用于钢制造的设施组合和用于运行该设施组合的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于钢制造的设施组合，该设施组合具有：用于生铁制造的高炉(1)；用于粗钢制造的转炉炼钢设备(2)；和用于在生铁制造和/或粗钢制造的过程中所产生气体的气体管道系统。根据本发明专利技术，设施组合额外地具有连接到气体管道系统的化学设施(12)或生物技术设施以及用于满足设施组合的至少一部分电力需求的储能器(25)。本发明专利技术的主题还在于一种用于运行设施组合的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于钢制造的设施组合以及用于运行该设施组合的方法。用于钢制造的设施组合至少包括：至少一个用于生铁制造的高炉、用于粗钢制造的转炉炼钢设备和用于在生铁制造和/或粗钢制造的过程中所产生的气体的气体管道系统。此外，设施组合可以具有用于发电的发电站，发电站设计作为燃气轮机发电站或作为燃气轮机和蒸汽轮机发电站并通过一种气体驱动，该气体至少包括在高炉中的生铁制造过程中产生的高炉煤气的部分量和/或在转炉炼钢设备中产生的转炉煤气的部分量。
技术介绍
在高炉中，由铁矿、添加物以及焦炭和其他还原剂，比如煤、油、气体、生物质、再生废塑料或者其他含有碳和/或氢的物质得到生铁。作为还原反应的产物不可避免地产生了CO、CO2、氢气和水蒸气。从高炉过程中抽出的高炉煤气除了以上组成成分之外还具有高含量的氮气。高炉煤气的组成成分和气体量取决于原料和运行方式并且受到波动。但是高炉煤气通常含有：35至60体积％的N2、20至30体积％的CO、20至30体积％的CO2和2至15体积％的H2。在通常情况下，在生铁制造过程中产生的高炉煤气的约30至40％的用于在热风炉中加热用于高炉过程的热风；剩余的高炉煤气量可以在用于加热用途或者用于发电之外的其他的工厂领域。设置在高炉过程下游的转炉炼钢设备中，生铁转换为粗钢。通过在液态生铁上通入氧气除去了干扰杂质，特别是碳、硅、硫和磷。由于氧化过程会导致严重的产热，因此可以加入不超过生铁量的25％的废铁物作为冷却剂。另外还加入用于形成炉渣的石灰和合金剂。从
转炉炼钢设备中抽走含有非常高含量的CO并另外含有氮气、氢气和CO2的转炉煤气。典型的转炉煤气组成具有：50至70体积％的CO、10至20体积％的N2、约15体积％的CO2和约2体积％的H2。该转炉煤气既可以燃烧排出也可以在现代钢厂中收集并用于产能用途。设施组合可以可选地结合炼焦炉而运行。在这种情况下，开头所述的设施组合还额外地包括焦炉设施，在其中煤通过焦化过程转变为焦炭。在焦炭化成为焦炭的过程中产生焦炉煤气，其含有高的氢气含量以及显著的CH4含量。通常，焦炉煤气含有：55至70体积％的H2、20至30体积％的CH4、大约10体积％的N2和5至10体积％的CO。焦炉煤气还额外地具有CO2、NH3和H2S的部分。在实际中，焦炉煤气在不同的工厂领域中用于加热用途或者在发电过程中用于发电。此外还已知，焦炉煤气连同高炉煤气或连同转炉煤气用于产生合成气。根据WO 2010/136313 A1中已知的方法，将焦炉煤气分离成为富含氢气的气流和含有CH4和CO的剩余气流，其中，将剩余气流供应给高炉过程并且将富含氢气的气流与高炉煤气混合并进一步加工成为合成气。EP 0 200 880 A2中已知，将转炉煤气和焦炉煤气混合并作为合成气用于甲醇合成。在结合炼焦炉运行的、一体化的冶炼厂中，作为高炉煤气、转炉煤气和焦炉煤气产生的粗煤气的约40至50％用于方法技术的过程。所产生的气体的约50至60％供应给发电站并用于发电。在发电站中产生的电流满足了用于生铁制造和粗钢制造的电力需求。在理想情况下使能量平衡封闭，从而除了铁矿以及以煤和焦炭形式的碳作为能量源之外不需要其他的能量的输入而且除了粗钢和残渣之外没有其他产物会离开该设施组合。
技术实现思路
在该背景下，本专利技术的目的在于，进一步改善整个过程的经济性并且说明一种设施组合，通过该设施组合实现了降低用于钢制造的成本。此外还追求在粗钢制造的过程中降低CO2的排放。基于一种用于钢制造的设施组合，该设施组合具有：用于生铁
制造的高炉、用于粗钢制造的转炉炼钢设备和用于在生铁制造和/或粗钢制造的过程中所产生气体的气体管道系统，根据本专利技术设置为，该设施组合额外地具有连接气体管道系统的化学设施或生物技术设施以及用于满足设施组合的至少一部分电力需求的储能器。按照本专利技术的设施组合的有利设计在权利要求2至4中描述。本专利技术的主题还在于一种根据权利要求5的、运行用于钢制造的设施组合的方法，该设施组合具有至少一个用于生铁制造的高炉、转炉炼钢设备和化学设施或生物技术设施。根据本专利技术的方法首先将在高炉中的生铁制造过程中产生的高炉煤气的部分量和/或在粗钢制造过程中产生的转炉煤气的部分量在气体预处理后使用作为用于制造化学产品可用气体或者在气体预处理后供应给生物技术设施并且用于生化过程。为了满足设施组合的至少一部分电力需求设置储能器。至少部分地由可再生能源产生的电流供给该储能器并且已储存的能量稍后再释放给设施组合的用电器。由可再生能源，例如由太阳能设施或风力发电站提供的电流会随着时间变动。当来自可再生能源的电流可以以足够的量并且以低廉的价格获得时，将该储能器充电，从而使得在电流供应不足的情况下和在高电价时，可从储能器中得到足够电流以运行设施组合。将储能器结合到设施组合中实现了均衡地制造生铁和粗钢并且连续地运行化学设施或生物技术设施，而该化学设施或该生物技术设施与用于生铁制造及粗钢制造的设施连接。通过跟据本专利技术的设施组合可确保，为化学设施或生物技术设施提供在生铁制造和/或粗钢制造时产生的、基本上均匀的气流作为进料。在开头所述的现有技术中作为高炉煤气、转炉煤气和可能的焦炉煤气的形式产生的粗煤气的50至60％在发电站中用于发电，与现有技术相比，通过按照本专利技术的方法，当这些气体没有燃尽而是通过化学反应或生化过程转化成更高价值的产物时，则可减少CO2排放。用于供给储能器和供应用电器的电流越多来自可再生能源，生态利用度就越大。在此，本专利技术也利用化学设施的效率比使用粗煤气来发电的发电过程的效率明显更大，在化学设施中在生铁制造和/或粗钢制造时产生的气体转化成化学产品。用于为设施组合供电的发电站可作为备用发电站使用，以便当化学设施或生物技术设施未运行或存储的能量不足以用于以期望的功率运行生铁制造和粗钢制造的制造设施时，确保对设施组合的电流供给。在化学设施中能够由合成气产生化学产品，这些化学产品分别含有反应物的组分。化学产品例如可以是氨水或甲醇或者也可以是其他碳氢化合物。为了制造氨气，必须提供包含正确比例的氮气和氢气的合成气。氮气可由高炉煤气获得。高炉煤气或转炉煤气可用作氢源，其中氢通过CO组分经过水煤气变换反应的转变产生。为制造碳氢化合物，例如甲醇，必须提供基本上由CO和/或二氧化碳及H2构成的合成气，该合成气包含正确比例的一氧化碳和/或二氧化碳和氢气这些组分。该比例通常通过系数(H2-CO2)/(CO+CO2)表示。氢气可通过高炉煤气中的CO组份经水煤气变换反应转化产生。为了提供CO可使用转炉煤气。高炉煤气和/或转炉煤气可作为CO2的源。但是在上述概念中，因为氢不足，不能完全地使用混合气体的C含量或N含量。为了能够完全地使用在生铁制造和/或粗钢制造时产生的气体的C含量或N含量来制造化学产品，根据本专利技术的方法的另一设计方案，定量加入在用于产生氢气的设施中形成的氢气。该氢气优选通过电解水产生，并且水的电解可以利用由可再生能源产生的电流运行。优选地，电解设施与储能器电连接并且电解水必需的电能的至少一部分由储能器提供。电解水时也产生氧气，该氧气能够在用于生铁制造的高炉中和/或用于粗钢制造的转炉炼钢设备中使用。在本专利技术的范围内，代本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于钢制造的设施组合，所述设施组合具有：用于生铁制造的高炉(1)，用于粗钢制造的转炉炼钢设备(2)和用于在生铁制造和/或粗钢制造的过程中所产生气体的气体管道系统，其特征在于，所述设施组合额外地具有连接到所述气体管道系统的化学设施(12)或生物技术设施以及用于满足所述设施组合的至少一部分电力需求的储能器(25)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.12 DE 102013113950.71.一种用于钢制造的设施组合，所述设施组合具有：用于生铁制造的高炉(1)，用于粗钢制造的转炉炼钢设备(2)和用于在生铁制造和/或粗钢制造的过程中所产生气体的气体管道系统，其特征在于，所述设施组合额外地具有连接到所述气体管道系统的化学设施(12)或生物技术设施以及用于满足所述设施组合的至少一部分电力需求的储能器(25)。2.根据权利要求1所述的设施组合，其特征在于，所述储能器(25)形成为化学储能器或电化学储能器。3.根据权利要求1或2所述的设施组合，其特征在于，所述设施组合额外地具有用于电解水的电解设施(21)，其中所述电解设施(21)通过氢气管道(22)与所述化学设施(12)连接并且通过氧气反馈装置(24)连接到所述高炉(1)和/或用于粗钢制造或粗钢处理的设施，并且所述储能器(25)为了所述电解设施(21)的电流供应与所述电解设施(21)电连接。4.根据权利要求1至3中任意一项所述的设施组合，其特征在于，所述设施组合额外地包括发电站(3)，所述发电站(3)设计为燃气轮机发电站或者燃气和蒸汽轮机发电站并且通过气体运行，所述气体至少包括在所述高炉(1)中的生铁制造过程中产生的高炉煤气的部分量和/或在所述转炉炼钢设备(2)中产生的转炉煤气的部分量，并且所述气体管道系统具有用于分配供应给所述发电站(3)和所述化学设施(12)的气体流量的可控的气体分流器(13)。5.一种运行用于钢制造的设施组合的方法，所述设施组合包括：
\t至少一个用于生铁制造的高炉(1)、转炉炼钢设备(2)、化学设施(12)或生物技术设施以及用于满足所述设施组合的至少一部分电力需求的储能器(25)，a)其中至少在所述高炉(1)中的生铁制造过程中产生的高炉煤气的部分量和/或在粗钢制造过程中产生的转炉煤气的部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖因霍尔德·阿卡兹，詹斯·瓦格纳，马库斯·奥莱希，彼得·施默勒，拉尔夫·克莱因施密特，克里斯托夫·迈斯纳，尼尔斯·布雷德迈尔，约翰内斯·弗尔克尔，
申请(专利权)人：蒂森克虏伯股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE