WO2015051908A1 - Method for the combined production of pig iron and a synthesis gas-based organic chemical product - Google Patents

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WO2015051908A1
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Johannes Menzel
Holger Thielert
Olaf Von Morstein
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Thyssenkrupp Industrial Solutions Ag
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Definitions

  • the invention relates to a process for the combined production of pig iron and a synthetic gas-based organic chemical product.
  • the invention is based on a method in which the process gases of the steelworks are used materially.
  • a synthesis gas is first generated, which is then reacted in a synthesis plant to form an organic chemical product.
  • Such combined processes are composite systems in which the by-products of one process form feedstocks of another process.
  • the organic chemical product contains chemical compounds based on carbon. This chemical product is produced on the basis of a H 2 and CO-containing synthesis gas.
  • the synthesis gas is used for example for the production of methanol or fuels by Fischer-Tropsch synthesis. An oxo synthesis can also be used.
  • US 4 013 454 describes a process for the combined production of iron and methanol. It is fed to a blast furnace pure oxygen. The result is a blast furnace gas containing about 80% carbon monoxide and 20% carbon dioxide.
  • the object of the invention is to provide a process for the combined production of pig iron and a synthesis gas based on organic chemical product, which allows optimal recycling and can be realized with the lowest possible investment costs.
  • Material recycling should be as energy efficient as possible, so that the operating costs of the process are low.
  • This object is achieved in that air is supplied to a blast furnace and the nitrogen-containing blast furnace gas stream leaving the blast furnace is converted, in which carbon monoxide is reacted with usually provided as steam H 2 0 to hydrogen and carbon dioxide, wherein in a gas separation device, a hydrogen-containing material flow separated from a nitrogen-containing stream and the hydrogen-containing stream is fed to a synthesis plant.
  • the carbon monoxide contained in the top gas is first reacted with water vapor to form hydrogen and carbon dioxide.
  • This is preferably a catalytic CO conversion.
  • the gas mixture is fed to a gas separator.
  • this is a pressure swing adsorption system (PSA: Pressure Swing Adsorption).
  • PSA Pressure Swing Adsorption
  • a hydrogen flow is separated from a nitrogen-containing gas stream.
  • the hydrogen stream serves as the basis for providing a synthesis gas, which is then converted to the organic chemical product.
  • the gas separation device can also be designed as a membrane separation system.
  • the process can use blast furnace gas from an air blast furnace. This is made possible by an efficient and cost-effective removal of the nitrogen.
  • the conversion avoids complex separation of CO and nitrogen.
  • hydrogen is generated, which is used to provide the synthesis gas.
  • the pig iron can be further processed in a known manner with a steel converter to steel.
  • oxygen is preferably supplied to the steel converter, the converter gas stream leaving the steel converter being supplied to the hydrogen-containing material stream for the formation of a synthesis gas stream. It may thus provide a combined process whose final product is steel and at least one synthesis gas-based organic product.
  • the conversion of the top gas is carried out with low-pressure steam. It proves to be advantageous if the conversion is carried out at an absolute pressure of less than 10 bar, preferably at a pressure of 2 to 8 bar. In this way, the hydrogen required for the synthesis can be provided at low cost, since the feed gas does not have to be first compressed to a pressure of 20 to 50 bar for the CO conversion, as in conventional processes. Hydrogen is obtained on the pressure side of the pressure swing adsorption system, while nitrogen and optionally carbon dioxide are obtained on the expansion side. In the method according to the invention can thus be a further compression of about 50% of the total amount of gas used can be saved, since the nitrogen contained in the topping gas is already removed at a pressure of 2 to 8 bar from the feed gas stream. This reduces the operating and investment costs.
  • the converted blast furnace gas stream is first fed to an arrangement in which carbon dioxide is separated from hydrogen and nitrogen.
  • This arrangement is upstream of the gas separation device for the separation of hydrogen and nitrogen.
  • This arrangement may be a CO 2 pressure swing adsorption plant that separates carbon dioxide from hydrogen and nitrogen.
  • This CO 2 pressure swing adsorption plant is connected upstream of the H 2 pressure swing adsorption plant.
  • carbon dioxide is separated from nitrogen in a gas scrubber.
  • the gaseous mixture of nitrogen and carbon dioxide leaving the H 2 pressure swing adsorption plant is fed to a gas scrubber where carbon dioxide is separated from nitrogen.
  • this is an amine wash.
  • the carbon dioxide may serve as a source to provide the carbon content for the desired organic chemical product.
  • This carbon dioxide can be converted with hydrogen to carbon monoxide and water.
  • a converter is supplied with oxygen, wherein a converter gas is formed, which consists for the most part of carbon monoxide and some carbon dioxide.
  • the converter gas serves as carbon source for the organic chemical product. It proves to be particularly advantageous if the converter gas is compressed to a pressure level at which the hydrogen stream leaves the gas separation device.
  • a compressor is used, which brings the converter gas to the pressure level of the pressure side of the gas separation device.
  • the output from the gas separator hydrogen is, together with the converter gas by means of another compressor to that for the Synthesis of the organic chemical product required pressure level brought.
  • a pressure level of less than 60 bar and more than 40 bar is set.
  • the inventive method makes it possible to use untreated converter gas, so that no further effort for processing is required.
  • coke oven gas from a coke oven battery is used together with blast furnace gas to provide the synthesis gas. It proves to be particularly advantageous if the coke oven gas is fed to a pressure swing adsorption, in which hydrogen is separated from a residual gas. The hydrogen contained in the coke oven gas is separated and preferably added to the converter gas.
  • the residual gas produced during the pressure swing adsorption consists to a large extent of CO and CH 4 and is therefore a highly caloric gas which can be used extremely advantageously in the energy network of an integrated steelworks.
  • a synthesis gas based on top gas in combination with a converter gas and a coke oven gas allows a flexible mode of operation, in which the ratio of hydrogen to carbon monoxide is specifically adjustable.
  • a stream which contains hydrogen of the converted blast furnace gas and another mixed gas.
  • the mixed gas consists of converter gas, and possibly hydrogen of the coke oven gas.
  • This stream can be compressed by means of a common compressor from a pressure level of 2 to 8 bar outlet pressure to the required pressure for the synthesis of about 40 to 50 bar.
  • the stream is subjected to desulfurization before the synthesis plant.
  • the coke oven gas in the plant network according to the invention can also be used by being purified, subjected to hydrogenation, desulphurized and finally fed to a reformer.
  • the methane contained in the coke oven gas is converted to carbon monoxide and hydrogen.
  • the carbon monoxide and the hydrogen are then combined with the hydrogen obtained from the top gas, so that a suitable synthesis gas for the production of the organic chemical product is formed.
  • the carbon dioxide obtained from the converted top gas is preferably combined with converter gas of a steel converter and then compressed together.
  • the proportion of the converter gas supplied from the topping gas carbon dioxide is determined by the type of synthesis plant provided.
  • a nitrogen-containing gas stream is discharged from the synthesis plant and led to the conversion. In H 2 pressure swing adsorption, this nitrogen is then removed from the circulation. As a result, an enrichment of nitrogen in the synthesis cycle is prevented.
  • the recirculation of the purge gas stream before the top gas conversion utilizes the recyclables contained in the purge gas. At the same time a necessary for the synthesis process discharge of nitrogen is ensured without an additional process step is required.
  • FIGURE shows a flow chart of the basic principle of a method for the combined production of steel and based on synthesis gas 21 organic chemical product 23rd
  • a blast furnace (not shown) is filled with iron ore and coke. Air is supplied to the blast furnace.
  • the blast furnace leaving nitrogen-containing blast furnace gas 1 is compressed via a compressor 2 to a pressure between two and eight bar.
  • the top gas 1 low pressure steam 3 is supplied, which preferably also has a pressure between two and eight bar.
  • the carbon monoxide contained in the top gas 1 is converted to hydrogen and carbon dioxide.
  • the conversion 4 is a catalytic conversion stage.
  • the stream 5 leaving the conversion 4 is first fed to an arrangement 6 in which carbon dioxide is separated from hydrogen and nitrogen.
  • the arrangement 6 is a C0 2 pressure swing adsorption plant.
  • the arrangement 6 leaving stream 7 is fed to a gas separator 8, which is listed in the embodiment as H 2 -Druck facialadsorptionsstrom.
  • the gas separation device 8 may be designed as a membrane system for gas separation.
  • a nitrogen-rich material stream 9 is obtained on the expansion side of the pressure swing adsorption plant.
  • this stream 9 also contains larger amounts of CO 2 and residues of CO.
  • the stream 9 can be treated in different ways.
  • the stream 9 is fed to a catalytic afterburning (not shown), in which the residues of carbon monoxide are converted to carbon dioxide.
  • the material stream 9 is supplied in addition or as an alternative to the afterburning of a gas scrubber (not shown) in which carbon dioxide is separated off.
  • this is an amine wash.
  • a carbon source is also required. According to the invention this can be provided by the converter gas 13.
  • a steel converter (not shown) supplied pure oxygen.
  • the converter gas 13 leaving the steel converter contains a high proportion of carbon monoxide.
  • a carbon dioxide-containing material stream 14 is additionally supplied to the converter gas 13, which is separated in the arrangement 6 from the converted top gas stream 5.
  • coke oven gas 15 As a further source of raw material for providing the synthesis gas coke oven gas 15 is used in the inventive method, according to the illustrated variant.
  • the coke oven gas 15 is fed to a pressure swing adsorption plant 16.
  • a hydrogen-containing material flow 17 is separated from a residual gas flow 18.
  • the hydrogen-containing material stream 17 is supplied to the converter gas stream 13.
  • the mixed gas stream 19 consisting of the converter gas 13, the hydrogen 17 recovered from the coke oven gas 15 and the admixed carbon dioxide 14 is brought to the pressure stage by means of a compressor 20, leaving the gas separation device 8 in the hydrogen-rich material stream 10.
  • the mixture is compressed to a pressure of forty to sixty bar and then first fed to a desulfurization 22 before the CO / H2 synthesis gas stream 21 reaches the synthesis plant 12.
  • the organic chemical product 23 leaves the synthesis plant 12.
  • a nitrogen-containing gas stream 24 is discharged from the synthesis gas plant 12. In this way, there is no accumulation of nitrogen in the synthesis cycle.
  • the purge gas stream 24 is returned before the top gas conversion 4.
  • the conversion 4 of the nitrogen-containing top gas stream 1, the discharged nitrogen-containing gas stream 24 and low-pressure steam 3 are supplied.
  • the nitrogen is then separated from the hydrogen 10 in a gas separation device 8.

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Abstract

The invention relates to a method for the combined production of pig iron and a synthesis gas (21)-based organic chemical product (23). For this purpose, air is supplied to a blast furnace. The nitrogen-containing furnace gas (1) leaving the blast furnace is subjected to conversion together with low pressure steam (3). During conversion (4), carbon monoxide is reacted to hydrogen and carbon dioxide. The hydrogen (10) is separated from the nitrogen (9) in a gas separation unit (8). The hydrogen (10) is supplied to a synthesis system (12).

Description

Verfahren zur kombinierten Herstellung von Roheisen und eines auf Synthesegas basierenden organischen Chemieprodukts  A process for the combined production of pig iron and a synthesis gas-based organic chemical product
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kombinierten Herstellung von Roheisen und eines auf Synthesegas basierenden organischen Chemieprodukts. The invention relates to a process for the combined production of pig iron and a synthetic gas-based organic chemical product.
Bei herkömmlichen Verfahren zur Eisenerzeugung werden überschüssig anfallende Gase verbrannt und somit thermisch genutzt, beispielsweise zur Stromproduktion. Aufgrund des Überangebots an regenerativ erzeugtem Strom, wird die Verstromung dieser Gase wirtschaftlich zunehmend unattraktiver. In conventional processes for the production of iron, excess gases are burned and thus used thermally, for example for the production of electricity. Due to the oversupply of regeneratively generated electricity, the generation of electricity from these gases becomes increasingly economically less attractive.
Der Erfindung liegt ein Verfahren zugrunde, bei dem die Prozessgase des Stahlwerks stofflich genutzt werden. Dabei wird zunächst ein Synthesegas erzeugt, das dann in einer Syntheseanlage zu einem organischen Chemieprodukt umgesetzt wird. Solche kombinierten Verfahren sind Verbundsysteme, bei denen die Nebenprodukte des einen Prozesses Einsatzstoffe eines anderen Prozesses bilden. The invention is based on a method in which the process gases of the steelworks are used materially. Here, a synthesis gas is first generated, which is then reacted in a synthesis plant to form an organic chemical product. Such combined processes are composite systems in which the by-products of one process form feedstocks of another process.
Das organische Chemieprodukt enthält chemische Verbindungen, die auf Kohlenstoff basieren. Dieses Chemieprodukt wird auf Basis eines H2 und CO enthaltenden Synthesegases hergestellt. Das Synthesegas wird beispielsweise zur Herstellung von Methanol oder Kraftstoffen mittels Fischer-Tropsch-Synthese eingesetzt. Auch eine Oxosynthese kann zur Anwendung kommen. The organic chemical product contains chemical compounds based on carbon. This chemical product is produced on the basis of a H 2 and CO-containing synthesis gas. The synthesis gas is used for example for the production of methanol or fuels by Fischer-Tropsch synthesis. An oxo synthesis can also be used.
Die US 4 013 454 beschreibt ein Verfahren zur kombinierten Herstellung von Eisen und Methanol. Dabei wird einem Hochofen reiner Sauerstoff zugeführt. Es entsteht ein Gichtgas, das etwa 80 % Kohlenmonoxid und 20 % Kohlendioxid enthält. US 4 013 454 describes a process for the combined production of iron and methanol. It is fed to a blast furnace pure oxygen. The result is a blast furnace gas containing about 80% carbon monoxide and 20% carbon dioxide.
In der DE 10 2009 022 510 A1 wird ein Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung von Eisen und eines CO/H2 haltigen Rohsynthesegases beschrieben. Dabei wird ein Hochofen von oben schichtweise mit Erz und Koks beschickt. Im unteren Teil des Hochofens wird reiner Sauerstoff eingeblasen. Durch den Betrieb des Hochofenprozesses mit reinem Sauerstoff werden hohe Reaktionstemperaturen im Hochofen erreicht. DE 10 2009 022 510 A1 describes a process for the simultaneous production of iron and a CO / H 2- containing crude synthesis gas. Here, a blast furnace from the top layer by layer loaded with ore and coke. In the lower part of the blast furnace pure oxygen is blown in. By operating the blast furnace process with pure oxygen, high reaction temperatures are achieved in the blast furnace.
BESTATIGUNGSKOPIE Bei den vorstehend genannten kombinierten Verfahren ist reiner Sauerstoff erforderlich, da der in der Luft enthaltene Stickstoff nicht zur Synthese der organischen Chemieprodukte benötigt wird. Zur Bereitstellung von reinem Sauerstoff sind aufwendige Luftzerlegungsanlagen erforderlich. BESTATIGUNGSKOPIE Pure oxygen is required in the above-mentioned combined processes because the nitrogen contained in the air is not needed for the synthesis of the organic chemical products. To provide pure oxygen complex air separation plants are required.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur kombinierten Herstellung von Roheisen und eines auf Synthesegas basierenden organischen Chemieprodukts anzugeben, das eine optimale stoffliche Verwertung ermöglicht und mit möglichst geringen Investitionskosten verwirklicht werden kann. Die stoffliche Verwertung soll möglichst energieeffizient sein, so dass auch die Betriebskosten des Verfahrens gering sind. The object of the invention is to provide a process for the combined production of pig iron and a synthesis gas based on organic chemical product, which allows optimal recycling and can be realized with the lowest possible investment costs. Material recycling should be as energy efficient as possible, so that the operating costs of the process are low.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass einem Hochofen Luft zugeführt wird und der den Hochofen verlassende stickstoffhaltige Gichtgasstrom einer Konvertierung zugeführt wird, bei der Kohlenmonoxid mit üblicherweise als Dampf bereitgestelltem H20 zu Wasserstoff und Kohlendioxid umgesetzt wird, wobei in einer Gastrenneinrichtung ein wasserstoffhaltiger Stoffstrom von einem stickstoffhaltigen Stoffstrom getrennt und der wasserstoffhaltige Stoffstrom einer Syntheseanlage zugeführt wird. This object is achieved in that air is supplied to a blast furnace and the nitrogen-containing blast furnace gas stream leaving the blast furnace is converted, in which carbon monoxide is reacted with usually provided as steam H 2 0 to hydrogen and carbon dioxide, wherein in a gas separation device, a hydrogen-containing material flow separated from a nitrogen-containing stream and the hydrogen-containing stream is fed to a synthesis plant.
Erfindungsgemäß wird dem Hochofen Luft zugeführt, so dass ein stickstoffhaltiges Gichtgas entsteht. Bisher wurde eine solche Variante nicht in Betracht gezogen, da man davon ausging, dass der Stickstoff nur auf aufwendige Weise wieder vom Kohlenmonoxid abgetrennt werden kann, beispielsweise durch eine äußerst kostspielige Tieftemperaturtrennung. According to the blast furnace air is supplied, so that a nitrogen-containing blast furnace is formed. So far, such a variant was not considered, since it was assumed that the nitrogen can only be separated from the carbon monoxide in a complicated manner, for example by an extremely costly low temperature separation.
Demgegenüber wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zunächst das im Gichtgas enthaltene Kohlenmonoxid mit Wasserdampf zu Wasserstoff und Kohlendioxid umgesetzt. Vorzugsweise handelt es sich dabei um eine katalyti- sche CO-Konvertierung. In contrast, in the process of the invention, the carbon monoxide contained in the top gas is first reacted with water vapor to form hydrogen and carbon dioxide. This is preferably a catalytic CO conversion.
Nach der Konvertierung wird das Gasgemisch einer Gastrenneinrichtung zugeführt. Bei einer Variante der Erfindung handelt es sich dabei um eine Druck- wechseladsorptionsanlage (PSA: Pressure Swing Adsorption). In dieser Druck- wechseladsorptionsanlage wird ein Wasserstoffstrom von einem stickstoffhaltigen Gasstrom getrennt. Der Wasserstoffstrom dient als Grundlage zur Bereitstellung eines Synthesegases, das dann zu dem organischen Chemieprodukt umgesetzt wird. After conversion, the gas mixture is fed to a gas separator. In one variant of the invention, this is a pressure swing adsorption system (PSA: Pressure Swing Adsorption). In this printing a hydrogen flow is separated from a nitrogen-containing gas stream. The hydrogen stream serves as the basis for providing a synthesis gas, which is then converted to the organic chemical product.
Alternativ kann die Gastrenneinrichtung auch als Membrantrennanlage ausgeführt sein. Alternatively, the gas separation device can also be designed as a membrane separation system.
Auf diese Weise wird ein äußerst vorteilhaftes Verbundsystem zur kombinierten Herstellung von Roheisen und eines organischen Chemieprodukts geschaffen. Bei dem Verfahren kann Gichtgas eines mit Luft betriebenen Hochofens eingesetzt werden. Dies wird durch eine effiziente und kostengünstige Abtrennung des Stickstoffs ermöglicht. Durch die Konvertierung wird eine aufwendige Trennung von CO und Stickstoff vermieden. Zudem wird Wasserstoff erzeugt, der zur Bereitstellung des Synthesegases genutzt wird. In this way, a highly advantageous composite system for the combined production of pig iron and an organic chemical product is created. The process can use blast furnace gas from an air blast furnace. This is made possible by an efficient and cost-effective removal of the nitrogen. The conversion avoids complex separation of CO and nitrogen. In addition, hydrogen is generated, which is used to provide the synthesis gas.
Das Roheisen kann in bekannter Weise mit einem Stahlkonverter zu Stahl weiterverarbeitet werden. Dabei wird bevorzugt dem Stahlkonverter Sauerstoff zugeführt, wobei der den Stahlkonverter verlassende Konvertergasstrom dem wasserstoffhaltigen Stoffstrom zur Bildung eines Synthesegasstroms zugeführt wird. Es kann damit ein kombiniertes Verfahren bereitgestellt werden, dessen Endprodukt Stahl und zumindest ein auf Synthesegas basierendes organisches Produkt ist. The pig iron can be further processed in a known manner with a steel converter to steel. In this case, oxygen is preferably supplied to the steel converter, the converter gas stream leaving the steel converter being supplied to the hydrogen-containing material stream for the formation of a synthesis gas stream. It may thus provide a combined process whose final product is steel and at least one synthesis gas-based organic product.
Bei einer besonders günstigen Variante des Verfahrens wird die Konvertierung des Gichtgases mit Niederdruckdampf durchgeführt. Dabei erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Konvertierung bei einem Absolutdruck von kleiner als 10 bar, vorzugsweise bei einem Druck von 2 bis 8 bar durchgeführt wird. Auf diese Weise lässt sich der für die Synthese benötigte Wasserstoff kostengünstig zur Verfügung stellen, da das Einsatzgas nicht wie bei herkömmlichen Verfahren zunächst auf einen Druck von 20 bis 50 bar für die CO-Konvertierung verdichtet werden muss. Auf der Druckseite der Druckwechseladsorptionsanlage wird Wasserstoff, auf der Entspannungsseite Stickstoff und gegebenenfalls Kohlendioxid gewonnen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann somit eine weitere Verdichtung von ca. 50 % der Gesamteinsatzgasmenge gespart werden, da der im Gichtgas enthaltene Stickstoff bereits bei einem Druck von 2 bis 8 bar aus dem Einsatzgasstrom entfernt wird. Dadurch werden die Betriebsund Investitionskosten verringert. In a particularly favorable variant of the method, the conversion of the top gas is carried out with low-pressure steam. It proves to be advantageous if the conversion is carried out at an absolute pressure of less than 10 bar, preferably at a pressure of 2 to 8 bar. In this way, the hydrogen required for the synthesis can be provided at low cost, since the feed gas does not have to be first compressed to a pressure of 20 to 50 bar for the CO conversion, as in conventional processes. Hydrogen is obtained on the pressure side of the pressure swing adsorption system, while nitrogen and optionally carbon dioxide are obtained on the expansion side. In the method according to the invention can thus be a further compression of about 50% of the total amount of gas used can be saved, since the nitrogen contained in the topping gas is already removed at a pressure of 2 to 8 bar from the feed gas stream. This reduces the operating and investment costs.
Bei einer Variante der Erfindung wird der konvertierte Gichtgasstrom zunächst einer Anordnung zugeführt, in der Kohlendioxid von Wasserstoff und Stickstoff getrennt wird. Diese Anordnung ist der Gastrenneinrichtung zur Trennung von Wasserstoff und Stickstoff vorgeschaltet. Bei dieser Anordnung kann es sich um eine C02-Druckwechseladsorptionsanlage handeln, die Kohlendioxid von Wasserstoff und Stickstoff trennt. Diese CO2- Druckwechseladsorptionsanlage ist der H2- Druckwechseladsorptionsanlage vorgeschaltet. In a variant of the invention, the converted blast furnace gas stream is first fed to an arrangement in which carbon dioxide is separated from hydrogen and nitrogen. This arrangement is upstream of the gas separation device for the separation of hydrogen and nitrogen. This arrangement may be a CO 2 pressure swing adsorption plant that separates carbon dioxide from hydrogen and nitrogen. This CO 2 pressure swing adsorption plant is connected upstream of the H 2 pressure swing adsorption plant.
Bei einer Variante der Erfindung wird Kohlendioxid von Stickstoff in einer Gaswäsche getrennt. Das die H2-Druckwechseladsorptionsanlage verlassende Gasgemisch aus Stickstoff und Kohlendioxid wird einer Gaswäsche zugeführt, bei der Kohlendioxid von Stickstoff getrennt wird. Vorzugsweise handelt es sich dabei um eine Aminwäsche. In one variant of the invention, carbon dioxide is separated from nitrogen in a gas scrubber. The gaseous mixture of nitrogen and carbon dioxide leaving the H 2 pressure swing adsorption plant is fed to a gas scrubber where carbon dioxide is separated from nitrogen. Preferably, this is an amine wash.
Das Kohlendioxid kann als Ausgangsstoff zur Bereitstellung des Kohlenstoffanteils für das gewünschte organische Chemieprodukt dienen. Dazu kann Kohlendioxid mit Wasserstoff zu Kohlenmonoxid und Wasser umgesetzt werden. The carbon dioxide may serve as a source to provide the carbon content for the desired organic chemical product. For this carbon dioxide can be converted with hydrogen to carbon monoxide and water.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird einem Konverter Sauerstoff zugeführt, wobei ein Konvertergas entsteht, das zum größten Teil aus Kohlenmonoxid und etwas Kohlendioxid besteht. Erfindungsgemäß dient das Konvertergas als Kohlenstoffquelle für das organische Chemieprodukt. Dabei erweist es sich als besonders günstig, wenn das Konvertergas auf ein Druckniveau verdichtet wird, bei dem der Wasserstoffstrom die Gastrenneinrichtung verlässt. Dabei kommt ein Verdichter zum Einsatz, der das Konvertergas auf das Druckniveau der Druckseite der Gastrenneinrichtung bringt. Der von der Gastrenneinrichtung abgegebene Wasserstoff wird gemeinsam mit dem Konvertergas mittels eines weiteren Verdichters auf das für die Synthese des organischen Chemieprodukts erforderliche Druckniveau gebracht. Vorzugsweise wird dabei ein Druckniveau von weniger als 60 bar und mehr als 40 bar eingestellt. In a particularly advantageous embodiment of the invention, a converter is supplied with oxygen, wherein a converter gas is formed, which consists for the most part of carbon monoxide and some carbon dioxide. According to the invention, the converter gas serves as carbon source for the organic chemical product. It proves to be particularly advantageous if the converter gas is compressed to a pressure level at which the hydrogen stream leaves the gas separation device. In this case, a compressor is used, which brings the converter gas to the pressure level of the pressure side of the gas separation device. The output from the gas separator hydrogen is, together with the converter gas by means of another compressor to that for the Synthesis of the organic chemical product required pressure level brought. Preferably, a pressure level of less than 60 bar and more than 40 bar is set.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, unbehandeltes Konvertergas einzusetzen, so dass kein weiterer Aufwand zur Aufbereitung erforderlich ist. The inventive method makes it possible to use untreated converter gas, so that no further effort for processing is required.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Koksofengas aus einer Koksofenbatterie gemeinsam mit Gichtgas benutzt, um das Synthesegas bereitzustellen. Dabei erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn das Koksofengas einer Druckwechseladsorptionsanlage zugeführt wird, bei der Wasserstoff von einem Restgas getrennt wird. Der im Koksofengas enthaltene Wasserstoff wird abgetrennt und vorzugsweise dem Konvertergas beigemischt. According to an advantageous embodiment of the method according to the invention coke oven gas from a coke oven battery is used together with blast furnace gas to provide the synthesis gas. It proves to be particularly advantageous if the coke oven gas is fed to a pressure swing adsorption, in which hydrogen is separated from a residual gas. The hydrogen contained in the coke oven gas is separated and preferably added to the converter gas.
Das bei der Druckwechseladsorption anfallende Restgas besteht zu einem großen Anteil aus CO und CH4 und ist daher ein hochkalorisches Gas was im Energieverbund eines integrierten Stahlwerks äußerst vorteilhaft verwendet werden kann. The residual gas produced during the pressure swing adsorption consists to a large extent of CO and CH 4 and is therefore a highly caloric gas which can be used extremely advantageously in the energy network of an integrated steelworks.
Die Bereitstellung eines Synthesegases auf Basis von Gichtgas in Kombination mit einem Konvertergas und einem Koksofengas ermöglicht eine flexible Betriebsweise, bei der das Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid gezielt einstellbar ist. The provision of a synthesis gas based on top gas in combination with a converter gas and a coke oven gas allows a flexible mode of operation, in which the ratio of hydrogen to carbon monoxide is specifically adjustable.
Erfindungsgemäß wird ein Stoffstrom gebildet, der Wasserstoff des konvertierten Gichtgases und ein weiteres Mischgas enthält. Das Mischgas besteht aus Konvertergas, sowie ggf. Wasserstoff des Koksofengases. Dieser Stoffstrom kann mittels eines gemeinsamen Verdichters von einem Druckniveau von 2 bis 8 bar Ausgangsdruck auf den für die Synthese benötigten Druck von ca. 40 bis 50 bar verdichtet werden. Vorzugsweise wird der Stoffstrom vor der Syntheseanlage einer Entschwefelung unterzogen. Alternativ oder ergänzend kann das Koksofengas in dem erfindungsgemäßen Anlagenverbund auch dadurch genutzt werden, dass es gereinigt, einer Hydrierung untergezogen, entschwefelt und schließlich einem Reformer zugeführt wird. In dem Reformer wird das im Koksofengas enthaltene Methan zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff umgesetzt. Das Kohlenmonoxid und der Wasserstoff werden dann mit dem aus dem Gichtgas gewonnenen Wasserstoff zusammengeführt, so dass ein geeignetes Synthesegas für die Herstellung des organischen Chemieprodukts gebildet wird. According to the invention, a stream is formed which contains hydrogen of the converted blast furnace gas and another mixed gas. The mixed gas consists of converter gas, and possibly hydrogen of the coke oven gas. This stream can be compressed by means of a common compressor from a pressure level of 2 to 8 bar outlet pressure to the required pressure for the synthesis of about 40 to 50 bar. Preferably, the stream is subjected to desulfurization before the synthesis plant. Alternatively or additionally, the coke oven gas in the plant network according to the invention can also be used by being purified, subjected to hydrogenation, desulphurized and finally fed to a reformer. In the reformer, the methane contained in the coke oven gas is converted to carbon monoxide and hydrogen. The carbon monoxide and the hydrogen are then combined with the hydrogen obtained from the top gas, so that a suitable synthesis gas for the production of the organic chemical product is formed.
Das aus dem konvertierten Gichtgas gewonnene Kohlendioxid wird vorzugsweise mit Konvertergas eines Stahlkonverters zusammengeführt und dann gemeinsam verdichtet. The carbon dioxide obtained from the converted top gas is preferably combined with converter gas of a steel converter and then compressed together.
Der Anteil des dem Konvertergas zugeführten aus dem Gichtgas gewonnenen Kohlendioxids wird dabei vom Typ der vorgesehenen Syntheseanlage bestimmt. The proportion of the converter gas supplied from the topping gas carbon dioxide is determined by the type of synthesis plant provided.
Bei einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung wird aus der Syntheseanlage ein stickstoffhaltiger Gasstrom ausgeschleust und zur Konvertierung geführt. In der H2-Druckwechseladsorption wird dann dieser Stickstoff aus dem Kreislauf entfernt. Dadurch wird eine Anreicherung von Stickstoff im Synthesekreislauf verhindert. Durch die Rückführung des Purge-Gasstroms vor die Gichtgas-Konvertierung werden die im Purge-Gas enthaltenen Wertstoffe genutzt. Gleichzeitig wird eine für den Syntheseprozess notwendige Ausschleusung von Stickstoffs gewährleistet, ohne dass ein zusätzlicher Verfahrensschritt erforderlich ist. In a particularly advantageous variant of the invention, a nitrogen-containing gas stream is discharged from the synthesis plant and led to the conversion. In H 2 pressure swing adsorption, this nitrogen is then removed from the circulation. As a result, an enrichment of nitrogen in the synthesis cycle is prevented. The recirculation of the purge gas stream before the top gas conversion utilizes the recyclables contained in the purge gas. At the same time a necessary for the synthesis process discharge of nitrogen is ensured without an additional process step is required.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren muss der im Purge-Gas erhaltene Wasserstoff nicht in aufwendiger Weise durch Membranprozesse abgetrennt werden. Dies reduziert die Investitionskosten. Mit der Rückführung des Purge- Gases vor die Gichtgas-Konvertierung wird eine deutlich höhere Rückgewinnung von Wertstoffen aus dem ausgeschleusten Gasstrom gewährleistet. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand einer Zeichnung und aus der Zeichnung selbst. Die einzige Figur zeigt anhand eines Fließschemas das Grundprinzip eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur kombinierten Herstellung von Stahl und eines auf Synthesegas 21 basierenden organischen Chemieproduktes 23. In contrast to conventional methods, the hydrogen obtained in the purge gas does not have to be separated in a complicated manner by membrane processes. This reduces the investment costs. With the recirculation of the purge gas before the top gas conversion a significantly higher recovery of recyclables from the discharged gas stream is ensured. Further features and advantages of the invention will become apparent from the description of an embodiment with reference to a drawing and the drawing itself. The single FIGURE shows a flow chart of the basic principle of a method for the combined production of steel and based on synthesis gas 21 organic chemical product 23rd
Im Rahmen der Eisenerzeugung wird ein Hochofen (nicht dargestellt) mit Eisenerz und Koks befüllt. Dem Hochofen wird Luft zugeführt. Das den Hochofen verlassende stickstoffhaltige Gichtgas 1 wird über einen Kompressor 2 auf einen Druck zwischen zwei und acht bar verdichtet. Dem Gichtgas 1 wird Niederdruckdampf 3 zugeführt, der vorzugsweise ebenfalls einen Druck zwischen zwei und acht bar hat. In einer Konvertierung 4 wird das im Gichtgas 1 enthaltene Kohlenmonoxid zu Wasserstoff und Kohlendioxid umgesetzt. Vorzugsweise handelt es sich bei der Konvertierung 4 um eine katalytische Konvertierungsstufe. As part of the iron production, a blast furnace (not shown) is filled with iron ore and coke. Air is supplied to the blast furnace. The blast furnace leaving nitrogen-containing blast furnace gas 1 is compressed via a compressor 2 to a pressure between two and eight bar. The top gas 1 low pressure steam 3 is supplied, which preferably also has a pressure between two and eight bar. In a conversion 4, the carbon monoxide contained in the top gas 1 is converted to hydrogen and carbon dioxide. Preferably, the conversion 4 is a catalytic conversion stage.
Der die Konvertierung 4 verlassende Stoffstrom 5 wird im Ausführungsbeispiel zunächst einer Anordnung 6 zugeführt, in der Kohlendioxid von Wasserstoff und Stickstoff getrennt wird. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Anordnung 6 um eine C02-Druckwechseladsorptionsanlage. In the exemplary embodiment, the stream 5 leaving the conversion 4 is first fed to an arrangement 6 in which carbon dioxide is separated from hydrogen and nitrogen. In the exemplary embodiment, the arrangement 6 is a C0 2 pressure swing adsorption plant.
Der die Anordnung 6 verlassende Stoffstrom 7 wird einer Gastrenneinrichtung 8 zugeführt, die im Ausführungsbeispiels als H2-Druckwechseladsorptionsanlage aufgeführt ist. Bei einer alternativen Variante der Erfindung kann die Gastrenneinrichtung 8 als Membrananlage zur Gastrennung ausgeführt sein. Auf der Entspannungsseite der Druckwechseladsorptionsanlage wird ein stickstoffreicher Stoffstrom 9 gewonnen. The arrangement 6 leaving stream 7 is fed to a gas separator 8, which is listed in the embodiment as H 2 -Druckwechseladsorptionsanlage. In an alternative variant of the invention, the gas separation device 8 may be designed as a membrane system for gas separation. On the expansion side of the pressure swing adsorption plant, a nitrogen-rich material stream 9 is obtained.
Bei einer alternativen Variante des Verfahrens (nicht dargestellt), bei der keine Anordnung 6 zur Abtrennung des Kohlendioxids vorgeschaltet ist, enthält dieser Stoffstrom 9 auch größere Mengen an CO2 und Reste an CO. Der Stoffstrom 9 kann auf unterschiedliche Weisen behandelt werden. Bei einer ersten Variante wird der Stoffstrom 9 einer katalytischen Nachverbrennung (nicht dargestellt) zugeführt, bei der die Reste an Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid umgesetzt werden. Bei einer zweiten Variante wird der Stoffstrom 9 ergänzend oder alternativ zu der Nachverbrennung einer Gaswäsche (nicht dargestellt) zugeführt, bei der Kohlendioxid abgetrennt wird. Vorzugsweise handelt es sich dabei um eine Aminwäsche. In an alternative variant of the method (not shown), in which no arrangement 6 for separating off the carbon dioxide is connected upstream, this stream 9 also contains larger amounts of CO 2 and residues of CO. The stream 9 can be treated in different ways. In a first variant, the stream 9 is fed to a catalytic afterburning (not shown), in which the residues of carbon monoxide are converted to carbon dioxide. In a second variant, the material stream 9 is supplied in addition or as an alternative to the afterburning of a gas scrubber (not shown) in which carbon dioxide is separated off. Preferably, this is an amine wash.
Zur Herstellung des organischen Chemieprodukts 23 ist auch eine Kohlenstoffquelle erforderlich. Erfindungsgemäß kann dieses von dem Konvertergas 13 bereitgestellt werden. Dazu wird einem Stahlkonverter (nicht dargestellt) reiner Sauerstoff zugeführt. Das den Stahlkonverter verlassende Konvertergas 13 enthält einen hohen Anteil an Kohlenmonoxid. To produce the organic chemical product 23, a carbon source is also required. According to the invention this can be provided by the converter gas 13. For this purpose, a steel converter (not shown) supplied pure oxygen. The converter gas 13 leaving the steel converter contains a high proportion of carbon monoxide.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Variante wird zu dem Konvertergas 13 zusätzlich ein kohlendioxidhaltiger Stoffstrom 14 zugeführt, der in der Anordnung 6 von dem konvertierten Gichtgasstrom 5 abgetrennt wird. In the variant shown in FIG. 1, a carbon dioxide-containing material stream 14 is additionally supplied to the converter gas 13, which is separated in the arrangement 6 from the converted top gas stream 5.
Als weitere Rohstoffquelle zur Bereitstellung des Synthesegases wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, gemäß der dargestellten Variante, Koksofengas 15 eingesetzt. Von einer Koksofenbatterie (nicht dargestellt) wird das Koksofengas 15 einer Druckwechseladsorptionsanlage 16 zugeführt. In der Druck- wechseladsorptionsanlage 16 wird ein wasserstoffhaltiger Stoffstrom 17 von einem Restgasstrom 18 getrennt. Der wasserstoffhaltige Stoffstrom 17 wird dem Konvertergasstrom 13 zugeführt. Der Mischgasstrom 19 bestehend aus dem Konvertergas 13, dem aus dem Koksofengas 15 gewonnenen Wasserstoff 17 und dem zugemischten Kohlendioxid 14 wird mittels eines Kompressors 20 auf die Druckstufe gebracht, bei der wasserstoffreiche Stoffstrom 10 die Gastrenneinrichtung 8 verlässt. As a further source of raw material for providing the synthesis gas coke oven gas 15 is used in the inventive method, according to the illustrated variant. From a coke oven battery (not shown), the coke oven gas 15 is fed to a pressure swing adsorption plant 16. In the pressure swing adsorption system 16, a hydrogen-containing material flow 17 is separated from a residual gas flow 18. The hydrogen-containing material stream 17 is supplied to the converter gas stream 13. The mixed gas stream 19 consisting of the converter gas 13, the hydrogen 17 recovered from the coke oven gas 15 and the admixed carbon dioxide 14 is brought to the pressure stage by means of a compressor 20, leaving the gas separation device 8 in the hydrogen-rich material stream 10.
Mittels eines Verdichters 11 wird das Gemisch auf einen Druck von vierzig bis sechszig bar verdichtet und dann zunächst einer Entschwefelung 22 zugeführt, bevor der CO/H2-Synthesegasstrom 21 zur Syntheseanlage 12 gelangt. Das organische Chemieprodukt 23 verlässt die Syntheseanlage 12. Aus der Synthesegasanlage 12 wird zudem ein stickstoffhaltiger Gasstrom 24 ausgeschleust. Auf diese Weise kommt es nicht zu einer Anreicherung von Stickstoff im Synthesekreislauf. Der Purge Gasstrom 24 wird vor die Gichtgas Konvertierung 4 zurückgeführt. By means of a compressor 11, the mixture is compressed to a pressure of forty to sixty bar and then first fed to a desulfurization 22 before the CO / H2 synthesis gas stream 21 reaches the synthesis plant 12. The organic chemical product 23 leaves the synthesis plant 12. In addition, a nitrogen-containing gas stream 24 is discharged from the synthesis gas plant 12. In this way, there is no accumulation of nitrogen in the synthesis cycle. The purge gas stream 24 is returned before the top gas conversion 4.
Beim Ausführungsbeispiel werden der Konvertierung 4 der stickstoffhaltige Gichtgasstrom 1 , der ausgeschleuste stickstoffhaltige Gasstrom 24 und Niederdruckdampf 3 zugeführt. Erfindungsgemäß wird der Stickstoff anschließend in einer Gastrenneinrichtung 8 vom Wasserstoff 10 getrennt. In the exemplary embodiment, the conversion 4 of the nitrogen-containing top gas stream 1, the discharged nitrogen-containing gas stream 24 and low-pressure steam 3 are supplied. According to the invention, the nitrogen is then separated from the hydrogen 10 in a gas separation device 8.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur kombinierten Herstellung von Roheisen und eines auf Synthesegas (21 ) basierenden organischen Chemieprodukts (23), wobei einem Hochofen Luft zugeführt wird und der den Hochofen verlassende stickstoffhaltige Gichtgasstrom (1 ) einer Konvertierung (4) zugeführt wird, bei der Kohlenmonoxid mit H20 zu Wasserstoff und Kohlendioxid umgesetzt wird, wobei in einer Gastrenneinrichtung (8) ein wasserstoffhaltiger Stoffstrom (10) von einem stickstoffhaltigen Stoffstrom (9) getrennt wird und der wasserstoffhaltige Stoffstrom (10) einer Syntheseanlage (12) zugeführt wird. A process for the combined production of pig iron and a synthesis gas based on (21) organic chemical product (23), wherein a blast furnace air is supplied and the blast furnace leaving nitrogen-containing blast furnace gas stream (1) of a conversion (4) is fed to the carbon monoxide with H 2 0 is converted to hydrogen and carbon dioxide, wherein in a gas separation device (8) a hydrogen-containing material stream (10) from a nitrogen-containing material stream (9) is separated and the hydrogen-containing material stream (10) of a synthesis plant (12) is supplied.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Konvertierung (4) mit Niederdruckdampf (3) durchgeführt wird, wobei der Absolutdruck in der Konvertierung (4) weniger als 10 bar, insbesondere weniger als 6 bar beträgt. 2. The method according to claim 1, characterized in that the conversion (4) with low-pressure steam (3) is carried out, wherein the absolute pressure in the conversion (4) is less than 10 bar, in particular less than 6 bar.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stoffstrom (5) nach der Konvertierung (4) einer Anordnung (6) zugeführt wird, in der Kohlendioxid von Wasserstoff und Stickstoff getrennt wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a stream (5) after the conversion (4) of an arrangement (6) is supplied, is separated in the carbon dioxide of hydrogen and nitrogen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Kohlendioxid von Stickstoff in einer Gaswäsche getrennt wird. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that carbon dioxide is separated from nitrogen in a gas scrubber.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass einem Stahlkonverter Sauerstoff zugeführt wird und der den Stahlkonverter verlassende Konvertergasstrom (13) dem wasserstoffhaltigen Stoffstrom (10) zur Bildung eines Synthesegasstroms (21 ) zugeführt wird. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a steel converter oxygen is supplied and the steel converter leaving the converter gas stream (13) the hydrogen-containing material stream (10) for forming a synthesis gas stream (21) is supplied.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus konvertiertem Gichtgas abgetrennter kohlendioxidhaltiger Stoffstrom (14) mit dem Konvertergasstrom (13) zur Bildung eines Mischgasstroms (19) zusammengeführt wird. 6. The method according to claim 5, characterized in that a converted from converted top gas carbon dioxide-containing material flow (14) with the Converter gas stream (13) is merged to form a mixed gas stream (19).
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass von einer Koksofenbatterie ein Koksofengasstrom (15) einer Druckwechseladsorptions- anlage (16) zugeführt wird, bei der ein wasserstoffhaltiger Stoffstrom (17) von einem Restgasstrom (18) getrennt wird und der wasserstoffhaltige Stoffstrom (17) dem Konvertergasstrom (13) zur Bildung eines Mischgasstroms (19) zugeführt wird. 7. The method according to claim 5 or 6, characterized in that a Koksofengasstrom (15) of a pressure swing adsorption plant (16) is fed from a coke oven battery, in which a hydrogen-containing material stream (17) is separated from a residual gas stream (18) and the hydrogen-containing Stream (17) is supplied to the converter gas stream (13) to form a mixed gas stream (19).
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischgasstrom (19) auf ein Druckniveau verdichtet wird, bei dem der wasserstoffhaltige Stoffstrom (10) die Gastrenneinrichtung (8) verlässt. 8. The method according to claim 6 or 7, characterized in that the mixed gas stream (19) is compressed to a pressure level at which the hydrogen-containing material flow (10) leaves the gas separation device (8).
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass 9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that
Koksofengas (15) gereinigt wird,  Coke oven gas (15) is cleaned,
einer Hydrierung unterzogen wird,  is subjected to hydrogenation,
entschwefelt wird,  is desulfurized,
einem Reformer zugeführt wird, in dem Methan zu Kohlendioxid und Wasserstoff umgesetzt wird und  a reformer is fed, in which methane is converted to carbon dioxide and hydrogen, and
der Syntheseanlage (12) zugeführt wird.  the synthesis plant (12) is supplied.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gastrenneinrichtung (8) als Druckwechseladsorptionsanlage ausgeführt ist. 10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the gas separation device (8) is designed as a pressure swing adsorption system.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gastrenneinrichtung (8) als Membrantrennanlage ausgeführt ist. 11. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the gas separation device (8) is designed as a membrane separation plant.
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