WO2024132799A1 - Nutzung von tailgas aus ausschleusegas einer reduktion von eisenoxidhaltigem material - Google Patents

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hydrogen
reducing
reduction
tail gas
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Norbert Rein
Johann Wurm
Karl-Heinz Zellinger
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Primetals Technologies Austria GmbH
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    • C21B2100/60—Process control or energy utilisation in the manufacture of iron or steel
    • C21B2100/66—Heat exchange

Definitions

  • the application relates to processes for producing an iron melt, wherein reduction of iron oxide-containing material to a metallized product is carried out by means of a reducing gas consisting at least predominantly of hydrogen H2, wherein top gas is produced during the reduction.
  • Hydrogen can be used as the only reducing gas, or in combination with other gases based on carbon from natural gas or on coal or coke, for example.
  • the ratio of their contribution to the reducing gas can be changed by mixing different amounts.
  • top gas - In order to conserve resources, it is common practice in direct reduction processes to use used reducing gas - known as top gas - to prepare reducing gas. To do this, the top gas is mixed with fresh reducing gas components - for example gas from a reformer for reforming natural gas, hydrogen H2 from a hydrogen production plant, ammonia NH3 - if necessary after treatment steps such as dedusting or compression. This means that reducing components remaining in the top gas can be fed back into the direct reduction and used as a reducing agent.
  • the disadvantage of this type of top gas recycling is that the top gas also contains non-reducing components - for example nitrogen N2 or carbon dioxide CO2. Through recycling, these components can become increasingly enriched in the reducing gas. In order to limit enrichment, a portion of the top gas is discharged from the circulation system as so-called discharge gas - also known as bleed gas.
  • exhaust gas thermally, for example by burning it with an oxidizing agent - for example air - and using the heat to heat a medium;
  • the medium can be, for example, a reducing gas precursor.
  • Reduction gas components are combined, and a second portion of the top gas is subjected as discharge gas to a gas separation into a hydrogen-enriched gas stream and a hydrogen-depleted tail gas stream, and wherein the metallized product of the reduction is combined with carbon carriers and melted in a melting device to form an iron melt, whereby a melt exhaust gas is produced, characterized in that at least a portion of the tail gas stream is combined with at least a portion of the melt exhaust gas, whereby a tail gas mixture is formed, and at least a portion of the tail gas mixture is fed to a thermal utilization.
  • the reducing gas consists at least predominantly of hydrogen H2.
  • the reducing gas contains hydrogen as a reducing reducing gas component, wherein the hydrogen content in volume % is greater than any of the other reducing gas components that may be present; preferably the hydrogen content is at least 50 volume %, particularly preferably more than 50 volume %, most preferably at least 60 volume %.
  • reducing gas components that may be present and can also have a reducing effect are, for example, carbon monoxide CO or hydrocarbons or ammonia NH3.
  • the metallized product is preferably direct reduced iron (DRI), also called sponge iron.
  • DRI direct reduced iron
  • the treatment of the top gas may include treatment types such as dust removal - which can be wet or dry -, compression, heat exchange, cooling.
  • the treatment can be single-stage or multi-stage; one or more treatment types can be used.
  • the first and second subsets of the top gas may have the same composition, or they may differ in composition.
  • first and the second partial quantities of the top gas have the same composition, i.e. only the volume flow is divided into two partial flows.
  • the metallized product of the reduction is combined with carbon carriers and melted in a melting device to form an iron melt.
  • Combination with carbon carriers can take place before introduction into the melting device or in the melting device.
  • the melting device is, for example, a member of the group consisting of electric arc furnace EAF;
  • a melting unit melts at least partially based on electrical energy.
  • EAF, SAF and OSBF are not to be understood as a melting aggregate in the context of this application.
  • a converter vessel is, for example, a steelworks converter for steel production.
  • Thermal utilization is understood to mean an exothermic reaction with a reaction partner, for example combustion with oxygen or other oxidizing reaction partners.
  • Thermal utilization preferably occurs in the context of the process for producing molten iron, for example thermal utilization for heating process gas streams or for producing steam for the purpose of generating electricity required in the process.
  • the melt gas contains, for example, carbon monoxide CO, and consequently has a higher calorific value than tail gas. Therefore, the tail gas mixture obtained according to the invention has a higher calorific value than tail gas and is suitable for thermal use.
  • the combination of the two gases produced in the process according to the invention for producing molten iron therefore enables the use of tail gas.
  • the thermal use includes a heat supply in a member of the group
  • a reformer for example, it can help to provide the heat necessary for reforming.
  • a contribution can be made to achieving the desired temperature for the reducing gas.
  • a contribution can be made to the provision of heat to assist drying.
  • a contribution can be made to the provision of heat necessary for heating; for example, it can be heated to support pre-oxidation of material.
  • a processing device for iron oxide-containing material for example a sintering plant or a pelletizing plant, a contribution can be made to the provision of heat necessary for processing.
  • a contribution can be made to the provision of heat necessary for steam or hot water production; the steam or hot water can then be used directly or to generate electricity, for example.
  • At least a portion of the tail gas mixture is used in an inert gas generator.
  • inert gas is produced by burning the tail gas mixture with air - for example, the combustion produces the inert gas carbon dioxide CO2, which hardly reacts under the operating conditions.
  • the inert gas can be used, for example, in the reduction unit in which the iron oxide-containing material is reduced to a metallized product, or in the melting device - for example for rinsing purposes.
  • tail gas mixture As described above, the entire tail gas mixture could also be used in an inert gas generator, so that no part of the inert gas mixture is used for thermal purposes.
  • At least a portion of the melt exhaust gas is used in a reformer.
  • the reformer can supply reducing components for the reducing gas.
  • Carbon dioxide CO2 or water vapor H2O in the melt gas are reacted with natural gas in the reformer, so that the reducing Components carbon monoxide CO and hydrogen H2 are produced and serve as reducing components of the reducing gas.
  • melt exhaust gas from a melting device in which metallized product of a reduction is combined with carbon carriers to form an iron melt can also be fully utilized in a reformer to supply reducing components for the reducing gas carrying out the reduction.
  • the iron oxide-containing material is reduced to the metallized product in a reduction unit.
  • the reduction unit in which the iron oxide-containing material is reduced to a metallized product can be, for example, a fixed bed shaft or a fluidized bed reactor.
  • Process-specific vent gas is produced when the metallized product - for example, directly reduced iron DRI - is pneumatically conveyed from the reduction unit into a DRI bunker; there, solids and gas are separated from one another, producing the vent gas.
  • the vent gas can be used as fuel, if necessary after dedusting - wet or dry.
  • At least a portion of the process's own vent gas is added to the discharge gas before the gas separation into a hydrogen-enriched gas stream and a hydrogen-depleted tail gas stream takes place.
  • a mixture of discharge gas and process's own vent gas is subjected to gas separation into a hydrogen-enriched gas stream and a hydrogen-depleted tail gas stream.
  • the thermal utilization is carried out by supplying at least one fuel to the tail gas mixture, for example natural gas or process-specific vent gas.
  • the calorific value of the tail gas mixture can thus be increased.
  • the tail gas mixture is fed to a gas storage facility before thermal use and is removed from the gas storage facility for thermal use.
  • This makes it possible to compensate for temporal fluctuations in the compositions and/or the quantities of the tail gas flow and/or the melt gas flow and/or the fuel - such as the process's own vent gas or natural gas.
  • Both the tail gas flow and the melt exhaust gas flow, but also fuel flows - such as process-specific vent gas or natural gas - can fluctuate in composition and size over time.
  • At least one fuel is also introduced into the gas storage facility.
  • a mixture of fuel and tail gas mixture can then be fed for thermal use. Fluctuations in the calorific value of the tail gas flow and/or the melt gas flow and/or the fuel - for example, process-specific vent gas or natural gas - and thus the tail gas mixture can thus be balanced out in the gas storage facility.
  • the introduction into the gas storage facility is preferably regulated in such a way that the calorific value of the mixture of tail gas mixture and fuel taken from the gas storage facility corresponds to the value aimed for thermal use.
  • Fig. 1 shows schematically the implementation of an embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows schematically how an iron melt 20 is produced in a melting device 10.
  • the metallized product 30 - for example DRI - is obtained by reduction in a reduction unit 40 from iron oxide-containing material 50 using a reducing gas which consists predominantly of hydrogen.
  • Top gas 60 arising during the reduction is discharged from the reduction unit 40 and, after a multi-stage treatment with heat exchange 70, dry dust removal 80, cooling 90 with water, is divided into two parts.
  • a first part 100 is combined with reducing gas components 110, and a second part 120 is fed to a gas separation device 130, in which a hydrogen-enriched gas stream 140 and a hydrogen-depleted tail gas stream 150 are produced.
  • the hydrogen-enriched gas stream 140 is fed to the supply of the reducing gas components 110; it can be one of several reducing gas components or the only one.
  • the resulting reducing gas precursor is heated by means of heat exchange 70 and electrical heating 160, and the reducing gas 170 thus produced is fed to the reduction unit 40.
  • the metallized product 30 is fed to the melting device 10 and combined with carbon carriers in the melting device 10 to form an iron melt 20.
  • the addition of carbon carriers is shown with wavy arrows; the two variants can be seen: combination with carbon carriers before introduction into the melting device 10 and combination with carbon carriers in the melting device 10; each of the variants can be present alone, or both variants can be present together.
  • Tail gas mixture 190 is fed to a thermal utilization 200.
  • it is fed to a gas storage 210 before the thermal utilization 200.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Eisenschmelze (20), wobei Reduktion von eisenoxidhaltigem Material (50) zu einem metallisierten Produkt (30) mittels eines zumindest überwiegend aus Wasserstoff H2 bestehenden Reduktionsgases erfolgt, wobei bei der Reduktion Topgas (60) anfällt, und wobei - gegebenenfalls nach einer Behandlung des Topgases (60) - eine erste Teilmenge (100) des Topgases (60) zur Zubereitung von Reduktionsgas mit reduzierenden Reduktionsgaskomponenten (110) vereinigt wird, und eine zweite Teilmenge (120) des Topgases (60) als Ausschleusegas einer Gasauftrennung in einen wasserstoffangereicherten Gasstrom (140) und in einen wasserstoffabgereicherten Tailgasstrom (150) unterworfen wird, und wobei das metallisierte Produkt (30) der Reduktion mit Kohlenstoffträgern vereinigt in einer Schmelzvorrichtung (10) zu einer Eisenschmelze (20) geschmolzen wird, wobei ein Schmelzabgas (180) anfällt. Dabei wird zumindest eine Teilmenge des Tailgasstromes (150) mit zumindest einer Teilmenge des Schmelzabgases (180) vereinigt, wobei ein Tailgasgemisch (190) entsteht, und zumindest eine Teilmenge des Tailgasgemisches (190) wird einer thermischen Nutzung (200) zugeführt.

Description

Beschreibung
Bezeichnung der Erfindung
Nutzung von Tailgas aus Ausschleusegas einer Reduktion von eisenoxidhaltigem Material
Gebiet der Technik
Die Anmeldung betrifft Verfahren zur Herstellung einer Eisenschmelze, wobei Reduktion von eisenoxidhaltigem Material zu einem metallisierten Produkt mittels eines zumindest überwiegend aus Wasserstoff H2 bestehenden Reduktionsgases erfolgt, wobei bei der Reduktion Topgas anfällt.
Stand der Technik
Es ist bekannt, metalloxidhaltiges, beispielsweise eisenoxidhaltiges, Material - wie beispielsweise Erze, Oxidbriketts oder Pellets - mittels reduzierenden Gases zu reduzieren. So etwa Reduktion mittels Direktreduktion in einem Festbett oder einer Wirbelschicht mit Reduktionsgas. Bei derzeit großindustriell angewendeten, herkömmlichen Vor- beziehungsweise Direktreduktionsverfahren basiert das Reduktionsgas neben Wasserstoff überwiegend auf Kohlenstoff - beispielsweise in Kohlenmonoxid CO und/oder Methan CH4 - aus Erdgas. Daher fallen dabei große Mengen Kohlendioxid CO2 an, was unter anderem aus umweltpolitischen Gründen unerwünscht ist.
Zur Verminderung des CO2-Ausstoßes bei der Direktreduktion von metalloxidhaltigem Material ist es bekannt, Wasserstoff H2als reduzierendes Gas einzusetzen. Dabei kann Wasserstoff als einziges Reduktionsgas verwendet werden, oder in Kombination mit anderen Gasen, die beispielsweise auf Kohlenstoff aus Erdgas oder auf Kohle beziehungsweise Koks basieren. Je größer der Anteil von bezüglich Reduktionsreaktionen CO2-neutralem Wasserstoff H2 im Reduktionsgas ist, desto weniger CO2 wird emittiert. Je nach Verfügbarkeit von Erdgas oder anderen Gasen und von Wasserstoff kann das Verhältnis ihres Beitrags zum Reduktionsgas verändert werden, indem verschiedene Mengen gemischt werden.
Je mehr Wasserstoff zur Verfügung steht, desto mehr kann auf einen klimaproblematischen Beitrag auf Basis von Kohlenstoff aus Erdgas oder aus anderen Gasen verzichtet werden. Es ist günstig, bestehende Anlagen und Verfahrensweisen, bei denen das Reduktionsgas überwiegend auf Kohlenstoff und teilweise Wasserstoff aus Erdgas oder anderen Gasen basiert, auch mit erhöhten Anteilen von Wasserstoff im Reduktionsgas zu betreiben. Das ermöglicht flexibles Reagieren auf die Verfügbarkeit von Erdgas oder anderen Gasen und von Wasserstoff, und erlaubt die Ausnutzung bereits getätigter Anlageninvestitionen. Zumindest bis ausreichende Mengen Wasserstoff für Verwendung von vollständig auf Wasserstoff basierenden Reduktionsgasen zur Verfügung stehen, wird sich Reduktionsgas neben Wasserstoff auch noch auf reduzierende Komponenten aus Erdgas oder anderen Gasen stützen müssen.
Zur ressourcenschonenden Durchführung ist es bei Direktreduktionsverfahren üblich, verbrauchtes Reduktionsgas - das Topgas genannt wird - zur Zubereitung von Reduktionsgas zu nutzen. Dazu wird das Topgas, gegebenenfalls nach Behandlungsschritten wie beispielsweise Entstaubung oder Komprimierung, mit frischen Reduktionsgaskomponenten - beispielsweise Gas aus einem Reformer zur Reformierung von Erdgas, Wasserstoff H2 aus einer Wasserstofferzeugungsanlage, Ammoniak NH3 - vermischt. Somit können im Topgas verbliebene reduzierende Komponenten erneut der Direktreduktion zugeführt und als Reduktionsmittel genutzt werden. Nachteilig ist bei so einer Kreislaufführung des Topgases, dass im Topgas auch nicht reduzierende Komponenten vorhanden sind - beispielsweise Stickstoff N2 oder Kohlendioxid CO2. Durch Kreislaufführung können sich diese Komponenten im Reduktionsgas immer mehr anreichern. Um eine Anreicherung zu begrenzen, wird eine Teilmenge des Topgases als sogenanntes Ausschleusegas - auch Bleedgas genannt - aus der Kreislaufführung ausgeschleust.
Zwecks schonenden Umgangs mit Ressourcen ist eine Nutzung des Ausschleusegases wünschenswert. Das trifft besonders bei Verwendung von wasserstoffreichem Reduktionsgas zu, da mit steigendem Wasserstoffgehalt im Reduktionsgas auch der Wasserstoffgehalt des Topgases zunimmt.
Es ist bekannt, Ausschleusegas thermisch zu nutzen, indem es beispielsweise mit Oxidationsmittel - beispielsweise Luft - verbrannt wird, und die Wärme zu Aufheizung eines Mediums genutzt wird; das Medium kann beispielsweise ein Reduktionsgasvorläufer sein.
Es ist auch bekannt, Wasserstoff H2 von anderen Komponenten des Ausschleusegas abzutrennen und für die Zubereitung von Reduktionsgas zu nutzen. Die nach der Abtrennung von Wasserstoff H2 verbleibende Teilmenge des Ausschleusegases - die auch Tailgas genannt wird - eignet sich aufgrund des geringen Brennwerts nicht zur alleinigen thermischen Nutzung und wird nach Zugabe von Brennstoff ungenutzt abgefackelt.
Zusammenfassung der Erfindung
Technische Aufgabe
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren und Vorrichtungen vorzustellen, die bei Verwendung von überwiegend aus Wasserstoff H2 bestehendem Reduktionsgas Nutzung von Tailgas ermöglichen.
Technische Lösung
Die Aufgabe wird gelöst durch ein
Verfahren zur Herstellung einer Eisenschmelze, wobei
Reduktion von eisenoxidhaltigem Material zu einem metallisierten Produkt mittels eines zumindest überwiegend aus Wasserstoff H2 bestehenden Reduktionsgases erfolgt, wobei bei der Reduktion Topgas anfällt, und wobei - gegebenenfalls nach einer Behandlung des Topgases - eine erste Teilmenge des Topgases zur Zubereitung von Reduktionsgas mit reduzierenden
Reduktionsgaskomponenten vereinigt wird, und eine zweite Teilmenge des Topgases als Ausschleusegas einer Gasauftrennung in einen wasserstoffangereicherten Gasstrom und in einen wasserstoffabgereicherten Tailgasstrom unterworfen wird, und wobei das metallisierte Produkt der Reduktion mit Kohlenstoffträgern vereinigt in einer Schmelzvorrichtung zu einer Eisenschmelze geschmolzen wird, wobei ein Schmelzabgas anfällt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Teilmenge des Tailgasstromes mit zumindest einer Teilmenge des Schmelzabgases vereinigt wird, wobei ein Tailgasgemisch entsteht, und zumindest eine Teilmenge des Tailgasgemisches einer thermischen Nutzung zugeführt wird. Das Reduktionsgas besteht zumindest überwiegend aus Wasserstoff H2. Das bedeutet, dass das Reduktionsgas Wasserstoff als reduzierende Reduktionsgaskomponente enthält, wobei der Gehalt an Wasserstoff in Volums% im Vergleich zu jeder der anderen gegebenenfalls vorhandenen Reduktionsgaskomponenten größer ist; bevorzugt ist der Gehalt an Wasserstoff zumindest 50 Volums%, besonders bevorzugt zu über 50 Volums%, ganz besonders bevorzugt zumindest 60 Volums%.
Andere gegebenenfalls vorhandene Reduktionsgaskomponenten, die auch reduzierend wirken können, sind beispielsweise Kohlenmonoxid CO oder Kohlenwasserstoffe oder Ammoniak NH3.
Bei dem metallisierten Produkt handelt es sich bevorzugt um direktreduziertes Eisen DRI direct reduced iron, auch genannt Eisenschwamm.
Bei der gegebenenfalls stattfindenden Behandlung des Topgases handelt es sich beispielsweise um Behandlungsarten wie Entstaubung - die nass oder trocken erfolgen kann -, Komprimierung, Wärmetausch, Kühlung. Die Behandlung kann einstufig oder mehrstufig erfolgen; es können dabei eine oder mehrere Behandlungsarten zum Einsatz kommen.
Die erste und die zweite Teilmenge des Topgases können dieselbe Zusammensetzung aufweisen, oder sie können sich in ihrer Zusammensetzung unterscheiden.
Bevorzugt ist es, wenn sich die erste und die zweite Teilmenge des Topgases dieselbe Zusammensetzung haben, also lediglich der Volumenstrom in zwei Teilströme aufgeteilt wird.
Das metallisierte Produkt der Reduktion wird mit Kohlenstoffträgern vereinigt in einer Schmelzvorrichtung zu einer Eisenschmelze geschmolzen. Vereinigung mit Kohlenstoffträgern kann vor Einbringung in die Schmelzvorrichtung erfolgen oder in der Schmelzvorrichtung.
Die Schmelzvorrichtung ist beispielsweise ein Mitglied der Gruppe bestehend aus Elektrolichtbogenofen electric arc furnace EAF;
Submerged arc furnace SAF,
Open slag bath furnace OSBF Schmelzaggregat, Konvertergefäß.
Ein Schmelzaggregat schmilzt zumindest teilweise auf Basis elektrischer Energie. EAF und SAF und OSBF sind im Rahmen dieser Anmeldung nicht als Schmelzaggregat zu verstehen.
Unter einem Konvertergefäß ist beispielsweise ein Stahlwerkskonverter zur Stahlherstellung zu verstehen.
Unter thermischer Nutzung ist eine exotherme Umsetzung mit einem Reaktionspartner zu verstehen, beispielsweise Verbrennung mit Sauerstoff oder anderen oxidierenden Reaktionspartnern.
Die thermische Nutzung erfolgt bevorzugt im Umfeld des Verfahrens zur Herstellung von Eisenschmelze, beispielsweise thermische Nutzung zur Aufheizung von Prozessgasströmen oder zur Herstellung von Dampf zwecks Gewinnung von im Verfahren benötigter Elektrizität.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Infolge der Anwesenheit von Kohlenstoffträgern beim Schmelzen enthält das Schmelzabgas beispielsweise Kohlenmonoxid CO, und hat infolgedessen einen höheren Brennwert als Tailgas. Daher besitzt das erfindungsgemäß erhaltene Tailgasgemisch einen gegenüber Tailgas erhöhten Brennwert und ist für eine thermische Nutzung geeignet. Die Vereinigung der beiden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Eisenschmelze anfallenden Gasen ermöglicht also eine Nutzung von Tailgas.
Bevorzugt umfasst die thermische Nutzung eine Wärmezufuhr in einem Mitglied der Gruppe
Reformer
Reduktionsgasheizer
Trocknungsvorrichtung für eisenoxidhaltiges Material
- Aufheizvorrichtung für eisenoxidoxidhaltiges Material
- Aufbereitungsvorrichtung für eisenoxidhaltiges Material Dampf- oder Heißwassererzeugungsvorrichtung.
In einem Reformer kann beispielsweise zur Bereitstellung der für die zur Reformierung notwendigen Wärme beigetragen werden.
In einem Reduktionsgasheizer kann beispielsweise ein Beitrag zur Erreichung der für das Reduktionsgas gewünschten Temperatur geleistet werden. In einer Trocknungsvorrichtung für eisenoxidhaltiges Material kann ein Beitrag zur Bereitstellung von die Trocknung unterstützender Wärme geleistet werden.
In einer Aufheizvorrichtung für eisenoxidhaltiges Material kann ein Beitrag zur Bereitstellung von für Aufheizung notwendiger Wärme geleistet werden; es kann beispielsweise aufgeheizt werden, um Voroxidation von Material zu unterstützen. In einer Aufbereitungsvorrichtung für eisenoxidhaltiges Material, beispielsweise einer Sinteranlage oder einer Pelletieranlage, kann ein Beitrag zur Bereitstellung von für Aufbereitung notwendiger Wärme geleistet werden.
In einer Dampf- oder Heißwassererzeugungsvorrichtung kann ein Beitrag zur Bereitstellung von für Dampf- oder Heißwasserherstellung notwendiger Wärme geleistet werden; der Dampf oder Heißwasser kann anschließend beispielsweise direkt oder zur Gewinnung von Elektrizität genutzt werden.
Bei der thermischen Nutzung des Tailgasgemisches fällt ein erstes Abgas an.
Bevorzugt erfolgt Nutzung zumindest einer Teilmenge des Tailgasgemisches in einem Inertgasgenerator.
In einem Inertgasgenerator wird durch Verbrennung des Tailgasgemisches mit Luft Inertgas hergestellt - beispielsweise entsteht durch die Verbrennung das - bei den Einsatzbedingungen kaum reagierende - Inertgas Kohlendioxid CO2.
Das Inertgas kann beispielsweise in dem Reduktionsaggregat, in dem das eisenoxidhaltige Material zu einem metallisierten Produkt reduziert wird, oder in der Schmelzvorrichtung, genutzt werden - beispielsweise für Spülzwecke.
Grundsätzlich könnte auf die oben beschriebene Entstehung eines Tailgasgemisches folgend auch das gesamte Tailgasgemisch in einem Inertgasgenerator genutzt werden, so dass keine Teilmenge des Intergasgemisches einer thermischen Nutzung einer thermischen Nutzung zugeführt wird.
Bevorzugt erfolgt Nutzung zumindest einer Teilmenge des Schmelzabgases in einem Reformer.
Der Reformer kann reduzierende Komponenten für das Reduktionsgas liefern.
Nutzung kann beispielsweise erfolgen gemäß
CO2+CH4->2CO+2H2 beziehungsweise H2O+CH4->CO+3H2.
Kohlendioxid CO2 beziehungsweise Wasserdampf H2O im Schmelzabgas werden beispielsweise mit Erdgas im Reformer umgesetzt, so dass die reduzierenden Komponenten Kohlenmonoxid CO und Wasserstoff H2 erzeugt werden und als reduzierende Komponenten des Reduktionsgases dienen.
Grundsätzlich kann Schmelzabgas einer Schmelzvorrichtung, in der metallisiertes Produkt einer Reduktion mit Kohlenstoffträgern vereinigt zu einer Eisenschmelze geschmolzen wird, auch vollständig in einem Reformer genutzt werden, um reduzierende Komponenten für das die Reduktion durchführende Reduktionsgas zu liefern.
Bei Verbindung einer Schmelzvorrichtung, in der metallisiertes Produkt einer Reduktion mit Kohlenstoffträgern vereinigt zu einer Eisenschmelze geschmolzen wird, mit der oben beschriebene Entstehung eines Tailgasgemisches würde in diesem Fall jedoch keine Teilmenge des Schmelzabgases für Vereinigung mit Tailgas zur Verfügung stehen.
Das eisenoxidhaltige Material wird in einem Reduktionsaggregat zu dem metallisierten Produkt reduziert. Das Reduktionsaggregat, in dem das eisenoxidhaltige Material zu einem metallisierten Produkt reduziert wird, kann beispielsweise ein Festbettschacht oder ein Fließbettreaktor oder ein Wirbelschichtreaktor sein. Prozesseigenes Ventgas fällt an, wenn das metallisierte Produkt - beispielsweise direktreduziertes Eisen DRI - aus dem Reduktionsaggregat pneumatisch in einen DRI-Bunker gefördert wird; dort werden Feststoff und Gas voneinander getrennt, wobei das Ventgas anfällt. Das Ventgas kann, gegebenenfalls nach Entstaubung - nass oder trocken - als Brennstoff genutzt werden.
Nach einer Ausführungsform wird dem Ausschleusegas zumindest eine Teilmenge des prozesseigenen Ventgases zugegeben, bevor die Gasauftrennung in einen wasserstoffangereicherten Gasstrom und in einen wasserstoffabgereicherten Tailgasstrom erfolgt. In diesem Fall wird ein Gemisch aus Ausschleusegas und prozesseigenem Ventgas einer Gasauftrennung in einen wasserstoffangereicherten Gasstrom und in einen wasserstoffabgereicherten Tailgasstrom unterworfen.
Bevorzugt erfolgt die thermische Nutzung unter Zufuhr zumindest eines Brennstoffs zum Tailgasgemisch, beispielsweise Erdgas oder prozesseigenes Ventgas.
Der Heizwert des Tailgasgemisches kann so erhöht werden.
Bevorzugt wird das Tailgasgemisch vor der thermischen Nutzung einem Gasspeicher zugeführt, und für die thermische Nutzung aus dem Gasspeicher entnommen. Dadurch können zeitliche Schwankungen bei den Zusammensetzungen und/oder anfallenden Mengen des Tailgasstromes und/oder des Schmelzgasstromes und/oder des Brennstoffs - wie beispielsweise prozesseigenes Ventgas beziehungsweise Erdgas - ausgeglichen werden. Sowohl der Tailgasstrom als auch der Strom des Schmelzabgases, aber auch Ströme des Brennstoffes - wie beispielsweise prozesseigene Ventgas beziehungsweise Erdgas - können in Zusammensetzung und Größe zeitlich schwanken.
Dabei ist es bevorzugt wenn auch zumindest ein Brennstoff in den Gasspeicher eingebracht wird. Dann kann ein Gemisch aus Brennstoff und Tailgasgemisch der thermischen Nutzung zugeführt werden. Schwankungen des Brennwerts des Tailgasstromes und/oder des Schmelzgasstromes und/oder des Brennstoffs - beispielsweise prozesseigenes Ventgas oder Erdgas - und damit des Tailgasgemisches können so im Gasspeicher ausgeglichen werden. Die Einbringung in den Gasspeicher wird bevorzugt so geregelt, dass der Heizwert des aus dem Gasspeicher entnommenen Gemisches aus Tailgasgemisch und Brennstoff dem für die thermische Nutzung angestrebten Wert entspricht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand einer schematischen Figur beispielhaft beschrieben.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen, die im Zusammenhang mit den schematischen und beispielhaften Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigt:
Fig 1 schematisch die Durchführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Beschreibung der Ausführungsformen
Beispiele
Figur 1 zeigt schematisch, wie in einer Schmelzvorrichtung 10 eine Eisenschmelze 20 hergestellt wird. Dazu wird das metallisierte Produkt 30 - beispielsweise DRI - mittels eines Reduktionsgases, das überwiegend aus Wasserstoff besteht, in einem Reduktionsaggregat 40 aus eisenoxidhaltigem Material 50 durch Reduktion gewonnen. Bei der Reduktion anfallendes Topgas 60 wird aus dem Reduktionsaggregat 40 ausgeleitet und nach einer mehrstufigen Behandlung mit Wärmetausch 70, Trockenentstaubung 80, Kühlung 90 mit Wasser in zwei Teilmengen aufgeteilt. Eine erste Teilmenge 100 wird mit reduzierenden Reduktionsgaskomponenten 110 vereinigt, und eine zweite Teilmenge 120 wird einer Gasauftrennvorrichtung 130 zugeführt, in der ein wasserstoffangereicherter Gasstrom 140 und ein wasserstoffabgereicherter Tailgasstrom 150 anfallen. Es ist dargestellt, dass der wasserstoffangereicherte Gasstrom 140 zur Zuführung der reduzierenden Reduktionsgaskomponenten 110 geleitet wird; er kann eine von mehreren reduzierenden Reduktionsgaskomponenten sein oder die einzige.
Nach Vereinigung mit reduzierenden Reduktionsgaskomponenten erfolgt Erwärmung des dabei erhaltenen Reduktionsgasvorläufers mittels Wärmetausch 70 sowie elektrische Aufheizung 160, und das so hergestellte Reduktionsgas 170 wird dem Reduktionsaggregat 40 zugeleitet.
Das metallisierte Produkt 30 wird der Schmelzvorrichtung 10 zugeführt und mit Kohlenstoffträgern vereinigt in der Schmelzvorrichtung 10 zu einer Eisenschmelze 20 geschmolzen. Zugabe von Kohlenstoffträgern ist mit gewellten Pfeilen dargestellt; zu sehen sind die beiden Varianten Vereinigung mit Kohlenstoffträgern vor der Einbringung in die Schmelzvorrichtung 10 und Vereinigung mit Kohlenstoffträgern in der Schmelzvorrichtung 10; jede der Varianten kann alleine vorliegen, oder beide Varianten können gemeinsam vorliegen.
In der Schmelzvorrichtung 10 anfallendes Schmelzabgas 180 wird mit dem Tailgasstrom 150 vereinigt, wobei ein Tailgasgemisch 190 entsteht. Tailgasgemisch 190 wird einer thermischen Nutzung 200 zugeführt. Optional wird es vor der thermischen Nutzung 200 einem Gasspeicher 210 zugeführt.
Optional - dargestellt durch strichlierte Pfeile - wird dem Tailgasgemisch 190 und/oder dem Gasspeicher 210 Brennstoff zugeführt. Liste der Bezugszeichen
10 Schmelzvorrichtung
20 Eisenschmelze
30 metallisiertes Produkt
40 Reduktionsaggregat
50 Eisenoxidhaltiges Material
60 Topgas
70 Wärmetausch
80 T rockenentstaubung
90 Kühlung
100 erste Teilmenge
110 reduzierende Reduktionsgaskomponenten
120 zweite Teilmenge
130 Gasauftrennvorrichtung
140 wasserstoffangereicherter Gasstrom
150 Tailgasstrom
160 elektrische Aufheizung
170 Reduktionsgas
180 Schmelzabgas
190 Tailgasgemisch
200 Thermische Nutzung
210 Gasspeicher

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Eisenschmelze (20), wobei
Reduktion von eisenoxidhaltigem Material (50) zu einem metallisierten Produkt (30) mittels eines zumindest überwiegend aus Wasserstoff H2 bestehenden Reduktionsgases erfolgt, wobei bei der Reduktion Topgas (60) anfällt, und wobei - gegebenenfalls nach einer Behandlung des Topgases (60) - eine erste Teilmenge (100) des Topgases (60) zur Zubereitung von Reduktionsgas mit reduzierenden Reduktionsgaskomponenten (110) vereinigt wird, und eine zweite Teilmenge (120) des Topgases (60) als Ausschleusegas einer Gasauftrennung in einen wasserstoffangereicherten Gasstrom (140) und in einen wasserstoffabgereicherten Tailgasstrom (150) unterworfen wird, und wobei das metallisierte Produkt (30) der Reduktion mit Kohlenstoffträgern vereinigt in einer Schmelzvorrichtung (10) zu einer Eisenschmelze (20) geschmolzen wird, wobei ein Schmelzabgas (180) anfällt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Teilmenge des Tailgasstromes (150) mit zumindest einer Teilmenge des Schmelzabgases (180) vereinigt wird, wobei ein Tailgasgemisch (190) entsteht, und zumindest eine Teilmenge des Tailgasgemisches (190) einer thermischen Nutzung (200) zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Nutzung (200) eine Wärmezufuhr in einem Mitglied der Gruppe
Reformer
Reduktionsgasheizer
Trocknungsvorrichtung für eisenoxidhaltiges Material
- Aufheizvorrichtung für eisenoxidoxidhaltiges Material
- Aufbereitungsvorrichtung für eisenoxidhaltiges Material
Dampf- oder Heißwassererzeugungsvorrichtung umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Nutzung zumindest einer Teilmenge des Tailgasgemisches (190) in einem Inertgasgenerator erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Nutzung zumindest einer Teilmenge des Schmelzabgases (180) in einem Reformer erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ausschleusegas zumindest eine Teilmenge des prozesseigenen Ventgases zugegeben wird, bevor die Gasauftrennung in einen wasserstoffangereicherten Gasstrom (140) und in einen wasserstoffabgereicherten Tailgasstrom (150) erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Nutzung (200) unter Zufuhr zumindest eines Brennstoffs zum Tailgasgemisch (190) erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Tailgasgemisch (190) vor der thermischen Nutzung (200) einem Gasspeicher (210) zugeführt wird, und für die thermische Nutzung (200) aus dem Gasspeicher (210) entnommen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auch zumindest ein Brennstoff in den Gasspeicher (210) eingebracht wird.
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