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WO2011144401A1 - Verfahren und vorrichtung zur regelung der temperatur von prozessgasen aus anlagen zur roheisenherstellung für die nutzung einer entspannungsturbine - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur regelung der temperatur von prozessgasen aus anlagen zur roheisenherstellung für die nutzung einer entspannungsturbine Download PDF

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WO2011144401A1
WO2011144401A1 PCT/EP2011/056105 EP2011056105W WO2011144401A1 WO 2011144401 A1 WO2011144401 A1 WO 2011144401A1 EP 2011056105 W EP2011056105 W EP 2011056105W WO 2011144401 A1 WO2011144401 A1 WO 2011144401A1
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WO
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gas
process gas
expansion turbine
plant
line
Prior art date
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PCT/EP2011/056105
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English (en)
French (fr)
Inventor
Robert Millner
Kurt Wieder
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.)
SIEMENS VAI METALS TECHNOLOGIES GmbH
Primetals Technologies Austria GmbH
Original Assignee
SIEMENS VAI METALS TECHNOLOGIES GmbH
Siemens VAI Metals Technologies GmbH Austria
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Publication date
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    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the blast furnace process first produces pig iron from iron ore using coke.
  • scrap can also be used.
  • steel is produced by further processes from pig iron.
  • the iron ore is used as lump, pellets or sinter together with the reducing agents (usually coke, or coal, for example in the form of a
  • Fine coal indisposition plant Fine coal indisposition plant
  • other constituents limestone, slag formers, etc.
  • the blast furnace is a metallurgical reactor in which the Möllerklax reacts in countercurrent with hot air, the so-called hot blast.
  • hot blast By burning the carbon from the coke, the necessary heat for the reaction and carbon monoxide or hydrogen, which is a significant part of the reducing gas and flows through the Möllerklale and reduces the iron ore.
  • the result is pig iron and slag, which are tapped periodically.
  • oxygen blast furnace which is also referred to as blast furnace with top or top gas recirculation, in the gasification of coke or coal oxygen-containing gas with more than 80% oxygen content (0 2 ) in the blast furnace
  • Top ⁇ or blast furnace gas purification For the emerging from the blast furnace gas, the so-called Top ⁇ or blast furnace gas purification must be provided (eg Dust collectors and / or cyclones in combination with
  • the oxygen blast furnace usually a compressor, preferably with aftercooler, for in the blast furnace
  • Blast furnace methods are a heater for the reducing gas and / or a combustion chamber for partial combustion with oxygen.
  • the disadvantages of the blast furnace are the demands on the feedstock and the high emission of carbon dioxide.
  • the iron carrier used and the coke must be lumpy and hard, so that sufficient cavities remain in the Möllerklale, which ensure the flow through the blown wind.
  • the C0 2 output represents a strong
  • Natural gas sponge iron production (MIDREX, HYL, FINMET) and smelting reduction processes (COREX® and FINEX® processes).
  • a melter gasifier in which hot liquid metal is produced, and at least one reduction reactor in which the carrier of the iron ore (lump, fine ore, pellets, sinter) with
  • Reduction gas is reduced, the reducing gas in the melter gasifier by gasification of coal (and
  • a compressor preferably with an aftercooler, for the reducing gas recycled to the reduction reactor
  • the COREX® process is a two-stage process
  • the smelting reduction combines the process of direct reduction (prereduction of iron to sponge iron) with one
  • the process gas which is withdrawn from the process of pig iron production or synthesis gas production, because it can no longer be used there, is often referred to as "export gas.” It is used in particular as a name for that part of the top gas, which deducted from the process of pig iron production , usually cooled, such as in a waste heat boiler, and usually also dedusted, especially dry
  • the gas After dry dedusting and heat extraction from the top gas of a COREX® plant, the gas has a temperature from about 150-250 ° C and a pressure of typically 3 bar g .
  • Dry dedusting and heat extraction in approximately the following composition:
  • the export gas can be compressed, such as by means of one or two-stage centrifugal compressors, and then cooled to produce e.g. be used as fuel gas continue to be used or stored.
  • the export gas after the expansion turbine has a lower pressure and a lower temperature than before the expansion turbine.
  • Expansion turbine with an efficiency of 85 "6 and an associated generator with an efficiency of 97% result - with an export gas composition as above - at the inlet temperatures and pressures given below when entering the expansion turbine, the following
  • Inlet temperature are determined at which just does not take place condensation in the expansion turbine. If the export gas, when entering the expansion turbine, has a lower temperature than this minimum inlet temperature, condensation will occur.
  • the temperature of the export gas before entering into the low-pressure gas storage must be introduced equalization of its amount and its calorific value
  • Low-pressure gas storage can be reduced by direct or indirect cooling. If you join one
  • the export gas should therefore not exceed a maximum export gas temperature.
  • the object is achieved by a method according to claim 1, in that the inlet temperature of the process gas is set on entering the expansion turbine so that it does not fall below a minimum inlet temperature at which condensation occurs in the expansion turbine, and / or that the process gas is cooled such that the process gas leaving the expansion turbine does not exceed a maximum inlet temperature permissible for it when entering a low-pressure gas storage, by at least one of the following measures:
  • Heat recovery steam generator which flows through the process gas before entering the expansion turbine
  • Waste heat recovery system only cooled so far that no components of the process gas condense in the expansion turbine.
  • the waste heat recovery system as part of the plant for pig iron production anyway available to the heat of the hot process gas (about 350-450 ° C) for the
  • Expansion turbine exiting process gas when entering a low-pressure gas storage does not exceed a permissible maximum export gas temperature for this. If necessary, condensation is accepted in the expansion turbine.
  • the process gas is either already before
  • Relaxation turbine cooled, for example by cooling the gas in the waste heat recovery system and / or by admixing cooled further process gas before the expansion turbine and / or by injecting water before the
  • Expansion turbine and / or by injecting water after the expansion turbine and / or by mixing cold residual gas from a plant for C02 ⁇ removal after the expansion turbine. When cooling before the Expansion turbine can then come to condensation in the expansion turbine.
  • this measure means that the inlet temperature of the process gas in the expansion turbine is only controlled to below 175 ° C. Or that the inlet temperature of the process gas is not regulated in the expansion turbine, but the emerging from the expansion turbine process gas is cooled to below 75 ° C.
  • Process gas In addition, however, cooled further process gas can be introduced or water can be injected.
  • this can be realized in such a way that the inlet temperature of the process gas in the expansion turbine is controlled to a value in the range between about 150 ° C to 175 ° C.
  • the waste heat recovery system does not have to be as
  • Heat recovery steam generator be formed. Instead, other heat exchangers can be used. For example, one or more gas-gas heat exchangers
  • Nitrogen or thermal oil to be used indirectly for heating other media Nitrogen or thermal oil to be used indirectly for heating other media.
  • combinations of different waste heat recovery systems are possible.
  • Pig iron production is finally deducted.
  • the plant for the production of pig iron includes here next blast furnace or
  • Exhaust gas from at least one fixed bed reactor in particular for preheating and / or reduction of iron oxides and / or
  • melter gasifier and at least one fixed bed reactor are used to reduce
  • Meltdown gasifier and a plurality of successively connected, designed as fluidized bed reactors reduction reactors.
  • the process or export gas from a smelting reduction plant used for the invention can, of course, be fed from several sources of the smelting reduction plant.
  • Plant parts (melter gasifier, reduction reactor,
  • Pig iron production (blast furnace or smelting reduction plant) can also be removed in other ways from the plant and cooled and mixed as cooled, under pressure further process gas the so-called export gas before the expansion turbine for the purpose of cooling, which are also mixed for the purpose of heating could, for example, if the export or process gas was cooled down too much by the waste heat recovery system and these gas streams were previously cleaned while hot. It makes sense to use that cooled process gas that is obtained in the plant for pig iron anyway in the production of pig iron, such as the purified and cooled reducing gas from a melter gasifier, which has not been passed to the reduction reactor (excess gas).
  • the inlet temperature of the process gas is not below the minimum inlet temperature of about 145 ° C when entering the expansion turbine.
  • the inlet temperature of the process gas is set to a value in the range of 150-175 ° C when entering the expansion turbine. This results in an outlet temperature of the process gas from the
  • the export or process gas can also or additionally
  • the process gas is dry-dedusted in front of the expansion turbine.
  • the dry dedusting takes place anyway in the plant for pig iron production, it must then be installed no own dry dedusting for the expansion turbine.
  • the dry dedusting is typically done by means of bag filter, the waste heat recovery system downstream or by means of ceramic hot gas filters, which are connected upstream of the waste heat recovery system.
  • Fine dedusting bag filter, hot gas filter
  • Dry dust removal has the advantage over wet processes that much less energy is extracted from the process gas, which is to be used in the expansion turbine.
  • the method according to the invention can be embodied such that the plant for producing pig iron with at least one first process gas line for introducing process gas into a
  • Relaxation turbine is connected by a second process gas line with a low-pressure gas storage for process gas, wherein additionally at least one of the following
  • Pig iron production arranged waste heat recovery plant, in particular a heat recovery steam generator plant, wherein the first control device for the waste heat recovery plant is used to control the process gas temperature,
  • the second control device for regulating the amount of process gas, which is passed to the waste heat recovery system, in particular the heat recovery steam generator system, bypassed by means of a bypass line, serves,
  • a third control device with which the amount of cooled, pressurized further process gas from the plant for the production of pig iron, which in the first Process gas line is conducted, regulated,
  • a fourth control device with which the amount of water which can be injected into the first or second process gas line by means of an injection device is regulated
  • a fifth control device with which the amount of cold residual gas from a plant for C02 ⁇ removal is mixed by means of a residual gas line in the second process gas line to the process gas, is regulated.
  • control devices are linked to a central control or one of the control devices, such as the first, takes over the calculation of the setpoints and control values and control of the other control devices.
  • Relaxation turbine are passed, at least one line is provided with which top gas from a blast furnace, in particular from an oxygen blast furnace with
  • Topgas return, in the first process gas line can be passed.
  • At least one line is provided, with which exhaust gas from a
  • Smelting reduction plant can be directed into the first process gas line. It is then provided that
  • At least one of these lines is connected to at least one of the following devices:
  • Fig. 1 shows a COREX® system with bag filters for
  • Fig. 2 shows a COREX® system with ceramic filters for
  • Fig. 3 shows a FINEX® system with bag filters for
  • Fig. 4 shows a FINEX® plant with ceramic filters for
  • Fig. 5 shows an oxygen blast furnace with bag filters for dedusting and downstream expansion turbine.
  • FIG 6 shows an oxygen blast furnace with ceramic filters for dedusting and downstream expansion turbine.
  • a COREX® system is shown. It has, in this example, a reduction shaft 17, which is designed as a fixed bed reactor and is charged with lump, pellets, sinter and additives, see reference number 18.
  • the reducing gas 19 is guided. It is introduced in the lower region of the reduction shaft 17 and exits at its upper side as a top gas 22.
  • the heat of the top gas 22 from the reduction shaft 17 is used in a waste heat boiler 21 for generating steam, the resulting low-pressure steam can a stripper a - not shown here - Appendix 14 for chemical Absorption of CO 2 are supplied.
  • the top gas 22 Before entering the waste heat boiler 21, the top gas 22 can be freed of coarse dust in a dust separator or cyclone 23.
  • the emerging from the waste heat boiler 21 top gas is further purified in a bag filter 30 and fed as export gas 12 of the expansion turbine 34.
  • the reducing gas 19 for the reduction shaft 17 is produced in a melter gasifier 48 into which coal in the form of lumpy coal 49 and optionally coal in powder form is fed, into which the iron ore prereduced in the reduction shaft 17 is added. With the lumpy coal 49 can also fine ore 47, which is too fine for the reduction shaft 17, are introduced.
  • the coal in the melter gasifier 48 is gasified, it produces a gas mixture consisting mainly of CO and H 2 , and withdrawn as a top gas (generator gas) 54 and a partial flow as reducing gas 19 is fed to the reduction shaft 17, after it in a separator 59, the Here is designed as a hot gas cyclone, was cleaned of dust and fine ore.
  • the dust deposited here and the deposited fine ore 25 are returned to the melter gasifier 48.
  • the top gas 54 withdrawn from the melter gasifier 48 is first passed into a separator 59 to separate with discharged dust and the dust 25 - possibly via dust burner - returned to the melter gasifier 48.
  • Part of the top dust 54 cleaned by the coarse dust is further purified by means of wet scrubber 26 and as excess gas 27 taken from the COREX® plant and - according to the invention - the export gas 12 fed to the expansion turbine 34.
  • Expansion turbine 34 are mixed.
  • a portion of the purified top or generator gas 54 after the wet scrubber 26 is supplied to a gas compressor 63 for cooling and then as the cooling gas 28 back to the top or
  • the top gas 22 is injected into the top gas 22 with a first injection device 29 in order to cool it.
  • the top gas 22 enters the bag filter, where the fine dust is separated.
  • the bag filter begins the first process gas line 31 for the export gas 12, which in the
  • Expansion turbine 34 ends.
  • the second process gas line 32 starts at the expansion turbine 34 and ends at
  • Injector 33 is provided to further cool the export gas 12.
  • Topgas 22 can be passed uncooled to the waste heat boiler 21 over.
  • a first control device 45 the processes are controlled in the waste heat boiler 21, but it is also with the connected to other control devices according to the invention, as the dashed lines show:
  • a second control device here in the form of a controllable valve 46, with which the bypass line 36 can be opened or closed completely or partially,
  • the first control device 45 is connected to a first temperature sensor 67, the temperature of the export gas 12 directly before entering the
  • Relaxation turbine 34 measures, with a second
  • Temperature sensor 68 which measures the temperature of the export gas 12 immediately after exiting the expansion turbine 34, and a third temperature sensor 69, the
  • Temperature sensor measures.
  • the setpoint values are then determined and with the aid of the abovementioned
  • Control devices set.
  • Excess export gas can be conveyed before the expansion turbine 34 through a first line 70 and after the expansion turbine 34 through a second line 71 to a flare system 72 and flared there.
  • a portion of the export gas 12 can be passed past a pressure measurement with a pressure sensor 73 by means of a bypass line 74 for the expansion turbine 34 at this. This is in particular for startup and shutdown of the
  • an export gas cooler 75 can still be arranged after the expansion turbine 34, by which the gas mixture of export gas 12 after the expansion turbine 34 and excess gas 27, which was introduced after the expansion turbine 34, is completely or partially cooled.
  • the part to be cooled is removed from the second process gas line 32, passed through the export gas cooler 75 and returned to the second process gas line 32.
  • cold water 76 is used for cooling. If the regulation according to the invention fills in, it can be ensured by means of the export gas cooler 75 that the export gas 12 is not too high
  • Hot gas filter 11 used with ceramic filter elements.
  • hot gas filter elements predominantly in the form of porous candles made of ceramic, fiber ceramics or
  • accumulated dust can be cleaned from the filter cartridges through a backwashing device, which is typically operated with nitrogen 2.
  • the separated in the hot gas filter 11 dust may alternatively be fed back to the melter gasifier 48.
  • a further embodiment variant is that in front of the hot gas filter 11, a cyclone 23, more precisely, a
  • Hot gas cyclone is arranged. As a result, the dust content of the top gas 22 can be further reduced.
  • a FINEX® system instead of the COREX® system of FIGS. 1 and 2, a FINEX® system is used.
  • the export gas 12 is fed to an expansion turbine 34 and then cached again in a formed as a low-pressure gas storage export gas container 13. It can then be a raw material drying or a
  • Power plant can be supplied as fuel, see
  • the FINEX® system has four in this example
  • Fine ore and additives 41 are the
  • Erztrocknung 42 supplied and from there first to the fourth reactor 37, they then get into the third 38, the second 39 and finally the first reduction reactor 40.
  • the fourth reactor 37 instead of four fluidized bed reactors 37-40 but only three may be present.
  • the reducing gas 43 is guided. It is introduced at the bottom of the first reduction reactor 40 and exits at its top. Before it enters from below into the second reduction reactor 39, it can still with
  • Oxygen O 2 are heated, as well between the second 39 and third 38 reduction reactor.
  • the heat of the exhaust gas 44 from the reduction reactors 37-40 is used in a waste heat boiler 21 for generating steam, the resulting
  • the exiting from the fourth reduction reactor 37 exhaust 44 is cleaned after the waste heat boiler 21 in a bag filter 30.
  • a partial flow of exiting from the bag filter 30 exhaust gas is 12 as the export gas Expansion turbine 34 supplied, another partial flow is to be used as recirculation gas 79 again in the FINEX® method. For this purpose, it is cooled in a gas cooler 77 by means of cold water 78, compressed in the recirculating gas compressor 80, cooled again in a subsequent cooler 81 and then one
  • Vacuum pressure exchange system or chemical absorption.
  • CCS CO 2 Capture and Sequestration
  • the residual gas stream 82 after the chemical absorption 14 mainly contains CO 2 , a portion of the residual gas 82 can through a residual gas line 84, which opens into the second process gas line 32, the export gas 12 before entering the
  • FIG. 3 corresponding fifth control device 20 for this purpose is shown in Fig. 3.
  • the reducing gas 43 is in Fig. 3 in a
  • Melt gasifier 48 produced in the one hand coal in the form of lumpy coal 49 and coal in powder form 50 - this is supplied together with oxygen O 2 - in the other hand, in the reduction reactors 37-40
  • prereduced iron ore formed into hot briquetting 51 into hot briquettes (English: HCl Hot Compacted Iron).
  • the iron briquettes arrive via a conveyor 52 in a storage tank 53, which is designed as a fixed bed reactor, where the iron briquettes with coarse purified gas generator 54 from the melter gasifier 48 optionally preheated and reduced.
  • Cold iron briquettes 65 may also be added.
  • the coal in the melter gasifier 48 is gasified, it produces a gas mixture consisting mainly of CO and H 2 , and withdrawn as a reducing gas (generator gas) 54 and a
  • the top gas 54 withdrawn from the melter gasifier 48 is first passed into a separator 59 to separate with discharged dust and return the dust via dust burner in the melter gasifier 48.
  • a portion of the top dust purified by the coarse dust is further purified by wet scrubber 60 and supplied as excess gas 61 of the CO 2 chemical absorption unit 14, before the recycle gas compressor 80.
  • Another portion of the purified gas generator 54 is also in a wet scrubber 62 for cooling gas on
  • Iron oxides with dedusted and cooled generator gas 54 are heated and reduced from the melter gasifier 48, emerging top gas 55 is cleaned in a wet scrubber 66 and can then also the system 14 for the removal of CO 2 are supplied.
  • the stripper of the plant 14 can be any suitable material.
  • the stripper of the plant 14 can be any suitable material.
  • Low pressure steam from the waste heat boiler 21 are supplied.
  • the waste heat from the iron production process should be used because of the short distances between waste heat boiler and Appendix 14 to
  • the condensate of the stripper can in this example the
  • the export gas 12 consists only of the exhaust gas 44 of the
  • Control devices (first 45, second 46, fourth 56 and fifth 20) are connected to each other and their manipulated variables are specified centrally.
  • Fig. 4 corresponds substantially to that in Fig. 3, but in Fig. 4 that from the fourth
  • Reduction reactor 37 exiting exhaust 44 before the
  • Waste heat boiler 21 cleaned in a hot gas filter 11 A partial flow of exiting the waste heat boiler 21 exhaust gas is then as export gas 12 of the expansion turbine 34th fed, another partial flow is to be used as recirculation gas 79 again in the FINEX® method.
  • Fig. 5 the invention is illustrated by means of an oxygen blast furnace.
  • iron ore from a sinter plant 2 and coke (not shown) via a charging device from above into the blast furnace 1 is fed.
  • Oxygen-containing gas 3 with an oxygen content> 80% is introduced into the loop 4, as well as coal in powder form 50.
  • Reduction gas furnace 6 reducing gas 5 is heated, wherein for the combustion of oxygen O 2 and combustion air are supplied. Together with cold or preheated oxygen O 2 , the heated reducing gas 5 in the blast furnace 1
  • top or top gas 9 is removed and pre-cleaned in a dust separator or cyclone 10.
  • the purified top or top gas 9 is still so hot that its energy is meaningfully used in a waste heat boiler 21 for steam generation.
  • the left circuit represents the steam cycle
  • the right circuit is used for heating and evaporation of condensate.
  • a first injection device 29 for water is again provided for cooling the top gas 9 in front of the waste heat boiler.
  • top gas 9 can again be passed uncooled around the waste heat boiler 21.
  • the top gas 9 enters after the waste heat boiler 21 in a bag filter 30 (it could be arranged instead of a wet scrubber at this point) and is further cleaned, so that the fine dust is deposited and can be removed, see arrow at the bottom of the Bag filter 30.
  • the purified and optionally cooled top gas 9 can on the one hand taken directly as export gas 12 from the blast furnace system and the expansion turbine 34 and then the
  • Export gas container 13 are supplied. On the other hand, it may be fed to a C02 removal unit 14, wherein the purified and recirculating top or top gas 9 is previously cooled in a gas cooler 77 cooled with cold water 78, followed by a compressor 15 to about 2-6 bar g is compressed and cooled in an aftercooler 16 to about 30- 60 ° C. Only then is the top gas 9 to be recycled introduced into the plant 14 for CO 2 removal.
  • a C02 removal unit 14 wherein the purified and recirculating top or top gas 9 is previously cooled in a gas cooler 77 cooled with cold water 78, followed by a compressor 15 to about 2-6 bar g is compressed and cooled in an aftercooler 16 to about 30- 60 ° C. Only then is the top gas 9 to be recycled introduced into the plant 14 for CO 2 removal.
  • the CO2 purified product gas is used as reducing gas 5 either directly and / or after heating in the
  • the CO2 rich residual gas 82 can discharge as in Fig. 3 directly into the atmosphere and / or just a C02 compression with
  • the residual gas stream consists mainly of CO2 and can therefore be used for
  • part of the residual gas 82 can also be supplied to the reduction gas furnace 6 as fuel gas.
  • a corresponding fifth control device 20 for this purpose is shown in Fig. 4.
  • Control devices (first 45, second 46, fourth 56 and fifth 20) are connected to each other and their manipulated variables are specified centrally.
  • Fig. 6 differs from that in Fig. 5 only by the nature of the cleaning of the top gas 9.
  • Fig. 6 namely the top gas 9 after the dust or
  • Cyclone 10 further purified in a hot gas filter 11, so that the fine dust is separated and can be removed, see arrow at the bottom of the hot gas filter 11.
  • the purified top or top gas 9 is then passed into the waste heat boiler 21.
  • the export gas 12 from the export gas container 13 can - regardless of the embodiment of the invention - a combined cycle power plant or a steam power plant are fed as fuel.

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Abstract

Gezeigt wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Temperatur von Prozessgasen (12) aus Anlagen zur Roheisenherstellung für die Nutzung in einer Entspannungsturbine (34), dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittstemperatur des Prozessgases (12) bei Eintritt in die Entspannungsturbine (34) so eingestellt wird, dass sie nicht unter eine minimale Eintrittstemperatur fällt, bei welcher in der Entspannungsturbine Kondensation auftritt, und/oder dass das Prozessgas (12) gekühlt wird, sodass das aus der Entspannungsturbine austretende Prozessgas bei Eintritt in einen Niederdruckgasspeicher (13) eine für diesen zulässige maximale Eintrittstemperatur nicht überschreitet. Dadurch kann zumindest entweder die Abkühlung des Exportgases beim Austritt aus der Entspannungsturbine auf bzw. unter die Kondensationstemperatur verhindern oder für die Einleitung des Exportgases in einen Niederdruckgasspeicher den Einsatz von Exportgaskühlern vermeiden.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Temperatur von Prozessgasen aus Anlagen zur Roheisenherstellung für die Nutzung in einer Entspannungsturbine
Zur Herstellung von Roheisen, womit auch die Herstellung roheisenähnlicher Produkte umfasst sein soll, gibt es im Wesentlichen zwei bekannte gängige Verfahren: das
Hochofenverfahren und die Schmelzreduktion.
Beim Hochofenverfahren wird zuerst Roheisen aus Eisenerz mit Hilfe von Koks hergestellt. Außerdem kann zusätzlich Schrott eingesetzt werden. Danach wird durch weitere Verfahren aus Roheisen Stahl hergestellt. Das Eisenerz wird als Stückerz, Pellets oder Sinter zusammen mit den Reduktionsmitteln (meist Koks, oder auch Kohle, z.B. in Form einer
Feinkohleeindüsanlage) und weiteren Bestandteilen (Kalkstein, Schlackenbildner, usw.) zum sogenannten Möller vermischt und anschließend in den Hochofen chargiert. Der Hochofen ist ein metallurgischer Reaktor, in dem im Gegenstrom die Möllersäule mit heißer Luft, dem sogenannten Heißwind, reagiert. Durch Verbrennen des Kohlenstoffs aus dem Koks entstehen die für die Reaktion nötige Wärme und Kohlenmonoxid bzw. Wasserstoff, das einen wesentlichen Teil des Reduktionsgases darstellt und das die Möllersäule durchströmt und das Eisenerz reduziert. Als Ergebnis entstehen Roheisen und Schlacke, die periodisch abgestochen werden.
Im sogenannten Sauerstoffhochofen, welcher auch als Hochofen mit Top- oder Gichtgasrückführung bezeichnet wird, wird bei der Vergasung von Koks bzw. Kohle Sauerstoffhältiges Gas mit mehr als 80% Sauerstoffanteil (02) in den Hochofen
eingeblasen .
Für das aus dem Hochofen austretende Gas, das sogenannte Top¬ oder Gichtgas, muss eine Gasreinigung vorgesehen werden (z.B. Staubabscheider und/oder Zyklone in Kombination mit
Nasswäschern, Schlauchfiltereinheiten oder Heißgasfiltern) . Weiters wird beim Sauerstoffhochofen meist ein Kompressor, vorzugsweise mit Nachkühler, für das in den Hochofen
zurückgeführte Topgas vorgesehen sowie eine Vorrichtung zur C02~Entfernung, nach dem Stand der Technik meist mittels Druckwechsel-Adsorption .
Weitere Optionen für die Ausgestaltung eines
Hochofenverfahrens sind ein Erhitzer für das Reduktionsgas und/oder eine Brennkammer für die teilweise Verbrennung mit Sauerstoff .
Die Nachteile des Hochofens sind die Anforderungen an die Einsatzmaterialien und der hohe Ausstoß an Kohlendioxid. Der eingesetzte Eisenträger und der Koks müssen stückig und hart sein, sodass genügend Hohlräume in der Möllersäule bestehen bleiben, die das Durchströmen durch den eingeblasenen Wind gewährleisten. Der C02~Ausstoß stellt eine starke
Umweltbelastung dar. Deshalb gibt es Bestrebungen, die
Hochofenroute abzulösen. Zu nennen sind hier die
Eisenschwammherstellung auf Basis von Erdgas (MIDREX, HYL, FINMET) sowie die Schmelzreduktionsverfahren (COREX®- und FINEX®-Verfahren) .
Bei der Schmelzreduktion kommt ein Einschmelzvergaser zum Einsatz, in dem heißes flüssiges Metall hergestellt wird, sowie zumindest ein Reduktionsreaktor, in dem der Träger des Eisenerzes (Stückerz, Feinerz, Pellets, Sinter) mit
Reduktionsgas reduziert wird, wobei das Reduktionsgas im Einschmelzvergaser durch Vergasung von Kohle (und
gegebenenfalls eines kleinen Anteils von Koks) mit Sauerstoff (90% oder mehr) erzeugt wird. Auch beim Schmelzreduktionsverfahren sind in der Regel
- Gasreinigungsanlagen (einerseits für das Topgas aus dem Reduktionsreaktor, andererseits für das Reduktionsgas aus dem Einschmelzvergaser) ,
- ein Kompressor, vorzugsweise mit Nachkühler, für das in den Reduktionsreaktor zurückgeführte Reduktionsgas,
- eine Vorrichtung zur C02~Entfernung, nach dem Stand der Technik meist mittels Druckwechsel-Adsorption
- sowie optional ein Erhitzer für das Reduktionsgas
und/oder eine Brennkammer für die teilweise Verbrennung mit Sauerstoff vorgesehen.
Das COREX®-Verfahren ist ein zweistufiges
Schmelzreduktionsverfahren (engl.: smelting reduction) . Die Schmelzreduktion kombiniert den Prozess der Direktreduktion (Vorreduktion von Eisen zu Eisenschwamm) mit einem
Schmelzprozess (Hauptreduktion) .
Das ebenfalls bekannte FINEX®-Verfahren entspricht im
Wesentlichen dem COREX®-Verfahren, allerdings wird Eisenerz als Feinerz eingebracht.
Das Prozessgas, das aus dem Verfahren der Roheisenherstellung oder der Synthesegasherstellung abgezogen wird, weil es dort nicht mehr verwendet werden kann, wird oft als „Exportgas" bezeichnet. Es dient insbesondere als Bezeichnung für jenen Teil des Topgases, das aus dem Prozess der Roheisenerzeugung abgezogen, in der Regel gekühlt, etwa in einem Abhitzekessel, und in der Regel auch entstaubt, insbesondere trocken
entstaubt, wird.
Nach der Trockenentstaubung und der Wärmeauskopplung aus dem Topgas einer COREX®-Anlage besitzt das Gas eine Temperatur von etwa 150-250°C und einen Druck von typischer Weise 3 barg .
Das Topgas einer COREX®-Anläge hat nach der
Trockenentstaubung und der Wärmeauskopplung in etwa folgende Zusammensetzung:
CO 38,5 vol%
C02 31, 6 vol%
H2 15,3 vol%
H20 11,1 vol%
CH4 1,5 vol%
N2 2,0 vol%
Das Exportgas kann, etwa mittels ein- oder zweistufiger Radialkompressoren, komprimiert und anschließend gekühlt werden, um z.B. als Brenngas gleich weiter verwendet oder gelagert werden zu können.
Es kann aber der Energieinhalt des Exportgases, die Druck- und Wärmeenergie, auch in einer sogenannten Expansions- oder Entspannungsturbine (englisch: Topgas Recovery Turbine, kurz TRT) für die Stromerzeugung eingesetzt werden. Das Exportgas nach der Entspannungsturbine weist einen geringeren Druck und eine geringere Temperatur als vor der Entspannungsturbine auf .
Bei einer COREX® C-3000 Anlage mit einer Exportgasproduktion von etwa 327.000 Nm3/h, einer Trockenentstaubung, einer
Entspannungsturbine mit einem Wirkungsgrad von 85"6 und einem damit verbundenen Generator mit einem Wirkungsgrad von 97% ergeben sich - bei einer Exportgaszusammensetzung wie oben - bei den unten angegebenen Eintrittstemperaturen und -drücken beim Eintritt in die Entspannungsturbine die folgenden
Austrittstemperaturen und -drücke für das Exportgas beim Austritt aus der Entspannungsturbine sowie die erzeugte elektrische Leistung und das in der Entspannungsturbine anfallende Kondensat:
Figure imgf000007_0001
Aufgrund von Temperaturverlusten der Exportgasleitungen können die tatsächlichen Temperaturen von den oben und weiter unten angegebenen Temperaturen abweichen. Die
Betriebsparameter der Entspannungsturbine werden ebenso in Abhängigkeit von der Gaszusammensetzung des Exportgases variieren und daher von den oben genannten Parametern
abweichen . Wird statt einer Trockenentstaubung für das Topgas einer COREX®-Anlage eine Nassreinigung durchgeführt, ergeben sich folgende typische Werte:
Figure imgf000008_0001
Wenn die Eintrittstemperatur des Exportgases beim Eintritt in die Entspannungsturbine unter eine Temperatur von etwa 150 °C fällt, genauer gesagt unter 146, 5°C, dann fällt die
Austrittstemperatur des Exportgases beim Austritt aus der Entspannungsturbine unter die Kondensationstemperatur von 51 °C. Dadurch kommt es zu Tropfenschlag innerhalb der
Entspannungsturbine und zu Anbackungen durch Staub sowie gegebenenfalls zur Kondensation von polyzyklischen
aromatischen Kohlenwasserstoffen, kurz PAK. Das führt dazu, dass die Lebensdauer der Entspannungsturbine reduziert wird und die Entspannungsturbine alle 3-4 Monate zur Wartung, nämlich zur Entfernung der Ablagerungen, abgestellt werden muss . Für jede Entspannungsturbine kann in Abhängigkeit vom
Wassergehalt des Exportgases jene minimale
Eintrittstemperatur bestimmt werden, bei welcher gerade noch keine Kondensation in der Entspannungsturbine statt findet. Hat das Exportgas bei Eintritt in die Expansionsturbine eine niedrigere Temperatur als diese minimale Eintrittstemperatur, dann tritt Kondensation auf.
Wenn andererseits die Eintrittstemperatur des Exportgases beim Eintritt in die Entspannungsturbine auf über 175°C ansteigt, dann erhöht sich die Austrittstemperatur des
Exportgases auf über 75°C. Da das Exportgas zur
Vergleichmäßigung seiner Menge und seines Heizwerts in einen Niederdruckgasspeicher eingeleitet wird, muss in diesem Fall die Temperatur des Exportgases vor dem Eintritt in den
Niederdruckgasspeicher durch direkte oder indirekte Kühlung reduziert werden. Bei Eintritt in einen
Niederdruckgasspeicher sollte das Exportgas daher eine maximale Exportgastemperatur nicht überschreiten.
Der Einsatz von Exportgaskühlern zu diesem Zweck hat aber die folgenden Nachteile:
Investitionskosten für Kühler, Pumpen, Rohrleitungen, Wasserbecken, Rückkühlung;
- Stromverbrauch für Pumpen und Rückkühlung sowie
gegebenenfalls Wasserverbrauch;
- Umweltprobleme im Fall von direkten Kühlern, da durch den direkten Kontakt des Kühlwassers mit dem Exportgas darin enthaltene Schadstoffe in die Umwelt gelangen können;
- Anbackungen im Fall von indirekten Kühlern. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, zumindest entweder die Abkühlung des Exportgases beim Austritt aus der
Entspannungsturbine auf bzw. unter die
Kondensationstemperatur zu verhindern oder für die Einleitung des Exportgases in einen Niederdruckgasspeicher den Einsatz von Exportgaskühlern im kontinuierlichen Betrieb zu
vermeiden .
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst, indem die Eintrittstemperatur des Prozessgases bei Eintritt in die Entspannungsturbine so eingestellt wird, dass sie nicht unter eine minimale Eintrittstemperatur fällt, bei welcher in der Entspannungsturbine Kondensation auftritt, und/oder dass das Prozessgas gekühlt wird, sodass das aus der Entspannungsturbine austretende Prozessgas bei Eintritt in einen Niederdruckgasspeicher eine für diesen zulässige maximale Eintrittstemperatur nicht überschreitet, und zwar durch zumindest eine der folgenden Maßnahmen:
- Regelung der Prozessgastemperatur durch Regelung einer Abwärmerückgewinnungsanlage, insbesondere einer
Abhitzedampferzeugeranlage, welche das Prozessgas vor dem Eintritt in die Entspannungsturbine durchströmt,
- Regelung der Prozessgastemperatur durch Regelung der Menge an Prozessgas, welches an der Abwärmerückgewinnungsanlage, insbesondere der Abhitzedampferzeugeranlage, ungekühlt vorbei geleitet wird,
- Zumischung von gekühltem, unter Druck stehendem weiteren Prozessgas zum Prozessgas vor der Entspannungsturbine,
- Einspritzen von Wasser in das Prozessgas (wodurch
allerdings die Taupunkttemperaturen verschoben werden
würden) ,
- Zumischung von kaltem Restgas aus einer Anlage zur CO2- Entfernung zum Prozessgas nach der Entspannungsturbine.
Es bestehen somit drei Varianten der Erfindung: A) Die Eintrittstemperatur des Prozessgases bei Eintritt in die Entspannungsturbine wird so eingestellt, dass sie nicht unter eine minimale Eintrittstemperatur fällt, bei welcher in der Entspannungsturbine Kondensation auftritt. Das Prozessgas wird also entweder nicht oder in der Regel durch die
Abwärmerückgewinnungsanlage nur soweit gekühlt, dass keine Komponenten des Prozessgases in der Entspannungsturbine kondensieren. Dabei ist die Abwärmerückgewinnungsanlage als Teil der Anlage zur Roheisenherstellung sowieso vorhanden, um die Wärme des heißen Prozessgases (etwa 350-450°C) für die
Dampferzeugung, zum Aufwärmen weiterer Prozessgase oder einem anderen Wärmeträgermedium (z.B. Stickstoff oder Thermoöl) zu nutzen. Im eingangs genannten Beispiel der COREX®-Anlage bedeutet dies, dass aufgrund der erfindungsgemäßen Regelung die Eintrittstemperatur des Prozessgases nicht unter 146, 5°C sinken darf.
Es kann aber sein, dass durch diese Maßnahme das Prozessgas nach der Entspannungsturbine zu heiß für den
Niederdruckgasspeicher ist.
B) Das Prozessgas wird so weit gekühlt, dass das aus der
Entspannungsturbine austretende Prozessgas bei Eintritt in einen Niederdruckgasspeicher eine für diesen zulässige maximale Exportgastemperatur nicht überschreitet. Dabei nimmt man gegebenenfalls Kondensation in der Entspannungsturbine in Kauf. Das Prozessgas wird dabei entweder schon vor der
Entspannungsturbine gekühlt, etwa durch Kühlung des Gases in der Abwärmerückgewinnungsanlage und/oder durch Zumischen von gekühltem weiterem Prozessgas vor der Entspannungsturbine und/oder durch Einspritzen von Wasser vor der
Entspannungsturbine, und/oder durch Einspritzen von Wasser nach der Entspannungsturbine und/oder durch Zumischen von kaltem Restgas aus einer Anlage zur C02~Entfernung nach der Entspannungsturbine. Bei einer Kühlung vor der Entspannungsturbine kann es dann zur Kondensation in der Entspannungsturbine kommen.
Im eingangs genannten Beispiel der COREX®-Anlage bedeutet diese Maßnahme, dass die Eintrittstemperatur des Prozessgases in die Entspannungsturbine lediglich auf unter 175°C geregelt wird. Oder dass die Eintrittstemperatur des Prozessgases in die Entspannungsturbine nicht geregelt wird, aber das aus der Entspannungsturbine austretende Prozessgas auf unter 75°C gekühlt wird.
C) Die Eintrittstemperatur des Prozessgases bei Eintritt in die Entspannungsturbine wird so eingestellt, dass sie nicht unter eine minimale Eintrittstemperatur fällt, bei welcher in der Entspannungsturbine Kondensation auftritt und
gleichzeitig wird sichergestellt, dass das Prozessgas bei Eintritt in einen Niederdruckgasspeicher eine für diesen zulässige maximale Exportgastemperatur nicht überschreitet. Bei dieser Maßnahme wird sowohl die Kondensation in der
Entspannungsturbine vermieden als auch eine genügend niedrige Prozessgastemperatur bei Eintritt in den
Niederdruckgasspeicher sichergestellt. Dies kann allein durch Maßnahmen vor der Entspannungsturbine geschehen, also
beispielsweise nur durch eine entsprechende Regelung der Abwärmerückgewinnungsanlage, gegebenenfalls unter
Einbeziehung des daran ungekühlt vorbei geleiteten
Prozessgases. Zusätzlich kann aber auch gekühltes weiteres Prozessgas eingeleitet oder Wasser eingespritzt werden.
Im eingangs genannten Beispiel der COREX®-Anlage kann dies etwa so realisiert werden, dass die Eintrittstemperatur des Prozessgases in die Entspannungsturbine auf einen Wert im Bereich zwischen etwa 150°C bis 175°C geregelt wird.
Es kann aber auch bei dieser dritten Methode der Erfindung das Abgas zusätzlich nach der Entspannungsturbine gekühlt werden, durch Einspritzen von Wasser und/oder durch Zumischen von kaltem Restgas aus einer Anlage zur C02~Entfernung .
Beim Einspritzen von Wasser in das Prozessgas, was in der Regel vor der Entspannungsturbine erfolgt, ist jedenfalls zu beachten, dass sich dadurch die Kondensationstemperatur bzw. Taupunktstemperatur erhöht und damit die minimale
Eintrittstemperatur, bei welcher in der Entspannungsturbine Kondensation auftritt.
Die Abwärmerückgewinnungsanlage muss nicht als
Abhitzedampferzeugeranlage ausgebildet sein. Es können stattdessen auch andere Wärmetauscher verwendet werden. So könnten etwa ein oder mehrere Gas-Gas-Wärmetauscher
eingesetzt werden, etwa zum Aufwärmen von weiteren
Prozessgasen der Anlage zur Roheisenherstellung. Oder es können andere Wärmeträgermedien aufgewärmt werden, wie
Stickstoff oder Thermoöl, um indirekt zum Erwärmen anderer Medien eingesetzt zu werden. Selbstverständlich sind auch Kombinationen verschiedener Abwärmerückgewinnungsanlagen möglich .
In der Regel wird als durch die Entspannungsturbine
geleitetes Prozessgas ein Abgas verwendet, das zuvor aus der Anlage zur Roheisenherstellung entfernt wurde und nach der Entspannungsturbine nicht wieder in die Anlage zur
Roheisenherstellung zurück geführt wird. Dies wird als „Exportgas" bezeichnet, weil es eben aus der Anlage zur
Roheisenherstellung endgültig abgezogen wird. Die Anlage zur Roheisenherstellung umfasst hier neben Hochofen bzw.
Einschmelzvergaser und Reduktionsschächten bzw. -reaktoren auch die Filteranlagen (Heißgasfilter, Schlauchfilter,
Zyklone) und etwaige Abhitzekessel für die Kühlung von
Exportgas sowie eine etwaige Anlage zur Entfernung von CO2. Dieses Prozess- oder Exportgas kann nun Topgas aus einem Hochofen, insbesondere aus einem Sauerstoffhochofen,
enthalten .
Es kann aber auch Abgas aus einer Schmelzreduktionsanlage enthalten, insbesondere
- Abgas aus einem Einschmelzvergaser,
- Abgas aus zumindest einem Reduktionsreaktor,
- Abgas aus zumindest einem Festbettreaktor, insbesondere zur Vorwärmung und/oder Reduktion von Eisenoxiden und/oder
Eisenbriketts .
So kommen etwa beim COREX®-Verfahren ein Einschmelzvergaser und zumindest ein Festbettreaktor zur Reduktion von
Eisenträgern zum Einsatz, beim FINEX®-Verfahren ein
Einschmelzvergaser und mehrere hintereinander geschaltete, als Wirbelschichtreaktoren ausgebildete Reduktionsreaktoren.
Das für die Erfindung verwendete Prozess- oder Exportgas aus einer Schmelzreduktionsanlage kann sich selbstverständlich aus mehreren Quellen der Schmelzreduktionsanlage speisen. In der Regel werden die Teilströme aus den einzelnen
Anlagenteilen (Einschmelzvergaser, Reduktionsreaktor,
Festbettreaktor) zeitlich variieren.
Die genannten Prozessgase aus der Anlage zur
Roheisenherstellung (Hochofen oder Schmelzreduktionsanlage) können zusätzlich auch auf anderem Wege aus der Anlage entnommen und gekühlt werden und als gekühltes, unter Druck stehendes weiteres Prozessgas dem sogenannten Exportgas vor der Entspannungsturbine zum Zwecke der Kühlung zugemischt werden, wobei diese auch zum Zwecke der Erwärmung zugemischt werden könnten, wenn etwa das Export- oder Prozessgas durch die Abwärmerückgewinnungsanlage zu stark abgekühlt wurde und diese Gasströme zuvor im heißen Zustand gereinigt worden sind . Es bietet sich an, jenes gekühlte Prozessgas zu verwenden, das in der Anlage zur Roheisenherstellung sowieso bei der Roheisenherstellung anfällt, etwa das gereinigte und gekühlte Reduktionsgas aus einem Einschmelzvergaser, welches nicht zu den Reduktionsreaktoren geleitet worden ist (Überschussgas) .
Zur Vermeidung von Kondensation in der Entspannungsturbine kann vorgesehen werden, dass die Eintrittstemperatur des Prozessgases bei Eintritt in die Entspannungsturbine nicht unter der minimalen Eintrittstemperatur von etwa 145°C liegt. Um sowohl Kondensation als auch eine zu hohe
Eintrittstemperatur des Export- oder Prozessgases in den Niederdruckgasspeicher zu verhindern, wird am besten
vorgesehen, dass die Eintrittstemperatur des Prozessgases bei Eintritt in die Entspannungsturbine auf einen Wert im Bereich von 150-175°C eingestellt wird. Dadurch ergibt sich eine Austrittstemperatur des Prozessgases aus der
Entspannungsturbine im Bereich von 55-75°C, eine weitere Kühlung nach der Entspannungsturbine ist dann nicht mehr notwendig .
Das Export- oder Prozessgas kann aber zusätzlich oder
alternativ auch noch vor oder nach der Entspannungsturbine soweit gekühlt werden, dass die maximale Eintrittstemperatur in den Niederdruckgasspeicher von etwa 80 °C nicht
überschritten wird.
Um die Entspannungsturbine vor Abrasion und Verunreinigung zu schützen, kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Teil des Prozessgases vor der Entspannungsturbine trocken entstaubt wird. In der Regel erfolgt die Trockenentstaubung ohnehin in der Anlage zur Roheisenherstellung, es muss dann keine eigene Trockenentstaubung für die Entspannungsturbine installiert werden. Die Trockenentstaubung erfolgt in typischer Weise mittels Schlauchfilter, die der Abwärmerückgewinnungsanlage nachgeschaltet sind, oder mittels keramischer Heißgasfilter, die der Abwärmerückgewinnungsanlage vorgeschaltet sind.
Zusätzlich können noch Heißgaszyklone oder sogenannte „dust catcher" (Staubabscheider) zum Einsatz kommen, wobei diese der groben Entstaubung dienen und den Anlagen zur
Feinentstaubung (Schlauchfilter, Heißgasfilter) vorgeschaltet sind. Die Trockenentstaubung hat gegenüber nassen Verfahren den Vorteil, dass dem Prozessgas dabei viel weniger Energie entzogen wird, die ja in der Entspannungsturbine genutzt werden soll.
Eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens kann so ausgeführt sein, dass die Anlage zur Roheisenherstellung mit zumindest einer ersten Prozessgasleitung zur Einleitung von Prozessgas in eine
Entspannungsturbine verbunden ist, und die
Entspannungsturbine durch eine zweite Prozessgasleitung mit einem Niederdruckgasspeicher für Prozessgas verbunden ist, wobei zusätzlich noch zumindest eine der folgenden
Einrichtungen vorgesehen ist:
- eine erste Regelungseinrichtung und eine vor der
Entspannungsturbine, insbesondere in der Anlage zur
Roheisenherstellung, angeordnete Abwärmerückgewinnungsanlage, insbesondere eine Abhitzedampferzeugeranlage, wobei die erste Regelungseinrichtung für die Abwärmerückgewinnungsanlage zur Regelung der Prozessgastemperatur dient,
- eine zweite Regelungseinrichtung und eine Bypassleitung, wobei die zweite Regelungseinrichtung zur Regelung der Menge an Prozessgas, welches an der Abwärmerückgewinnungsanlage, insbesondere der Abhitzedampferzeugeranlage, mittels einer Bypassleitung ungekühlt vorbei geleitet wird, dient,
- eine dritte Regelungseinrichtung, mit welcher die Menge an gekühltem, unter Druck stehendem weiteren Prozessgas aus der Anlage zur Roheisenherstellung, welches in die erste Prozessgasleitung geleitet wird, geregelt wird,
- eine vierte Regelungseinrichtung, mit welcher die Menge an Wasser, welche mittels einer Einspritzeinrichtung in die erste oder zweite Prozessgasleitung eingespritzt werden kann, geregelt wird,
- eine fünfte Regelungseinrichtung, mit welcher die Menge an kaltem Restgas aus einer Anlage zur C02~Entfernung mittels einer Restgasleitung in die zweite Prozessgasleitung zum Prozessgas gemischt wird, geregelt wird.
Sind mehrere dieser fünf genannten Regelungseinrichtungen vorhanden, so werden diese mit einer zentralen Regelung verknüpft bzw. eine der Regelungseinrichtungen, etwa die erste, übernimmt die Berechnung der Soll- und Stellwerte und Steuerung der anderen Regelungseinrichtungen.
Soll das Exportgas aus einem Hochofen in die
Entspannungsturbine geleitet werden, wird zumindest eine Leitung vorgesehen, mit welcher Topgas aus einem Hochofen, insbesondere aus einem Sauerstoffhochofen mit
Topgasrückführung, in die erste Prozessgasleitung geleitet werden kann.
Soll das Exportgas aus einer Schmelzreduktionsanlage in die Entspannungsturbine geleitet werden, wird zumindest eine Leitung vorgesehen, mit welcher Abgas aus einer
Schmelzreduktionsanlage in die erste Prozessgasleitung geleitet werden kann. Dabei ist dann vorgesehen, dass
zumindest eine dieser Leitungen mit zumindest einer der folgenden Einrichtungen verbunden ist:
- mit einem Einschmelzvergaser,
- mit einem oder mehreren Reduktionsreaktoren,
- mit einem Festbettreaktor, insbesondere zur Vorwärmung und/oder Reduktion von Eisenoxiden und/oder Eisenbriketts. Vor der Entspannungsturbine kann eine Anlage zur Trockenentstaubung des Prozessgases angeordnet sein. Dies dient dem Schutz der Entspannungsturbine vor Verunreinigung und Abrasion.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beispielhaften und schematischen Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine COREX®-Anlage mit Schlauchfiltern zur
Entstaubung und nachgeschalteter Entspannungsturbine,
Fig. 2 zeigt eine COREX®-Anlage mit Keramikfiltern zur
Entstaubung und nachgeschalteter Entspannungsturbine,
Fig. 3 zeigt eine FINEX®-Anlage mit Schlauchfiltern zur
Entstaubung und nachgeschalteter Entspannungsturbine,
Fig. 4 zeigt eine FINEX®-Anlage mit Keramikfiltern zur
Entstaubung und nachgeschalteter Entspannungsturbine,
Fig. 5 zeigt einen Sauerstoffhochofen mit Schlauchfiltern zur Entstaubung und nachgeschalteter Entspannungsturbine.
Fig. 6 zeigt einen Sauerstoffhochofen mit Keramikfiltern zur Entstaubung und nachgeschalteter Entspannungsturbine.
In Fig. 1 ist eine COREX®-Anlage dargestellt. Sie weist in diesem Beispiel einen Reduktionsschacht 17 auf, welcher als Festbettreaktor ausgebildet ist und mit Stückerz, Pellets, Sinter und Additiven beschickt wird, siehe Bezugszeichen 18.
Im Gegenstrom zum Stückerz etc. 18 wird das Reduktionsgas 19 geführt. Es wird im unteren Bereich des Reduktionsschachts 17 eingebracht und tritt an dessen Oberseite als Topgas 22 aus. Die Wärme des Topgases 22 aus dem Reduktionsschacht 17 wird in einem Abhitzekessel 21 zur Dampferzeugung genutzt, der dabei entstehende Niederdruckdampf kann einem Stripper einer - hier nicht dargestellten - Anlage 14 zur chemischen Absorption von CO2 zugeführt werden. Vor Eintritt in den Abhitzekessel 21 kann das Topgas 22 in einem Staubabscheider oder Zyklon 23 von grobem Staub befreit werden. Der
abgeschiedene Staub 24 aus dem Zyklon 23 kann in den
Einschmelzvergaser 48 zurückgeführt werden.
Das aus dem Abhitzekessel 21 austretende Topgas wird in einem Schlauchfilter 30 weiter gereinigt und als Exportgas 12 der Entspannungsturbine 34 zugeleitet.
Das Reduktionsgas 19 für den Reduktionsschacht 17 wird in einem Einschmelzvergaser 48 hergestellt, in den einerseits Kohle in Form von stückiger Kohle 49 und gegebenenfalls von Kohle in Pulverform zugeführt wird, in den andererseits das im Reduktionsschacht 17 vorreduzierte Eisenerz zugegeben wird. Mit der stückigen Kohle 49 kann auch Feinerz 47, das zu fein für den Reduktionsschacht 17 ist, eingebracht werden.
Die Kohle im Einschmelzvergaser 48 wird vergast, es entsteht ein Gasgemisch, das hauptsächlich aus CO und H2 besteht, und als Topgas (Generatorgas) 54 abgezogen und ein Teilstrom als Reduktionsgas 19 dem Reduktionsschacht 17 zugeleitet wird, nachdem es in einem Abscheider 59, der hier als Heißgaszyklon ausgebildet ist, von Staub und Feinerz gereinigt wurde. Der hier abgeschiedene Staub und das abgeschiedene Feinerz 25 werden in den Einschmelzvergaser 48 zurückgeführt.
Das im Einschmelzvergaser 48 erschmolzene heiße Metall und die Schlacke werden abgezogen, siehe Pfeil 58.
Das aus dem Einschmelzvergaser 48 abgezogene Topgas 54 wird zuerst in einen Abscheider 59 geleitet, um mit ausgetragenen Staub abzuscheiden und den Staub 25 - gegebenenfalls über Staubbrenner - in den Einschmelzvergaser 48 zurückzuführen. Ein Teil des vom Grobstaub gereinigten Topgases 54 wird mittels Nasswäscher 26 weiter gereinigt und als Überschussgas 27 aus der COREX®-Anlage entnommen und - erfindungsgemäß - dem Exportgas 12 vor der Entspannungsturbine 34 zugeführt. Alternativ oder zusätzlich kann ein Teil des Überschussgases 27 zur Kühlung des Exportgases 12 diesem nach der
Entspannungsturbine 34 zugemischt werden.
Ein Teil des gereinigten Top- oder Generatorgases 54 nach dem Nasswäscher 26 wird zur Abkühlung einem Gaskompressor 63 zugeleitet und dann als Kühlgas 28 wieder dem Top- oder
Generatorgas 54 nach dem Einschmelzvergaser 48 zur Kühlung zugeführt. Durch diese Rückführung können die darin
enthaltenen reduzierenden Anteile noch für das COREX®- Verfahren ausgenützt werden und andererseits kann die
erforderliche Kühlung des heißen Top- oder Generatorgases 54 von ca. 1050°C auf 700-870°C sichergestellt werden.
Zwischen dem Zyklon 23 und dem Abhitzekessel 21 wird mit einer ersten Einspritzeinrichtung 29 Wasser in das Topgas 22 eingedüst, um es zu kühlen. Nach dem Abhitzekessel 21 gelangt das Topgas 22 in den Schlauchfilter, wo der feine Staub abgeschieden wird. Nach dem Schlauchfilter beginnt die erste Prozessgasleitung 31 für das Exportgas 12, welche bei der
Entspannungsturbine 34 endet. Die zweite Prozessgasleitung 32 beginnt bei der Entspannungsturbine 34 und endet beim
Exportgasbehälter 13, der als Niederdruckgasspeicher
ausgebildet ist.
In die erste Prozessgasleitung mündet zuerst die Leitung für das Überschussgas 27, danach ist eine zweite
Einspritzeinrichtung 33 vorgesehen, um das Exportgas 12 weiter zu kühlen.
Mittels einer Bypassleitung 36 kann Topgas 22 ungekühlt am Abhitzekessel 21 vorbei geleitet werden.
In einer ersten Regelungseinrichtung 45 werden die Vorgänge im Abhitzekessel 21 geregelt, sie ist aber auch mit den übrigen erfindungsgemäßen Regelungseinrichtungen verbunden, wie die strichlierten Linien zeigen:
- mit einer zweiten Regelungseinrichtung, hier in Form eines regelbaren Ventils 46, mit welcher die Bypassleitung 36 ganz oder teilweise geöffnet bzw. gesperrt werden kann,
- mit einer dritten Regelungseinrichtung, hier in Form eines regelbaren Ventils 57, für die Leitung für das Überschussgas 27 und
- mit einer vierten Regelungseinrichtung, hier in Form eines regelbaren Ventils 56 für die zweite Einspritzeinrichtung 33.
Weiters ist die erste Regelungseinrichtung 45 mit einem ersten Temperatursensor 67 verbunden, der die Temperatur des Exportgases 12 direkt vor dem Eintritt in die
Entspannungsturbine 34 misst, mit einem zweiten
Temperatursensor 68, der die Temperatur des Exportgases 12 direkt nach dem Austritt aus der Entspannungsturbine 34 misst, und einem dritten Temperatursensor 69, der die
Differenz der Messwerte des ersten und des zweiten
Temperatursensors misst.
Ausgehend von den gemessenen Temperaturwerten werden dann die Sollwerte ermittelt und mit Hilfe der genannten
Regelungseinrichtungen eingestellt .
Überschüssiges Exportgas kann vor der Entspannungsturbine 34 durch eine erste Leitung 70 und nach der Entspannungsturbine 34 durch eine zweite Leitung 71 zu einer Fackelanlage 72 gefördert und dort abgefackelt werden.
Ein Teil des Exportgases 12 kann nach einer Druckmessung mit einem Drucksensor 73 mittels einer Bypassleitung 74 für die Entspannungsturbine 34 an dieser vorbeigeleitet werden. Dies ist im speziellen zum An- und Herunterfahren der
Entspannungsturbine erforderlich, kann aber auch im Normalbetrieb zur Regelung von Teilgasmengen verwendet werden .
Zur Sicherheit kann nach der Entspannungsturbine 34 trotzdem ein Exportgaskühler 75 angeordnet werden, durch welchen das Gasgemisch aus Exportgas 12 nach der Entspannungsturbine 34 und Überschussgas 27, das nach der Entspannungsturbine 34 eingeleitet wurde, ganz oder teilweise gekühlt wird. Der zu kühlende Teil wird aus der zweiten Prozessgasleitung 32 entnommen, durch den Exportgaskühler 75 geführt und wieder der zweiten Prozessgasleitung 32 zugeführt. Zur Kühlung wird Kaltwasser 76 verwendet. Falls die erfindungsgemäße Regelung ausfüllt, kann mittels des Exportgaskühlers 75 sichergestellt werden, dass das Exportgas 12 nicht mit einer zu hohen
Temperatur in den Exportgasbehälter 13 eintritt.
In Fig. 2 ist ebenso wie in Fig. 1 eine COREX®-Anlage
dargestellt, allerdings unterscheidet sie sich von jener in Fig. 1 durch die verwendeten Filter zur Entstaubung.
Statt des Zyklons 23 für Topgas aus Fig. 1 wird ein
Heißgasfilter 11 mit keramischen Filterelementen verwendet. In Heißgasfiltern werden Heißgasfilterelemente überwiegend in Form von porösen Kerzen aus Keramik, Faserkeramik oder
Sintermetall eingesetzt. Der auf den Filterkerzen
angesammelte Staub kann durch eine Rückspüleinrichtung, welche typischerweise mit Stickstoff 2 betrieben wird, von den Filterkerzen abgereinigt werden.
Der im Heißgasfilter 11 abgeschiedene Staub kann alternativ wieder dem Einschmelzvergaser 48 zugeführt werden.
Eine weitere Ausführungsvariante besteht darin, dass vor dem Heißgasfilter 11 ein Zyklon 23, genauer gesagt, ein
Heißgaszyklon angeordnet wird. Dadurch kann der Staubgehalt des Topgases 22 weiter reduziert werden. In Fig. 3 kommt statt der COREX®-Anlage der Figuren 1 und 2 eine FINEX®-Anlage zum Einsatz.
Das Exportgas 12 wird einer Entspannungsturbine 34 zugeführt und anschließend wieder in einem als Niederdruckgasspeicher ausgebildeten Exportgasbehälter 13 zwischengespeichert. Es kann anschließend einer Rohstofftrocknung oder einem
Kraftwerk als Brennstoff zugeführt werden, siehe
Bezugszeichen 35.
Die FINEX®-Anlage weist in diesem Beispiel vier
Reduktionsreaktoren 37-40 auf, welche als
Wirbelschichtreaktoren ausgebildet sind und mit Feinerz beschickt werden. Feinerz und Additive 41 werden der
Erztrocknung 42 zugeführt und von dort zuerst dem vierten Reaktor 37, sie gelangen dann in den dritten 38, den zweiten 39 und schließlich den ersten Reduktionsreaktor 40. Anstelle von vier Wirbelschichtreaktoren 37-40 können aber auch nur drei vorhanden sein.
Im Gegenstrom zum Feinerz wird das Reduktionsgas 43 geführt. Es wird am Boden des ersten Reduktionsreaktors 40 eingebracht und tritt an dessen Oberseite aus. Bevor es von unten in den zweiten Reduktionsreaktor 39 eintritt, kann es noch mit
Sauerstoff O2 erwärmt werden, ebenso zwischen zweitem 39 und drittem 38 Reduktionsreaktor. Die Wärme des Abgases 44 aus den Reduktionsreaktoren 37-40 wird in einem Abhitzekessel 21 zur Dampferzeugung genutzt, der dabei entstehende
Niederdruckdampf kann dem Stripper der Anlage 14 zur
chemischen Absorption von CO2 zugeführt werden.
Das aus dem vierten Reduktionsreaktor 37 austretende Abgas 44 wird nach dem Abhitzekessel 21 in einem Schlauchfilter 30 gereinigt. Ein Teilstrom des aus dem Schlauchfilter 30 austretenden Abgases wird als Exportgas 12 der Entspannungsturbine 34 zugeführt, ein weiterer Teilstrom soll als Rückführgas 79 wieder im FINEX®-Verfahren Verwendung finden. Dazu wird es in einem Gaskühler 77 mittels Kaltwasser 78 gekühlt, im Rückführgaskompressor 80 komprimiert, in einem nachfolgenden Kühler 81 nochmals gekühlt und dann einer
Anlage 14 zur Entfernung von CO2 zugeführt, etwa mittels Adsorption (z.B. Druckwechselanlage oder
Vakuumdruckwechselanlage) oder chemischen Absorption.
Wenn der C02~Ausstoß in die Atmosphäre bei der Herstellung von Roheisen reduziert werden soll, muss dieses aus den
Abgasen aus der Roheisenerzeugung abgeschieden und in
gebundener Form gespeichert werden (engl.: CO2 Capture and Sequestration (CCS) ) .
Der Restgasstrom 82 nach der chemischen Absorption 14 enthält hauptsächlich CO2, ein Teil des Restgases 82 kann durch eine Restgasleitung 84, welche in die zweite Prozessgasleitung 32 mündet, dem Exportgas 12 vor Eintritt in den
Exportgasbehälter zur Kühlung zugeleitet werden. Eine
entsprechende fünfte Regelungseinrichtung 20 hierfür ist in Fig. 3 eingezeichnet.
Das Reduktionsgas 43 wird in Fig. 3 in einem
Einschmelzvergaser 48 hergestellt, in den einerseits Kohle in Form von stückiger Kohle 49 und von Kohle in Pulverform 50 - diese gemeinsam mit Sauerstoff O2 - zugeführt wird, in den andererseits das in den Reduktionsreaktoren 37-40
vorreduzierte und in der Eisenbrikettierung 51 in heißem Zustand zu Briketts (engl.: HCl Hot Compacted Iron) geformte Eisenerz zugegeben wird. Die Eisenbriketts gelangen dabei über eine Förderanlage 52 in einen Speicherbehälter 53, der als Festbettreaktor ausgebildet ist, wo die Eisenbriketts mit grob gereinigtem Generatorgas 54 aus dem Einschmelzvergaser 48 gegebenenfalls vorgewärmt und reduziert werden. Hier können auch kalte Eisenbriketts 65 zugegeben werden.
Anschließend werden die Eisenbriketts bzw. -oxide von oben in den Einschmelzvergaser 48 chargiert. Niedrig reduziertes Eisen (engl. LRI = low reduced iron) kann ebenfalls aus der Eisenbrikettierung 51 abgezogen werden.
Die Kohle im Einschmelzvergaser 48 wird vergast, es entsteht ein Gasgemisch, das hauptsächlich aus CO und H2 besteht, und als Reduktionsgas (Generatorgas) 54 abgezogen und ein
Teilstrom als Reduktionsgas 43 den Reduktionsreaktoren 37-40 zugeleitet wird.
Das im Einschmelzvergaser 48 erschmolzene heiße Metall und die Schlacke werden abgezogen, siehe Pfeil 58.
Das aus dem Einschmelzvergaser 48 abgezogene Topgas 54 wird zuerst in einen Abscheider 59 geleitet, um mit ausgetragenem Staub abzuscheiden und den Staub über Staubbrenner in den Einschmelzvergaser 48 zurückzuführen.
Ein Teil des vom Grobstaub gereinigten Topgases wird mittels Nasswäscher 60 weiter gereinigt und als Überschussgas 61 der Anlage 14 zur chemischen Absorption von CO2 zugeführt, und zwar vor dem Rückführgaskompressor 80.
Ein weiterer Teil des gereinigten Generatorgases 54 wird ebenfalls in einem Nasswäscher 62 für Kühlgas weiter
gereinigt, zur Abkühlung einem Gaskompressor 63 zugeleitet und dann nach Mischung mit dem aus der Anlage 14 entnommenen, von CO2 befreiten Rückführgas 79 wieder dem Generatorgas 54 nach dem Einschmelzvergaser 48 zur Kühlung zugeführt. Durch diese Rückführung des von CO2 befreiten Gases 79 können die darin enthaltenen reduzierenden Anteile noch für das FINEX®- Verfahren ausgenützt werden und andererseits kann die
erforderliche Kühlung des heißen Generatorgases 54
sichergestellt werden. Das aus der Speicheranlage 53, wo die Eisenbriketts bzw.
Eisenoxide mit entstaubtem und gekühltem Generatorgas 54 aus dem Einschmelzvergaser 48 erwärmt und reduziert werden, austretende Topgas 55 wird in einem Nasswäscher 66 gereinigt und kann dann ebenfalls der Anlage 14 zur Entfernung von CO2 zugeführt werden.
Im Falle einer chemischen Absorptionsanlage zur CO2- Entfernung kann dem Stripper der Anlage 14 kann
Niederdruckdampf aus dem Abhitzekessel 21 zugeführt werden. Bevorzugter Weise sollte für diesen Fall die Abwärme aus dem Eisenerzeugungsprozess verwendet werden wegen der kurzen Wegstrecken zwischen Abhitzekessel und Anlage 14 zur
chemischen Absorption von CO2.
Das Kondensat des Strippers kann in diesem Beispiel dem
Dampfkreislauf des Abhitzekessels 21 zugeführt werden.
Das Exportgas 12 besteht hier nur aus dem Abgas 44 der
Reduktionsreaktoren 37-40.
Alle in diesem Ausführungsbeispiel vorhandenen
Regelungseinrichtungen (erste 45, zweite 46, vierte 56 und fünfte 20) sind untereinander verbunden und deren Stellgrößen werden zentral vorgegeben.
Die Funktionsweisen der zweiten Einspritzvorrichtung 33, des optionalen Exportgaskühlers 75, der Fackelanlage 72, der Temperatursensoren 67-69, des Drucksensors 73 und der
Bypassleitung 74 sind so wie in Fig. 1 erläutert.
Die Anlage in Fig. 4 entspricht im Wesentlichen jener in Fig. 3, allerdings wird in Fig. 4 das aus dem vierten
Reduktionsreaktor 37 austretende Abgas 44 vor dem
Abhitzekessel 21 in einem Heißgasfilter 11 gereinigt. Ein Teilstrom des aus dem Abhitzekessel 21 austretenden Abgases wird dann als Exportgas 12 der Entspannungsturbine 34 zugeführt, ein weiterer Teilstrom soll als Rückführgas 79 wieder im FINEX®-Verfahren Verwendung finden.
In Fig. 5 wird die Erfindung anhand eines Sauerstoffhochofens dargestellt. Hier wird Eisenerz aus einer Sinteranlage 2 sowie Koks (nicht dargestellt) über eine Chargiereinrichtung von oben in den Hochofen 1 zugeführt. Sauerstoffhaltiges Gas 3 mit einem Sauerstoffgehalt > 80% wird in die Ringleitung 4 eingebracht, ebenso Kohle in Pulverform 50. Im
Reduktionsgasofen 6 wird Reduktionsgas 5 erwärmt, wobei für die Verbrennung Sauerstoff O2 und Verbrennungsluft zugeführt werden. Gemeinsam mit kaltem oder vorgewärmtem Sauerstoff O2 wird das erwärmte Reduktionsgas 5 in den Hochofen 1
eingebracht. Schlacke 7 und Roheisen 8 werden unten aus dem Hochofen 1 abgezogen. Im oberen Teil des Hochofens 1 wird das Top- oder Gichtgas 9 entnommen und in einem Staubabscheider oder Zyklon 10 vorgereinigt. Das so gereinigte Top- oder Gichtgas 9 ist noch so heiß, dass dessen Energie sinnvoller Weise in einem Abhitzekessel 21 zur Dampferzeugung genützt wird. Wie bei den Abhitzekesseln 21 der anderen Fig. stellt auch hier der linke Kreislauf den Dampfkreislauf dar, der rechte Kreislauf dient zur Erwärmung und Verdampfung von Kondensat. Zur Kühlung des Topgases 9 vor dem Abhitzekessel ist wieder eine erste Einspritzeinrichtung 29 für Wasser vorgesehen. Mittels einer Bypassleitung 36 kann Topgas 9 wieder ungekühlt um den Abhitzekessel 21 herum geführt werden. Das Topgas 9 tritt nach dem Abhitzekessel 21 in einen Schlauchfilter 30 ein (es könnte an dieser Stelle aber stattdessen auch ein Nasswäscher angeordnet sein) und wird weiter gereinigt, sodass auch der feine Staub abgeschieden wird und entnommen werden kann, siehe Pfeil am unteren Ende des Schlauchfilters 30. Das gereinigte und gegebenenfalls gekühlte Topgas 9 kann einerseits direkt als Exportgas 12 aus dem Hochofensystem entnommen und der Entspannungsturbine 34 und danach dem
Exportgasbehälter 13 zugeführt werden. Andererseits kann es einer Anlage 14 zur C02~Entfernung zugeführt werden, wobei das gereinigte und rückzuführende Top- oder Gichtgas 9 zuvor in einem Gaskühler 77, der mit Kaltwasser 78 gekühlt ist, abgekühlt wird, anschließend mit einem Kompressor 15 auf etwa 2-6 barg verdichtet und in einem Nachkühler 16 auf etwa 30- 60 °C abgekühlt wird. Erst dann wird das rückzuführende Topgas 9 in die Anlage 14 zur C02~Entfernung eingeleitet. Die
Funktionsweise dieser Anlage wurde bereits unter Fig. 3 erläutert. Zusätzlich ist in Fig. 4 eine - strichliert dargestellte - Leitung vorgesehen, mit welcher das
rückzuführende Topgas 9 entweder nur am Gaskühler 77 vorbei, nur an der Anlage 14 vorbei oder an Gaskühler 77 und Anlage 14 vorbei als Brenngas in den Reduktionsgasofen 6 geleitet wird .
Das von CO2 gereinigte Produktgas wird als Reduktionsgas 5 entweder direkt und/oder nach einer Erwärmung im
Reduktionsgasofen 6 wieder dem Hochofen 1 zugeführt. Das CO2 reiche Restgas 82 kann wie in Fig. 3 direkt in die Atmosphäre entlassen und/oder eben einer C02-Verdichtung mit
anschließender C02~Lagerung zugeführt werden (engl.:
Sequestration, z.B. EOR - enhanced oil recovery, EGR - enhanced gas recovery) und/oder aber auch als Ersatz für 2 bei der Eisenherstellung verwendet werden: der Restgasstrom besteht hauptsächlich aus CO2 und kann daher für
Chargiereinrichtungen, Sperrdichtungen und ausgewählte Spül- und Kühlgasverbraucher verwendet werden.
Ein Teil des Restgases 82 kann aber auch als Brenngas dem Reduktionsgasofen 6 zugeführt werden. Schließlich kann ein Teil des Restgases 82 durch eine Restgasleitung 84, welche in die zweite Prozessgasleitung 32 mündet, dem Exportgas 12 vor Eintritt in den Exportgasbehälter zur Kühlung zugeleitet werden. Eine entsprechende fünfte Regelungseinrichtung 20 hierfür ist in Fig. 4 eingezeichnet.
Alle in diesem Ausführungsbeispiel vorhandenen
Regelungseinrichtungen (erste 45, zweite 46, vierte 56 und fünfte 20) sind untereinander verbunden und deren Stellgrößen werden zentral vorgegeben.
Die Funktionsweisen der zweiten Einspritzvorrichtung 33, des optionalen Exportgaskühlers 75, der Fackelanlage 72, der Temperatursensoren 67-69, des Drucksensors 73 und der
Bypassleitung 74 sind so wie in Fig. 1 erläutert.
Die Anlage aus Fig. 6 unterscheidet sich von jener in Fig. 5 nur durch die Art der Reinigung des Topgases 9. In Fig. 6 wird nämlich das Topgas 9 nach dem Staubabscheider oder
Zyklon 10 in einem Heißgasfilter 11 weiter gereinigt, sodass auch der feine Staub abgeschieden wird und entnommen werden kann, siehe Pfeil am unteren Ende des Heißgasfilters 11. Das so gereinigte Top- oder Gichtgas 9 wird erst dann in den Abhitzekessel 21 geleitet.
Das Exportgas 12 aus dem Exportgasbehälter 13 kann - unabhängig von der Ausführungsform der Erfindung - einem Kombikraftwerk oder einem Dampfkraftwerk als Brennstoff zugeleitet werden. Bezugs zeichenliste :
1 Hochofen
2 Sinteranlage
3 Sauerstoffhaltiges Gas
4 Ringleitung
5 Heißwind
6 Reduktionsgasofen
7 Schlacke
8 Roheisen
9 Top- oder Gichtgas
10 Staubabscheider oder Zyklon
11 Heißgasfilter
12 Exportgas
13 Exportgasbehälter
14 Anlage zur chemischen Absorption von CO2
15 Kompressor
16 Nachkühler
17 ReduktionsSchacht
18 Stückerz, Pellets, Sinter und Additive
19 Reduktionsgas für Reduktionsschacht 17
20 fünfte Regelungseinrichtung (Ventil)
21 Abhitzekessel
22 Topgas aus Reduktionsschacht 17
23 Zyklon für Topgas 22
24 Staub aus Zyklon 23 bzw. Heißgasfilter 11
25 Staub und Feinerz aus Abscheider 59
26 Nasswäscher
27 Überschussgas
28 Kühlgas
29 ersten Einspritzeinrichtung
30 Schlauchfilter
31 erste Prozessgasleitung
32 zweite Prozessgasleitung
33 zweite Einspritzeinrichtung
34 Entspannungsturbine 35 Zur Rohstofftrocknung (Kohle-, Feinkohle- oder
Erztrocknung) oder zum Kraftwerk
36 Bypassleitung
37 Vierter Reduktionsreaktor
38 Dritter Reduktionsreaktor
39 Zweiter Reduktionsreaktor
40 Erster Reduktionsreaktor
41 Feinerz und Additive
42 Erztrocknung
43 Reduktionsgas
44 Abgas aus Reduktionsreaktoren 37-40
45 erste Regelungseinrichtung
46 zweite Regelungseinrichtung (Ventil)
47 Feinerz
48 Einschmelzvergaser
49 stückige Kohle
50 Kohle in Pulverform
51 Eisenbrikettierung
52 Förderanlage
53 als Festbettreaktor ausgebildeter Speicherbehälter zur
Vorwärmung und Reduktion von Eisenoxiden und/oder Eisenbriketts
54 Top- oder Generatorgas aus Einschmelzvergaser 48
55 Topgas aus Speicherbehälter 53
56 vierte Regelungseinrichtung (Ventil)
57 dritte Regelungseinrichtung (Ventil)
58 heißes Metall und Schlacke
59 Abscheider für Feinerz
60 Nasswäscher für Überschussgas 61
61 Überschussgas
62 Nasswäscher für Kühlgas
63 Gaskompressor
64 von CO2 befreiten Gas (Produktgas) aus Absorber 17
65 kalte Eisenbriketts
66 Nasswäscher für Topgas aus Speicherbehälter 53
67 erster Temperatursensor
68 zweiter Temperatursensor 69 dritter Temperatursensor
70 erste Leitung zur Fackelanlage 72
71 zweite Leitung zur Fackelanlage 72
72 Fackelanlage
73 Drucksensor
74 Bypassleitung für Entspannungsturbine 34
75 Exportgaskühler
76 Kaltwasser
77 Gaskühler für Rückführgas
78 Kaltwasser
79 Rückführgas
80 Rückführgaskompressor
81 Kühler für Rückführgas 79 bzw. 9
82 Restgas aus Anlage 14
83 Verbrennungsluft für Reduktionsgasofen 6
84 Restgasleitung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Regelung der Temperatur von Prozessgasen
(12) aus Anlagen zur Roheisenherstellung für die Nutzung in einer Entspannungsturbine (34), dadurch
gekennzeichnet, dass die Eintrittstemperatur des
Prozessgases (12) bei Eintritt in die
Entspannungsturbine (34) so eingestellt wird, dass sie nicht unter eine minimale Eintrittstemperatur fällt, bei welcher in der Entspannungsturbine Kondensation
auftritt, und/oder dass das Prozessgas (12) gekühlt wird, sodass das aus der Entspannungsturbine austretende Prozessgas bei Eintritt in einen Niederdruckgasspeicher
(13) eine für diesen zulässige maximale
Eintrittstemperatur nicht überschreitet, und zwar durch zumindest eine der folgenden Maßnahmen:
- Regelung der Prozessgastemperatur durch Regelung einer Abwärmerückgewinnungsanlage, insbesondere einer
Abhitzedampferzeugeranlage (21), welche das Prozessgas (12) vor dem Eintritt in die Entspannungsturbine (34) durchströmt,
- Regelung der Prozessgastemperatur durch Regelung der Menge an Prozessgas, welches an der
Abwärmerückgewinnungsanlage, insbesondere der
Abhitzedampferzeugeranlage (21), ungekühlt vorbei geleitet (36) wird, - Zumischung von gekühltem, unter Druck stehendem weiteren Prozessgas (27) zum Prozessgas (12) vor der Entspannungsturbine (34),
- Einspritzen (29, 33) von Wasser in das Prozessgas (12) ,
- Zumischung von kaltem Restgas (82) aus einer Anlage (14) zur C02~Entfernung zum Prozessgas (12) nach der Entspannungsturbine (34).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Prozessgas (12) Abgas verwendet wird, das zuvor aus der Anlage zur Roheisenherstellung entfernt wurde und nach der Entspannungsturbine (34) nicht wieder in die Anlage zur Roheisenherstellung zurück geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass als Prozessgas und gegebenenfalls als weiteres Prozessgas Topgas (9) aus einem Hochofen, insbesondere aus einem Sauerstoffhochofen (1), verwendet wird .
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass als Prozessgas und gegebenenfalls als weiteres Prozessgas Abgas (22, 27, 44) aus einer Schmelzreduktionsanlage (17, 37-40, 48), verwendet wird. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der folgenden Abgase verwendet wird:
- Abgas (27) aus einem Einschmelzvergaser (48), - Abgas (44) aus zumindest einem Reduktionsreaktor (37- 40) ,
- Abgas (22) aus zumindest einem Festbettreaktor (17), insbesondere zur Vorwärmung und/oder Reduktion von
Eisenoxiden und/oder Eisenbriketts.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die Eintrittstemperatur des
Prozessgases (12) bei Eintritt in die
Entspannungsturbine (34) nicht unter der minimalen
Eintrittstemperatur von etwa 145°C liegt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittstemperatur des Prozessgases (12) bei
Eintritt in die Entspannungsturbine (34) auf einen Wert im Bereich von 150-175°C eingestellt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass das Prozessgas (12) vor oder nach der Entspannungsturbine (34) soweit gekühlt wird, dass die maximale Eintrittstemperatur in den
Niederdruckgasspeicher (13) von etwa 80°C nicht
überschritten wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Prozessgases (12) vor der Entspannungsturbine (34) trocken entstaubt wird . Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die
Anlage zur Roheisenherstellung mit zumindest einer ersten Prozessgasleitung (31) zur Einleitung von
Prozessgas (12) in eine Entspannungsturbine (34) verbunden ist, und die Entspannungsturbine (34) durch eine zweite Prozessgasleitung (32) mit einem
Niederdruckgasspeicher (13) für Prozessgas verbunden ist, wobei zusätzlich noch zumindest eine der folgenden Einrichtungen vorgesehen ist:
- eine erste Regelungseinrichtung (45) und eine vor der Entspannungsturbine (34), insbesondere in der Anlage zur Roheisenherstellung, angeordnete
Abwärmerückgewinnungsanlage, insbesondere eine
Abhitzedampferzeugeranlage (21), wobei die erste
Regelungseinrichtung (45) für die
Abwärmerückgewinnungsanlage (21) zur Regelung der
Prozessgastemperatur dient,
- eine zweite Regelungseinrichtung (46) und eine
Bypassleitung (36) , wobei die zweite
Regelungseinrichtung (46) zur Regelung der Menge an Prozessgas, welches an der Abwärmerückgewinnungsanlage, insbesondere der Abhitzedampferzeugeranlage (21), mittels einer Bypassleitung (36) ungekühlt vorbei geleitet wird, dient, - eine dritte Regelungseinrichtung (57), mit welcher die Menge an gekühltem, unter Druck stehendem weiteren
Prozessgas (27) aus der Anlage zur Roheisenherstellung, welches in die erste Prozessgasleitung (31) geleitet wird, geregelt wird,
- eine vierte Regelungseinrichtung (56) , mit welcher die Menge an Wasser, welche mittels einer
Einspritzeinrichtung (33) in die erste (31) oder zweite Prozessgasleitung (32) eingespritzt werden kann, geregelt wird,
- eine fünfte Regelungseinrichtung (20), mit welcher die Menge an kaltem Restgas aus einer Anlage zur CO2- Entfernung mittels einer Restgasleitung (84) in die zweite Prozessgasleitung (32) zum Prozessgas (12) gemischt wird, geregelt wird.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Leitung vorgesehen ist, mit welcher Topgas (9) aus einem Hochofen, insbesondere aus einem Sauerstoffhochofen (1) mit Topgasrückführung, in die erste Prozessgasleitung (31) geleitet werden kann.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Leitung vorgesehen ist, mit welcher Abgas (22, 27, 44) aus einer Schmelzreduktionsanlage in die erste Prozessgasleitung (31) geleitet werden kann. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine dieser Leitungen mit zumindest einer der folgenden Einrichtungen verbunden ist:
- mit einem Einschmelzvergaser (48),
- mit einem oder mehreren Reduktionsreaktoren (37-40),
- mit einem Festbettreaktor (17), insbesondere zur
Vorwärmung und/oder Reduktion von Eisenoxiden und/oder Eisenbriketts .
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Entspannungsturbine (34) eine Anlage (11, 23, 30), zur Trockenentstaubung des Prozessgases (12) angeordnet ist.
PCT/EP2011/056105 2010-05-20 2011-04-18 Verfahren und vorrichtung zur regelung der temperatur von prozessgasen aus anlagen zur roheisenherstellung für die nutzung einer entspannungsturbine Ceased WO2011144401A1 (de)

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