims

Patentansprüche
1. Anlagenverbund (1) zur Stahlerzeugung umfassend einen Hochofen (2) zur Roheisenerzeugung, ein Konverterstahlwerk (3) zur Rohstahlerzeugung, ein Hochofengas-Leitungssystem (4) für Gase, die bei der Roheisenerzeugung anfallen, ein Verbundleitungssystem (5) für Gase, die bei der Roheisenerzeugung und/oder der Rohstahlerzeugung anfallen, eine Anlage (6) zur Gewinnung von Wasserstoff oder von wasserstoffhaltigem Synthesegas, eine Wasserstoffleitung (8) für wasserstoffhaltige Gase, die bei der Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas anfallen, wobei das Hochofengas-Leitungssystem (4) an die Anlage (6) zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas angeschlossen ist als eine Input- Leitung in die Anlage (6) zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas und die Wasserstoffleitung (8) an die Anlage (6) zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas angeschlossen ist als eine Output- Leitung aus der Anlage (6) zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas.
2. Anlagenverbund (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (6) zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas eine Wasser-Gas-Shift- Reaktion-Anlage (9) und/oder eine Wasserstoff-Trennmembran-Anlage (10, 10‘) umfasst, insbesondere die Wasserstoff-Trennmembran-Anlage (10, 10‘) in Strömungsrichtung der Wasser-Gas-Shift-Reaktion-Anlage (9) nachgeschaltet ist.
3. Anlagenverbund (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage zur Gewinnung (6) von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas zusätzlich eine erste Anlage zur CO2-Abtrennung (11) umfasst, wobei die erste Anlage zur CO2-Abtrennung (11) in Strömungsrichtung der Wasserstoff-Trennmembran-Anlage (10, 10‘) vorgeschaltet ist.
4. Anlagenverbund (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anlage zur CO2-Abtrennung (11) mit einer ersten CO2-l_eitung (12) an das Verbundleitungssystem (5) angeschlossen ist.
5. Anlagenverbund (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlagenverbund (1) zusätzlich eine erste C02-Weiche (13) für CO2, das bei der ersten Anlage zur CO2-Abtrennung (11) anfällt, umfasst, wobei die erste CO2-Weiche (13) an die erste C02- Leitung (12) angeschlossen ist.
6. Anlagenverbund (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Wasserstoff-Trennmembran-Anlage (10, 10‘) dazu konfiguriert ist, in dem wasserstoffreichem Synthesegas einen stöchiometrischen Mischungsguotienten aus einem Dividenden mit der molaren Menge an Wasserstoff und aus einem Divisor mit der molaren Menge an Stickstoff im Bereich von 1 bis 4,0, besonders bevorzugt im Bereich von 2,0 bis 3,8, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 2,5 bis 3,5 einzustellen.
7. Anlagenverbund (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Wasserstoff-Trennmembran-Anlage (10, 10‘) dazu konfiguriert ist, in dem wasserstoffreichem Synthesegas einen stöchiometrischen Mischungsguotienten aus einem Dividenden mit der molaren Menge an Wasserstoff und aus einem Divisor mit der molaren Menge an Stickstoff im Bereich von größer 4, vorzugsweise von größer 7, besonders bevorzugt größer 9 einzustellen.
8. Anlagenverbund (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ammoniakanlage (7) zur Herstellung von Ammoniak aus wasserstoffhaltigem Synthesegas der Anlage (6) zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas vorgesehen ist.
9. Anlagenverbund (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung vor der Ammoniakanlage (7) eine Methanisierungsanlage (14) angeordnet ist.
10. Anlagenverbund (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Harnstoffanlage (16) zur Herstellung von Harnstoff vorgesehen ist, wobei die Ammoniakanlage (7) in Strömungsrichtung vor der Harnstoffanlage (1) angeordnet ist.
11. Verfahren zum Betreiben eines Anlagenverbundes (1) zur Stahlerzeugung, der einen Hochofen (2) zur Roheisenerzeugung, ein Konverterstahlwerk (3) zur Rohstahlerzeugung, ein Hochofengas-Leitungssystem (4) für Gase, die bei der Roheisenerzeugung anfallen, ein Verbundleitungssystem (5) für Gase, die bei der Roheisenerzeugung und/oder der Rohstahlerzeugung anfallen, eine Anlage (6) zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas, eine Wasserstoffleitung (8) für wasserstoffhaltige Gase, die bei der Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas anfallen, wobei das Hochofengas-Leitungssystem (4) an die Anlage zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas angeschlossen ist als eine Input-Leitung in die Anlage (6) zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas und die Wasserstoffleitung (8) an die Anlage (6) zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas angeschlossen ist als eine Output-Leitung aus der Anlage (6) zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas, wobei in der Anlage (6) zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas ein Mischgas mit einem stöchiometrischen Mischungsguotienten aus einem Dividenden mit der molaren Menge an Wasserstoff und aus einem Divisor mit der molaren Menge an Stickstoff eingestellt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Anlagenverbund (1) zusätzlich eine Ammoniakanlage (7) zur Herstellung von Ammoniak aus dem wasserstoffhaltigen Synthesegas der Anlage (6) zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (6) zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffreichem Synthesegases ein Mischgas für eine Ammoniaksynthese einstellt mit einem stöchiometrischen Mischungsguotienten aus einem Dividenden mit der molaren Menge an Wasserstoff und aus einem Divisor mit der molaren Menge an Stickstoff im Bereich von 1 bis 4,0, besonders bevorzugt im Bereich von 2,0 bis 3,8, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 2,5 bis 3,5.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Anlage (6) zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffreichem Synthesegas ein wasserstoffreiches Gas gewonnen wird mit einem stöchiometrischen Mischungsguotienten aus einem Dividenden mit der molaren Menge an Wasserstoff und aus einem Divisor mit der molaren Menge an Stickstoff im Bereich von größer 4, vorzugsweise von größer 7, besonders bevorzugt größer 9.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (6) zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffreichem Synthesegas in Strömungsrichtung einander nachgeschaltet eine Wasser-Gas-Shift-Reaktion-Anlage (9), eine erste Anlage zur CO2-Abtrennung (11) und Wasserstoff-Trennmembran-Anlage (10, 10‘) umfasst, wobei die Wasserstoff-Trennmembran-Anlage (10, 10‘) den stöchiometrischen Mischungsguotienten einstellt.
15. Verfahren zum Betreiben eines Anlagenverbundes (1) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei der Anlagenverbund (1) zusätzlich umfasst eine erste Anlage zur CO2- Abtrennung (11) und eine Harnstoffanlage (16), wobei die erste Anlage zur CO2- Abtrennung (11) in Strömungsrichtung der Wasserstoff-Trennmembran-Anlage (10, 10‘) vorgeschaltet ist, wobei die erste Anlage zur CO2-Abtrennung (11) mit einer ersten CO2- Leitung (12) an das Verbundleitungssystem (5) angeschlossen ist, insbesondere die erste CO2-l_eitung (12) an das Verbundleitungssystem (5) in Strömungsrichtung vor der Harnstoffanlage (16) an das Verbundleitungssystem (5) angeschlossen ist und eine erste CO2-Weiche (13) für CO2 das bei der ersten Anlage zur CO2-Abtrennung (11) anfällt, wobei die erste CO2-Weiche (13) an die erste CO2-l_eitung (12) angeschlossen ist dadurch gekennzeichnet, dass mit der ersten CO2-Weiche (13) CO2 für die Harnstoffanlage (16) bereitgestellt wird und das stöchiometrische Verhältnis des für die Harnstoffanlage bereitgestellten CO2 mit einem stöchiometrischen Quotienten aus einem Dividenden mit der molaren Menge an CO2 und aus einem Divisor mit der molaren Menge an Ammoniak im Bereich 0,2 -0,7 beträgt.
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