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EP2480691A1 - REFORMER GAS-BASED REDUCING METHOD WITH REDUCED NOx EMISSION - Google Patents

REFORMER GAS-BASED REDUCING METHOD WITH REDUCED NOx EMISSION

Info

Publication number
EP2480691A1
EP2480691A1 EP10737309A EP10737309A EP2480691A1 EP 2480691 A1 EP2480691 A1 EP 2480691A1 EP 10737309 A EP10737309 A EP 10737309A EP 10737309 A EP10737309 A EP 10737309A EP 2480691 A1 EP2480691 A1 EP 2480691A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
mixture
combustion exhaust
exhaust gas
combustion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10737309A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Robert Millner
Guenter Peer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Primetals Technologies Austria GmbH
Original Assignee
Siemens VAI Metals Technologies GmbH Austria
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens VAI Metals Technologies GmbH Austria filed Critical Siemens VAI Metals Technologies GmbH Austria
Publication of EP2480691A1 publication Critical patent/EP2480691A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present invention relates to a process for the reduction of metal oxides to metallized material by contact with hot reducing gas which, at least in part, by catalytic reforming of a mixture of
  • the present invention relates to an apparatus for carrying out the method.
  • a fuel gas for example Figure 1 of WO2006135984 described.
  • the fuel gas for the reformer is burned with air as an oxygen source, and therefore, the combustion exhaust gas contains a large amount of nitrogen. Accordingly, the following systems for CO 2 removal from the combustion exhaust gas must be designed to be correspondingly large.
  • CO 2 removal from the low-pressure combustion exhaust gas only chemical absorption methods in question, which have a large design and high energy consumption.
  • the nitrogen results in high NO x contents of the combustion exhaust gas when conventional burners are used.
  • increasingly downstream denitrification systems in particular the process for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides (SCR), become necessary due to increasingly stringent environmental regulations.
  • SCR nitrogen oxides
  • low NO x burners are used, in turn, high NO x contents of the combustion exhaust gas are avoided, but the flame pattern of such burners is disadvantageous for use in the reformer.
  • Another disadvantage of the use of air as an oxygen source results from the fact that heat transfers in the reformer, and possibly in the combustion exhaust gas recuperators existing due to the high nitrogen content only to a lesser extent by radiation and predominantly by convection, resulting in a much more inefficient heat transfer than by radiation conditionally.
  • Combustion exhaust gas and pure oxygen is supplied.
  • the liberation of water may be partial or complete; it should be at least a partial liberation of water.
  • the metal oxides are iron oxides.
  • nickel, copper, lead, cobalt can be reduced.
  • the reducing gas is at least in part by catalytic reforming of a mixture of a gas containing carbon dioxide (CO 2 ) and / or water vapor (H 2 O) with gaseous hydrocarbons
  • This reforming is carried out by at least partial reaction of the gaseous hydrocarbons with H 2 O and CO 2 to hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO).
  • the substances H 2 O and / or CO 2 required for the reforming can each be added to the mixture for reforming individually or together, and / or it is present in the gas containing carbon dioxide CO 2 and / or water vapor H 2 O. H 2 O and / or CO 2 used. It is preferred to add at least H 2 O - as water vapor - to the mixture.
  • Gaseous hydrocarbons are, for example, natural gas, methane, propane, syngas from coal gasification, coke oven gas.
  • gaseous hydrocarbons includes both the possibility that only one compound, for example pure propane, is present, as well as the possibility that a mixture of several compounds is present, for example a mixture of propane and methane.
  • the gas containing carbon dioxide CO 2 and / or water vapor H 2 O is, for example
  • Top gas is to be understood as the gas which is removed from the reduction unit in which the reduction of the metal oxides to metallized material takes place. Before the reforming, it is optionally still purified, for example by
  • the gas containing carbon dioxide CO 2 and / or water vapor H 2 O for example, be export gas from another process for the reduction of metal oxides, for example, smelting reduction process, or syngas from a
  • Coal gasification processes such as a Lurgi fixed bed gasifier or
  • a typical composition of top gas from a direct reduction process is in
  • Table 1 shows: Table 1: Typical gas composition of DR Topgas
  • the lower limit of the amount of carbon dioxide CO 2 is 0% by volume, preferably 5% by volume, particularly preferably 15% by volume. and the upper limit of the amount of the amount of carbon dioxide CO 2 is 25% by volume, preferably 30% by volume, more preferably 40% by volume.
  • the lower limit of the amount of water vapor is H 2 O 0 vol%, preferably 10 vol%, and the upper limit of the amount of water vapor H 2 O 20 vol %, preferably 55% by volume.
  • a reducing gas which contains as reducing constituents mainly H 2 and CO. It is known that such a reforming is an endothermic reaction, for which reason heat is supplied to the reformer, for example, by combustion of fuel gas with oxygen in burners associated with the reformer.
  • the oxygen required for this combustion of the fuel gas is supplied to the fuel gas with a gas mixture prepared from a subset of the cooled and largely freed of water combustion exhaust gas and pure oxygen.
  • the gas mixture is composed
  • pure oxygen is to be understood as meaning a gas consisting predominantly of oxygen, preferably having an oxygen content of more than 90% by volume, particularly preferably more than 95% by volume; the remainder to 100% by volume consists mainly of nitrogen and other air constituents such as argon.
  • the cooled and de-watered combustion exhaust gas of the process according to the invention consists predominantly of CO 2 .
  • the supply according to the invention of the oxygen required for the combustion with the gas mixture according to the invention has the advantage that the flame temperature can be set correspondingly by the selected mixing ratio of the CO 2 -containing cooled and largely freed of combustion flue gas and of pure oxygen.
  • combustion exhaust gas In the process of the invention is - compared to the use of air as an oxygen donor - much less or negligible amounts of nitrogen fed to the burners. Accordingly, the combustion exhaust gas also contains little or no NO x emissions, which is why it is possible to dispense with expensive de-NO x devices. Since that Combustion exhaust instead of nitrogen mainly contains the good emitters CO 2 , heat transfers run much more by radiation, rather than by ineffective compared to convection. The subset of combustion exhaust gas,
  • CO 2 is separated off at least from this subset of the combustion exhaust gas before it is discharged into the environment.
  • Combustion exhaust gas thereby enables a more economical production of CO 2 from the combustion exhaust gas than previous process procedures, in which the CO 2 content of the combustion exhaust gas is substantially lower.
  • the separated CO 2 can, for example, be liquefied and sequestered, which leads to a reduction of the CO 2 emissions of the process for the reduction of metal oxides.
  • the fuel gas contains at least one gas from the group
  • top gas - gaseous hydrocarbons, such as natural gas, methane, propane. Syngas from coal gasification, coke oven gas
  • the fuel gas consists of at least one gas of this
  • Another object of the present invention is a
  • Reduction unit for the reduction of metal oxides to metallized material
  • a reformer for carrying out catalytic reforming of a mixture of
  • the reformer is provided with a mixture supply line for supplying the mixture, and wherein the reformer is provided with burners for supplying heat by combustion of fuel gas, a reducing gas supply line for hot reducing gas from the reformer into the reduction unit, a discharge line for the discharge of top gas from the reduction unit, a discharge line for drawing off combustion exhaust gas from the reformer, which contains at least one device for cooling the combustion exhaust gas and for releasing the combustion exhaust gas from water,
  • Water preferably takes place within the same device.
  • the liberation of water is partially or completely; one is at least partially preferred
  • the apparatus for supplying the gas mixture, produced from a subset of the combustion exhaust gas obtained after passing through the at least one device for cooling and freeing water and pure oxygen comprises a gas mixture line branching from the exhaust line, into which an oxygen supply line for supplying pure oxygen flows.
  • a device for generating CO 2 from a stream of combustion exhaust gas is present in the discharge line. In this way, the amount of CO 2 released into the atmosphere of the environment can be reduced; For example, the generated CO 2 can be supplied to a sequestration.
  • the CO 2 is generated, for example, by separation from the stream of combustion exhaust gas.
  • the device for separating CO 2 from a stream of combustion exhaust gas in the flow direction of the combustion exhaust gas before or after the point at which the gas mixture line branches off from the exhaust duct may be arranged.
  • the apparatus for supplying a gas mixture containing a subset of the combustion exhaust gas and pure oxygen, with means for heating the gas mixture, for example, recuperators for heating by the combustion exhaust gas by way of heat transfer of combustion exhaust gas to the gas mixture is provided.
  • the reduction aggregate is a fluidized bed cascade.
  • the reduction aggregate is a fixed bed reduction well.
  • FIG. 1 shows a device according to the invention in which the gas containing carbon dioxide (CO 2 ) and / or water vapor (H 2 O) is top gas.
  • CO 2 carbon dioxide
  • H 2 O water vapor
  • Figure 2 shows an analogous device in which the gas containing carbon dioxide (CO 2 ) and / or water vapor (H 2 O) comes from a different source than in Figure 1.
  • a reduction unit 1 here a fixed bed reduction shaft, via the Oxidzugabevoriques 2 metal oxides 3, which are iron oxides added, for example as pellets or lumpy ore.
  • metal oxides 3 which are iron oxides added, for example as pellets or lumpy ore.
  • the top gas which in the reduction unit at the reduction of metal oxides to metallized material from the reducing gas is formed, discharged from the reduction unit.
  • compressors 17a 17b are present to overcome the pressure drop in the gas-bearing system parts.
  • a mixture of top gas and gaseous hydrocarbons in this case natural gas
  • the natural gas is supplied via the natural gas line 7.
  • the reformer 4 is provided with burners 8a, 8b, 8c for supplying heat by combustion of fuel gas.
  • the hot reducing gas formed in the reformer 4 is supplied via the reducing gas supply line 9 to the reduction unit 1.
  • About a discharge line 10 for removing the resulting in the combustion of fuel gas in the reformer combustion exhaust gas is the Combustion exhaust gas withdrawn from the reformer.
  • the combustion exhaust gas flows out of the reformer 4.
  • the exhaust duct 10 includes a device 11 for cooling the combustion exhaust gas and for releasing the combustion exhaust gas from water. Cooling and liberation of water take place in the same device.
  • the burners 8a, 8b, 8c are provided with devices for supplying fuel gas, represented by the fuel gas line 12. Through the fuel gas line 12, the burners 8a, 8b, 8c as fuel gas, a mixture of
  • this gas mixture is supplied to the burners 8a, 8b, 8c.
  • the fuel gas is burned with the oxygen-containing gas mixture by means of this burner with the release of heat.
  • This device for supplying a gas mixture is represented by the gas mixture line 15.
  • the gas mixture line 15 branches off from the discharge line 10.
  • an oxygen supply line 16 for supplying pure oxygen into the mixed gas line 15 opens.
  • a device for generating CO 2 18 from the flow of the combustion exhaust gas is present.
  • the combustion exhaust gas is compressed by a compressor 19.
  • the separated CO 2 -rich gas or the separated CO 2 -rich liquid from the apparatus for carrying out the method according to the invention is carried out via a CO 2 discharge line 20 shown by dashed lines. After export, it can be sequestered, for example.
  • the device for generating CO 2 18 from the stream of combustion exhaust gas is seen in the flow direction of the combustion exhaust gas behind the point at which the Gas mixture line 15 branches off from the discharge line 10, arranged.
  • the generation of CO 2 is carried out by separation from the stream of combustion exhaust gas.
  • Another branch of the discharge line 10 leads into a chimney, through which the combustion exhaust gas can be discharged into the environment, for example, during shutdowns of the device for generating CO 2 18 and this downstream equipment.
  • a mixing chamber in the gas mixture line is present between the point at which the oxygen supply line for supplying pure oxygen flows into the gas mixture line and the burners, which serves for better mixing of the gas mixture.
  • FIG. 2 shows a device analogous to FIG. 1, with the difference that the gas containing carbon dioxide (CO 2 ) and / or water vapor (H 2 O) is not top gas but syngas from a coal gasification process.
  • This syngas from a coal gasification process is introduced via the opening into the mixture supply line 6 Syngastechnisch 23 in the mixture supply line 6.
  • the mixture of syngas and natural gas generated in the mixture feed line 6 is reformed in the reformer 4.
  • the device parts added to Figure 1 in Figure 2 and the natural gas line 7 are provided with reference numerals. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

The present invention relates to a method for reducing metal oxides (3) to metallised material through contact with hot reducing gas, which is produced at least partly by catalytic reforming of a mixture of a gas, containing carbon dioxide (CO2) and/or water vapour (H2O), with gaseous hydrocarbons, wherein the heat for the endothermic reforming processes occurring during the reforming is supplied at least partly by combusting a combustion gas. The present invention further relates to a device for carrying out the method.

Description

Reformergasbasiertes Reduktionsverfahren mit vermindertem NOx-Ausstoß Reformer gas-based reduction process with reduced NO x emissions

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion von Metalloxiden zu metallisiertem Material durch Kontakt mit heißem Reduktionsgas, welches zumindest zum Teil durch katalytische Reformierung eines Gemisches von The present invention relates to a process for the reduction of metal oxides to metallized material by contact with hot reducing gas which, at least in part, by catalytic reforming of a mixture of

einem Gas, das Kohlendioxid (CO2) und/oder Wasserdampf (H2O) enthält, mit gasförmigen Kohlenwasserstoffen, a gas containing carbon dioxide (CO 2 ) and / or water vapor (H 2 O) with gaseous hydrocarbons,

hergestellt wird, wobei die Wärme für die bei der Reformierung ablaufenden endothermen Reformierungsprozesse zumindest teilweise durch Verbrennung eines Brenngases geliefert wird. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. is produced, wherein the heat for the running during the reforming endothermic reforming processes is at least partially supplied by combustion of a fuel gas. Furthermore, the present invention relates to an apparatus for carrying out the method.

Ein Verfahren zur Reduktion von Metalloxiden zu metallisiertem Material durch Kontakt mit heißem Reduktionsgas, welches zumindest zum Teil durch katalytische Reformierung von Erdgas hergestellt wird, wobei die Wärme für die bei der Reformierung ablaufenden endothermen Reformierungsprozesse zumindest teilweise durch Verbrennung eines Brenngases geliefert wird, ist beispielsweise in Figur 1 der WO2006135984 beschrieben. Aufgrund gesetzlicher Bestimmungen ist die Möglichkeit zur effizienten Abscheidung von CO2 aus den bei dem Verfahren entstehenden Abgasen gewünscht, bevor sie in die Umwelt entlassen werden. Bei einem Verfahren wie in WO2006135984 gezeigt wird das Brenngas für den Reformer mit Luft als Sauerstoffquelle verbrannt, weshalb das Verbrennungsabgas eine große Menge Stickstoff enthält. Entsprechend müssen nachfolgende Anlagen zur CO2-Entfernung aus dem Verbrennungsabgas entsprechend groß ausgelegt sein. Zudem kommen für eine CO2-Entfernung aus dem unter geringem Druck stehenden Verbrennungsabgas nur chemische Absorptionsverfahren in Frage, die eine große Bauweise und hohen Energieverbrauch aufweisen. A process for the reduction of metal oxides to metallized material by contact with hot reducing gas, which is at least partially produced by catalytic reforming of natural gas, wherein the heat for the endothermic reforming processes occurring in the reforming is at least partially provided by combustion of a fuel gas, for example Figure 1 of WO2006135984 described. By legislation, it is desirable to be able to efficiently remove CO 2 from the exhaust gases produced by the process before they are released into the environment. In a method as shown in WO2006135984, the fuel gas for the reformer is burned with air as an oxygen source, and therefore, the combustion exhaust gas contains a large amount of nitrogen. Accordingly, the following systems for CO 2 removal from the combustion exhaust gas must be designed to be correspondingly large. In addition, for CO 2 removal from the low-pressure combustion exhaust gas only chemical absorption methods in question, which have a large design and high energy consumption.

Weiterhin ergeben sich durch den Stickstoff hohe NOx-Gehalte des Verbrennungsabgases, wenn konventionelle Brenner verwendet werden. Dadurch werden aufgrund von immer strenger werdenden Umweltvorschriften meist nachgeschaltete Entstickungs- anlagen, insbesondere das Verfahren zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR), notwendig. Bei Einsatz von Low-NOx-Brennern wiederum werden zwar hohe NOx-Gehalte des Verbrennungsabgases vermieden, jedoch ist das Flammenbild solcher Brenner nachteilig für die Verwendung im Reformer. Ein weiterer Nachteil der Verwendung von Luft als Sauerstoffquelle ergibt sich daraus, dass Wärmeübergänge im Reformer, und gegebenenfalls in den Verbrennungsabgasleitungen vorhandenen Rekuperatoren, aufgrund des hohen Stickstoffgehaltes nur in geringerem Ausmaß durch Strahlung und überwiegend durch Konvektion erfolgt, was einen wesentlich ineffizienteren Wärmeübergang als durch Strahlung bedingt. Furthermore, the nitrogen results in high NO x contents of the combustion exhaust gas when conventional burners are used. As a result, increasingly downstream denitrification systems, in particular the process for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides (SCR), become necessary due to increasingly stringent environmental regulations. When low NO x burners are used, in turn, high NO x contents of the combustion exhaust gas are avoided, but the flame pattern of such burners is disadvantageous for use in the reformer. Another disadvantage of the use of air as an oxygen source results from the fact that heat transfers in the reformer, and possibly in the combustion exhaust gas recuperators existing due to the high nitrogen content only to a lesser extent by radiation and predominantly by convection, resulting in a much more inefficient heat transfer than by radiation conditionally.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen, mit dem die genannten Nachteile überwunden werden können. It is the object of the present invention to provide a method and a device for carrying out the method, with which the mentioned disadvantages can be overcome.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein This task is solved by

Verfahren zur Reduktion von Metalloxiden zu metallisiertem Material durch Kontakt mit heißem Reduktionsgas, wobei das Reduktionsgas zumindest zum Teil durch katalytische Reformierung eines Gemisches von  A method of reducing metal oxides to metallized material by contact with hot reducing gas, wherein the reducing gas is at least partially catalytically reformed a mixture of

einem Gas, das Kohlendioxid (CO2) und/oder Wasserdampf (H2O) enthält, mit gasförmigen Kohlenwasserstoffen a gas containing carbon dioxide (CO 2 ) and / or water vapor (H 2 O) with gaseous hydrocarbons

hergestellt wird, wobei die Wärme für die bei der Reformierung ablaufenden endothermen Reformierungsprozesse zumindest teilweise durch Verbrennung eines Brenngases geliefert wird, und das dabei entstehende Verbrennungsabgas abgezogen wird, wobei es gekühlt und von Wasser befreit wird, wherein the heat for the endothermic reforming processes occurring in the reforming is at least partially supplied by combustion of a fuel gas, and the resulting combustion exhaust gas is withdrawn, whereby it is cooled and freed of water,

dadurch gekennzeichnet, dass der für die Verbrennung des Brenngases benötigte characterized in that required for the combustion of the fuel gas

Sauerstoff dem Brenngas mit einem Gasgemisch, Oxygen the fuel gas with a gas mixture,

hergestellt aus einer Teilmenge des gekühlten und von Wasser befreiten prepared from a subset of the cooled and liberated from water

Verbrennungsabgases und reinem Sauerstoff, zugeführt wird. Combustion exhaust gas and pure oxygen, is supplied.

Die Befreiung von Wasser kann teilweise oder vollständig sein; es soll zumindest eine teilweise Befreiung von Wasser erfolgen. Bevorzugterweise handelt es sich bei den Metalloxiden um Eisenoxide. Weiters können aber auch, gemäß Richardson-Jeffes-Diagramm, beispielsweise Nickel, Kupfer, Blei, , Kobalt reduziert werden. The liberation of water may be partial or complete; it should be at least a partial liberation of water. Preferably, the metal oxides are iron oxides. Furthermore, however, according to Richardson-Jeffes diagram, for example, nickel, copper, lead, cobalt can be reduced.

Das Reduktionsgas wird zumindest zum Teil durch katalytische Reformierung eines Gemisches von einem Gas, das Kohlendioxid (CO2) und/oder Wasserdampf (H2O) enthält, mit gasförmigen Kohlenwasserstoffen The reducing gas is at least in part by catalytic reforming of a mixture of a gas containing carbon dioxide (CO 2 ) and / or water vapor (H 2 O) with gaseous hydrocarbons

hergestellt. Diese Reformierung erfolgt durch zumindest teilweise Umsetzung der gasförmigen Kohlenwasserstoffe mit H2O und CO2 zu Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO). Die für die Reformierung benötigten Substanzen H2O und/oder CO2 können dem Gemisch zur Reformierung jeweils einzeln oder zusammen zugegeben werden, und/oder es wird das in dem Gas, das Kohlendioxid CO2 und/oder Wasserdampf H2O enthält, vorhandene H2O und/oder CO2 genutzt. Bevorzugt ist es, dem Gemisch zumindest H2O - als Wasserdampf - zuzugeben. produced. This reforming is carried out by at least partial reaction of the gaseous hydrocarbons with H 2 O and CO 2 to hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO). The substances H 2 O and / or CO 2 required for the reforming can each be added to the mixture for reforming individually or together, and / or it is present in the gas containing carbon dioxide CO 2 and / or water vapor H 2 O. H 2 O and / or CO 2 used. It is preferred to add at least H 2 O - as water vapor - to the mixture.

Unter gasförmigen Kohlenwasserstoffen sind beispielsweise Erdgas, Methan, Propan, Syngas aus Kohlevergasung, Koksofengas zu verstehen. Der Begriff gasförmige Kohlenwasserstoffe umfasst sowohl die Möglichkeit, dass lediglich eine Verbindung, beispielsweise reines Propan, vorliegt, als auch die Möglichkeit, dass ein Gemisch aus mehreren Verbindungen vorliegt, beispielsweise ein Gemisch aus Propan und Methan. Gaseous hydrocarbons are, for example, natural gas, methane, propane, syngas from coal gasification, coke oven gas. The term gaseous hydrocarbons includes both the possibility that only one compound, for example pure propane, is present, as well as the possibility that a mixture of several compounds is present, for example a mixture of propane and methane.

Das Gas, das Kohlendioxid CO2 und/oder Wasserdampf H2O enthält, ist beispielsweiseThe gas containing carbon dioxide CO 2 and / or water vapor H 2 O is, for example

Topgas aus dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Reduktion von Metalloxiden. UnterTop gas from the process according to the invention for the reduction of metal oxides. Under

Topgas ist dabei das Gas zu verstehen, welches aus dem Reduktionsaggregat, in dem die Reduktion der Metalloxide zu metallisiertem Material stattfindet, abgeführt wird. Vor der Reformierung wird es gegebenenfalls noch gereinigt, beispielsweise durchTop gas is to be understood as the gas which is removed from the reduction unit in which the reduction of the metal oxides to metallized material takes place. Before the reforming, it is optionally still purified, for example by

Abscheidung von mitgeführtem Staub und/oder Wasser. Separation of entrained dust and / or water.

Das Gas, das Kohlendioxid CO2 und/oder Wasserdampf H2O enthält, kann beispielsweise auch Exportgas aus einem anderen Verfahren zur Reduktion von Metalloxiden sein, beispielsweise Schmelzreduktionsverfahren, oder Syngas aus einemThe gas containing carbon dioxide CO 2 and / or water vapor H 2 O, for example, be export gas from another process for the reduction of metal oxides, for example, smelting reduction process, or syngas from a

Kohlevergasungsverfahren wie beispielsweise einem Lurgi Festbettvergaser oderCoal gasification processes such as a Lurgi fixed bed gasifier or

Siemens Flugstromvergaser. Siemens air flow gasifier.

Bevorzugt ist es Topgas aus dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Reduktion von It is preferably top gas from the process according to the invention for the reduction of

Metalloxiden. Metal oxides.

Eine typische Zusammensetzung von Topgas aus einem Direktreduktionsverfahren ist inA typical composition of top gas from a direct reduction process is in

Tabelle 1 gezeigt: Tabelle 1 : Typische Gaszusammensetzung von DR Topgas Table 1 shows: Table 1: Typical gas composition of DR Topgas

Topgaszusammensetzung nach Gasreinigung Top gas composition after gas purification

CO [vol%] 20 - 25  CO [vol%] 20 - 25

CO2 [vol%] 15 - 20 CO 2 [vol%] 15-20

H2 [vol%] 40 - 46 H 2 [vol%] 40-46

H2O [vol%] 0 - 18 H 2 O [vol%] 0 - 18

CH4 [vol%] 2 - 4 CH 4 [vol%] 2 - 4

N2 [vol%] 1 - 2 In dem Gas, das Kohlendioxid CO2 und/oder Wasserdampf H2O enthält, beträgt die Untergrenze der Menge an Kohlendioxid CO2 0 Vol%, bevorzugt 5 Vol%, besonders bevorzugt 15 Vol%, und die Obergrenze der Menge an der Menge an Kohlendioxid CO2 25 Vol%, bevorzugt 30 Vol%, besonders bevorzugt 40 Vol%. In dem Gas, das Kohlendioxid CO2 und/oder Wasserdampf H2O enthält, beträgt die Untergrenze der Menge an Wasserdampf H2O 0 Vol%, bevorzugt 10 Vol%, und die Obergrenze der Menge an der Menge Wasserdampf H2O 20 Vol%, bevorzugt 55 Vol%. N 2 [vol%] 1 - 2 In the gas containing carbon dioxide CO 2 and / or water vapor H 2 O, the lower limit of the amount of carbon dioxide CO 2 is 0% by volume, preferably 5% by volume, particularly preferably 15% by volume. and the upper limit of the amount of the amount of carbon dioxide CO 2 is 25% by volume, preferably 30% by volume, more preferably 40% by volume. In the gas containing carbon dioxide CO 2 and / or water vapor H 2 O, the lower limit of the amount of water vapor is H 2 O 0 vol%, preferably 10 vol%, and the upper limit of the amount of water vapor H 2 O 20 vol %, preferably 55% by volume.

Durch die katalytische Reformierung wird ein Reduktionsgas erhalten, welches als reduzierende Bestandteile hauptsächlich H2 und CO enthält. Es ist bekannt, dass es sich bei einer solchen Reformierung um eine endotherme Reaktion handelt, weshalb dem Reformer beispielsweise durch Verbrennung von Brenngas mit Sauerstoff, in Brennern, die dem Reformer zugeordnet sind, Wärme zugeführt wird. Erfindungsgemäß wird der für diese Verbrennung des Brenngases benötigte Sauerstoff dem Brenngas mit einem Gasgemisch, hergestellt aus einer Teilmenge des gekühlten und weitgehend von Wasser befreiten Verbrennungsabgases und reinem Sauerstoff, , zugeführt. Bevorzugterweise setzt sich das Gasgemisch aus By the catalytic reforming, a reducing gas is obtained, which contains as reducing constituents mainly H 2 and CO. It is known that such a reforming is an endothermic reaction, for which reason heat is supplied to the reformer, for example, by combustion of fuel gas with oxygen in burners associated with the reformer. According to the invention, the oxygen required for this combustion of the fuel gas is supplied to the fuel gas with a gas mixture prepared from a subset of the cooled and largely freed of water combustion exhaust gas and pure oxygen. Preferably, the gas mixture is composed

zumindest 10 Vol%, bevorzugt zumindest 20 Vol%, bis zu 25 Vol%, bevorzugt bis zu 30 Vol% reinem O2 , und at least 10% by volume, preferably at least 20% by volume, up to 25% by volume, preferably up to 30% by volume of pure O 2 , and

zumindest 70 Vol%, bevorzugt zumindest 75 Vol%, bis zu 80 Vol%. bevorzugt bis zu 90 Vol% Verbrennungsabgas  at least 70% by volume, preferably at least 75% by volume, up to 80% by volume. preferably up to 90% by volume of combustion exhaust gas

zusammen. In diesem Zusammenhang ist unter reinem Sauerstoff ein überwiegend aus Sauerstoff bestehendes Gas, bevorzugterweise mit einem Sauerstoffgehalt von über 90 Vol%, besonders bevorzugt von über 95 Vol%, zu verstehen; der Rest auf 100 Vol% besteht dabei hauptsächlich von Stickstoff, sowie anderen Luftbestandteilen wie Argon. Das ist beispielsweise deshalb relevant, weil die Anforderungen nach DYNAMIS - einem Projekt der Europäischen Kommission zu dem Thema„Capture and storage of CO2, associated with cleaner fossil fuels" - über die Qualität eines CO2-reichen Stromes >95 Vol% CO2 und für alle nicht kondensierbare Gas - wie beispielsweise N2, Ar, H2 - < 4 Vol% vorschreiben. Das ist für bei Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung anfallenden - aus dem Verbrennungsabgas stammenden - CO2-reichen Gasströmen nur mit hohen O2 Reinheiten bei der Verbrennung des Brenngases erzielbar. together. In this context, pure oxygen is to be understood as meaning a gas consisting predominantly of oxygen, preferably having an oxygen content of more than 90% by volume, particularly preferably more than 95% by volume; the remainder to 100% by volume consists mainly of nitrogen and other air constituents such as argon. This is relevant, for example, because the requirements of DYNAMIS - a project of the European Commission on the capture and storage of CO 2 associated with cleaner fossil fuels - on the quality of a CO 2 -rich stream> 95% vol CO 2 and prescribe for all non-condensable gas - such as N 2 , Ar, H 2 - <4% by volume, for CO 2 -rich gas streams resulting from processes according to the present invention - originating from the combustion exhaust gas - only with high O 2 purities achievable during combustion of the fuel gas.

Je höher der Sauerstoffgehalt im reinen Sauerstoff ist, desto höher ist der CO2-Gehalt im Verbrennungsabgas, relativ zum Stickstoffgehalt, und desto niedriger ist der Anteil an nicht kondensierbaren Gasen im Verbrennungsabgas. The higher the oxygen content in pure oxygen, the higher the CO 2 content in the combustion exhaust gas, relative to the nitrogen content, and the lower the proportion of non-condensable gases in the combustion exhaust gas.

Das gekühlte und von Wasser befreite Verbrennungsabgas des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht überwiegend aus CO2. Die erfindungsgemäße Zufuhr des für die Verbrennung benötigten Sauerstoffs mit dem erfindungsgemäßen Gasgemisches hat den Vorteil, dass durch das gewählte Mischungsverhältniss des CO2-hältigen gekühlten und weitgehend von Wasser befreiten Verbrennungsabgases und des reinen Sauerstoffs sich die Flammentemperatur entsprechend einstellen lässt. The cooled and de-watered combustion exhaust gas of the process according to the invention consists predominantly of CO 2 . The supply according to the invention of the oxygen required for the combustion with the gas mixture according to the invention has the advantage that the flame temperature can be set correspondingly by the selected mixing ratio of the CO 2 -containing cooled and largely freed of combustion flue gas and of pure oxygen.

Das Gasgemisch The gas mixture

wird vor seiner Zuführung zu den Brennern vorgewärmt, und zwar bevorzugterweise durch Wärmeaustausch mit dem Verbrennungsabgas. Durch die Vorwärmung kann die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens durch einen geringeren Gesamtenergieverbrauch, weil dadurch die Wärme des Verbrennungsabgases wieder in das Reduktionsverfahren rückgeführt wird. is preheated prior to its supply to the burners, preferably by heat exchange with the combustion exhaust gas. By preheating the economy of the process by a lower total energy consumption, because thereby the heat of the combustion exhaust gas is returned to the reduction process.

Bei der erfindungsgemäßen Verfahrensführung wird - im Vergleich zur Verwendung von Luft als Sauerstoffspender - wesentlich weniger beziehungsweise vernachlässigbar kleine Mengen an Stickstoff zu den Brennern geführt. Entsprechend enthält das Verbrennungsabgas auch nur geringe beziehungsweise keine NOx-Emissionen, weshalb auf aufwändige De-NOx-Vorrichtungen verzichtet werden kann. Da das Verbrennungsabgas statt Stickstoff hauptsächlich den guten Strahler CO2 enthält, laufen Wärmeübergänge wesentlich stärker durch Strahlung, statt durch im Vergleich dazu ineffizientere Konvektion ab. Die Teilmenge des Verbrennungsabgases, In the process of the invention is - compared to the use of air as an oxygen donor - much less or negligible amounts of nitrogen fed to the burners. Accordingly, the combustion exhaust gas also contains little or no NO x emissions, which is why it is possible to dispense with expensive de-NO x devices. Since that Combustion exhaust instead of nitrogen mainly contains the good emitters CO 2 , heat transfers run much more by radiation, rather than by ineffective compared to convection. The subset of combustion exhaust gas,

welche nicht für die Bildung des Gasgemisches für die Brenner genutzt wird, wird in diewhich is not used for the formation of the gas mixture for the burners is included in the

Umwelt entlassen. Dismiss environment.

Vorteilhafterweise wird zumindest aus dieser Teilmenge des Verbrennungsabgases CO2 abgetrennt, bevor sie in die Umwelt entlassen wird. Advantageously, CO 2 is separated off at least from this subset of the combustion exhaust gas before it is discharged into the environment.

Der bei erfindungsgemäßer Verfahrensführung hohe CO2-Gehalt desThe process according to the invention high CO 2 content of

Verbrennungsabgases ermöglicht dabei eine wirtschaftlichere Erzeugung von CO2 aus dem Verbrennungsabgas als bisherige Verfahrensführungen, bei denen der CO2-Gehalt des Verbrennungsabgases wesentlich geringer ist. Combustion exhaust gas thereby enables a more economical production of CO 2 from the combustion exhaust gas than previous process procedures, in which the CO 2 content of the combustion exhaust gas is substantially lower.

Das abgetrennte CO2 kann beispielsweise verflüssigt und sequestriert werden, was zu einer Senkung der CO2-Emissionen des Verfahrens zur Reduktion von Metalloxiden führt. The separated CO 2 can, for example, be liquefied and sequestered, which leads to a reduction of the CO 2 emissions of the process for the reduction of metal oxides.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren enthält das Brenngas zumindest ein Gas aus der Gruppe In the method according to the invention, the fuel gas contains at least one gas from the group

- bei der Reduktion von Metalloxiden zu metallisiertem Material anfallendes Topgas, - gasförmige Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Erdgas, Methan, Propan. Syngas aus Kohlevergasung, Koksofengas  - in the reduction of metal oxides to metallized material resulting top gas, - gaseous hydrocarbons, such as natural gas, methane, propane. Syngas from coal gasification, coke oven gas

Nach einer Ausführungsform besteht das Brenngas aus zumindest einem Gas dieser According to one embodiment, the fuel gas consists of at least one gas of this

Gruppe. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Group. Another object of the present invention is a

Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit einem  Apparatus for carrying out the method according to the invention, with a

Reduktionsaggregat zur Reduktion von Metalloxiden zu metallisiertem Material, einem Reformer zur Durchführung katalytischer Reformierung eines Gemisches vonReduction unit for the reduction of metal oxides to metallized material, a reformer for carrying out catalytic reforming of a mixture of

- einem Gas, das Kohlendioxid (CO2) und Wasserdampf (H2O) enthält, mit - A gas containing carbon dioxide (CO 2 ) and water vapor (H 2 O), with

- gasförmigen Kohlenwasserstoffen, - gaseous hydrocarbons,

wobei der Reformer mit einer Gemischzufuhrleitung zur Zufuhr des Gemisches versehen ist, und wobei der Reformer mit Brennern zur Lieferung von Wärme durch Verbrennung von Brenngas versehen ist, einer Reduktionsgaszufuhrleitung für heißes Reduktionsgas aus dem Reformer in das Reduktionsaggregat, einer Abfuhrleitung zur Abfuhr von Topgas aus dem Reduktionsaggregat, einer Abzugsleitung zum Abziehen von Verbrennungsabgas aus dem Reformer, welche zumindest eine Vorrichtung zum Kühlen des Verbrennungsabgases und zur Befreiung des Verbrennungsabgases von Wasser enthält, wherein the reformer is provided with a mixture supply line for supplying the mixture, and wherein the reformer is provided with burners for supplying heat by combustion of fuel gas, a reducing gas supply line for hot reducing gas from the reformer into the reduction unit, a discharge line for the discharge of top gas from the reduction unit, a discharge line for drawing off combustion exhaust gas from the reformer, which contains at least one device for cooling the combustion exhaust gas and for releasing the combustion exhaust gas from water,

dadurch gekennzeichnet, characterized,

dass die Brenner that the burners

mit einer Vorrichtung zur Zuführung von Brenngas with a device for supplying fuel gas

und mit einer Vorrichtung zur Zuführung von einem Gasgemisch, and with a device for supplying a gas mixture,

hergestellt aus einer Teilmenge des made from a subset of the

nach Durchlaufen der zumindest einen Vorrichtung zum Kühlen und zur Befreiung von Wasser erhaltenen Verbrennungsabgases after passing through the at least one device for cooling and for the liberation of water obtained combustion exhaust gas

und reinem Sauerstoff, and pure oxygen,

versehen sind. are provided.

Das Kühlen des Verbrennungsabgases und die Befreiung des Verbrennungsabgases von The cooling of the combustion exhaust gas and the liberation of the combustion exhaust gas of

Wasser erfolgt bevorzugterweise innerhalb derselben Vorrichtung. Dabei erfolgt die Befreiung von Wasser teilweise oder vollständig; bevorzugt ist eine zumindest teilweiseWater preferably takes place within the same device. The liberation of water is partially or completely; one is at least partially preferred

Befreiung von Wasser. Liberation of water.

Nach einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zur Zuführung des Gasgemisches, hergestellt aus einer Teilmenge des nach Durchlaufen der zumindest einen Vorrichtung zum Kühlen und zur Befreiung von Wasser erhaltenen Verbrennungsabgases und aus reinem Sauerstoff, eine von der Abzugsleitung abzweigende Gasgemischleitung, in welche eine Sauerstoffzufuhrleitung zur Zufuhr von reinem Sauerstoff mündet. Vorzugsweise ist in der Abzugsleitung eine Vorrichtung zur Erzeugung von CO2 aus einem Strom von Verbrennungsabgas vorhanden. Auf diese Weise kann die in die Atmosphäre der Umwelt entlassene CO2-Menge vermindert werden; beispielsweise kann das erzeugte CO2 einer Sequestrierung zugeführt werden. Das CO2 wird dabei beispielsweise durch Abtrennung aus dem Strom des Verbrennungsabgases erzeugt. According to one embodiment, the apparatus for supplying the gas mixture, produced from a subset of the combustion exhaust gas obtained after passing through the at least one device for cooling and freeing water and pure oxygen, comprises a gas mixture line branching from the exhaust line, into which an oxygen supply line for supplying pure oxygen flows. Preferably, a device for generating CO 2 from a stream of combustion exhaust gas is present in the discharge line. In this way, the amount of CO 2 released into the atmosphere of the environment can be reduced; For example, the generated CO 2 can be supplied to a sequestration. The CO 2 is generated, for example, by separation from the stream of combustion exhaust gas.

Die Vorrichtung zur Abtrennung von CO2 aus einem Strom von Verbrennungsabgas in Strömungsrichtung des Verbrennungsabgases gesehen vor oder hinter der Stelle, an welcher die Gasgemischleitung von der Abzugsleitung abzweigt, angeordnet sein. Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung zur Zuführung von einem Gasgemisch, enthaltend eine Teilmenge des Verbrennungsabgases und reinem Sauerstoff, mit Vorrichtungen zur Erwärmung des Gasgemisches, beispielsweise Rekuperatoren zur Erwärmung durch das Verbrennungsabgas auf dem Wege von Wärmeübertragung von Verbrennungsabgas auf das Gasgemisch, versehen. The device for separating CO 2 from a stream of combustion exhaust gas in the flow direction of the combustion exhaust gas before or after the point at which the gas mixture line branches off from the exhaust duct may be arranged. Advantageously, the apparatus for supplying a gas mixture containing a subset of the combustion exhaust gas and pure oxygen, with means for heating the gas mixture, for example, recuperators for heating by the combustion exhaust gas by way of heat transfer of combustion exhaust gas to the gas mixture is provided.

Nach einer Ausführungsform ist das Reduktionsaggregat eine Wirbelschichtkaskade. In one embodiment, the reduction aggregate is a fluidized bed cascade.

Nach einer anderen Ausführungsform ist das Reduktionsaggregat ein Festbettreduktionsschacht. In another embodiment, the reduction aggregate is a fixed bed reduction well.

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von schematischen Figuren näher erklärt. Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der das Gas, das Kohlendioxid (CO2) und/oder Wasserdampf (H2O) enthält, Topgas ist. In the following, the present invention will be explained in more detail with reference to schematic figures. FIG. 1 shows a device according to the invention in which the gas containing carbon dioxide (CO 2 ) and / or water vapor (H 2 O) is top gas.

Figur 2 zeigt eine analoge Vorrichtung, bei der das Gas, das Kohlendioxid (CO2) und/oder Wasserdampf (H2O) enthält, aus einer anderen Quelle als in Figur 1 stammt. In Figur 1 werden in ein Reduktionsaggregat 1 , hier einem Festbettreduktionsschacht, über die Oxidzugabevorrichtung 2 Metalloxide 3, bei denen es sich um Eisenoxide handelt, zugegeben, beispielsweise als Pellets oder stückiges Erz. Über die Abfuhrleitung 5 wird das Topgas, welches in dem Reduktionsaggregat bei der Reduktion der Metalloxide zu metallisiertem Material aus dem Reduktionsgas entsteht, aus dem Reduktionsaggregat abgeführt. In der Abfuhrleitung 5 sind Verdichter 17a 17b vorhanden, zur Überwindung des Druckabfalls in den Gas führenden Anlagenteilen. In einen Reformer 4 zur katalytischen Reformierung eines Gemisches aus Topgas und gasförmigen Kohlenwasserstoffen wird über eine Gemischzufuhrleitung 6 ein Gemisch von Topgas und gasförmigen Kohlenwasserstoffen, in diesem Fall Erdgas, zugeführt. Das Erdgas wird dabei über die Erdgasleitung 7 zugeführt.. Der Reformer 4 ist mit Brennern 8a, 8b, 8c zur Lieferung von Wärme durch Verbrennung von Brenngas versehen. Das im Reformer 4 gebildete heiße Reduktionsgas wird über die Reduktionsgaszufuhrleitung 9 dem Reduktionsaggregat 1 zugeführt. Über eine Abzugsleitung 10 zum Abziehen des bei der Verbrennung von Brenngas im Reformer anfallenden Verbrennungsabgases wird das Verbrennungsabgas aus dem Reformer abgezogen. Das Verbrennungsabgas strömt dabei aus dem Reformer 4 heraus. Figure 2 shows an analogous device in which the gas containing carbon dioxide (CO 2 ) and / or water vapor (H 2 O) comes from a different source than in Figure 1. In Figure 1 are in a reduction unit 1, here a fixed bed reduction shaft, via the Oxidzugabevorrichtung 2 metal oxides 3, which are iron oxides added, for example as pellets or lumpy ore. Via the discharge line 5, the top gas, which in the reduction unit at the reduction of metal oxides to metallized material from the reducing gas is formed, discharged from the reduction unit. In the discharge line 5 compressors 17a 17b are present to overcome the pressure drop in the gas-bearing system parts. In a reformer 4 for the catalytic reforming of a mixture of top gas and gaseous hydrocarbons, a mixture of top gas and gaseous hydrocarbons, in this case natural gas, is supplied via a mixture feed line 6. The natural gas is supplied via the natural gas line 7. The reformer 4 is provided with burners 8a, 8b, 8c for supplying heat by combustion of fuel gas. The hot reducing gas formed in the reformer 4 is supplied via the reducing gas supply line 9 to the reduction unit 1. About a discharge line 10 for removing the resulting in the combustion of fuel gas in the reformer combustion exhaust gas is the Combustion exhaust gas withdrawn from the reformer. The combustion exhaust gas flows out of the reformer 4.

Die Abzugsleitung 10 enthält eine Vorrichtung 11 zum Kühlen des Verbrennungsabgases und zur Befreiung des Verbrennungsabgases von Wasser. Kühlung und Befreiung von Wasser erfolgen in derselben Vorrichtung. Die Brenner 8a, 8b, 8c sind mit Vorrichtungen zur Zuführung von Brenngas, dargestellt durch die Brenngasleitung 12, versehen. Durch die Brenngasleitung 12 wird den Brennern 8a, 8b, 8c als Brenngas ein Gemisch aus  The exhaust duct 10 includes a device 11 for cooling the combustion exhaust gas and for releasing the combustion exhaust gas from water. Cooling and liberation of water take place in the same device. The burners 8a, 8b, 8c are provided with devices for supplying fuel gas, represented by the fuel gas line 12. Through the fuel gas line 12, the burners 8a, 8b, 8c as fuel gas, a mixture of

in einer in der Abfuhrleitung für Topgas 5 enthaltenen in a contained in the discharge line for Topgas 5

Topgasentstaubungsvorrichtung 13 entstaubtem Topgas, und Topgasentstaubungsvorrichtung 13 dedusted top gas, and

- dem gasförmigen Kohlenwasserstoff Erdgas, welches über eine strichliert dargestellte Erdgaszuleitung 14 in die Brenngasleitung 12 zugeführt wird, zugeleitet.  - The gaseous hydrocarbon natural gas, which is fed via a dash-lined natural gas feed line 14 into the fuel gas line 12, fed.

Über die Vorrichtung zur Zuführung von einem Gasgemisch hergestellt aus Made of the device for supplying a gas mixture

einer Teilmenge des nach Durchlaufen der Vorrichtung 11 zum Kühlen des Verbrennungsabgases und zur Befreiung des Verbrennungsabgases von Wasser erhaltenen Verbrennungsabgases, und  a partial amount of the combustion exhaust gas obtained after passing through the device 11 for cooling the combustion exhaust gas and for liberating the combustion exhaust gas from water, and

reinem Sauerstoff,  pure oxygen,

wird dieses Gasgemisch den Brennern 8a, 8b, 8c zugeführt. Das Brenngas wird mit dem sauerstoffhaltigen Gasgemisch mittels dieser Brenner unter Abgabe von Wärme verbrannt. Diese Vorrichtung zur Zuführung von einem Gasgemisch ist durch die Gasgemischleitung 15 dargestellt. Die Gasgemischleitung 15 zweigt von der Abzugsleitung 10 ab. In Strömungsrichtung des in der Gasgemischleitung 15 geführten Gases gesehen hinter der Abzweigung von der Abzugsleitung 10 mündet eine Sauerstoffzufuhrleitung 16 zur Zufuhr von reinem Sauerstoff in die Gasgemischleitung 15. this gas mixture is supplied to the burners 8a, 8b, 8c. The fuel gas is burned with the oxygen-containing gas mixture by means of this burner with the release of heat. This device for supplying a gas mixture is represented by the gas mixture line 15. The gas mixture line 15 branches off from the discharge line 10. As seen in the flow direction of the gas guided in the gas mixture line 15, behind the branching off the withdrawal line 10, an oxygen supply line 16 for supplying pure oxygen into the mixed gas line 15 opens.

In einem Ast der Abzugsleitung 10 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung von CO2 18 aus dem Strom des Verbrennungsabgases vorhanden. Vor dieser Vorrichtung zur Erzeugung von CO2 18 wird das Verbrennungsabgas durch einen Kompressor 19 verdichtet. Über eine strichliert dargestellte CO2-Abfuhrleitung 20 wird das abgetrennte CO2-reiche Gas beziehungsweise die abgetrennte CO2-reiche Flüssigkeit aus der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt. Nach der Ausfuhr kann es beispielsweise sequestriert werden. In a branch of the discharge line 10, a device for generating CO 2 18 from the flow of the combustion exhaust gas is present. In front of this CO 2 18 generating device, the combustion exhaust gas is compressed by a compressor 19. The separated CO 2 -rich gas or the separated CO 2 -rich liquid from the apparatus for carrying out the method according to the invention is carried out via a CO 2 discharge line 20 shown by dashed lines. After export, it can be sequestered, for example.

Die Vorrichtung zur Erzeugung von CO2 18 aus dem Strom des Verbrennungsabgases ist in Strömungsrichtung des Verbrennungsabgases gesehen hinter der Stelle, an der die Gasgemischleitung 15 von der Abzugsleitung 10 abzweigt, angeordnet. Die Erzeugung von CO2 erfolgt durch Abtrennung aus dem Strom des Verbrennungsabgases. The device for generating CO 2 18 from the stream of combustion exhaust gas is seen in the flow direction of the combustion exhaust gas behind the point at which the Gas mixture line 15 branches off from the discharge line 10, arranged. The generation of CO 2 is carried out by separation from the stream of combustion exhaust gas.

Ein anderer Ast der Abzugsleitung 10 führt in einen Kamin, durch den das Verbrennungsabgas in die Umwelt entlassen werden kann, beispielsweise während Stillständen der Vorrichtung zur Erzeugung von CO2 18 beziehungsweise dieser nachgeschalteten Anlagen. Another branch of the discharge line 10 leads into a chimney, through which the combustion exhaust gas can be discharged into the environment, for example, during shutdowns of the device for generating CO 2 18 and this downstream equipment.

In der Abzugsleitung 10 ist eine Vorrichtung zur Erwärmung des Gasgemisches, in diesem Fall ein Rekuperator 22 für indirekten Wärmeaustausch des Gasgemisches in der Gasgemischleitung mit dem Verbrennungsabgas in der Abzugsleitung 10, vorhanden. In the discharge line 10 is a device for heating the gas mixture, in this case a recuperator 22 for indirect heat exchange of the gas mixture in the gas mixture line with the combustion exhaust gas in the discharge line 10, is present.

Weiterhin ist in der Abzugsleitung 10 eine Vorrichtung zur Erwärmung des Gemisches aus Topgas und Erdgas in der Zufuhrleitung 6, in diesem Fall ein Rekuperator 21 für indirekten Wärmeaustausch des Gemisches aus Topgas und Erdgas in der Gasgemischleitung mit dem Verbrennungsabgas in der Abzugsleitung 10, vorhanden. Furthermore, a device for heating the mixture of top gas and natural gas in the supply line 6, in this case a recuperator 21 for indirect heat exchange of the mixture of top gas and natural gas in the gas mixture line with the combustion exhaust gas in the discharge line 10 is present in the discharge line 10.

Nach einer nicht in der Figur dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zwischen der Stelle, an der die Sauerstoffzufuhrleitung zur Zufuhr von reinem Sauerstoff in die Gasgemischleitung mündet, und den Brennern eine Mischkammer in der Gasgemischleitung vorhanden, die der besseren Durchmischung des Gasgemisches dient. According to an embodiment of the device according to the invention not shown in the figure, a mixing chamber in the gas mixture line is present between the point at which the oxygen supply line for supplying pure oxygen flows into the gas mixture line and the burners, which serves for better mixing of the gas mixture.

Figur 2 zeigt eine zu Figur 1 analoge Vorrichtung, mit dem Unterschied, dass als Gas, das Kohlendioxid (CO2) und/oder Wasserdampf (H2O) enthält, nicht Topgas, sondern Syngas aus einem Kohlevergasungsverfahren verwendet wird. Dieses Syngas aus einem nicht dargestellten Kohlevergasungsverfahren wird über die in die Gemischzufuhrleitung 6 mündende Syngasleitung 23 in die Gemischzufuhrleitung 6 eingeleitet. Das in der Gemischzufuhrleitung 6 dabei generierte Gemisch von Syngas und Erdgas wird im Reformer 4 reformiert. Zur besseren Übersichtlichkeit sind nur die in Figur 2 gegenüber Figur 1 hinzugekommenen Vorrichtungsteile sowie die Erdgasleitung 7 mit Bezugszeichen versehen. Bezugszeichenliste: FIG. 2 shows a device analogous to FIG. 1, with the difference that the gas containing carbon dioxide (CO 2 ) and / or water vapor (H 2 O) is not top gas but syngas from a coal gasification process. This syngas from a coal gasification process, not shown, is introduced via the opening into the mixture supply line 6 Syngasleitung 23 in the mixture supply line 6. The mixture of syngas and natural gas generated in the mixture feed line 6 is reformed in the reformer 4. For the sake of clarity, only the device parts added to Figure 1 in Figure 2 and the natural gas line 7 are provided with reference numerals. LIST OF REFERENCE NUMBERS

1 Reduktionsaggregat  1 reduction unit

2 Oxidzugabevorrichtung  2 Oxidzugabevorrichtung

3 Metalloxide  3 metal oxides

4 Reformer  4 reformers

5 Abfuhrleitung  5 discharge line

6 Gemischzufuhrleitung  6 Mixture supply line

7 Erdgasleitung  7 natural gas pipeline

8a, 8b, 8c Brenner  8a, 8b, 8c burner

9 Reduktionsgaszufuhrleitung  9 Reduction gas supply line

10 Abzugsleitung  10 discharge line

1 1 Vorrichtung zum Kühlen/Befreiung von H2O1 1 Apparatus for cooling / releasing H 2 O

12 Brenngasleitung 12 fuel gas line

13 Topgasentstaubungsvorrichtung  13 Topgas dedusting device

14 Erdgaszuleitung  14 natural gas supply

15 Gasgemischleitung  15 gas mixture line

16 Sauerstoffzufuhrleitung  16 oxygen supply line

17a, 17b Verdichter  17a, 17b compressors

18 Vorrichtung zur Erzeugung von CO2 18 Device for generating CO 2

19 Kompressor 19 compressor

20 CO2-Abfuhrleitung 20 CO 2 discharge line

21 Rekuperator  21 recuperator

22 Rekuperator  22 recuperator

23 Syngasleitung  23 syngas line

Claims

Patentansprüche: Patent claims: 1 ) Verfahren zur Reduktion von Metalloxiden zu metallisiertem Material durch 1) Process for the reduction of metal oxides to metallized material Kontakt mit heißem Reduktionsgas, wobei das Reduktionsgas zumindest zum Teil durch katalytische Reformierung eines Gemisches von Contact with hot reducing gas, the reducing gas being produced at least in part by catalytic reforming of a mixture of - einem Gas, das Kohlendioxid (CO2) und/oder Wasserdampf (H2O) enthält, mit - a gas containing carbon dioxide (CO 2 ) and/or water vapor (H 2 O). - gasförmigen Kohlenwasserstoffen - gaseous hydrocarbons hergestellt wird, wobei die Wärme für die bei der Reformierung ablaufenden endothermen Reformierungsprozesse zumindest teilweise durch Verbrennung eines Brenngases geliefert wird, und das dabei entstehende Verbrennungsabgas abgezogen wird, wobei es gekühlt und von Wasser befreit wird, is produced, the heat for the endothermic reforming processes occurring during reforming being at least partially supplied by combustion of a fuel gas, and the resulting combustion exhaust gas being drawn off, being cooled and freed of water, dadurch gekennzeichnet, dass der für die Verbrennung des Brenngases benötigte Sauerstoff dem Brenngas mit einem Gasgemisch, characterized in that the oxygen required for the combustion of the fuel gas is added to the fuel gas with a gas mixture, hergestellt aus einer Teilmenge des gekühlten und von Wasser befreiten made from a portion of the cooled and freed of water Verbrennungsabgases und reinem Sauerstoff, zugeführt wird. Combustion exhaust gas and pure oxygen is supplied. 2) Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gas, das 2) Method according to claim 1, characterized in that the gas Kohlendioxid (CO2) und/oder Wasserdampf (H2O) enthält, Topgas aus dem Carbon dioxide (CO 2 ) and/or water vapor (H 2 O) contains top gas from the Verfahren zur Reduktion von Metalloxiden ist. Process for the reduction of metal oxides. 3) Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gas, das Kohlendioxid (CO2) und/oder Wasserdampf (H2O) enthält, Exportgas aus einem Schmelzreduktionsverfahren oder Syngas aus einem Kohlevergasungsverfahren ist. 3) Method according to claim 1, characterized in that the gas containing carbon dioxide (CO 2 ) and/or water vapor (H 2 O) is export gas from a smelting reduction process or syngas from a coal gasification process. 4) Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest aus einer Teilmenge des Verbrennungsabgases, welches nicht für die Bildung des Gasgemisches genutzt wird, CO2 erzeugt wird. 4) Method according to claims 1 to 3, characterized in that CO 2 is generated from at least a subset of the combustion exhaust gas which is not used to form the gas mixture. 5) Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasgemisch erwärmt wird, bevor es dem Brenngas zugeführt wird. 6) Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem Reduktionsaggregat (1 ) zur Reduktion von Metalloxiden (3) zu metallisiertem Material, 5) Method according to one of the preceding claims, characterized in that the gas mixture is heated before it is supplied to the fuel gas. 6) Device for carrying out a method according to one of claims 1 to 5, with a reduction unit (1) for reducing metal oxides (3) to metallized material, einem Reformer (4) zur Durchführung katalytischer Reformierung eines a reformer (4) for carrying out catalytic reforming Gemisches von Mixture of - einem Gas, das Kohlendioxid (CO2) und/oder Wasserdampf (H2O) enthält, mit - a gas containing carbon dioxide (CO 2 ) and/or water vapor (H 2 O). - gasförmigen Kohlenwasserstoffen, - gaseous hydrocarbons, wobei der Reformer (4) mit einer Gemischzufuhrleitung (6) zur Zufuhr des wherein the reformer (4) has a mixture supply line (6) for supplying the Gemisches versehen ist, und wobei der Reformer (4) mit Brennern (8a,8b,8c) zur Lieferung von Wärme durch Verbrennung von Brenngas versehen ist, Mixture is provided, and wherein the reformer (4) is provided with burners (8a, 8b, 8c) for supplying heat by combustion of fuel gas, einer Reduktionsgaszufuhrleitung (9) für heißes Reduktionsgas aus dem Reformer a reducing gas supply line (9) for hot reducing gas from the reformer (4) in das Reduktionsaggregat (1 ), (4) into the reduction unit (1), einer Abfuhrleitung (5) zur Abfuhr von Topgas aus dem Reduktionsaggregat (1 ), einer Abzugsleitung (10) zum Abziehen von Verbrennungsabgas aus dem a discharge line (5) for removing top gas from the reduction unit (1), an exhaust line (10) for withdrawing combustion exhaust gas from the Reformer (4), welche zumindest eine Vorrichtung (11 ) zum Kühlen des Reformer (4), which has at least one device (11) for cooling the Verbrennungsabgases und zur Befreiung des Verbrennungsabgases von Wasser enthält, Combustion exhaust gas and to free the combustion exhaust gas from water, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner (8a,8b,8c) mit characterized in that the burners (8a, 8b, 8c) with einer Vorrichtung zur Zuführung von Brenngas und a device for supplying fuel gas and mit einer Vorrichtung zur Zuführung von einem Gasgemisch, with a device for supplying a gas mixture, hergestellt aus einer Teilmenge des nach Durchlaufen der zumindest einen produced from a subset of the after passing through the at least one Vorrichtung zum Kühlen und zur Befreiung von Wasser erhaltenen Device for cooling and releasing water Verbrennungsabgases und reinem Sauerstoff, versehen sind. 7) Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Combustion exhaust gas and pure oxygen are provided. 7) Device according to claim 6, characterized in that the device for Zuführung des Gasgemisches, enthaltend eine Teilmenge des Supply of the gas mixture containing a portion of the Verbrennungsgases und reinen Sauerstoff, eine von der Abzugsleitung (10) abzweigende Gasgemischleitung (15) umfasst, in welche eine Combustion gas and pure oxygen, a gas mixture line (15) branching off from the exhaust line (10), into which one Sauerstoffzufuhrleitung (16) mündet. Oxygen supply line (16) opens. 8) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abzugsleitung (10) eine Vorrichtung zur Erzeugung von CO2 (18) aus einem Strom von Verbrennungsabgas vorhanden sind. 9) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die8) Device according to one of claims 6 to 7, characterized in that a device for generating CO 2 (18) from a stream of combustion exhaust gas is present in the exhaust line (10). 9) Device according to one of claims 6 to 8, characterized in that Vorrichtung zur Zuführung von einem Gasgemisch, hergestellt aus einerDevice for supplying a gas mixture, made from a Teilmenge des Verbrennungsabgases und reinem Sauerstoff, mit einerSubset of the combustion exhaust gas and pure oxygen, with a Vorrichtung zur Erwärmung des Gasgemisches versehen ist. Device for heating the gas mixture is provided. 10) Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Vorrichtung zur Erwärmung des Gasgemischs um Rekuperatoren (22) zur Wärmeübertragung von Verbrennungsabgas auf das Gasgemisch handelt. 1 1 ) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsaggregat (1 ) eine Wirbelschichtkaskade ist. 10) Device according to claim 9, characterized in that the device for heating the gas mixture is a recuperator (22) for heat transfer from combustion exhaust gas to the gas mixture. 1 1) Device according to one of claims 6 to 10, characterized in that the reduction unit (1) is a fluidized bed cascade. 12) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsaggregat (1 ) ein Festbettreduktionsschacht ist. 12) Device according to one of claims 6 to 10, characterized in that the reduction unit (1) is a fixed bed reduction shaft.
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