WO2010057767A9 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung eines syntheserohgases - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for generating a hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) containing gas as a starting material for chemical recovery in synthesis processes based on export gas from a metallurgical process, wherein at least a portion of the export gas in subjected to a conversion reactor with the addition of water vapor of a CO conversion and synthesis gas is formed with a defined ratio H 2 to CO.
  • H 2 hydrogen
  • CO carbon monoxide
  • export gas from metallurgical plants can be recycled, in particular thermal utilization, such as e.g. a combustion or the use of pressure can be found by an expansion turbine application.
  • thermal utilization such as e.g. a combustion or the use of pressure can be found by an expansion turbine application.
  • export gas after a treatment e.g. used for the direct reduction of oxidic materials.
  • the combustibility of the export gas and thus the energy content expressed as calorific value is used to generate water vapor, wherein the water vapor to adjust the ratio H 2 to CO in Conversion reactor is used.
  • the steam required for the CO conversion can be at least partially generated in the process itself.
  • the export gas from a metallurgical process can be used for chemical recovery insofar as it has high contents of CO and H 2 .
  • the CO to H 2 ratio can be adjusted in a targeted manner under appropriate reaction conditions.
  • the known principle of CO conversion is used, wherein the chemical equilibrium of the water gas reaction between CO + H 2 O and CO 2 + H 2 is influenced.
  • the metallurgical process is a smelting reduction process which is operated by means of a blast furnace or by means of a melter gasifier which operates in conjunction with at least one reduction unit, in particular a reduction shaft or a fluidized bed reactor, iron raw materials containing iron oxide, in particular iron ore, Pellets or sinter, and aggregates are reduced to form a reducing gas and subsequently melted into liquid pig iron.
  • Smelting reduction processes produce a reducing gas in the process, which is used to reduce the feedstock and in particular to reduce mostly oxidic ores, such as iron ores.
  • oxidic ores such as iron ores.
  • coal or coke is gasified in the processes and a reducing gas is formed.
  • the gasification of the coal can take place in a blast furnace or in a melter gasifier, wherein the latter then the reducing gas, optionally after purification, flows into the reduction unit and runs in direct contact with the starting materials of the reduction process.
  • the reducing gas is conducted opposite to the flow direction of the starting materials from one fluidized bed reactor to the next.
  • the export gas is obtained from top gas from a blast furnace or a reduction shaft or from offgas from a fluidized bed reactor or from excess gas from a melter gasifier or from mixtures of these gases.
  • Top gas is understood to mean the reducing gas after its direct contact with the starting materials and the resulting indirect reduction.
  • the person skilled in the art refers to the reducing gas as offgas, which is withdrawn from a fluidized bed reactor, in particular from the last of a series of fluidized bed reactors connected in series. Due to the usually high levels of CO and H 2 in the top gas or in the offgas, this is suitable for use in synthesis processes. Since the amount of reducing gas formed in the melter gasifier is not constant over time, so-called excess gas must be added to the export gas. The amount of excess gas results from the constant reduction gas quantity required in the reduction unit and a system pressure regulation in the melter gasifier.
  • the steam in the steam generator by the combustion of at least one further part of the export gas and / or by the use of waste heat from the metallurgical process and / or from the CO conversion and / or from the synthesis processes generated.
  • the steam required for the CO conversion can be achieved on the one hand by the combustion of export gas and on the other hand by the use of waste heat.
  • export gas By at least partially burning export gas, considerable savings in steam generation can be achieved. It is also advantageous that the combustion reduces toxic components in the export gas.
  • waste heat for example, by means of heat exchangers from the metallurgical process, from the CO conversion or from the resulting synthesis crude or from the synthesis processes are used, so that the steam generation can be very energy efficient. It can be one or -A-
  • the export gas prior to its use in the conversion reactor in a so-called saturator, preferably hot, add water and thereby increase the water vapor content in the export gas.
  • a so-called saturator preferably hot
  • condensate from the conversion reactor or the heat exchangers can be used after the conversion reactor.
  • top gas and / or offgas in particular dry, dedusted and / or purified by means of a wet dedusting, optionally cooled by means of a waste heat steam generator or a heat exchanger or a conditioning device (eg by injection of water through two-fluid nozzles) and provided as export gas.
  • the sensible heat of the export gas can be used by means of heat exchangers, so that a hot or even a largely cold export gas for the CO conversion can be provided.
  • dry dedusted and thus hot top gas and / or hot offgas its sensible heat can be used for the CO conversion, so that little or no heating can take place before the CO conversion.
  • the export gas before its supply to the conversion reactor or after its removal from the conversion reactor by means of a compressor, optionally after a separation of polyaromatic hydrocarbons from the export gas, compressed.
  • the compression sets the pressure for the CO conversion or for possible subsequent treatments of the synthesis crude gas formed in the CO conversion.
  • the temperature of the compacted air rises Gas, which is advantageous in most CO conversion process, since the already heated gas does not need to be heated so much.
  • the CO-conversion is performed, possibly after a heating of the export gas, in particular at 300-450 0 C.
  • CO-heat conversion (for example, with the use of catalysts based on iron / chromium or cobalt basis) offer the advantage that they have no high sensitivity to sulfur or sulfur compounds such as H 2 S, so that up to 100 ppmv sulfur can be used and further therefore also suitable for the sulfur compounds commonly present in export gases.
  • export gas from smelting reduction processes has the advantage that these have only very low sulfur contents.
  • the sulfur introduced via the raw materials and additives is largely desulfurized by means of the additives and removed from the iron production process via the slag of the smelting reduction plant.
  • the content of sulfur in the export gas usually bound as H 2 S and COS significantly lower than in known coal gasification processes. Therefore, no separate desulfurization must take place before the CO conversion, since the export gas already contains sufficiently low amounts of sulfur, sometimes less than 10 ppm.
  • the synthesis crude gas by means of one or more operated as preheating unit heat exchanger (s) and / or by means of a water cooler and / or by means of a Waste heat generator cooled to adjust the temperature.
  • the waste heat of the synthesis crude gas which is already present with the desired amount ratio H 2 to CO, can be used in conventional heat exchangers or else for the production of water vapor.
  • the synthesis gas is first cooled and then subjected to a deposition process, in particular an absorption process, preferably a physical absorption or a chemical absorption or a physical / chemical absorption, in which sulfur and CO 2 from the synthesis gas at least partially, in particular substantially completely, be deposited.
  • a deposition process in particular an absorption process, preferably a physical absorption or a chemical absorption or a physical / chemical absorption, in which sulfur and CO 2 from the synthesis gas at least partially, in particular substantially completely, be deposited.
  • Known physical absorption processes are the Rectisol® ® - or Selexolpro- process
  • known chemical absorption process are amine scrubbing or the Benfield process and as physical / chemical absorption of Sulfinol mixes is known.
  • the synthesis gas is compressed to about 10-35 barg.
  • barg one understands the relative pressure unit "bar gauge”.
  • the synthesis gas treated in the deposition process in particular to a temperature of 200 to 400 0 C, heated and optionally desulfurized in a further Feinentschwefelungs-, in particular by means of zinc oxide or activated carbon.
  • the additional fine desulfurization stage enables a further reduction of the sulfur content in the synthesis gas to very low residual contents of less than 0.02 ppmv H 2 S, as required, for example, for methanol production with ⁇ 0.1 ppmv.
  • heating the optimum for the desulfurization process temperature of about 200 - 400 0 C is set.
  • a fine desulfurization for example, zinc oxide adsorption or activated carbon, etc. may be used.
  • the waste heat produced during cooling of the synthesis gas in the heat exchanger is utilized to heat the synthesis gas treated in the deposition process.
  • efficient heating of the treated synthesis raw gas can take place.
  • a particularly advantageous variant of the method according to the invention provides that the steam arising during cooling in the waste heat steam generator is fed to the conversion reactor for use in the CO conversion. Thus, the energy demand for steam generation can be reduced.
  • a special embodiment of the method according to the invention provides that the, in particular in the deposition process treated, synthesis gas is heated by means of a heat exchanger to a temperature of 200 to 450 0 C.
  • the heat can be used, which is incurred during cooling of the synthesis gas in the heat exchanger prior to its treatment in the deposition process.
  • the synthesis gas is heated to a temperature necessary for the subsequent synthesis process.
  • the crude synthesis gas optionally before the further fine desulfurization stage and / or prior to the synthesis process, is compressed by means of a compressor. The compression takes place at a pressure level necessary for the respective synthesis process.
  • the heating occurring during the compression of the synthesis raw gas reduces the necessary energy supply in order to bring the synthesis raw gas to the process temperatures necessary in the fine desulfurization stage and / or a subsequent synthesis process.
  • the separated sulfur is separated from the separated CO 2 in a sulfur regeneration device, wherein the remaining CO 2 in the metallurgical process instead of nitrogen, in particular for gas barriers to the atmosphere, can be used.
  • a sulfur regeneration device wherein the remaining CO 2 in the metallurgical process instead of nitrogen, in particular for gas barriers to the atmosphere, can be used.
  • the hydrogen sulfide oxidation process LO-CAT II
  • the desulfurized CO 2 can now be used in technical applications, such as for gas barriers for sealing process units to the atmosphere or released into the atmosphere.
  • the further part of the export gas is cached before its combustion in the steam generator to compensate for volume and / or calorific value fluctuations in the export gas in a gas tank.
  • export gas which has a largely constant calorific value and is present in a constant amount.
  • the export gas is cached in a gas container, whereby calorific value and volume fluctuations can be compensated.
  • a part of the export gas is discharged for use as fuel gas in other heating devices.
  • remaining amounts of export gas, which are not used for steam generation or for CO conversion, be recycled, in addition to a thermal utilization and a use of the pressure energy is possible.
  • Synthesis processes work at very different pressures, temperatures and with different ratios H 2 to CO.
  • the production of methanol requires a ratio H 2 to CO of 2.0 to 2.3 or in other words a ratio (H 2 -CO 2 ) / (CO + CO 2 ) equal to 2.03, while, for example, the oxo-alcohol synthesis requires a ratio of 1, 0 to 1, 2. Due to the flexibility of the process, it is therefore possible to tailor the synthesis gas exactly to the respective synthesis process.
  • At least part of the water vapor formed in the steam generator is supplied as an energy carrier to the deposition process, wherein a thermal expulsion of the absorbed CO 2 from the absorption liquid used in the deposition process.
  • the quantitative ratio of H 2 to CO in the export gas by the addition of water and / or steam is influenced in the metallurgical process and thus adapted to a subsequent synthesis process.
  • tail gas of a CO 2 removal device of the metallurgical process is mixed with the other part of the export gas and burned in the steam generator.
  • other process gases such as those occurring in devices for CO 2 removal, can also be used to generate steam.
  • purge gas is mixed from the synthesis process with the other part of the export gas and burned in the steam generator.
  • Purge gas is produced during the recycling of gases in synthesis processes.
  • the synthesis process usually only a part of the syngas can be converted, since then the thermodynamic equilibrium is reached. To increase the turnover, therefore, a circulation procedure is required, whereby process water and e.g. Methanol condensed out and separated.
  • the unreacted synthesis gas is recycled to the synthesis reactor.
  • a part must be discharged as purge gas from the cycle, which can be thermally utilized together with export gas.
  • waste heat from the metallurgical process is used to produce steam and the water vapor thus generated is fed to the conversion reactor and / or the separation process.
  • waste heat from the metallurgical process itself and the water vapor thus obtained for the CO conversion or for a regeneration of the CO 2 loaded and used in the deposition process Absorption liquid can be used, so that a further increase in efficiency can be achieved.
  • the waste heat can be obtained, for example, from hot top gas, offgas or excess gas.
  • Metallurgical processes usually require further auxiliary processes, e.g. Provide process materials for the metallurgical process.
  • An example is an oxygen production, which is usually coupled with metallurgical processes. Waste heat can therefore also from such auxiliary processes or plants, such. an oxygen production or a synthesis gas treatment can be used for steam generation.
  • a special embodiment of the method according to the invention provides that, in addition to or instead of the export gas, partially oxidized hydrocarbons, in particular natural gas, asphalt, coal or naphtha, are used.
  • the additional gases instead of or in addition to the export gas, a redundant process can be achieved, so that even with a planned shutdown of the metallurgical process or in case of disturbances, the operation of the synthesis process can be maintained.
  • the device according to the invention provides that the export gas source is conductively connected to the conversion reactor, so that at least part of the export gas in the conversion reactor can be subjected to CO conversion with the addition of water vapor.
  • a synthesis gas is formed with a defined ratio H 2 to CO.
  • the export gas source is connected in line with the steam generator, so that a further part of the export gas in the steam generator can be at least partially burned to form steam and the water vapor formed can be fed to the conversion reactor via a steam line.
  • the conversion reactor can be supplied by means of steam from a waste heat recovery system.
  • a possible variant of the device according to the invention provides that a separation device is provided for separating sulfur and CO 2 from the synthesis gas, which is connected to the conversion reactor via a crude gas line.
  • a separation device known devices are used, which are constructed for example of an absorption and a stripping column. Such devices can be found in the prior art.
  • a steam line which leads from the steam generator or waste heat recovery system to the separation device is provided so that water vapor or alternatively also energy in the form of a hot gas stream can be supplied to the separation device.
  • the energy required for the mostly thermal expulsion of the CO 2 can be applied by the supply of water vapor or waste heat, so that no additional energy source is needed.
  • a heat exchanger and / or a preheater and / or a water cooler and / or a waste heat steam generator is or are provided for cooling the synthesis raw gas derived from the conversion reactor in the crude gas line.
  • cooling is necessary, whereby the dissipated heat can be dissipated in a heat exchanger or used for steam generation.
  • gas-gas heat exchangers or liquid-gas heat exchangers can be used, the latter enabling a greater cooling of the synthesis gas.
  • a fine desulfurization stage in particular based on zinc oxide or activated carbon, is provided for the separation of residual sulfur from the synthesis gas already treated in the separation apparatus.
  • Such Feinentschwefelungs syndromen can as zinc oxide adsorption or activated carbon processes which take place in adsorption columns.
  • An advantageous embodiment of the device according to the invention provides that at least one compressor, in particular a single-stage or multistage compressor, for compression of the export gas prior to introduction into the conversion reactor and / or a compressor for compression of the synthesis raw gas prior to introduction into the separator or are provided in the desulfurization or is.
  • Multi-stage compressors are used primarily when higher densities are needed. During compression, the compressed gas heats up.
  • An advantage of the split on two compressors is given by the fact that after the deposition of CO 2 and sulfur only a part of the syngas (eg about 55% for a methanol production) must be compressed to the pressure required for the synthesis process, as a large Part of the synthesis gas in the form of CO 2 in the separator (eg about 45% for a methanol production) is already deposited.
  • the separation device is connected in terms of line with the fine desulfurization, this compound optionally by preheating leads, so that the synthesis gas can be heated prior to its introduction into the desulfurization.
  • the synthesis gas can be adjusted to a temperature which is optimal for the desulfurization stage and / or the synthesis process, energy-efficient heating of the gas taking place through the use of the waste heat.
  • a sulfur regeneration device for the regeneration of sulfur from the separated in the deposition device mixture of sulfur and CO 2 .
  • Sulfur is deposited as a filter cake
  • the deposition device can be operated for example as hydrogen sulfide oxidation process (LO-CAT II).
  • the export gas source is a smelting reduction plant and comprises in particular a blast furnace or a melter gasifier with at least one reduction unit.
  • Such metallurgical aggregates produce export gas in an amount and quality sufficient for chemical utilization, whereby the method according to the invention is used. Due to the possibility of adjusting the export gas in terms of its composition such systems are particularly well suited as an export gas source.
  • the reduction unit is designed as a blast furnace or as a reduction shaft or as a fluidized bed reactor or as at least two series-connected fluidized bed reactors.
  • the reducing gases generated in the reduction units are withdrawn after the reaction with the feedstocks to be reduced from the aggregates.
  • a CO and H 2 -rich gas is produced which can be used as export gas after dedusting and / or scrubbing.
  • a possible variant of the device according to the invention provides that a gas container is provided for temporarily storing the further part of the export gas before its combustion in the steam generator, so that volume and / or calorific value variations in the export gas can be compensated.
  • the volume of the gas container is chosen such that, despite plant-induced fluctuations in the export gas quantity or its composition, a largely constant supply of the steam generator can be ensured.
  • a tar removal device for removing polyaromatic hydrocarbons from the export gas is provided, which is arranged in the connecting line between the export gas source and the conversion reactor. This allows unwanted inventory parts which may adversely affect gas processing (eg compaction) and chemical recovery.
  • the waste heat recovery and / or the heat exchanger and / or the preheater for generating water vapor are provided and connected in line with the conversion reactor, so that water vapor formed can be fed to the conversion reactor.
  • the waste heat can be used to generate steam.
  • the synthesis plants can be provided with waste heat steam generators (for example, in the case of isothermal process control of the synthesis process), so that waste heat from the synthesis processes for steam generation can also be used.
  • Fig. 1 scheme of the method according to the invention on the basis of a smelting reduction plant according to the type "COREX ®"
  • Fig. 2 Schematic of the method according to the invention on the basis of a smelting reduction plant according to the type "FINEX ®"
  • Fig. 3 Scheme of the inventive method based on a blast furnace
  • the part A comprises the melt reduction plant
  • plant part B comprises the plant for the production of Syntheserrohgases and the synthesis products
  • part of the plant C relates to the steam generation.
  • a smelting unit such as, for example, a melter gasifier 1
  • pig iron RE is melted from the feedstocks reduced in the reduction unit 2 and with the production of a reducing gas.
  • the reducing gas is introduced into the reduction unit 2 introduced, where in direct contact of the reducing gas with the feedstock at least partial reduction to sponge iron occurs. Further details on the treatment of the reducing gas prior to its entry into the reduction unit 2 will not be discussed in more detail, since this belongs to the prior art and is well known to the person skilled in the art.
  • the reduction gas is withdrawn after reduction in the reduction unit 2 as a top gas TG from the reduction unit 2 and at least one dry dedusting 3 or a wet dedusting 4 supplied and cleaned. It is also possible to combine a pre-cleaning in the dry dedusting 3 with a subsequent wet dedusting 4.
  • the top gas can also be used for waste heat recovery 5, e.g. a heat exchanger or a waste heat steam generator, fed and thereby cooled.
  • the purified and possibly cooled top gas is provided as an export gas to the plant part B.
  • Plant part A serves as export gas source.
  • this export gas source may also serve another same or other metallurgical plant or combustors for the partial oxidation of natural gas, steam reformer based on natural gas or Flugstromvergaser for gasification of coal as a gas source.
  • the export gas is first compressed in a compressor 6, such as a compressor, whereby a pressure necessary for the conversion reactor 7 or the CO conversion is set.
  • a compressor 6 such as a compressor
  • polyaromatic hydrocarbons can be separated from the export gas by means of a tar removal device.
  • the CO conversion takes place with the addition of steam, which is supplied via the steam line 9 from the steam generator 10 to the conversion reactor 7, wherein there is a shift of the proportions CO and H 2 comes.
  • the reaction can be controlled selectively, wherein the synthesis gas is generated.
  • the synthesis gas is first cooled by means of the heat exchanger 1 1, 12, and the preheater 13, which may also be designed as a heat exchanger, and optionally by means of another water cooler 14, these units are arranged in the crude gas line 19.
  • the hot synthesis gas can be cooled by means of a waste heat steam generator 15 and thereby used to generate water vapor.
  • the cooled synthesis gas is then fed to a separator 16 for separating sulfur and CO 2 from the synthesis gas, wherein the separated sulfur and CO 2 are fed to a desulfurization stage 17.
  • the sulfur is separated from the CO 2 to form a sulfur cake SK.
  • the now almost sulfur-free CO 2 can be used as a process gas in metallurgical processes, such as in gas barriers, or be released into the atmosphere.
  • the purified synthesis gas we are now supplied after compression in a compressor 18 of the preheater 13, wherein the purified synthesis gas is heated using the waste heat from the synthesis gas after leaving the conversion reactor 7.
  • the now heated synthesis crude gas is optionally fed to a fine desulfurization stage 20, wherein in adsorption columns based on a zinc oxide adsorption or an activated carbon method, sulfur or hydrogen sulfide (H 2 S) is separated.
  • this adsorption treatment is carried out at temperatures of about 200 to 400 0 C.
  • the desulfurized and hot synthesis gas can be further heated by means of the heat exchanger 12 as needed, with an advantageous for the subsequent chemical recovery temperature of about 200 to 450 0 C is set.
  • the compressed export gas can via a Bypass line 21 are passed to the conversion reactor or the heat exchanger 11.
  • Both the conversion reactor 7 and the separator 16 require large amounts of water vapor for operation.
  • the export gas source is connected to a steam generator 10 via a line.
  • water vapor is generated by means of the heat of combustion of the export gas and fed to the conversion reactor 7 and the deposition device 16 via steam lines 9a and 9b.
  • the steam ducts 9a and 9b can also be supplied via an additional steam duct 9c, this being steam that originates from the waste heat from the metallurgical process, the gas treatment or the synthesis process, and e.g. was generated by means of waste heat steam generator using hot process media.
  • the plant part C includes not only the steam generator 10 but also a gas container 22 for temporarily storing the part of the export gas which is provided for combustion in the steam generator 10, wherein quantity and / or calorific value variations in the export gas can be compensated. In the event that excess export gas should be present, this can also be provided via a derivative 23 for other purposes, e.g. used in coal drying plants, fine coal drying plants or ore drying plants. Condensates formed in the separation device 16 can be returned to the steam generator 10 via a condensate line 24.
  • the purified and heated raw synthesis gas can be used, for example, as a starting material for the production of methane, methanol, oxo alcohols or also Fischer-Tropsch fuels in chemical synthesis processes SPrSP 4 , whereby the raw synthesis gas is in each case tuned to the synthesis process.
  • Purge gas from the synthesis process can be mixed with the further part of the export gas via a purge gas line 30 and fed to the gas container 22 and subsequently burned in the steam generator 10.
  • Figure 2 shows a view similar to Figure 1 system, wherein the part A is formed by a FINEX ® -Schmelzreduktionsstrom.
  • the reducing gas formed in the melter gasifier is passed through the fluidized bed reactors R1, R2, R3 and R4 and flows in the opposite direction to the flow direction of the fine ore, which is reduced in the fluidized bed reactors R1, R2, R3 and R4 and then melted in the melter gasifier 1.
  • the reducing gas is withdrawn from the fluidized-bed reactor R4 as offgas OG, cooled in a heat exchanger 29 and made available as export gas after dedusting.
  • the tail gas of a CO 2 removal plant 28, such as a pressure swing adsorption plant (PSA or VPSA plant) can be supplied together with export gas to the gas tank 22 and used for steam generation in the steam generator 10.
  • PSA or VPSA plant pressure swing adsorption plant
  • FIG. 3 shows a plant which is in principle the same, the plant part A being formed by a blast furnace with connected supply units.
  • the top gas from the blast furnace 25 is first dedusted in a dry dedusting 26, optionally subsequently further purified in a wet dedusting 27 and made available as export gas for the plant part B or C.
  • the tail gas of a CO 2 removal plant 28 can also be supplied together with export gas to the gas container 22 and used for steam generation in the steam generator 10.

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Abstract

Gezeigt werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO) enthaltenden Gases, als Ausgangsstoff für eine chemische Verwertung z.B. in Synthese-Prozessen auf der Basis von Exportgas aus einem metallurgischen Verfahren. Ein Teil des Exportgases wird unter Zusatz von Wasserdampf einer CO-Konvertierung unterworfen, wobei Syntheserohgas mit einem definierten Mengenverhältnis H2 zu CO gebildet wird. In zumindest einem Dampferzeuger kann im Verfahren selbst der für die CO-Konvertierung nötige Wasserdampf zumindest teilweise erzeugt werden.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines Syntheserohgases
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO) enthaltenden Gases als Ausgangsstoff für eine chemische Verwertung in Synthese-Prozessen auf der Basis von Exportgas aus einem metallurgischen Verfahren, wobei zumindest ein Teil des Exportgases in einem Umwandlungsreaktor unter Zusatz von Wasserdampf einer CO-Konvertierung unterworfen und Syntheserohgas mit einem definierten Mengenverhältnis H2 zu CO gebildet wird.
Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass Exportgas aus metallurgischen Anlagen einer Verwertung zugeführt werden kann, wobei insbesondere eine thermische Verwertung, wie z.B. eine Verbrennung oder auch die Nutzung des Druckes durch eine Entspannungsturbine Anwendung finden können. Weiters kann das Exportgas nach einer Aufbereitung z.B. zur Direktreduktion von oxidischen Materialien verwendet werden.
Dabei stellt sich jedoch das Problem, dass die Effizienz der thermischen Verwertung niedrig ist bzw. dass aufwändige Prozesse zur Behandlung des Exportgases bzw. der Verbrennungsprodukte erforderlich sind.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine chemische Verwertung von Exportgas ermöglichen und damit das Exportgas als Wertstoff und als Ausgangsstoff für chemische Syntheseprozesse zur Verfügung stellen kann.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 1 und durch die Vorrichtung nach Anspruch 25 gelöst.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Brennbarkeit des Exportgases und damit der als Heizwert ausgedrückte Energieinhalt zur Erzeugung von Wasserdampf genutzt, wobei der Wasserdampf zu Einstellung des Mengenverhältnisses H2 zu CO im Umwandlungsreaktor genutzt wird. In zumindest einem Dampferzeuger kann im Verfahren selbst der für die CO-Konvertierung nötige Wasserdampf zumindest teilweise erzeugt werden. Das Exportgas aus einem metallurgischen Verfahren kann insofern für eine chemische Verwertung genutzt werden, weil es hohe Gehalte an CO und H2 aufweist. Durch den gezielten Zusatz von Wasserdampf kann bei entsprechenden Reaktionsbedingungen das Verhältnis CO zu H2 gezielt eingestellt werden. Dazu wird das an sich bekannte Prinzip der CO-Konvertierung genutzt, wobei das chemische Gleichgewicht der Wassergasreaktion zwischen CO + H2O und CO2 + H2 beeinflusst wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das metallurgische Verfahren ein Schmelzreduktionsverfahren, das mittels eines Hochofens oder mittels eines Einschmelzvergasers, der im Verbund mit zumindest einem Reduktionsaggregat, insbesondere einem Reduktionsschacht oder einem Wirbelschichtreaktor, arbeitet, betrieben wird, wobei eisenoxidhältige Rohstoffe, insbesondere Eisenerze, Pellets oder Sinter, und Zuschlagstoffe unter Bildung eines Reduktionsgases reduziert und in weiterer Folge zu flüssigem Roheisen erschmolzen werden.
Schmelzreduktionsverfahren erzeugen im Prozess ein Reduktionsgas, das zur Reduktion der Einsatzstoffe und hier im Besonderen zur Reduktion von zumeist oxidischen Erzen, wie z.B. Eisenerzen, genutzt wird. Dazu werden in den Prozessen z.B. Kohle oder Koks vergast und ein Reduktionsgas gebildet. Die Vergasung der Kohle kann in einem Hochofen oder in einem Einschmelzvergaser erfolgen, wobei bei Letzterem dann das Reduktionsgas, gegebenenfalls nach einer Reinigung, in das Reduktionsaggregat einströmt und im direkten Kontakt mit den Einsatzstoffen der Reduktionsprozess abläuft. Neben Verfahren mit einem einzelnen Reduktionsaggregat können auch mehrere in Serie geschaltete Reduktionsaggregate, wie z.B. mehrere Wirbelschichtreaktoren, eingesetzt werden. Hier wird das Reduktionsgas entgegengesetzt zur Strömungsrichtung der Einsatzstoffe von einem Wirbelschichtreaktor zum nächsten geführt. Erfindungsgemäß wird das Exportgas aus Topgas aus einem Hochofen oder einem Reduktionsschacht oder aus Offgas aus einem Wirbelschichtreaktor oder aus Überschussgas aus einem Einschmelzvergaser oder aus Mischungen dieser Gase gewonnen. Unter Topgas wird das Reduktionsgas nach dessen direkten Kontakt mit den Einsatzstoffen und der dabei erfolgten indirekten Reduktion verstanden. Als Offgas bezeichnet der Fachmann das Reduktionsgas, das aus einem Wirbelschichtreaktor, insbesondere aus dem letzten einer Reihe von in Serie geschalteter Wirbelschichtreaktoren abgezogen wird. Aufgrund der zumeist hohen Anteile an CO und H2 im Topgas bzw. im Offgas eignet sich dieses für eine Verwendung in Syntheseprozessen. Da die im Einschmelzvergaser gebildete Reduktionsgasmenge zeitlich nicht konstant ist, muss sogenanntes Überschussgas dem Exportgas beigefügt werden. Die Menge an Überschussgas ergibt sich aufgrund der im Reduktionsaggregat benötigten konstanten Reduktionsgasmenge und einer Systemdruckregelung im Einschmelzvergaser.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Wasserdampf im Dampferzeuger durch die Verbrennung zumindest eines weiteren Teils des Exportgases und/oder durch die Nutzung von Abwärme aus dem metallurgischen Verfahren und/oder aus der CO-Konvertierung und/oder aus den Synthese-Prozessen erzeugt. Der für die CO-Konvertierung benötigte Wasserdampf kann einerseits durch die Verbrennung von Exportgas und andererseits durch die Nutzung von Abwärme erfolgen. Durch die zumindest teilweise Verbrennung von Exportgas können beträchtliche Einsparungen bei der Wasserdampferzeugung erzielt werden. Vorteilhaft ist weiters, dass durch die Verbrennung toxische Anteile im Exportgas abgebaut werden. Dabei kommt insbesondere die Nutzung von Abwärme z.B. mittels Wärmetauscher aus dem metallurgischen Verfahren, aus der CO-Konvertierung bzw. aus dem dabei gebildeten Syntheserohgas oder aus den Syntheseprozessen genutzt werden, sodass die Wasserdampferzeugung sehr energieeffizient erfolgen kann. Es können dabei ein oder -A-
mehrere Dampferzeuger eingesetzt werden, wobei diese im Falle der Abwärmenutzung z.B. als Wärmetauscher ausgebildet sein können.
Weiters besteht die Möglichkeit dem Exportgas vor dessen Nutzung im Umwandlungsreaktor in einem sogenannten Sättiger, vorzugsweise heißes, Wasser zuzusetzen und dabei den Wasserdampfgehalt im Exportgas zu erhöhen. Vorteilhaft kann dazu Kondensat aus dem Umwandlungsreaktor bzw. den Wärmetauschern nach dem Umwandlungsreaktor genutzt werden. Durch den Einsatz eines Sättigers kann die erforderliche Menge an Dampfzugabe deutlich reduziert werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Topgas und/oder Offgas, insbesondere trocken, entstaubt und/oder mittels einer Nass- entstaubung gereinigt, gegebenenfalls mittels eines Abwärmedampferzeugers oder eines Wärmetauschers oder einer Konditionierungseinrichtung (z.B. durch Eindüsung von Wasser über Zweistoffdüsen) gekühlt und als Exportgas zur Verfügung gestellt. Die fühlbare Wärme des Exportgases kann mittels Wärmetauscher genutzt werden, sodass ein heißes oder auch ein weitgehend kaltes Exportgas für die CO-Konvertierung zur Verfügung gestellt werden kann. Bei der Verwendung von trocken entstaubtem und damit heißem Topgas und/oder heißem Offgas kann dessen fühlbare Wärme für die CO- Konvertierung genutzt werden, sodass keine oder nur eine geringe Erwärmung vor der CO-Konvertierung erfolgen kann.
Nach einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Exportgas vor dessen Zufuhr in den Umwandlungsreaktor oder nach dessen Abfuhr aus dem Umwandlungsreaktor mittels eines Verdichters, gegebenenfalls nach einer Abtrennung von polyaromatischen Kohlenwasserstoffen aus dem Exportgas, verdichtet. Durch die Verdichtung wird der Druck für die CO-Konvertierung bzw. für mögliche folgende Behandlungen des bei der CO-Konvertierung gebildeten Syntheserohgases eingestellt. Bei der Verdichtung kommt es zu einem Temperaturanstieg des verdichteten Gases, wobei dies in den meisten CO-Konvertierungsverfahren vorteilhaft ist, da das bereits erwärmte Gas nicht mehr so stark erhitzt werden muss. Durch die Abtrennung der polyaromatischen Kohlenwasserstoffe werden Teerbestandteile aus dem Exportgas abgetrennt, sodass nachteilige Einflüsse auf die Verdichtung und CO-Konvertierung vermieden werden können.
Gemäß einer geeigneten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die CO-Konvertierung, gegebenenfalls nach einer Erwärmung des Exportgases, insbesondere bei 300-4500C. CO-Heißkonvertierungen (z.B. unter Nutzung von Katalysatoren auf Eisen-/Chrom- oder Kobaltbasis) bieten den Vorteil, dass sie keine hohe Empfindlichkeit gegenüber Schwefel bzw. Schwefelverbindungen wie z.B. H2S besitzen, sodass bis zu 100 ppmv Schwefel eingesetzt werden können und weiters daher auch für die in Exportgasen üblicherweise vorliegenden Schwefelverbindungen geeignet sind.
Exportgas aus Schmelzreduktionsverfahren hat im Gegensatz zu Exportgas aus konventionellen Kohlevergasungsverfahren mittels Festbett, Flugstrom oder Wirbelschicht den Vorteil, dass diese nur sehr geringe Schwefelgehalte aufweisen. Der über die Roh- und Zuschlagsstoffe eingebrachte Schwefel wird weitgehend mittels der Zuschlagstoffe entschwefelt und über die Schlacke der Schmelzreduktionsanlage aus dem Eisenerzeugungsverfahren entfernt. Damit ist der Gehalt an Schwefel im Exportgas, zumeist gebunden als H2S und COS deutlich geringer als bei bekannten Kohlevergasungsverfahren. Es muss daher keine separate Entschwefelung vor der CO-Konvertierung stattfinden, da das Exportgas bereits hinreichend geringe Mengen an Schwefel, teilweise weniger als l OOppmv, enthält.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Syntheserohgas mittels eines oder mehreren als Vorwärmaggregat betriebenen Wärmetauscher(n) und/oder mittels eines Wasserkühlers und/oder mittels eines Abwärmedampferzeugers zur Einstellung der Temperatur gekühlt. Nach der erfolgten CO- Konvertierung kann die Abwärme des Syntheserohgases, das nun bereits mit dem gewünschten Mengenverhältnis H2 zu CO vorliegt, in herkömmlichen Wärmetauschern oder auch zur Erzeugung von Wasserdampf genutzt werden.
Erfindungsgemäß wird das Syntheserohgas zunächst gekühlt und dann einem Ab- scheidungsverfahren, insbesondere einem Absorptionsverfahren, bevorzugt einer physikalische Absorption oder einer chemischen Absorption oder einer physikalisch/chemischen Absorption, zugeführt, in dem Schwefel und CO2 aus dem Syntheserohgas zumindest teilweise, insbesondere weitgehend vollständig, abgeschieden werden.
Bekannte physikalische Absorptionsverfahren sind der Rectisol®- oder der Selexolpro- zess, bekannte chemischen Absorptionsverfahren sind Aminwäschen oder der Benfield- Prozess und als physikalisch/chemische Absorption ist der Sulfinolprozess bekannt.
Für die chemische Verwertung in Syntheseprozessen, wie z.B. der Ammoniak-, der Methanol-, der Methanherstellung oder bei der Oxo-Alkohol-Herstellung ist es nötig ein möglichst reines CO-H2-Gemisch in einem bestimmten H2/CO Verhältnis einzustellen. Durch die angeführten an sich bekannten Verfahren ist es möglich CO2 und Schwefel nahezu vollständig abzuscheiden, sodass H2S-Gehalte bezogen auf das Volumen von bis zu 1 ppmv eingestellt werden können. Üblicherweise arbeiten derartige Verfahren bei niedrigen Temperaturen, sodass durch die Kühlung die für den Prozess nötige Gastemperatur eingestellt wird. Abscheidungsverfahren erfordern zumeist eine Verdichtung, um so die für das Abscheidungsverfahren nötigen Partialdrücke, insbesondere einen ausreichend hohen CO2-Partialdruck einzustellen. In einem Rectisolpro- zess ist z.B. ein minimaler CO2-Partialdruck von pco2=6 bar erforderlich. Dazu wird das Syntheserohgas auf etwa 10-35 barg verdichtet. Als barg versteht man die relative Druckeinheit „bar gauge". Nach einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das im Abscheidungsverfahren behandelte Syntheserohgas, insbesondere auf eine Temperatur von 200 bis 4000C, erwärmt und gegebenenfalls in einer weiteren Feinentschwefelungs- stufe, insbesondere mittels Zinkoxid oder Aktivkohle, entschwefelt. Die zusätzliche Feinentschwefelungsstufe ermöglicht eine weitere Reduktion des Schwefelgehaltes im Syntheserohgas auf sehr geringe Restgehalte von unter 0,02 ppmv H2S, wie sie z.B. für die Methanolherstellung mit < 0,1 ppmv erforderlich sind. Durch die Erwärmung wird die für die Entschwefelung optimale Verfahrenstemperatur von etwa 200 - 4000C eingestellt. Als Feinentschwefelungsstufe können z.B. Zinkoxid-Adsorptionsverfahren oder Aktivkohleverfahren, etc. zum Einsatz kommen.
Nach einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die beim Kühlen des Syntheserohgases im Wärmetauscher anfallende Abwärme zur Erwärmung des im Abscheidungsverfahren behandelten Syntheserohgases genutzt. Durch die Nutzung der Abwärme kann eine effiziente Erwärmung des behandelten Syntheserohgases erfolgen.
Eine besonders vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der beim Kühlen im Abwärmedampferzeuger anfallende Wasserdampf dem Umwandlungsreaktor zur Nutzung in der CO-Konvertierung zugeführt wird. Damit kann der Energiebedarf zur Wasserdampferzeugung reduziert werden.
Eine spezielle Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das, insbesondere im Abscheidungsverfahren behandelte, Syntheserohgas mittels eines Wärmetauschers auf eine Temperatur von 200 bis 4500C erwärmt wird. Vorteilhaft kann dabei die Wärme genutzt werden, die beim Kühlen des Syntheserohgases im Wärmetauscher vor dessen Behandlung im Abscheidungsverfahren angefallen ist. Das Syntheserohgas wird dabei auf eine für den nachfolgenden Syntheseprozess nötige Temperatur erwärmt. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Syntheserohgas, gegebenenfalls vor der weiteren Feinentschwefelungsstufe und/oder vor dem Syntheseprozess, mittels eines Kompressors verdichtet. Die Verdichtung erfolgt auf ein für das jeweilige Syntheseverfahren nötiges Druckniveau. Die bei der Verdichtung des Syntheserohgases auftretende Erwärmung vermindert die nötige Energiezufuhr, um das Syntheserohgas auf die in der Feinentschwefelungsstufe und/oder einem nachfolgenden Syntheseprozess nötigen Prozesstemperaturen zu bringen.
Gemäß einer speziellen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der abgeschiedene Schwefel in einer Schwefelregenerationseinrichtung vom abgeschiedenen CO2 abgetrennt, wobei das verbleibende CO2 im metallurgischen Verfahren an Stelle von Stickstoff, insbesondere für Gassperren zur Atmosphäre, genutzt werden kann. Um das aus dem Syntheserohgas abgetrennte CO2 technisch uneingeschränkt nutzbar zu machen, ist es nötig dieses zu entschwefeln. Dabei kann z.B. das Wasserstoff-Sulfid- Oxidationsverfahren (LO-CAT II) eingesetzt werden, wobei Schwefel als Filterkuchen abgeschieden wird. Das entschwefelte CO2 kann nun in technischen Anwendungen, wie z.B. für Gassperren zur Abdichtung von Prozessaggregaten gegenüber der Atmosphäre genutzt oder auch in die Atmosphäre abgegeben werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der weitere Teil des Exportgases vor dessen Verbrennung im Dampferzeuger zum Ausgleich von Mengen- und/oder Heizwertschwankungen im Exportgas in einem Gasbehälter zwischengespeichert. Für einen möglichst gleichmäßigen Betrieb des Dampferzeugers ist es nötig Exportgas, das einen weitgehend konstanten Heizwert aufweist und in konstanter Menge vorliegt zur Verfügung zu stellen. Um diese Bedingungen erfüllen zu können, wird das Exportgas in einem Gasbehälter zwischengespeichert, wobei Heizwert- und Volumenschwankungen ausgeglichen werden können. Durch ein hinreichend großes Volumen des Gasbehälters kann eine weitgehend konstante Versorgung des Dampferzeugers erzielt werden.
Erfindungsgemäß wird ein Teil des Exportgases zur Nutzung als Brenngas in anderen Heizeinrichtungen ausgeschleust. Damit können verbleibende Mengen an Exportgas, die nicht für die Wasserdampferzeugung oder für die CO-Konvertierung genutzt werden, verwertet werden, wobei neben einer thermischen Verwertung auch eine Nutzung der Druckenergie möglich ist.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Mengenverhältnis H2 zu CO und/oder der Druck und/oder die Temperatur des Syntheserohgases in Abhängigkeit vom Syntheseprozess, in dem das Syntheserohgas verarbeitet wird, eingestellt. Syntheseprozesse arbeiten bei sehr unterschiedlichen Drücken, Temperaturen und mit unterschiedlichen Mengenverhältnissen H2 zu CO. Dabei benötigt z.B. die Methanolherstellung ein Mengenverhältnis H2 zu CO von 2,0 bis 2,3 oder anders ausgedrückt ein Verhältnis (H2-CO2)/(CO+CO2) gleich 2,03, während z.B. die Oxo-Alko- holsynthese ein Mengenverhältnis von 1 ,0 bis 1 ,2 benötigt. Durch die Flexibilität des Verfahrens ist es daher möglich das Syntheserohgas genau auf das jeweilige Syntheseverfahren einzustellen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zumindest ein Teil des im Dampferzeuger gebildeten Wasserdampfes als Energieträger dem Abscheidungsverfahren zugeführt, wobei ein thermisches Austreiben des absorbierten CO2 aus der im Abscheidungsverfahren verwendeten Absorptionsflüssigkeit erfolgt. Durch die Nutzung des Wasserdampfes aus dem Dampferzeuger kann das Abscheidungsverfahren sehr energieeffizient betrieben werden. Das thermische Austreiben stellt dabei ein mögliches Verfahren zur Abscheidung des CO2 dar.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Mengenverhältnis H2 zu CO im Exportgas durch den Zusatz von Wasser und/oder Wasserdampf in das metallurgische Verfahren beeinflusst und damit an einen nachfolgenden Syntheseprozess angepasst wird. Durch diese Maßnahme ist es möglich bereits die Zusammensetzung des Exportgases und damit bereits vor der CO- Konvertierung gezielt zu beeinflussen. Dadurch kann insbesondere H2 und/oder Wasserdampf aus dem metallurgischen Verfahren genutzt und somit die Exportgaszusammensetzung auf die geplante chemische Verwertung abgestimmt werden.
Erfindungsgemäß wird Tailgas einer CO2-Entfernungseinrichtung des metallurgischen Verfahrens mit dem weiteren Teil des Exportgases gemischt und im Dampferzeuger verbrannt. Somit können auch weitere Prozessgase, wie sie bei Einrichtungen zur CO2- Entfernung auftreten zur Erzeugung von Wasserdampf genutzt werden.
Erfindungsgemäß wird Spülgas aus dem Syntheseprozess mit dem weiteren Teil des Exportgases gemischt und im Dampferzeuger verbrannt. Spülgas entsteht beim Recycling von Gasen in Syntheseprozessen. Im Syntheseprozess kann zumeist nur ein Teil des Syntheserohgases umgesetzt werden, da dann das thermodynamische Gleichgewicht erreicht wird. Zur Erhöhung des Umsatzes ist daher eine Kreislauffahrweise erforderlich, wobei Prozesswasser und z.B. Methanol auskondensiert und abgetrennt werden. Das nicht umgesetzte Synthesegas wird in den Synthesereaktor rückgeführt. Um eine ungewollte Anreicherung an unerwünschten Gasbestandteilen zu vermeiden, muss ein Teil als Spülgas aus dem Kreislauf ausgeschleust werden, der zusammen mit Exportgas thermisch verwertet werden kann.
Gemäß einer speziellen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Abwärme aus dem metallurgischen Verfahren zur Herstellung von Wasserdampf genutzt und der dabei erzeugte Wasserdampf dem Umwandlungsreaktor und/oder dem Abschei- dungsverfahren zugeführt. Dadurch kann Abwärme aus dem metallurgischen Verfahren selbst und der damit gewonnene Wasserdampf für die CO-Konvertierung oder für eine Regenerierung der mit CO2 beladenen und im Abscheidungsverfahren verwendeten Absorptionsflüssigkeit genutzt werden, sodass sich eine weitere Effizienzsteigerung erzielen lässt. Die Abwärme kann z.B. aus heißem Topgas, Offgas oder Überschussgas gewonnen werden.
Metallurgische Verfahren benötigen meist weitere Hilfsverfahren, die z.B. Prozessstoffe für das metallurgische Verfahren zur Verfügung stellen. Ein Beispiel ist eine Sauerstofferzeugung, die üblicherweise mit metallurgischen Verfahren gekoppelt ist. Abwärme kann daher auch aus derartigen Hilfsverfahren bzw. Anlagen, wie z.B. einer Sauerstofferzeugung oder auch einer Synthesegasaufbereitung für die Dampferzeugung genutzt werden.
Eine spezielle Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass zusätzlich oder anstelle des Exportgases partiell oxidierte Kohlenwasserstoffe, insbesondere Erdgas, Asphalt, Kohle oder Naphta, verwendet werden. Durch die weiteren Gase anstelle oder zusätzlich zum Exportgas kann ein redundantes Verfahren erzielt werden, sodass auch bei einem geplanten Stillstand des metallurgischen Verfahrens oder bei Störungen der Betrieb des Syntheseprozesses aufrecht erhalten werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht vor, dass die Exportgasquelle leitungsmäßig mit dem Umwandlungsreaktor verbunden ist, sodass zumindest ein Teil des Exportgases im Umwandlungsreaktor unter Zusatz von Wasserdampf einer CO-Konvertierung unterworfen werden kann. Dabei wird ein Syntheserohgas mit einem definierten Mengenverhältnis H2 zu CO gebildet. Zur Erzeugung des für die CO-Konvertierung nötigen Wasserdampfes ist die Exportgasquelle leitungsmäßig mit dem Dampferzeuger verbunden, sodass ein weiterer Teil des Exportgases im Dampferzeuger unter Bildung von Wasserdampf zumindest teilweise verbrannt und der gebildete Wasserdampf über eine Dampfleitung dem Umwandlungsreaktor zugeführt werden kann. Alternativ ist es auch denkbar, dass der Umwandlungsreaktor mittels Wasserdampf aus einer Abwärmerückgewinnungsanlage versorgt werden kann. Eine mögliche Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass eine Abschei- dungseinrichtung zum Abscheiden von Schwefel und CO2 aus dem Syntheserohgas vorgesehen ist, die über eine Rohgasleitung mit dem Umwandlungsreaktor verbunden ist. Als Abscheidungseinrichtung kommen an sich bekannte Einrichtungen zur Anwendung, die z.B. aus einer Absorptions- und einer Stripperkolonne aufgebaut sind. Derartige Einrichtungen sind aus dem Stand der Technik zu entnehmen.
Gemäß einer speziellen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Dampfleitung, die vom Dampferzeuger oder Abwärmerückgewinnungsanlage zur Abscheidungseinrichtung führt, vorgesehen, sodass der Abscheidungseinrichtung Wasserdampf oder alternativ auch Energie in Form eines heißen Gasstromes zugeführt werden kann. Die für das zumeist thermische Austreiben des CO2 nötige Energie kann durch die Zufuhr von Wasserdampf oder Abwärme aufgebracht werden, sodass keine zusätzliche Energiequelle nötig ist.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist bzw. sind zur Kühlung des aus dem Umwandlungsreaktor abgeleiteten Syntheserohgases in der Rohgasleitung ein Wärmetauscher und/oder eine Vorheizung und/oder ein Wasserkühler und/oder ein Abwärmedampferzeuger vorgesehen. Für die weitere Behandlung des Syntheserohgases ist eine Kühlung nötig, wobei die dabei abgeführte Wärme in einem Wärmetauscher abgeführt oder auch zur Dampferzeugung genutzt werden kann. Dabei können Gas-Gas-Wärmetauscher oder auch Flüssig-Gas-Wärmetauscher eingesetzt werden, wobei letztere eine stärkere Abkühlung des Synthesegases ermöglichen.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Feinentschwefelungsstufe, insbesondere auf Basis von Zinkoxid oder Aktivkohle, zur Abscheidung von Restschwefel aus dem, bereits in der Abscheidungseinrichtung behandelten, Syntheserohgas vorgesehen. Derartige Feinentschwefelungsstufen können als Zinkoxid-Adsorptionsverfahren oder Aktivkohleverfahren, die in Adsorptionskolonnen ablaufen ausgebildet sein.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass zumindest ein Verdichter, insbesondere ein ein- oder mehrstufiger Kompressor, zur Verdichtung des Exportgases vor dem Einleiten in den Umwandlungsreaktor und/oder ein Verdichter zur Verdichtung des Syntheserohgases vor dem Einleiten in die Abschei- dungseinrichtung oder in die Entschwefelungsstufe vorgesehen sind bzw. ist. Mehrstufige Kompressoren werden vor allem dann eingesetzt, wenn höhere Verdichtungen nötig sind. Bei der Verdichtung kommt es zu einer Erwärmung des verdichteten Gases. Ein Vorteil der Aufteilung auf zwei Verdichter ist dadurch gegeben, dass nach der Abscheidung von CO2 und Schwefel nur mehr ein Teil des Syntheserohgases (z.B. ca. 55% für eine Methanolerzeugung) auf den für den Syntheseprozess erforderlichen Druck verdichtet werden muss, da ein großer Teil des Synthesegases in Form von CO2 in der Abschei- dungseinrichtung (z.B. ca. 45% für eine Methanolerzeugung) bereits abgeschieden wird.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Abscheidungseinrichtung leitungsmäßig mit der Feinentschwefelungsstufe verbunden, wobei diese Verbindung gegebenenfalls durch eine Vorheizung führt, sodass das Syntheserohgas vor dessen Einleitung in die Entschwefelungsstufe erhitzt werden kann. Durch den Wärmetauscher kann das Syntheserohgas auf eine für die Entschwefelungsstufe und/oder den Syntheseprozess optimale Temperatur angepasst werden, wobei durch die Nutzung der Abwärme eine energieeffiziente Erwärmung des Gases erfolgt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Schwefelregenerationseinrichtung, zur Regeneration von Schwefel aus dem in der Abscheidungseinrichtung abgeschiedenen Gemisch aus Schwefel und CO2 vorgesehen. Schwefel wird dabei als Filterkuchen abgeschieden, die Abscheidungseinrichtung kann z.B. als Wasserstoff-Sulfid-Oxidationsverfahren (LO-CAT II) betrieben werden. Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Exportgasquelle eine Schmelzreduktionsanlage und umfasst insbesondere einen Hochofen oder einen Einschmelzvergaser mit zumindest einem Reduktionsaggregat. Derartige metallurgische Aggregate erzeugen Exportgas in einer für eine chemische Verwertung ausreichenden Menge und Qualität, wobei das erfindungsgemäße Verfahren genutzt wird. Durch die Möglichkeit der Einstellung des Exportgases hinsichtlich dessen Zusammensetzung sind derartige Anlagen als Exportgasquelle besonders gut geeignet.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Reduktionsaggregat als Hochofen oder als Reduktionsschacht oder als Wirbelschichtreaktor oder als zumindest zwei in Serie geschaltete Wirbelschichtreaktoren ausgebildet. Die in den Reduktionsaggregaten erzeugten Reduktionsgase werden nach dessen Reaktion mit den zu reduzierenden Einsatzstoffen aus den Aggregaten abgezogen. Je nach Verfahren entsteht dabei ein CO- und H2-reiches Gas, das nach einer Entstaubung und/oder eine Wäsche als Exportgas genutzt werden kann.
Eine mögliche Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass ein Gasbehälter zum Zwischenspeichern des weiteren Teils des Exportgases vor dessen Verbrennung im Dampferzeuger vorgesehen ist, sodass Mengen- und/oder Heizwertschwankungen im Exportgas ausgeglichen werden können. Das Volumen des Gasbehälters wird derart gewählt, dass trotz anlagenbedingter Schwankungen bei der Exportgasmenge bzw. dessen Zusammensetzung eine weitgehend konstante Versorgung des Dampferzeugers sichergestellt werden kann.
Nach einer speziellen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Teerentfernungseinrichtung zum Entfernen von polyaromatischen Kohlenwasserstoffen aus dem Exportgas vorgesehen, die in der Verbindungsleitung zwischen der Exportgasquelle und dem Umwandlungsreaktor angeordnet ist. Damit können ungewollte Bestand- teile, die sich negativ auf die Gasaufbereitung (z.B. Verdichtung) und eine chemische Verwertung auswirken können, entfernt werden.
Nach einer besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Abwärmerückgewinnung und/oder der Wärmetauscher und/oder der Vorheizer zur Erzeugung von Wasserdampf vorgesehen und leitungsmäßig mit dem Umwandlungsreaktor verbunden, sodass gebildeter Wasserdampf dem Umwandlungsreaktor zugeführt werden kann. Damit kann die Abwärme zur Dampferzeugung genutzt werden. Ebenso können die Synthese-Anlagen mit Abwärmedampferzeuger (z.B. bei isothermer Prozessführung des Syntheseprozesses) versehen werden, sodass auch Abwärme aus den Syntheseprozessen zur Wasserdampferzeugung genutzt werden können.
Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert.
Fig. 1 : Schema des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Basis einer Schmelzreduktionsanlage nach dem Typ „COREX®"
Fig. 2: Schema des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Basis einer Schmelzreduktionsanlage nach dem Typ „FINEX®"
Fig. 3: Schema des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Basis eines Hochofens
Figur 1 zeigt ein Prozessschema bzw. eine Anlage, die Exportgas aus einem metallurgischen Verfahren bzw. einer metallurgischen Anlage, wie z.B. einer Schmelzreduktionsanlage nach dem Typ „COREX®" verarbeitet. Der Anlagenteil A umfasst die Schmelzreduktionsanlage, Anlagenteil B umfasst die Anlage zur Herstellung des Syntheserrohgases und der Syntheseprodukte, während Anlagenteil C die Dampferzeugung betrifft.
In einem Schmelzaggregat, wie z.B. einem Einschmelzvergaser 1 wird Roheisen RE aus den im Reduktionsaggregat 2 reduzierten Einsatzstoffen und unter Erzeugung eines Reduktionsgases erschmolzen. Das Reduktionsgas wird in das Reduktionsaggregat 2 eingebracht, wo im direkten Kontakt des Reduktionsgases mit den Einsatzstoffen eine zumindest teilweise Reduktion zu Eisenschwamm erfolgt. Auf weitere Details zur Behandlung des Reduktionsgases vor dessen Eintrag in das Reduktionsaggregat 2 wird nicht näher eingegangen, da dies zum Stand der Technik gehört und dem Fachmann gut bekannt ist.
Das Reduktionsgas wird nach der Reduktion im Reduktionsaggregat 2 als Topgas TG aus dem Reduktionsaggregat 2 abgezogen und zumindest einer Trockenentstaubung 3 oder auch einer Nassentstaubung 4 zugeführt und gereinigt. Es ist auch möglich eine Vorreinigung in der Trockenentstaubung 3 mit einer nachfolgenden Nassentstaubung 4 zu kombinieren. Um die fühlbare Wärme des Topgases zu nutzen kann das Topgas auch einem Abwärmerückgewinnung 5, wie z.B. einem Wärmetauscher oder einem Abwärmedampferzeuger, zugeführt und dabei gekühlt werden. Das gereinigte und gegebenenfalls gekühlte Topgas wird als Exportgas dem Anlagenteil B zur Verfügung gestellt. Anlagenteil A dient als Exportgasquelle. Zusätzlich zu dieser Exportgasquelle kann auch eine weitere gleiche oder andere metallurgische Anlage oder auch Brennkammern zur partiellen Oxidation von Erdgas, Dampfreformer basierend auf Erdgas oder Flugstromvergaser zur Vergasung von Kohle als Gasquelle dienen.
Hier wird das Exportgas zunächst in einem Verdichter 6, wie z.B. einem Kompressor verdichtet, wobei ein für den Umwandlungsreaktor 7 bzw. die CO-Konvertierung nötiger Druck eingestellt wird. Vor der Verdichtung können aus dem Exportgas mittels einer Teerentfernungseinrichtung 8 polyaromatische Kohlenwasserstoffe abgeschieden werden. Nach einer optionalen Erwärmung des verdichteten Exportgases in einem Wärmetauscher 1 1 , erfolgt unter Zusatz von Dampf, der über die Dampfleitung 9 aus dem Dampferzeuger 10 dem Umwandlungsreaktor 7 zugeführt wird, die CO-Konvertierung, wobei es zu einer Verschiebung der Mengenanteile CO und H2 kommt. Über die Menge an zugesetztem Wasserdampf, die Temperatur und den Druck kann die Reaktion gezielt gesteuert werden, wobei das Syntheserohgas erzeugt wird.
Das Syntheserohgas wird zunächst mittels der Wärmetauscher 1 1 , 12, und der Vorheizung 13, die auch als Wärmetauscher ausgebildet sein kann, und gegebenenfalls mittels eines weiteren Wasserkühlers 14 gekühlt, wobei diese Aggregate in der Rohgasleitung 19 angeordnet sind. Optional kann das heiße Syntheserohgas mittels eines Abwärmedampferzeugers 15 gekühlt und dabei zur Erzeugung von Wasserdampf genutzt werden. Das gekühlte Syntheserohgas wird nun einer Abscheidungseinrichtung 16 zum Abscheiden von Schwefel und CO2 aus dem Syntheserohgas zugeführt, wobei der abgeschiedene Schwefel und das CO2 einer Entschwefelungsstufe 17 zugeführt werden. Hier wird unter Bildung eines Schwefelkuchens SK der Schwefel aus dem CO2 abgetrennt. Das nun nahezu schwefelfreie CO2 kann als Prozessgas in metallurgischen Verfahren, wie z.B. in Gassperren, verwendet werden oder auch in die Atmosphäre abgegeben werden.
Das gereinigte Synthesegas wir nun nach einer Komprimierung in einem Verdichter 18 der Vorheizung 13 zugeführt, wobei das gereinigte Syntheserohgas unter Nutzung der Abwärme aus dem Syntheserohgas nach Austritt aus dem Umwandlungsreaktor 7 erwärmt wird. Das nunmehr erwärmte Syntheserohgas wird gegebenenfalls einer Feinentschwefelungsstufe 20 zugeführt, wobei in Adsorptionskolonnen auf Basis eines Zinkoxid-Adsorptions- oder eines Aktivkohleverfahrens Schwefel bzw. Schwefelwasserstoff (H2S) abgetrennt wird. Üblicherweise erfolgt diese Adsorptionsbehandlung bei Temperaturen von etwa 200 bis 4000C. Das entschwefelte und heiße Syntheserohgas kann mittels des Wärmetauschers 12 je nach Bedarf weiter erwärmt werden, wobei eine für die nachfolgende chemische Verwertung vorteilhafte Temperatur von etwa 200 bis 4500C eingestellt wird. Für Regelungszwecke kann das verdichtete Exportgas über eine Bypassleitung 21 am Umwandlungsreaktor bzw. am Wärmetauscher 11 vorbeigeführt werden.
Sowohl der Umwandlungsreaktor 7 als auch die Abscheidungseinrichtung 16 benötigen große Mengen an Wasserdampf für den Betrieb. Die Exportgasquelle ist dazu über eine Leitung auch mit einem Dampferzeuger 10 verbunden. Im Dampferzeuger wird mittels der Verbrennungswärme des Exportgases Wasserdampf erzeugt und über Dampfleitungen 9a und 9b dem Umwandlungsreaktor 7 bzw. der Abscheidungseinrichtung 16 zugeführt. Optional können die Dampfleitungen 9a und 9b auch über eine zusätzliche Dampfleitung 9c versorgt werden, wobei dies Wasserdampf betrifft, der aus der Abwärme aus dem metallurgischen Verfahren, der Gasaufbereitung oder dem Syntheseprozess stammt und z.B. mittels Abwärmedampferzeuger unter Verwendung von heißen Prozessmedien erzeugt wurde.
Der Anlagenteil C umfasst neben dem Dampferzeuger 10 auch noch ein Gasbehälter 22 zum Zwischenspeichern des Teils des Exportgases, der für die Verbrennung im Dampferzeuger 10 vorgesehen ist, wobei Mengen- und/oder Heizwertschwankungen im Exportgas ausgeglichen werden können. Für den Fall, dass überschüssiges Exportgas vorliegen sollte kann dies über eine Ableitung 23 auch anderen Zwecken, wie z.B. in Kohletrocknungsanlagen, Feinkohletrocknungsanlagen oder Erztrocknungsanlagen genutzt werden. In der Abscheidungseinrichtung 16 gebildete Kondensate können über eine Kondensatleitung 24 in den Dampferzeuger 10 rückgeführt werden.
Das gereinigte und erhitzte Rohsynthesegas kann z.B. als Ausgangsstoff für die Herstellung von Methan, Methanol, Oxo-Alkohole oder auch Fischer-Tropsch-Brenn- stoffen in chemischen Syntheseprozessen SPrSP4 genutzt werden, wobei jeweils das Rohsynthesegas auf den Syntheseprozess abgestimmt wird. Dazu wird neben dem Druck und der Temperatur vor allem das Mengenverhältnis von CO zu H2 eingestellt. Über eine Spülgasleitung 30 kann Spülgas aus dem Syntheseprozess mit dem weiteren Teil des Exportgases gemischt und dem Gasbehälter 22 zugeführt und in weiterer Folge in dem Dampferzeuger 10 verbrannt werden.
Figur 2 zeigt eine zur Figur 1 ähnliche Anlage, wobei der Anlagenteil A durch eine FINEX®-Schmelzreduktionsanlage gebildet wird. Das im Einschmelzvergaser gebildete Reduktionsgas wird durch die Wirbelschichtreaktoren R1 , R2, R3 und R4 geleitet und strömt dabei entgegengesetzt zur Strömungsrichtung des Feinerzes, das in den Wirbelschichtreaktoren R1 , R2, R3 und R4 reduziert und dann im Einschmelzvergaser 1 erschmolzen wird. Das Reduktionsgas wird am Wirbelschichtreaktor R4 als Offgas OG abgezogen, in einem Wärmetauscher 29 gekühlt und nach einer Entstaubung als Exportgas zur Verfügung gestellt. Das Tailgas einer CO2-Entfernungsanlage 28, wie z.B. einer Druckwechseladsorptionsanlage (PSA oder VPSA-Anlage), kann gemeinsam mit Exportgas dem Gasbehälter 22 zugeführt und zur Wasserdampferzeugung im Dampferzeuger 10 genutzt werden.
Figur 3 zeigt eine im Prinzip gleiche Anlage, wobei der Anlagenteil A durch einen Hochofen mit angeschlossenen Versorgungsaggregaten gebildet wird. Das Topgas aus dem Hochofen 25 wird zunächst in einer Trockenentstaubung 26 entstaubt, gegebenenfalls anschließend in einer Nassentstaubung 27 weiter gereinigt und als Exportgas für den Anlagenteil B bzw. C zur Verfügung gestellt. Zusätzlich kann das Tailgas einer CO2- Entfernungsanlage 28 ebenfalls zusammen mit Exportgas dem Gasbehälter 22 zugeführt und zur Wasserdampferzeugung im Dampferzeuger 10 genutzt werden. Bezugszeichenhste
1 Einschmelzvergaser
2 Reduktionsaggregat
3 Trockenentstaubung
4 Nassentstaubung
5 Abwärmerückgewinnung
6 Verdichter
7 Umwandlungsreaktor
8 Teerentfernungseinrichtung
9 Dampfleitung
10 Dampferzeuger
1 1 Wärmetauscher
12 Wärmetauscher
13 Vorheizung
14 Wasserkühler
15 Abwärmedampferzeugers
16 Abscheidungseinrichtung
17 Entschwefelungsstufe
18 Verdichter
19 Rohgasleitung
20 Feinentschwefelungsstufe
21 Bypassleitung
22 Gasbehälter
23 Ableitung
24 Kondensatleitung
25 Hochofen
26 Trockenentstaubung
27 Nassentstaubung
28 CO2-Entfernungsanlage
29 Wärmetauscher
30 Spülgasleitung

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Erzeugung eines Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO) enthaltenden Gases, als Ausgangsstoff für eine chemische Verwertung in Synthese- Prozessen auf der Basis von Exportgas aus einem metallurgischen Verfahren, wobei zumindest ein Teil des Exportgases in einem Umwandlungsreaktor unter Zusatz von Wasserdampf einer CO-Konvertierung unterworfen und Syntheserohgas mit einem definierten Mengenverhältnis H2 zu CO gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Dampferzeuger gebildeter Wasserdampf dem Umwandlungsreaktor zur CO-Konvertierung des Exportgases zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das metallurgische Verfahren ein Schmelzreduktionsverfahren ist, das mittels eines Hochofens oder mittels eines Einschmelzvergasers, der im Verbund mit zumindest einem Reduktionsaggregat, insbesondere einem Reduktionsschacht oder einem Wirbelschichtreaktor, arbeitet, betrieben wird, wobei eisenoxidhältige Rohstoffe, insbesondere Eisenerze, Pellets oder Sinter, und Zuschlagstoffe unter Bildung eines Reduktionsgases reduziert und in weiterer Folge zu flüssigem Roheisen erschmolzen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Exportgas aus Topgas aus einem Hochofen oder einem Reduktionsschacht oder aus Offgas aus einem Wirbelschichtreaktor oder aus Überschussgas aus einem Einschmelzvergaser oder aus Mischungen dieser Gase gewonnen wird.
4. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserdampf im Dampferzeuger durch die Verbrennung zumindest eines weiteren Teils des Exportgases und/oder durch die Nutzung von Abwärme aus dem metallurgischen Verfahren und/oder aus der CO-Konvertierung und/oder aus den Synthese- Prozessen erzeugt wird.
5. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Topgas und/oder Offgas, insbesondere trocken, entstaubt und/oder mittels einer Nassentstaubung gereinigt, gegebenenfalls mittels eines Abwärmedampferzeugers oder eines Wärmetauschers gekühlt und als Exportgas zur Verfügung gestellt wird.
6. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Exportgas vor dessen Zufuhr in den Umwandlungsreaktor oder nach dessen Abfuhr aus dem Umwandlungsreaktor mittels eines Verdichters, gegebenenfalls nach einer Abtrennung von polyaromatischen Kohlenwasserstoffen aus dem Exportgas, verdichtet wird.
7. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die CO-Konvertierung, gegebenenfalls nach einer Erwärmung des Exportgases, insbesondere bei 300-4500C, erfolgt.
8. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Syntheserohgas mittels eines oder mehreren als Vorwärmaggregat betriebenen Wärmetauschers, und/oder mittels eines Wasserkühlers und/oder mittels eines Abwärmedampferzeugers, zur Einstellung der Temperatur gekühlt wird.
9. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Syntheserohgas zunächst gekühlt und dann einem Abscheidungsverfahren, insbesondere einem Absorptionsverfahren, bevorzugt einer physikalischen Absorption oder einer chemischen Absorption oder einer physikalisch/chemischen Absorption, zugeführt wird, in dem Schwefel und CO2 aus dem Syntheserohgas zumindest teilweise, insbesondere weitgehend vollständig, abgeschieden werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das im Abscheidungsverfahren behandelte Syntheserohgas, insbesondere auf eine Temperatur von 200 bis 4000C, erwärmt und in einer Feinentschwefelungsstufe, insbesondere mittels Zinkoxid oder Aktivkohle, entschwefelt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beim Kühlen des Syntheserohgases im Wärmetauscher anfallende Abwärme zur Erwärmung des im Abscheidungsverfahren behandelten Syntheserohgases genutzt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der beim Kühlen im Abwärmedampferzeuger anfallende Wasserdampf dem Umwandlungsreaktor zur Nutzung in der CO-Konvertierung zugeführt wird.
13. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das, insbesondere im Abscheidungsverfahren behandelte, Syntheserohgas mittels eines Wärmetauschers auf eine Temperatur von 200 bis 4500C erwärmt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Syntheserohgas, gegebenenfalls vor der weiteren Feinentschwefelungsstufe und/oder vor dem Syntheseprozess, mittels eines Kompressors verdichtet wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der abgeschiedene Schwefel in einer Schwefelregenerationseinrichtung vom abgeschiedenen CO2 abgetrennt wird, wobei das verbleibende CO2 im metallurgischen Verfahren an Stelle von Stickstoff, insbesondere für Gassperren zur Atmosphäre, genutzt wird.
16. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Teil des Exportgases vor dessen Verbrennung im Dampferzeuger zum Ausgleich von Mengen- und/oder Heizwertschwankungen im Exportgas in einem Gasbehälter zwischengespeichert wird.
17. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Exportgases zur Nutzung als Brenngas in anderen Heizeinrichtungen ausgeschleust wird.
18. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mengenverhältnis H2 zu CO und/oder der Druck und/oder die Temperatur des Syntheserohgases in Abhängigkeit vom Syntheseprozess, in dem das Syntheserohgas verarbeitet wird, eingestellt wird.
19. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des im Dampferzeuger gebildeten Wasserdampfes als Energieträger dem Abscheidungsverfahren zugeführt wird, wobei ein thermisches Austreiben des CO2 aus der im Abscheidungsverfahren verwendeten Absorptionsflüssigkeit erfolgt.
20. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mengenverhältnis H2 zu CO im Exportgas durch den Zusatz von Wasser und/oder Wasserdampf in das metallurgische Verfahren beeinflusst und damit an einen nachfolgenden Syntheseprozess angepasst wird.
21. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Tailgas einer CO2-Entfernungseinrichtung des metallurgischen Verfahrens mit dem weiteren Teil des Exportgases gemischt und im Dampferzeuger verbrannt wird.
22. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Spülgas aus dem Syntheseprozess mit dem weiteren Teil des Exportgases gemischt und im Dampferzeuger verbrannt wird.
23. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Abwärme aus dem metallurgischen Verfahren zur Herstellung von Wasserdampf genutzt und der dabei erzeugte Wasserdampf dem Umwandlungsreaktor und/oder dem Abscheidungsverfahren zugeführt wird.
24. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich oder anstelle des Exportgases partiell oxidierte Kohlenwasserstoffe, insbesondere Erdgas, Asphalt, Kohle oder Naphta, verwendet werden.
25. Vorrichtung zur Erzeugung eines Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO) enthaltenden Gases, als Ausgangsstoff für die chemische Verwertung in Synthese- Prozessen, auf der Basis von Exportgas aus einem metallurgischen Verfahren, mit zumindest einem Umwandlungsreaktor (7), zumindest einem Dampferzeuger (10) und zumindest einer Exportgasquelle, dadurch gekennzeichnet, dass die Exportgasquelle leitungsmäßig mit dem Umwandlungsreaktor (7) verbunden ist, sodass zumindest ein Teil des Exportgases im Umwandlungsreaktor (7) unter Zusatz von Wasserdampf einer CO-Konvertierung unterworfen werden kann, unter Bildung eines Syntheserohgases mit einem definierten Mengenverhältnis H2 zu CO, und die Exportgasquelle weiters leitungsmäßig mit dem Dampferzeuger (10) verbunden ist, sodass ein weiterer Teil des Exportgases im Dampferzeuger (10) unter Bildung von Wasserdampf zumindest teilweise verbrannt und der gebildete Wasserdampf über eine Dampfleitung (9a) dem Umwandlungsreaktor (7) zugeführt werden kann.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abscheidungs- einrichtung (16) zum Abscheiden von Schwefel und CO2 aus dem Syntheserohgas vorgesehen ist, die über eine Rohgasleitung (19) mit dem Umwandlungsreaktor (7) verbunden ist.
27. Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dampfleitung (9b), die vom Dampferzeuger (10) zur Abscheidungseinrichtung (16) führt, vorgesehen ist, sodass der Abscheidungseinrichtung (16) Wasserdampf zugeführt werden kann.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kühlung des aus dem Umwandlungsreaktor (7) abgeleiteten Syntheserohgases in der Rohgasleitung (19) ein Wärmetauscher (12) und/oder eine Vorheizung (13) und/oder ein Wasserkühler (14) und/oder ein Abwärmedampferzeuger (15) vorgesehen ist bzw. sind.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feinentschwefelungsstufe (20), insbesondere auf Basis von Zinkoxid oder Aktivkohle, zur Abscheidung von Restschwefel aus dem bereits in der Abscheidungs- einrichtung (16) behandelten Syntheserohgas vorgesehen ist.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Verdichter (6), insbesondere ein ein- oder mehrstufiger Kompressor, zur Verdichtung des Exportgases vor dem Einleiten in den Umwandlungsreaktor (7) und/oder ein Verdichter (18) zur Verdichtung des Syntheserohgases vor dem Einleiten in die Abscheidungseinrichtung (16) oder in die Entschwefelungsstufe (20) vorgesehen sind bzw. ist.
31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidungseinrichtung (16) leitungsmäßig mit der Feinentschwefelungsstufe (20) verbunden ist, wobei diese Verbindung gegebenenfalls durch die Vorheizung (13) führt, sodass das Syntheserohgas vor dessen Einleitung in die Feinentschwefelungsstufe (20) erhitzt werden kann.
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Schwefelregenerationseinrichtung (17), zur Regeneration von Schwefel aus dem in der Abscheidungseinrichtung abgeschiedenen Gemisch aus Schwefel und CO2 vorgesehen ist.
33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Exportgasquelle eine Schmelzreduktionsanlage ist und insbesondere einen Hochofen (25) oder einen Einschmelzvergaser (1 ) mit zumindest einem Reduktionsaggregat (2, R1 , R2, R3, R4) umfasst.
34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsaggregat als Hochofen (25) oder als Reduktionsschacht (2) oder als Wirbelschichtreaktor (R1 ) oder als zumindest zwei in Serie geschaltete Wirbelschichtreaktoren (R1 , R2, R3, R4) ausgebildet ist.
35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gasbehälter (22) zum Zwischenspeichern des weiteren Teils des Exportgases vor dessen Verbrennung im Dampferzeuger (10) vorgesehen ist, sodass Mengen- und/oder Heizwertschwankungen im Exportgas ausgeglichen werden können.
36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass eine Teerentfernungseinrichtung (8) zum Entfernen von polyaromatischen Kohlenwasserstoffen aus dem Exportgas vorgesehen ist, die in der Verbindungsleitung zwischen der Exportgasquelle und dem Umwandlungsreaktor (7) angeordnet ist.
37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 36 dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärmerückgewinnung (5) und/oder der Wärmetauscher (12) und/oder der Vorheizer (13) zur Erzeugung von Wasserdampf vorgesehen sind und leitungsmäßig mit dem Umwandlungsreaktor (7) verbunden sind, sodass gebildeter Wasserdampf dem Umwandlungsreaktor (7) zugeführt werden kann.
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