WO2010079050A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von roheisen oder flüssigen stahlvorprodukten - Google Patents

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WO2010079050A1
WO2010079050A1 PCT/EP2009/067109 EP2009067109W WO2010079050A1 WO 2010079050 A1 WO2010079050 A1 WO 2010079050A1 EP 2009067109 W EP2009067109 W EP 2009067109W WO 2010079050 A1 WO2010079050 A1 WO 2010079050A1
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gas
export
reducing gas
reduction
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PCT/EP2009/067109
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Inventor
Robert Millner
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Siemens Vai Metals Technologies Gmbh & Co
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    • C21B13/0013—Making spongy iron or liquid steel, by direct processes obtaining iron or steel in a molten state introduction of iron oxide into a bath of molten iron containing a carbon reductant
    • C21B13/002—Reduction of iron ores by passing through a heated column of carbon
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    • C21B2100/00—Handling of exhaust gases produced during the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/40—Gas purification of exhaust gases to be recirculated or used in other metallurgical processes
    • C21B2100/44—Removing particles, e.g. by scrubbing, dedusting

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for producing pig iron or liquid steel precursors in a molten zone, wherein iron-ore-containing starting materials and optionally additives in a reduction zone by means of a reducing gas at least partially reduced, subsequently introduced into the molten zone and feeding carbon carriers, in particular coke and / or coal, and oxygen-containing gas and are melted to form the reducing gas, wherein the reducing gas formed is fed to the reduction zone and reacted there and optionally withdrawn after purification as export gas.
  • the export gas in a conversion reactor with the addition of water vapor and / or water of a carbon monoxide conversion (CO conversion) is subjected.
  • a defined quantitative ratio H 2 is set to CO and at least part of it is recirculated as modified reducing gas into the reduction zone and / or the melt zone initiated.
  • top gas The withdrawn reducing gas from a blast furnace or a reduction shaft is referred to as top gas and from a fluidized bed reactor as offgas.
  • export gas The terms were summarized under the collective term export gas.
  • a so-called surplus gas can be generated, which is also withdrawn and can be used together with export gas.
  • reducing gas from the smelting unit can be used together with export gas.
  • a conversion is carried out, wherein the ratio of carbon monoxide (CO) to hydrogen (H 2 ) in a so-called CO conversion is adjusted with the addition of water vapor and / or water and by means of catalysts.
  • the reducing gas can be modified in such a way that it can again be introduced into the reduction zone and / or into the melting zone and used again for reduction or as energy carrier. It is advantageous that the use of the reducing gas can be improved in the reduction process, so that the necessary amount of carbon carriers can be reduced to produce reducing gas in the melting zone. On the one hand, a lower hydraulic load in the reduction zone and / or the melt zone is possible due to the lower density of hydrogen-rich gas.
  • the recycling of the hydrogen-rich reducing gas into the reduction zone and / or the melting zone has the advantage over entry into another reduction unit that the better reduction kinetics of hydrogen-rich gas can already be used in the melting zone or the reduction zone to increase productivity. Furthermore, it is not absolutely necessary to operate a separate reduction unit for generating directly reduced iron, whereby investment costs for the elimination of the parallel reduction shaft including edge components (scrubber, water system, etc.) can be saved.
  • the export gas is cooled and purified, in particular dedusted, and / or compressed and / or reheated prior to CO conversion, in particular using the waste heat of the modified reducing gas to adjust the process temperature for the CO conversion.
  • purified export gas since this contains considerable amounts of solids, such as e.g. Has dusts.
  • the purified export gas is then, if necessary, reheated to the temperatures required for CO conversion. This rewarming can be carried out particularly advantageously by means of the waste heat from the modified reducing gas, since heat is released during the CO conversion.
  • the export gas is hot-cleaned prior to the CO conversion, in particular dry-dedusted, and / or cooled or heated to adjust the gas temperature of the CO conversion.
  • Hot cleaners make a reheat almost unnecessary or reduce the energy required.
  • the modified reducing gas is first cooled prior to its introduction into the reduction zone and / or the melting zone and the deposition in a separation process, in particular an adsorption or absorption process, takes place, wherein carbon dioxide (CO 2 ) from the modified reducing gas is at least partially separated and discharged as tail gas.
  • CO 2 carbon dioxide
  • the CO 2 -rich stream from the CO 2 separation process is discharged as tail gas.
  • the CO 2 and the water vapor must be removed as the reduction potential is reduced by the CO 2 and water vapor.
  • Adsorption and absorption processes have proven to be advantageous, wherein the deposited CO 2 is removed as so-called tail gas. This can be fed to a sequestration or a further treatment but can also be released into the atmosphere in the case of adsorption processes.
  • At least part of the modified reducing gas in particular after a separation of CO 2 and H 2 O from the modified reducing gas, mixed with reducing gas from the melting zone and, in particular after dedusting, fed to the reduction zone.
  • At least part of the modified reducing gas in particular after removal of CO 2 and H 2 O from the modified reducing gas, heated, optionally mixed with dedusted reducing gas from the melting zone and fed to the reduction zone.
  • modified reducing gas By additional heating and larger amounts of modified reducing gas can be introduced into the reduction zone, in particular, the necessary for the reduction conditions high gas temperatures can be adjusted.
  • high gas temperatures can be adjusted.
  • the heating of the reducing gas take place predominantly in an indirect heat exchanger, since the disadvantages of metal dusting corrosion due to the high H 2 content, in particular in conjunction with an addition of H 2 S or other sulfur compounds can be avoided before the heat exchanger.
  • a part of the reducing gas generated in the melting zone optionally after a purification, mixed with export gas and fed to the conversion reactor.
  • the composition of the gas mixture can be adjusted as a whole and not just the of the export gas, so that a modified reducing gas with a high degree of reduction can be set.
  • the density of the reducing gas is reduced by the mixture with the hydrogen-rich gas, which is formed by CO conversion and by removing H 2 O or CO 2 . This creates the opportunity to send more reducing gas at the same differential pressure through the reduction unit and thus to achieve a higher production output and a higher metallization of directly reduced iron.
  • the temperature control in the reduction reactor can be controlled because the reduction of iron oxides over CO is predominantly exothermic, while that over H 2 is predominantly endothermic.
  • a portion of the reducing gas generated in the melting zone optionally after purification, and optionally after mixing with export gas and / or tail gas, discharged as a combustible gas mixture from the process.
  • Excess gases that can no longer be supplied to the reduction zone are provided as combustible gas mixtures for other uses, in particular their energy content is used by combustion. It is advantageous to initially store such gases while compensating their composition, since in particular the tail gas has a strongly fluctuating composition.
  • a portion of the export gas is fed to an expansion turbine for utilizing the pressure energy of the export gas.
  • the expansion turbine By the expansion turbine, the energy balance of the process can be improved overall.
  • the device according to the invention provides that at least part of the export gas from a reduction unit can be fed by means of an export gas line into a conversion reactor for CO conversion.
  • the export gas is treated with the addition of water vapor and / or water, with a defined ratio H 2 to CO can be set in the export gas.
  • This can be introduced via a feed line as a modified reducing gas in the reduction zone and / or in the molten zone.
  • By recycling the modified reducing gas it is possible to reduce the need for carbon carriers in the smelting plant to produce reducing gas.
  • the plant components can be kept compact and the amount of export gas produced is reduced, so that the facilities for processing export gas discharged from the process can also be carried out more cost-effectively.
  • a compressor in particular a single-stage or multistage compressor, and / or an entry for injecting steam and / or for injecting water into the export gas is provided in the export gas line.
  • the pressure necessary for the injection of the reducing gas into the process reactors or into the supplying process gas lines can be adjusted.
  • About the entry of water vapor and / or water for the CO conversion can be introduced into the export gas.
  • a possible variant of the device according to the invention provides that in the export gas line a cooling device, in particular a heat exchanger, for cooling and / or a cleaning device, in particular a wet cleaning, for cleaning the export gas before the CO conversion is / are provided.
  • the export gas must first be cleaned due to fine-particulate solids and dusts that are discharged with the export gas from the reduction unit. Wet cleaning has the advantage that the solids and dusts are safely separated.
  • cooling may take place by means of a heat exchanger upstream of the cleaning device, it being possible to use the energy dissipated in the process.
  • a heat exchanger for heating the export gas is optionally provided using the waste heat of the modified reducing gas and / or an entry for blowing steam and / or for injecting water into the export gas in the export gas line.
  • the necessary for the CO conversion temperature can be adjusted. Again, efficient heating is achieved by using the hot modified reducing gas for heating.
  • a dry dedusting for cleaning the hot export gas before the CO conversion is provided in the export gas line.
  • dry dedusting such as a hot gas filter
  • only a small or even no cooling of the export gas before dedusting is necessary.
  • the energy content of the export gas can be used for the subsequent CO conversion, so that consuming facilities for heating can be omitted.
  • one or more coolers are provided in the reducing gas line for cooling the modified reducing gas, for condensing and for discharging water vapor.
  • the pressure of the gas already treated in the conversion reactor can be adjusted for subsequent treatment steps and water vapor can be discharged from the modified reduction gas.
  • This also applies to its temperature, which can be reduced accordingly. This is necessary for customary CO 2 separation processes, for example processes which operate on the basis of the adsorption or absorption principle, and are therefore operated only at low inlet temperatures.
  • a cooling gas line which leads from the reducing gas line to one from the melting point.
  • aggregate opening generator gas line leads, so that at least a subset of modified export gas mixed with reducing gas from the melting unit and a dedusting, in particular a cyclone, can be supplied.
  • the modified reducing gas can be further processed together with the reducing gas from the melting unit, that is dedusted and subsequently fed to the reduction unit, so that a nearly homogeneous mixture is achieved with a largely constant composition of the reducing gas.
  • the reduction unit is designed as a shaft of a blast furnace or as a reduction shaft or as a fluidized bed reactor.
  • Such aggregates have proven to be advantageous in the reduction of iron ore-containing feedstocks by means of reducing gases.
  • the melting unit is designed as a lower part of a blast furnace or melter gasifier.
  • the melting unit fulfills two tasks, namely to melt pre-reduced iron-containing feedstocks and to gasify carbon carriers to form the reducing gas.
  • the generator gas line opens into the reducing gas line, so that modified export gas and / or reducing gas can be introduced from the melting unit in the reduction unit / can. Due to the mixture with, in particular already dedusted reducing gas from the melting unit, the composition of the reducing gas, which is introduced into the reduction unit, be influenced and thus a sufficient reduction potential of the reducing gas can be ensured.
  • an excess gas line is provided which leads from the generator gas line to the export gas line, wherein in the excess gas line, a cleaning device, in particular a wet cleaning, is provided for dedusting.
  • the reducing gas can be supplied together with the advantageous also purified export gas to the conversion reactor.
  • the mixture of the reducing gas and the export gas, optionally together with tail gas from the CO 2 -Abborgungs- device can be derived from the process and, for example, a thermal utilization.
  • a possible variant of the device according to the invention provides that in the export gas discharge an expansion turbine for the use of the pressure energy of the export gas is provided. By means of the expansion turbine, the pressure energy of the export gas can be used and used for energy production.
  • Fig. 1 Inventive embodiment with a blast furnace
  • Fig. 2 Inventive embodiment with a melting unit and connected in series fluidized bed reactors
  • FIG. 1 shows the device according to the invention.
  • iron ore-containing feedstocks ES and additives ZS are at least partially reduced by means of a reducing gas and then introduced into the melting zone 2, ie into the lower part of the blast furnace and melted into pig iron or steel precursors.
  • a reducing gas is formed, which after the reduction in the reduction zone withdrawn as export gas via an export gas line 4a and first pre-cleaned in a dry dedusting 21 and then further purified in a wet scrubber 22.
  • the export gas is subsequently compressed by a compressor 7 and further heated in a heat exchanger 12 and set the process temperature for the conversion reactor 5.
  • water vapor and / or water via an entry 8 is a CO conversion, wherein the ratio of CO to H 2 is set.
  • the generated CO 2 and still partially present H 2 O is separated by means of heat exchangers or by means of a condenser and a CO 2 capture device and discharged as a tail gas TG via a Tailgas Ober 23.
  • the tail gas TG can also be used for heating modified reducing gas in the heating device 20, wherein the tail gas is at least partially combusted while supplying air and / or top gas.
  • the heater 20 may also be formed as a heat exchanger (eg, gas-gas type).
  • the treated in the conversion reactor 5 export gas can be cooled before the CO 2 capture in a heat exchanger 12, the waste heat can be used to heat the export gas prior to its introduction into the conversion reactor 5.
  • the modified reducing gas is first cooled by means of a cooler 14.
  • the modified reducing gas is reintroduced into the reduction zone. This can be done directly in the blast furnace shaft 25 or via lances which project into the nozzles for the injection of oxygen-containing gas, in particular> 80% O 2 .
  • the modified reducing gas is to be heated by means of a heating device 20 before it is introduced into the reduction zone.
  • the heater can be heated by combustion of tail gas with the addition of air.
  • excess Export gas can also be supplied to an expansion turbine 19 using the pressure energy of the export gas.
  • the excess export gas and tail gas can be cached. This also compensates the composition of the gas mixture, since the tail gas has a strongly fluctuating composition.
  • Fig. 2 shows the invention in a plant with a melting unit 2 and four series-connected fluidized bed reactors R1, R2, R3 and R4, in which there is an at least partial reduction of the starting materials.
  • These reduced feedstocks can be hot compacted (HCl) and further processed in the smelting unit or partly in a further smelting unit to increase power or to reduce reductants by feeding lumped coal SK or briquetted coal BK, optionally in combination with the pulverized coal injection.
  • the treatment of the export gas which is withdrawn from the fluidized bed reactor R1, optionally comprises cooling in a heat exchanger 10 and a binding dedusting, in particular a wet cleaning, in a cleaning device 11.
  • a compression by means of a compressor 7 and a heating by means of a heat exchanger 12 takes place with the addition of water vapor and / or water via an entry 8, the CO conversion in the conversion reactor 5.
  • a portion of the modified reducing gas can after the deposition of CO 2 and H 2 O, especially for cooling purposes mixed with reducing gas from the melter 2 and after a Dedusting the fluidized bed unit R1 or a feed tank 27 are supplied.
  • the temperature of the modified reducing gas and of the reducing gas can likewise be influenced via a cooling gas line 15, which may have a cleaning device and a compressor. Furthermore, if necessary, the modified reducing gas can also be heated by means of a heating device 20.
  • the gas mixture of export gas and reducing gas from the smelting unit 2 can in the Exported gas line 4b and thus also supplied to the conversion reactor.
  • Tail gas TG from the CO 2 separation device or top gas or offgas and / or excess gas can be supplied to the heating device 20 by means of connection lines 13a, 13b and at least partially burned therein and thus used to heat the modified reduction gas.
  • Excess export gas can be fed via a line 4c to an expansion turbine 19 and homogenized in a collecting tank 26.
  • Figures 3 and 4 show the invention in a plant comprising a melting unit 2 and a reduction unit 1, which is designed as a reduction shaft.
  • the reduction unit 1 lumpy ores or pellets are reduced at least partially to directly reduced iron (HDRI).
  • the HDRI can, if appropriate with the addition of compacted directly reduced iron (CDRI), be melted in the smelting unit 2 with the addition of coal K and fine-particle ore FE to form pig iron RE.
  • CDRI compacted directly reduced iron
  • the inventive features are implemented here analogously to the embodiments shown in Figures 1 and 2.

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Abstract

Gezeigt werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten, wobei elsenerzhältige Einsatzstoffe und gegebenenfalls Zuschlagsstoffe in einer Reduktionszone (1) mittels eines Reduktionsgases zumindest teilweise reduziert, in weiterer Folge in eine Schmelzzone (2) eingebracht und unter Zufuhr von Kohlenstoffträgern, insbesondere Koks und/oder Kohle, und sauerstoffhältigem Gas und unter Bildung des Reduktionsgases erschmolzen werden. Das dabei gebildete Reduktionsgas wird der Reduktionszone (1) zugeführt und dort umgesetzt und gegebenenfalls nach einer Reinigung als Exportgas abzogen. Ein Teil des Exportgases wird in einem Umwandlungsreaktor (5) unter Zusatz von Wasserdampf und/oder Wasser einer CO-Konvertierung unterworfen, wobei ein definiertes Mengenverhältnis H2 zu CO eingestellt, CO2 zumindest teilweise abgeschieden und ein Teil davon als modifiziertes Reduktionsgas in die Reduktionszone (1) und/oder in die Schmelzzone (2) eingeleitet wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten in einer Schmelzzone, wobei eisenerzhältige Einsatzstoffe und gegebenenfalls Zuschlagsstoffe in einer Reduktionszone mittels eines Reduktionsgases zumindest teilweise reduziert, in weiterer Folge in die Schmelzzone eingebracht und unter Zufuhr von Kohlenstoffträgern, insbesondere Koks und/oder Kohle, und sauerstoffhaltigem Gas und unter Bildung des Reduktionsgases erschmolzen werden, wobei das gebildete Reduktionsgas der Reduktionszone zugeführt und dort umgesetzt und gegebenenfalls nach einer Reinigung als Exportgas abzogen wird.
Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass Reduktionsgase hinsichtlich Ihrer Zusammensetzung modifiziert werden können. Aus der US 3,909,244 ist zu entnehmen, dass Reduktionsgas aus einem Erdgasreformer derart behandelt wird, dass der Wasserstoffgehalt erhöht wird. Die Nutzung des Reduktionsgases wird aber nicht näher erläutert.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die ein effizienteres Schmelzreduktionsverfahren ermöglicht, wobei insbesondere die Nutzung des Reduktionsgases verbessert wird.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 1 und durch die Vorrichtung nach Anspruch 10 gelöst.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird zumindest ein Teil des Exportgases in einem Umwandlungsreaktor unter Zusatz von Wasserdampf und/oder Wasser einer Kohlenmonoxid-Konvertierung (CO-Konvertierung) unterworfen. Dabei wird im Exportgas ein definiertes Mengenverhältnis H2 zu CO eingestellt und zumindest ein Teil davon als modifiziertes Reduktionsgas erneut in die Reduktionszone und/oder die Schmelzzone eingeleitet. Durch diese Maßnahme kann das verbrauchte Reduktionsgas, das in der Reduktionszone bereits zur Reduktion genutzt wurde, aus der Reduktionszone abgezogen werden.
Das abgezogene Reduktionsgas aus einem Hochofen oder einem Reduktionsschacht wird als Topgas und aus einem Wirbelschichtreaktor als Offgas bezeichnet. Die Begriffe wurden unter dem Sammelbegriff Exportgas zusammengefasst. Zusätzlich kann aufgrund der Druckregelung in der Schmelzzone ein sogenanntes Überschussgas anfallen, das ebenfalls abgezogen wird und gemeinsam mit Exportgas genutzt werden kann. Ebenso kann Reduktionsgas aus dem Schmelzaggregat gemeinsam mit Exportgas genutzt werden.
In einer nachfolgenden Behandlung in einem Umwandlungsreaktor erfolgt eine Umwandlung, wobei das Verhältnis von Kohlenmonoxid (CO) zu Wasserstoff (H2) in einer sogenannten CO-Konvertierung unter Zusatz von Wasserdampf und/oder Wasser und mittels Katalysatoren eingestellt wird. Dabei kann das Reduktionsgas derart modifiziert werden, dass es wieder in die Reduktionszone und/oder in die Schmelzzone eingebracht und erneut zur Reduktion bzw. als Energieträger genutzt werden kann. Vorteilhaft ist dabei, dass die Nutzung des Reduktionsgases im Reduktionsprozess verbessert werden kann, sodass die nötige Menge an Kohlenstoffträgern zur Erzeugung von Reduktionsgas in der Schmelzzone reduziert werden kann. Einerseits ist aufgrund der geringeren Dichte von wasserstoffreichem Gas eine geringere hydraulische Belastung in der Reduktionszone und/oder der Schmelzzone möglich. Dadurch kann entweder mit einer vorgegebenen Anlagengröße eine größere Produktivität erzielt werden oder es ist für eine vorgegebene Produktionskapazität eine kleinere Anlage erforderlich. Andererseits ergeben sich Vorteile aufgrund der Reduktionskinetik, da die chemischen Reaktionen von Eisenoxidkomponenten (Fe2O3, Fe3O4, FeO, etc.) mit H2 wesentlich rascher ablaufen als mit CO. Bei der Rückführung des modifizierten Reduktionsgases erfolgt eine Mischung mit Reduktionsgas aus der Schmelzzone, sodass die Zusammensetzung des Reduktionsgases besser eingestellt werden kann. Vorteilhaft ist dabei die unmittelbare Rückführung des modifizierten Reduktionsgases. Die Rückführung des wasserstoffreichen Reduktionsgases in die Reduktionszone und/oder die Schmelzzone hat gegenüber dem Eintrag in ein anderes Reduktionsaggregat den Vorteil, dass die bessere Reduktionskinetik von wasserstoffreichem Gas bereits in der Schmelzzone bzw. der Reduktionszone zur Produktivitätserhöhung genutzt werden kann. Des Weiteren ist es nicht unbedingt erforderlich ein separates Reduktionsaggregat zur Erzeugung von direkt reduziertem Eisen zu betreiben, wodurch Investitionskosten für den Entfall des parallelen Reduktionsschachtes inkl. Randkomponenten (Wäscher, Wassersystem, etc.) eingespart werden können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Exportgas vor der CO-Konvertierung gekühlt und gereinigt, insbesondere entstaubt, und/oder verdichtet und/oder, insbesondere unter Nutzung der Abwärme des modifizierten Reduktionsgases, zur Einstellung der Prozesstemperatur für die CO-Konvertierung wiedererwärmt. Für die CO-Konvertierung ist es vorteilhaft nur gereinigtes Exportgas zu verwenden, da dieses erhebliche Anteile an Feststoffen, wie z.B. Stäuben aufweist. Für manche Reinigungsverfahren, wie z.B. bei Nassreinigungsverfahren, ist es nötig das heiße Exportgas zunächst zu kühlen. Das gereinigte Exportgas wird dann, soweit nötig, wiedererwärmt auf die für die CO-Konvertierung nötigen Temperaturen. Besonders vorteilhaft kann diese Wiedererwärmung mittels der Abwärme aus dem modifizierten Reduktionsgas erfolgen, da bei der CO Konvertierung Wärme frei gesetzt wird.
Erfindungsgemäß wird das Exportgas vor der CO-Konvertierung heiß gereinigt, insbesondere trocken entstaubt, und/oder zur Einstellung der Gastemperatur der CO- Konvertierung gekühlt oder erwärmt. Heißreinigungen machen eine Wiedererwärmung nahezu unnötig oder reduzieren den dabei benötigten Energieaufwand. Bei besonders heißem Exportgas ist es sogar möglich, vollständig auf eine Wiedererwärmung zu verzichten bzw. nur durch Kühlung eine für die CO-Konvertierung nötige Temperatur einzustellen.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das modifizierte Reduktionsgas vor dessen Einleitung in die Reduktionszone und/oder die Schmelzzone zunächst gekühlt und die Abscheidung in einem Abschei- dungsverfahren, insbesondere einem Adsorptions- oder Absorptionsverfahren, erfolgt, wobei Kohlendioxid (CO2) aus dem modifizierten Reduktionsgas zumindest teilweise abgeschieden und als Tailgas abgeführt wird. Durch die Kühlung vor dem CO2 Abscheidungsverfahren wird auch der überwiegende Anteil an Wasserdampf auskondensiert bzw. abgeschieden.
Der CO2-reiche Strom aus dem CO2 Abscheidungsverfahren wird als Tailgas abgeführt. Das CO2 und der Wasserdampf müssen entfernt werden, da das Reduktionspotential durch das CO2 und den Wasserdampf reduziert wird. Adsorption- und Absorptionsverfahren haben sich dabei als vorteilhaft erwiesen, wobei das abgeschiedene CO2 als sogenanntes Tailgas abgeführt wird. Dieses kann einer Sequestrierung oder einer weiteren Behandlung zugeführt aber auch im Falle von Adsorptionsverfahren in die Atmosphäre abgegeben werden.
Aufgrund der geringen Betriebskosten haben sich Adsorptionsverfahren, wie Vakuum- Druckwechselanlagen und Druckwechselanlagen bei Roheisenerzeugungsanlagen bewährt. Bei diesen Anlagen wird durch die Erhöhung des H2/CO Verhältnisses auch die Produktgasausbeute erhöht, weil die Adsorptionskräfte von Wasserstoff (H2) wesentlich geringer sind als von Kohlenmonoxid (CO) und Stickstoff (N2) und somit für Wasserstoff (H2) eine höhere Produktausbeute erzielt werden kann. Letztere Eigenschaft ermöglicht unter anderem die Trennung von H2 und N2 und somit eine Ausschleusung von N2 aus dem Recyclegasstrom.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zumindest ein Teil des modifizierten Reduktionsgases, insbesondere nach einer Abscheidung von CO2 und H2O aus dem modifizierten Reduktionsgas, mit Reduktionsgas aus der Schmelzzone gemischt und, insbesondere nach einer Entstaubung, der Reduktionszone zugeführt. Durch die Mischung mit dem Reduktionsgas aus der Schmelzzone kann einerseits die Zusammensetzung, aber auch die Temperatur des Gasgemisches, das in die Reduktionszone eingebracht wird, eingestellt bzw. angepasst werden.
Nach einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zumindest ein Teil des modifizierten Reduktionsgases, insbesondere nach einer Abscheidung von CO2 und H2O aus dem modifizierten Reduktionsgas, erwärmt, gegebenenfalls mit entstaubtem Reduktionsgas aus der Schmelzzone gemischt und der Reduktionszone zugeführt. Durch eine zusätzliche Erwärmung können auch größere Mengen an modifiziertem Reduktionsgas in die Reduktionszone eingebracht werden, wobei insbesondere die für die Reduktionsbedingungen nötigen hohen Gastemperaturen eingestellt werden können. Darüber hinaus kann durch die Erhöhung des H2/CO- Verhältnisses die Aufheizung des Reduktionsgases überwiegend in einem indirekten Wärmetauscher erfolgen, da die Nachteile einer Metal Dusting Korrosion durch den hohen H2-Gehalt, insbesondere in Verbindung mit einer Zugabe von H2S oder anderen Schwefelverbindungen vor dem Wärmetauscher vermieden werden können.
Gemäß einer geeigneten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Teil des in der Schmelzzone erzeugten Reduktionsgases, gegebenenfalls nach einer Reinigung, mit Exportgas gemischt und dem Umwandlungsreaktor zugeführt. Dabei kann die Zusammensetzung der Gasmischung insgesamt angepasst werden und nicht nur die des Exportgases, sodass ein modifiziertes Reduktionsgas mit hohem Reduktionsgrad eingestellt werden kann. Darüber hinaus wird die Dichte des Reduktionsgases durch die Mischung mit dem wasserstoffreichen Gas, welches durch CO-Konvertierung und durch Entfernung von H2O bzw. CO2 entsteht, vermindert. Dadurch entsteht die Möglichkeit mehr Reduktionsgas bei gleichem Differenzdruck durch das Reduktionsaggregat zu schicken und somit eine höhere Produktionsleistung bzw. eine höhere Metallisierung von direkt reduziertem Eisen zu erzielen. Weiters kann durch die exakte Einstellung des H2/CO Verhältnisses die Temperaturführung im Reduktionsreaktor gesteuert werden, da die Reduktion von Eisenoxiden über CO überwiegend exotherm ist, während jene über H2 überwiegend endotherm ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Teil des in der Schmelzzone erzeugten Reduktionsgases, gegebenenfalls nach einer Reinigung, und gegebenenfalls nach Mischung mit Exportgas und/oder Tailgas, als brennbares Gasgemisch aus dem Verfahren abgeführt. Überschüssige Gase, die nicht mehr der Reduktionszone zugeführt werden können, werden als brennbare Gasgemische für andere Nutzungen zur Verfügung gestellt, wobei insbesondere deren Energieinhalt durch eine Verbrennung genutzt wird. Es ist vorteilhaft derartige Gase zunächst zu speichern und dabei deren Zusammensetzung auszugleichen, da insbesondere das Tailgas eine stark schwankende Zusammensetzung aufweist.
Erfindungsgemäß wird ein Teil des Exportgases einer Entspannungsturbine zur Nutzung der Druckenergie des Exportgases zugeführt. Durch die Entspannungsturbine kann die Energiebilanz des Verfahrens insgesamt verbessert werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht vor, dass zumindest ein Teil des Exportgases aus einem Reduktionsaggregat mittels einer Exportgasleitung in einen Umwandlungsreaktor zur CO-Konvertierung zugeführt werden kann. Bei der CO-Konvertierung wird das Exportgas unter Zusatz von Wasserdampf und/oder Wasser behandelt, wobei ein definiertes Mengenverhältnis H2 zu CO im Exportgas eingestellt werden kann. Dieses kann über eine Zuleitung als modifiziertes Reduktionsgas in die Reduktionszone und/oder in die Schmelzzone eingeleitet werden. Durch die Rückführung des modifizierten Reduktionsgases, ist es möglich, den Bedarf von Kohlenstoffträgern im Schmelzaggregat zur Herstellung von Reduktionsgas zu reduzieren. Hinzu kommt, dass die Anlagenteile kompakt gehalten werden können und die Menge an anfallendem Exportgas verringert wird, sodass die Einrichtungen zur Verarbeitung von aus dem Prozess ausgeschleustem Exportgas ebenfalls kostengünstiger ausgeführt werden können.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Exportgasleitung ein Verdichter, insbesondere ein ein- oder mehrstufiger Kompressor, und/oder ein Eintrag zum Einblasen von Dampf und/oder zum Eindüsen von Wasser in das Exportgas vorgesehen. Durch den Verdichter kann der für die Eindüsung des Reduktionsgases in die Prozessreaktoren bzw. in die zuführenden Prozessgasleitungen nötige Druck eingestellt werden. Über den Eintrag kann der Wasserdampf und/oder Wasser für die CO-Konvertierung in das Exportgas eingebracht werden.
Eine mögliche Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass in der Exportgasleitung eine Kühleinrichtung, insbesondere ein Wärmetauscher, zum Kühlen und/oder eine Reinigungseinrichtung, insbesondere eine Nassreinigung, zur Reinigung des Exportgases vor der CO-Konvertierung vorgesehen ist/sind. Das Exportgas muss aufgrund von feinteilchenförmigen Feststoffen und Stäuben, die mit dem Exportgas aus dem Reduktionsaggregat ausgeleitet werden zunächst gereinigt werden. Nassreinigungen haben den Vorteil, dass die Feststoffe und Stäube sicher abgeschieden werden. Gegebenenfalls kann vor der Reinigungseinrichtung eine Kühlung mittels eines Wärmetauschers erfolgen, wobei die dabei abgeführte Energie im Verfahren genutzt werden kann. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Exportgasleitung ein Wärmetauscher zur Erwärmung des Exportgases gegebenenfalls unter Nutzung der Abwärme des modifizierten Reduktionsgases und/oder ein Eintrag zum Einblasen von Dampf und/oder zum Eindüsen von Wasser in das Exportgas vorgesehen. Durch den Wärmetauscher kann die für die CO-Konvertierung nötige Temperatur eingestellt werden. Wiederum wird eine effiziente Erwärmung erzielt, indem das heiße modifizierte Reduktionsgas zur Erwärmung herangezogen wird.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Exportgasleitung eine Trockenentstaubung zur Reinigung des heißen Exportgases vor der CO-Konvertierung vorgesehen. Durch den Einsatz einer Trockenentstaubung, wie z.B. eines Heißgasfilters, ist nur noch eine geringe oder sogar keine Abkühlung des Exportgases vor der Entstaubung nötig. Damit kann der Energieinhalt des Exportgases für die nachfolgende CO-Konvertierung genutzt werden, sodass aufwändige Einrichtungen zur Erwärmung entfallen können.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist/sind in der Reduktionsgasleitung ein oder mehrere Kühler zum Kühlen des modifizierten Reduktionsgases, zur Kondensation und zur Ausschleusung von Wasserdampf vorgesehen.
Dabei kann der Druck des bereits im Umwandlungsreaktor behandelten Gases für nachfolgende Behandlungsschritte eingestellt und Wasserdampf aus dem modifizierten Reduktionsgas ausgeschleust werden. Ebenso gilt dies für dessen Temperatur, die entsprechend reduziert werden kann. Dies ist für übliche CO2-Abscheidungsverfahren nötig, z.B. nach dem Adsorptions- oder Absorptionsprinzip arbeitende Verfahren, und daher nur bei niedrigen Eintrittstemperaturen betrieben werden.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Kühlgasleitung vorgesehen, die von der Reduktionsgasleitung zu einer aus dem Schmelz- aggregat mündenden Generatorgasleitung führt, sodass zumindest eine Teilmenge an modifiziertem Exportgas mit Reduktionsgas aus dem Schmelzaggregat gemischt und einer Entstaubungseinrichtung, insbesondere einem Zyklon, zugeführt werden kann. Das modifizierte Reduktionsgas kann gemeinsam mit dem Reduktionsgas aus dem Schmelzaggregat weiter verarbeitet werden, also entstaubt und in weiterer Folge dem Reduktionsaggregat zugeführt werden, sodass eine nahezu homogene Mischung mit einer weitgehend gleichbleibenden Zusammensetzung des Reduktionsgases erzielt wird.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Reduktionsaggregat als Schacht eines Hochofens oder als Reduktionsschacht oder als Wirbelschichtreaktor ausgebildet. Derartige Aggregate haben sich bei der Reduktion von eisenerzhältigen Einsatzstoffen mittels Reduktionsgasen als vorteilhaft erwiesen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Schmelzaggregat als unterer Teil eines Hochofens oder als Einschmelzvergaser ausgebildet. Das Schmelzaggregat erfüllt dabei zwei Aufgaben, nämlich vorreduzierte eisenhaltige Einsatzstoffe zu erschmelzen und Kohlenstoffträger unter Bildung des Reduktionsgases zu vergasen.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mündet die Generatorgasleitung in die Reduktionsgasleitung, sodass modifiziertes Exportgas und/oder Reduktionsgas aus dem Schmelzaggregat in das Reduktionsaggregat eingebracht werden können/kann. Aufgrund der Mischung mit, insbesondere bereits entstaubtem Reduktionsgas aus dem Schmelzaggregat kann die Zusammensetzung des Reduktionsgases, das in das Reduktionsaggregat eingeleitet wird, beeinflusst werden und somit auch ein hinreichendes Reduktionspotential des Reduktionsgases sichergestellt werden. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Überschussgasleitung vorgesehen, die von der Generatorgasleitung zur Exportgasleitung führt, wobei in der Überschussgasleitung eine Reinigungseinrichtung, insbesondere eine Nassreinigung, zur Feinentstaubung vorgesehen ist. Durch die Nassreinigung kann das Reduktionsgas gemeinsam mit dem vorteilhaft ebenfalls gereinigten Exportgas dem Umwandlungsreaktor zugeführt werden. Die Mischung aus dem Reduktionsgas und dem Exportgas, gegebenenfalls auch zusammen mit Tailgas aus der CO2-Abscheidungs- einrichtung kann aus dem Prozess abgeleitet und z.B. einer thermischen Nutzung zugeführt werden.
Eine mögliche Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass in der Exportgasableitung eine Entspannungsturbine zur Nutzung der Druckenergie des Exportgases vorgesehen ist. Mittels der Entspannungsturbine kann die Druckenergie des Exportgases genutzt und zur Energieerzeugung herangezogen werden.
Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand der Figuren 1 bis 4 näher erläutert.
Fig. 1 : Erfindungsgemäße Ausgestaltung mit einem Hochofen
Fig. 2: Erfindungsgemäße Ausgestaltung mit einem Schmelzaggregat und mit in Serie geschalteten Wirbelschichtreaktoren
Fig. 3 und 4: Erfindungsgemäße Ausgestaltung mit einem Schmelzaggregat und einem Reduktionsaggregat
Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung. Im Schacht eines Hochofens, der als Reduktionszone 1 arbeitet, werden mittels eines Reduktionsgases eisenerzhältige Einsatzstoffe ES und Zuschlagsstoffe ZS zumindest teilweise reduziert und dann in die Schmelzzone 2, also in den unteren Teil des Hochofens eingebracht und zu Roheisen oder Stahlvorprodukten erschmolzen. Durch die Vergasung von Kohlenstoffträgern wird ein Reduktionsgas gebildet, welches nach der erfolgten Reduktion in der Reduktionszone als Exportgas über eine Exportgasleitung 4a abgezogen und zunächst in einer Trockenentstaubung 21 vorgereinigt und dann in einem Nassreiniger 22 weiter gereinigt. Das Exportgas wird in weiterer Folge durch einen Verdichter 7 verdichtet und in einem Wärmetauscher 12 weiter erwärmt und die Prozesstemperatur für den Umwandlungsreaktor 5 eingestellt. Durch den Zusatz von Wasserdampf und/oder Wasser über einen Eintrag 8 erfolgt eine CO-Konvertierung, wobei das Verhältnis von CO zu H2 eingestellt wird.
Das dabei erzeugte CO2 und noch teilweise vorhandene H2O wird mittels Wärmetauscher bzw. mittels Kondensator und einer CO2-Abscheidungseinrichtung abgeschieden und als Tailgas TG über eine Tailgasleitung 23 abgeführt. Optional kann das Tailgas TG auch zur Erwärmung von modifiziertem Reduktionsgas in der Heizeinrichtung 20 genutzt werden, wobei das Tailgas unter Zufuhr von Luft und/oder Topgas zumindest teilweise verbrannt wird. Die Heizeinrichtung 20 kann auch als Wärmetauscher (z.B. Typ Gas-Gas) ausgebildet sein.
Das im Umwandlungsreaktor 5 behandelte Exportgas kann vor der CO2-Abscheidung in einem Wärmetauscher 12 gekühlt werden, wobei die Abwärme zur Erwärmung des Exportgases vor dessen Einleitung in den Umwandlungsreaktor 5 genutzt werden kann. Nach der CO-Konvertierung wird das modifizierte Reduktionsgas zunächst mittels eines Kühlers 14 gekühlt. Im Anschluss an die CO2-Abscheidung wird das modifizierte Reduktionsgas in das Reduktionszone erneut eingebracht. Dies kann in den Hochofenschacht 25 direkt oder auch über Lanzen, welche in die Düsen zur Eindüsung von sauerstoffhaltigem Gas, insbesondere >80% O2, ragen, erfolgen. Bevorzugterweise soll das modifizierte Reduktionsgas vor dessen Einleitung in die Reduktionszone mittels einer Heizeinrichtung 20 erwärmt werden. Die Heizeinrichtung kann durch Verbrennung von Tailgas unter Zusatz von Luft beheizt werden. Dies ist insbesondere bei einem Eintrag, insbesondere einer Eindüsung, in den Hochofenschacht 25 nötig. Überschüssiges Exportgas kann auch einer Entspannungsturbine 19 unter Nutzung der Druckenergie des Exportgases zugeführt werden. In einem Sammelbehälter 26 kann das überschüssige Exportgas und Tailgas zwischengespeichert werden. Dabei erfolgt auch ein Ausgleich der Zusammensetzung des Gasgemisches, da das Tailgas eine stark schwankende Zusammensetzung aufweist.
Fig. 2 zeigt die Erfindung in einer Anlage mit einem Schmelzaggregat 2 und vier in Reihe geschalteter Wirbelschichtreaktoren R1 , R2, R3 und R4, in denen eine zumindest teilweise Reduktion der Einsatzstoffe erfolgt. Diese reduzierten Einsatzstoffe können heiß kompaktiert werden (HCl) und im Schmelzaggregat oder zum Teil in einem weiteren Schmelzaggregat zur Leistungserhöhung oder Reduktionsmitteleinsparung unter Zufuhr von stückiger Kohle SK oder brikettierter Kohle BK, gegebenenfalls in Kombination mit der Eindüsung von pulverisierter Kohle, weiterverarbeitet werden.
Die Behandlung des Exportgases, das aus dem Wirbelschichtreaktor R1 abgezogen wird, umfasst gegebenenfalls eine Kühlung in einem Wärmetauscher 10 und eine verbindliche Entstaubung, insbesondere eine Nassreinigung, in einer Reinigungseinrichtung 11. Nach einer Verdichtung mittels eines Verdichters 7 und einer Erwärmung mittels eines Wärmetauschers 12 erfolgt unter Zusatz von Wasserdampf und/oder Wasser über einen Eintrag 8 die CO-Konvertierung im Umwandlungsreaktor 5. Ein Teil des modifizierten Reduktionsgases kann nach der Abscheidung von CO2 und H2O, insbesondere zu Kühlzwecken mit Reduktionsgas aus dem Schmelzaggregat 2 gemischt und nach einer Entstaubung dem Wirbelschichtaggregat R1 oder auch einem Beschickungsbehälter 27 zugeführt werden. Über eine Kühlgasleitung 15, die eine Reinigungseinrichtung und einen Verdichter aufweisen kann, kann die Temperatur des modifizierten Reduktionsgases und des Reduktionsgases ebenfalls beeinflusst werden. Weiters kann bei Bedarf das modifizierte Reduktionsgas auch mittels einer Heizeinrichtung 20 erwärmt werden. Das Gasgemisch aus Exportgas und Reduktionsgas aus dem Schmelzaggregat 2 kann in die Exportgasleitung 4b eingeleitet und somit auch dem Umwandlungsreaktor zugeführt werden.
Tailgas TG aus der CO2-Abscheidungseinrichtung bzw. Topgas bzw. Offgas und/oder Überschussgas kann mittels Anschlussleitungen 13a, 13b der Heizeinrichtung 20 zugeführt und in dieser zumindest teilweise verbrannt und somit zur Erwärmung des modifizierten Reduktionsgases genutzt werden. Überschüssiges Exportgas kann über eine Leitung 4c einer Entspannungsturbine 19 zugeführt und in einem Sammelbehälter 26 homogenisiert werden.
Figur 3 und 4 zeigen die Erfindung in einer Anlage umfassend ein Schmelzaggregat 2 und ein Reduktionsaggregat 1 , das als Reduktionsschacht ausgeführt wird. Im Reduktionsaggregat 1 werden stückige Erze oder Pellets zu direkt reduziertem Eisen (HDRI) zumindest teilweise reduziert. Das HDRI kann, gegebenenfalls unter Zusatz von kompaktiertem direkt reduziertem Eisen (CDRI), im Schmelzaggregat 2 unter Zusatz von Kohle K und feinteilchenförmigen Erz FE zu Roheisen RE erschmolzen werden. Die erfindungsgemäßen Merkmale sind hier analog zu den in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen umgesetzt.
Bezugszeichenliste
1 Reduktionsaggregat
2 Schmelzaggregat
3a, 3b Reduktionsgasleitung
4 Exportgasleitung
5 Umwandlungsreaktor
6a, 6b Zuleitung
7 Verdichter
8 Eintrag von Wasserdampf und/oder Wasser
9 CO2-Abscheidungseinrichtung
10 Kühleinrichtung
11 Reinigungseinrichtung
12 Wärmetauscher
13a, 13b Anschlussleitungen
14 Kühler
15 Kühlgasleitung
16 Zyklon
17 Überschussgasleitung
18 Reinigungseinrichtung
19 Entspannungsturbine
20 Heizeinrichtung
21 Trockenentstaubung
22 Nassreiniger
23 Tailgasleitung
24 Ringgasleitung
25 Hochofenschacht
26 Sammelbehälter
27 Beschickungsbehälter

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung von Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten, wobei eisenerzhältige Einsatzstoffe und gegebenenfalls Zuschlagsstoffe in einer Reduktionszone mittels eines Reduktionsgases zumindest teilweise reduziert, in weiterer Folge in eine Schmelzzone eingebracht und unter Zufuhr von Kohlenstoffträgern, insbesondere Koks und/oder Kohle, und sauerstoffhaltigem Gas und unter Bildung des Reduktionsgases erschmolzen werden, wobei das gebildete Reduktionsgas der Reduktionszone zugeführt und dort umgesetzt und gegebenenfalls nach einer Reinigung als Exportgas abzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Exportgases in einem Umwandlungsreaktor unter Zusatz von Wasserdampf und/oder Wasser einer CO-Konvertierung unterworfen wird, wobei im Exportgas ein definiertes Mengenverhältnis H2 zu CO eingestellt, CO2 zumindest teilweise abgeschieden und dass zumindest ein Teil davon als modifiziertes Reduktionsgas in die Reduktionszone und/oder in die Schmelzzone eingeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Exportgas vor der CO-Konvertierung gekühlt und gereinigt, insbesondere entstaubt, und/oder verdichtet und/oder, insbesondere unter Nutzung der Abwärme des modifizierten Reduktionsgases, zur Einstellung der Prozesstemperatur für die CO-Konvertierung wiedererwärmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Exportgas vor der CO-Konvertierung heiß gereinigt, insbesondere trocken entstaubt, und/oder zur Einstellung der Gastemperatur der CO-Konvertierung gekühlt oder erwärmt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das modifizierte Reduktionsgas vor dessen Einleitung in die Reduktionszone und/oder die Schmelzzone zunächst gekühlt wird und die Abscheidung in einem Abscheidungsver- fahren, insbesondere einem Adsorptions- oder Absorptionsverfahren, erfolgt, wobei CO2 aus dem modifizierten Reduktionsgas zumindest teilweise abgeschieden und als Tailgas abgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des modifizierten Reduktionsgases, insbesondere nach einer Abscheidung von CO2 und H2O aus dem modifizierten Reduktionsgas, mit Reduktionsgas aus der Schmelzzone gemischt und, insbesondere nach einer Entstaubung, der Reduktionszone zugeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des modifizierten Reduktionsgases, insbesondere nach einer Abscheidung von CO2 und H2O aus dem modifizierten Reduktionsgas, erwärmt, gegebenenfalls mit entstaubtem Reduktionsgas aus der Schmelzzone gemischt und der Reduktionszone zugeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des in der Schmelzzone erzeugten Reduktionsgases, gegebenenfalls nach einer Reinigung, mit Exportgas gemischt und dem Umwandlungsreaktor zugeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des in der Schmelzzone erzeugten Reduktionsgases, gegebenenfalls nach einer Reinigung, und gegebenenfalls nach Mischung mit Exportgas und/oder Tailgas, als brennbares Gasgemisch aus dem Verfahren abgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Exportgases einer Entspannungsturbine zur Nutzung der Druckenergie des Exportgases zugeführt wird.
10. Vorrichtung zur Herstellung von Roheisen oder flüssigen Stahlvorprodukten mit zumindest einem Reduktionsaggregat (1), zur zumindest teilweisen Reduktion eisenerzhältiger Einsatzstoffe und gegebenenfalls Zuschlagsstoffe mittels eines Reduktionsgases, und einem Schmelzaggregat (2), zum Erschmelzen der zumindest teilweise reduzierten eisenerzhältigen Einsatzstoffe und gegebenenfalls der Zuschlagsstoffe, unter Zufuhr von Kohlenstoffträgern, insbesondere Koks oder Kohle, und sauerstoffhaltigem Gas und unter Bildung des Reduktionsgases, das mittels einer Reduktionsgasleitung (3a, 3b) in das Reduktionsaggregat (1) eingebracht und nach Durchtritt durch diese und gegebenenfalls nach einer Reinigung über eine Exportgasleitung (4) als Exportgas abzogen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Exportgasleitung (4a, 4b) in einen Umwandlungsreaktor (5) zur CO- Konvertierung zumindest eines Teils des abgezogenen Exportgases unter Zusatz von Wasserdampf und/oder Wasser mündet, wobei ein definiertes Mengenverhältnis H2 zu CO im Exportgas eingestellt werden kann, und wobei dieses über eine Zuleitung (6a, 6b) als modifiziertes Reduktionsgas in die Reduktionszone (1) und/oder in die Schmelzzone (2) eingeleitet werden kann, und dass in der Zuleitung (6a) eine CO2-Abscheidungseinrichtung (9) zur Abscheidung von CO2 aus dem modifizierten Reduktionsgas angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Exportgasleitung (4b) ein Verdichter (7), insbesondere ein ein- oder mehrstufiger Kompressor, und/oder ein Eintrag (8) zum Einblasen von Dampf und/oder zum Eindüsen von Wasser in das Exportgas vorgesehen ist/sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass in der Exportgasleitung (4a) eine Kühleinrichtung (10), insbesondere ein Wärmetauscher, zum Kühlen und/oder eine Reinigungseinrichtung (11), insbesondere eine Nassreinigung, zur Reinigung des Exportgases vor der CO-Konvertierung vorgesehen ist/sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Exportgasleitung (4b) ein Wärmetauscher (12) zur Erwärmung des Exportgases gegebenenfalls unter Nutzung der Abwärme des modifizierten Reduktionsgases und/oder ein Eintrag (8) zum Einblasen von Dampf und/oder zum Eindüsen von Wasser in das Exportgas vorgesehen ist/sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass in der Exportgasleitung (4a) eine Trockenentstaubung (21) zur Reinigung des heißen Exportgases vor der CO-Konvertierung vorgesehen ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in der Reduktionsgasleitung (6a) ein oder mehrere Kühler (14) zum Kühlen des modifizierten Reduktionsgases, zur Kondensation und zur Ausschleusung von Wasserdampf vorgesehen sind/ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühlgasleitung (15) vorgesehen ist, die von der Reduktionsgasleitung (6a) zu einer aus dem Schmelzaggregat (2) mündenden Generatorgasleitung (3a) führt, sodass zumindest eine Teilmenge an modifiziertem Exportgas mit Reduktionsgas aus dem Schmelzaggregat (2) gemischt und einer Entstaubungseinrichtung, insbesondere einem Zyklon (16), zugeführt werden kann.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsaggregat (1) als Schacht eines Hochofens oder als Reduktionsschacht oder als Wirbelschichtreaktor ausgebildet ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmelzaggregat (2) als unterer Teil eines Hochofens oder als Einschmelzvergaser ausgebildet ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatorgasleitung (3a) in die Reduktionsgasleitung (6b) mündet, sodass modifiziertes Exportgas und/oder Reduktionsgas aus dem Schmelzaggregat (2) in das Reduktionsaggregat (1) eingebracht werden können/kann.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überschussgasleitung (17) vorgesehen ist, die von der Generatorgasleitung (3b) zur Exportgasleitung (4a) führt, wobei in der Überschussgasleitung (17) eine Reinigungseinrichtung (18), insbesondere eine Nassreinigung, zur Feinentstaubung vorgesehen ist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass in der Exportgasableitung (4c) eine Entspannungsturbine (19) zur Nutzung der Druckenergie des Exportgases vorgesehen ist.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass in der Reduktionsgasleitung (6b) eine Heizeinrichtung (20) zur Erwärmung des modifizierten Reduktionsgases vorgesehen ist.
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