LU103089B1 - Anlagenverbund zur Stahlerzeugung sowie ein Verfahren zum Betreiben des Anlagenverbundes - Google Patents
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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
201041P00LU
LU103089 1/10
Beschreibung
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
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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.
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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 + H20 <=> C02 + 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 erfindungsgemäBen 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 Strômungsrichtung der Wasser-Gas-
Shift-Reaktion-Anlage nachgeschaltet ist.
Zusätzlich kann bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäBen 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 Strômungsrichtung der Wasserstoff-Trennmembran-Anlage vorgeschaltet ist, wobei die erste Anlage zur CO2-Abtrennung mit einer ersten CO2-Leitung an das Verbundleitungssystem angeschlossen ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäBen Anlagenverbundes ist vorgesehen, dass der Anlagenverbund zusatzlich eine erste CO2-Weiche für CO2 das bei der ersten Anlage zur CO2-Abtrennung anfällt umfasst, wobei die erste CO2-Weiche an die erste
CO2-Leitung angeschlossen ist.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäBen Anlagenverbundes ist vorgesehen, dass eine Ammoniakanlage zur Herstellung von Ammoniak aus wasserstoffhaltigem
Synthesegas der Anlage zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas vorgesehen ist, wobei die Ammoniakanlage an das Verbundleitsystem angeschlossen ist und
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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 nôtig, 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 CO, 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 zusätlich zur Aktivierung der Reaktion in der
Ammoniakanlage genutzt werden, um die Anlage möglichst energieeffizient zu betreiben.
Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäBen
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.
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Für die Herstellung von partikelformigen, 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 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, wobei in der Anlage zur Gewinnung von
Wasserstoff oder wasserstoffreichem Synthesegases ein Mischgas mit einem stöchiometrischen
Mischungsquotienten 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 zusätlich eine Ammoniakanlage zur Herstellung von Ammoniak aus dem wasserstoffhaltigem Synthesegas der Anlage zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Synthesegas umfasst, wobei die Ammoniakanlage an das
Verbundleitsystem angeschlossen ist und wobei die die Wasserstoffleitung in Strömungsrichtung
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LU103089 6/10 vor der Ammoniakanlage an das Verbundleitsystem angeschlossen ist. Die Anlage zur
Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffreichem Synthesegas stellt ein Mischgas für eine
Ammoniaksynthese ein, mit einem stôchiometrischen Mischungsquotienten 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 Mischungsquotienten 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, ganz 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.
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 CO2-Leitung an das Verbundleitungssystem angeschlossen ist, insbesondere die erste CO2-Leitung an das Verbundleitungssystem in
Strömungsrichtung vor der Harnstoffanlage an das Verbundleitungssystem angeschlossen ist und eine erste CO2-Weiche für CO2 das bei der ersten Anlage zur CO2-Abtrennung anfällt, wobei die erste CO2-Weiche an die erste CO2-Leitung angeschlossen ist. Es ist vorgesehen, dass mit der ersten CO2-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
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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. An das Verbundleitungssystem 5 ist die Ammoniakanlage 7 angeschlossenen. Eine
Wasserstoffleitung 8 für wasserstoffhaltige Gase, die bei der Wasserstoffgewinnung beziehungsweise der Gewinnung von Synthesegas anfallen, ist in Stromungsrichtung vor der
Ammoniakanlage 7 an das Verbundleitungssystem 5 angeschlossenen.
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
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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, wobei die erste Anlage zur CO2-Abtrennung 11 mit einer ersten CO2-Leitung 12 an das Verbundleitungssystem 5 angeschlossen ist. Eine erste
CO2-Weiche 13 fur CO2 das bei der CO2-Abtrennung 11 anfällt ist an die erste CO2-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 stôchiometrischen 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.
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
CO2 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 partikelformigen, 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
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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.
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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 CO2-Leitung 13 Erste CO2-Weiche 14 Methanisierungsanlage 15 Koksofenanlage 16 Harnstoffanlage
Claims (11)
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 zusätlich eine erste Anlage zur CO.-Abtrennung (11) umfasst, wobei die erste Anlage zur CO,-Abtrennung (11) in Strömungsrichtung der Wasserstoff-Trennmembran-Anlage (10, 10°) vorgeschaltet ist, wobei die erste Anlage zur CO»-Abtrennung (11) mit einer ersten CO»s-Leitung (12) an das Verbundleitungssystem (5) angeschlossen ist.
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4. Anlagenverbund (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlagenverbund (1) zusätzlich eine erste CO,-Weiche (13) für CO, das bei der ersten Anlage zur CO,-Abtrennung (11) anfällt umfasst, wobei die erste CO,-Weiche (13) an die erste CO,- Leitung (12) angeschlossen ist.
) 5. Anlagenverbund (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 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, wobei die Ammoniakanlage (7) an das Verbundleitsystem (5) angeschlossen ist und wobei die Wasserstoffleitung (8) in Strömungsrichtung vor der Ammoniakanlage (7) an das Verbundleitsystem (5) angeschlossen ist.
6. Anlagenverbund (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung vor der Ammoniakanlage (7) eine Methanisierungsanlage (14) angeordnet ist.
7. Anlagenverbund (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Harnstoffanlage (16) zur Herstellung von Harnstoff vorgesehen ist, wobei die Ammoniakanlage (7) in Strömungsrichtung vor der Harnstoffanlage (1) angeordnet ist.
8. 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 Mischungsquotienten aus einem Dividenden mit der
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9. Verfahren nach Anspruch 8, 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, wobei die Ammoniakanlage (7) an das Verbundleitsystem (5) angeschlossen ist und wobei die Wasserstoffleitung (8) in Strömungsrichtung vor der Ammoniakanlage (7) an das Verbundleitsystem (5) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (6) zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffreichem Synthesegases ein Mischgas für eine Ammoniaksynthese einstellt mit einem stöchiometrischen Mischungsquotienten 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.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Anlage (6) zur Gewinnung von Wasserstoff oder wasserstoffreichem Synthesegas ein wasserstoffreiches Gas gewonnen wird mit einem stöchiometrischen Mischungsquotienten 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, ganz besonders bevorzugt größer 9.
11. Verfahren zum Betreiben eines Anlagenverbundes (1) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei der Anlagenverbund (1) zusätzlich umfasst eine erste Anlage zur CO,-Abtrennung (11) und eine Harnstoffanlage (16), wobei die erste Anlage zur CO,-Abtrennung (11) in Strömungsrichtung der Wasserstoff-Trennmembran-Anlage (10, 10°) vorgeschaltet ist, wobei die erste Anlage zur CO„-Abtrennung (11) mit einer ersten CO,-Leitung(12) an das Verbundleitungssystem (5) angeschlossen ist, insbesondere die erste CO,-Leitung (12) an das Verbundleitungssystem (5) in Strömungsrichtung vor der Harnstoffanlage (16) an das Verbundleitungssystem (5) angeschlossen ist und eine erste CO,-Weiche (13) für CO, das bei der ersten Anlage zur CO,-Abtrennung (11) anfällt, wobei die erste CO,-Weiche (13) an die erste CO,-Leitung (12) angeschlossen ist dadurch gekennzeichnet, dass mit der ersten CO,-Weiche (13) CO, für die Harnstoffanlage (16) bereitgestellt wird und das stöchiometrische Verhältnis des für die
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| LU103089A LU103089B1 (de) | 2023-03-16 | 2023-03-16 | Anlagenverbund zur Stahlerzeugung sowie ein Verfahren zum Betreiben des Anlagenverbundes |
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| DE102018209042A1 (de) * | 2018-06-07 | 2019-12-12 | Thyssenkrupp Ag | Anlagenverbund zur Stahlerzeugung sowie ein Verfahren zum Betreiben des Anlagenverbundes. |
| US10519102B2 (en) * | 2013-12-12 | 2019-12-31 | Thyssenkrupp Ag | Method for preparation of ammonia gas and CO2 for a urea synthesis process |
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