用于炼钢的设备组合以及用于运作该设备组合的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于炼钢的设备组合，该设备组合包括用于生产生铁的高炉(1)、用于生产粗钢的转炉炼钢设备(2)以及为生产生铁过程中和/或生产粗钢过程中所产生的气体而设的气体管道系统。根据本发明专利技术，该设备组合额外还具有连接到该气体管道系统的化学或生物技术的设备(11)以及用于产生氢气的设备(21)。用于产生氢气的设备(21)通过用于引导氢气的管道与气体管道系统连接。本发明专利技术还涉及一种用于运作该设备组合的方法。

【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炼钢的设备组合以及一种用于运作该设备组合的方法。
技术介绍
用于炼钢的设备组合至少包括：用于生产生铁的高炉、用于生产粗钢的转炉炼钢设备(Konverterstahlwerk)以及为生铁生产过程中和/或粗钢生产过程中所产生的气体而设的气体管道系统。该设备组合能够额外具有用于发电的发电站，该发电站作为燃气涡轮机发电站或燃气涡轮机及蒸汽轮机发电站而设计并且利用气体来运行，该气体至少包括了在生铁生产过程中在高炉内产生的一部分的高炉煤气和/或在转炉炼钢设备中所产生的一部分的转炉煤气。在高炉中，由铁矿石、添加剂以及焦炭及其他例如煤、油、气体、利用生物量的废塑料或其他含有碳和/或氢的材料这样的还原剂获得生铁。作为还原反应的产物必然生成CO、CO2、氢气和水蒸气。从高炉工序中抽取的高炉煤气除了前述的组成部分以外通常还具有高含量的氮气。高炉煤气的气体量和组成取决于投料和操作方式并且存在不稳定性。尽管如此，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以及2至15体积％的H2。通常，将大概30至40％的生铁生产过程中产生的高炉煤气用于对高炉工艺中的热风炉中的热风进行加热；剩余的煤气量则能够为了加热目的而用在外部的其他设备区域中或用于发电。在该高炉工艺之后的下游的转炉炼钢设备中，将生铁转换为粗钢。通过在液态的生铁上吹入氧气，将像是碳、硅、硫和磷这样的干扰性杂质去除。因为氧化过程导致了剧烈的放热，通常加入了相对于生铁而言最多25％的量的废料作为冷却剂。此外，还添加了用于成渣
的石灰和合金用剂。从炼钢转炉中抽取转炉煤气，该转炉煤气具有高含量的CO并且还含有氮、氢和CO2。常见的转炉煤气组成包括：50至70体积％的CO、10至20体积％的N2、约15体积％的CO2以及约2体积％的H2。或者将转炉煤气燃尽，或者在现代的炼钢厂中将其收集并引入用于能源利用。该设备组合能够可选地与炼焦厂结合来运作。在该情况下，前文所述的该设备组合额外还包括了炼焦炉设备，在该炼焦炉设备中通过炼焦工艺将煤转化成焦炭。在将煤炼焦成焦炭的过程中产生了焦炉煤气，其含有高氢气含量以及可观含量的CH4。通常焦炉煤气含有55至70体积％的H2、20至30体积％的CH4、5至10体积％的N2以及5至10体积％的CO。该焦炉煤气另外还具有CO2、NH3及H2S这些成分。在实际应用中，为了加热目的而将焦炉煤气用在不同的工作区域并且为了发电而用于发电过程。此外，还已知的是，将焦炉煤气与高炉煤气或者与转炉煤气共同用于制造合成气。根据从WO 2010/136313 A1中已知的方法，将焦炉煤气分成含氢气的气流以及含CH4和CO剩余气流，其中将剩余气流引入高炉工艺过程并且将含氢气的气流与高炉煤气混合并且进一步加工成合成气。从EP 0 200 880 A2中已知，将转炉煤气与焦炉煤气混合并且作为合成气用于合成甲醇。在与炼焦厂结合来运作的集成的冶炼厂中，使用大约40至50％的作为高炉煤气、转炉煤气和焦炉煤气而产生的粗煤气用于工艺过程。将所产生的大约50至60％的气体引入发电站并且用于发电。在发电站中生成的电满足了生铁生产和粗钢生产的用电需求。在理想的情况下，电能产耗平衡，从而除了铁矿石和以煤和焦炭形式的碳作为能量载体以外不需要其他的能量输入并且除了粗钢和矿渣以外不会有其他产品离开该设备组合。
技术实现思路
在该背景下，本专利技术的目的在于，进一步改善整体过程的经济性并且提供一种设备组合，利用该设备组合能够实现炼钢成本的节省。从一种用于炼钢的设备组合出发，该设备组合具有用于生产生铁的高炉、用于生产粗钢的转炉炼钢设备以及为生产生铁过程中和/或生产粗钢过程中所产生的气体而设的气体管道系统，根据本专利技术设置一种连接到该气体管道系统的化学或生物技术学的设备以及用于产生氢气的设备，其中通过引导氢气的管道将该用于产生氢气的设备与气体管道系统连接。根据本专利技术的设备组合的有利的设计方案在权利要求2至6中有所描述。本专利技术的主体也是根据权利要求7所述的一种运作用于炼钢的设备组合的方法，该设备组合至少具有用于生产生铁的高炉、转炉炼钢设备、化学或生物技术设备以及用于制造氢气的设备。按照根据本专利技术的方法，将至少一部分的在生产生铁的过程中在高炉内产生的高炉煤气和/或部分的在生产粗钢的过程中产生的转炉煤气在气体调节之后作为可用气体(Nutzgas)用于在化学设备或生物技术设备中制造化学产品。就此，在使用该可用气体之前将其与在用于制造氢气的设备中形成的氢气共同作为混合气体传输。从转炉煤气或高炉煤气或混合气体(该混合气体由高炉煤气和转炉煤气构成)中，能够生成基本上由CO和H2组成的合成气，其组成根据在化学设备或生物技术设备中的后续工艺而调整。通过有目的性地输入在设备组合内部产生的氢气，能够非常精确地调整CO和氢气的比例并且使其在很大的参数区间上进行变化。在化学设备中，能够由合成气体制成化学产品，最终产物的组成成分分别含有这些化学产品。化学产品可以例如是氨或甲醇或其他的碳氢化合物。为了制造氨必须提供含有正确比例的氮和氢的合成气体。氮气能够从高炉煤气中获得。作为氢气来源则能够使用高炉煤气或转炉煤气，其中通过CO成分的转化、通过水-煤气变换反应而生成氢气。为了制造碳氢化合物，例如甲醇，必须提供基本上由CO和/或CO2以及H2组成的合成气，该合成气含有准确比例的一氧化碳和/或二氧化碳以及氢气。该比例通常由(H2-CO2)/(CO+CO2)模块来表述。氢例如能够通过在高炉煤气中的CO份额的转化通过水-
气变换反应来获得。为了提供CO能够使用转炉煤气。作为CO2来源则能够使用高炉煤气和/或转炉煤气。在前述的方案中，混合气的C含量或N含量并不能够完全得到利用，因为缺乏氢气。为了能够将在生铁生产过程中和/或粗钢生产中产生气体的的C含量或N含量完全地用于化学产品的制造，根据本专利技术而加入氢气，该氢气在用于制造氢气的设备中产生。氢气制造优选地通过水的电解而进行，其中适当地通过由可再生的能源产生的电流来进行水电解。在水电解过程中也产生了氧气，该氧气能够使用在用于生产生铁的高炉中和/或在用于生产粗钢的转炉炼钢设备中。在本专利技术的范围内还涉及到，由转炉煤气制成合成气并且向其添加氢。通过加入在设备组合内部与氢气需求相应地生成的氢气，能够将转炉煤气的H2含量调整为各个期望的数值。此外还存在的可能性在于，由高炉煤气和转炉煤气制造混合气体，该混合气体在气体调节和加入氢气以后作为合成气体而用于制造化学产品。就此有利的是，通过使用来自可再生能源的电流而通过水电解获得氢气。代替用于由合成气来制造产品的化学设备，在本专利技术的范围内也能够使用生物技术设备。就此涉及到的是用于以合成气来发酵的设备。合成气经发酵而生化地得以利用，其中例如能够制成醇(乙醇、丁醇)、丙酮或有机酸。就此，也仅是示例性地提及这些通过合成气的发酵而制成的产品。根据本专利技术一种优选的实施方式，设备组合额外地包括炼焦炉设备。当生铁生产设备以及粗钢生产设备结合炼焦设备一起运作时，能够将生铁生产过程中产生的部分的高炉煤气和/或在转炉炼钢设备中产生的部分的转炉煤气与炼焦设备中产生的部分焦炉煤气混合并且将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种炼钢的设备组合，所述设备组合具有：用于生产生铁的高炉(1)，用于生产粗钢的转炉炼钢设备(2)，为了在生铁生产中和/或粗钢生产中产生的气体而设的气体管道系统，其特征在于，所述设备组合额外地包括连接到所述气体管道系统的化学设备(11)或生物技术设备以及用于产生氢气的设备(21)，其中用于产生氢气的所述设备(21)通过引导氢气的管道(22)与气体管道系统连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.12 DE 102013113921.31.一种炼钢的设备组合，所述设备组合具有：用于生产生铁的高炉(1)，用于生产粗钢的转炉炼钢设备(2)，为了在生铁生产中和/或粗钢生产中产生的气体而设的气体管道系统，其特征在于，所述设备组合额外地包括连接到所述气体管道系统的化学设备(11)或生物技术设备以及用于产生氢气的设备(21)，其中用于产生氢气的所述设备(21)通过引导氢气的管道(22)与气体管道系统连接。2.根据权利要求1所述的设备组合，其特征在于，所述引导氢气的管道(22)连接到在流动方向上在化学或生物技术设备(11)之前设置的混合设备(13)，在所述混合设备中向引入到所述混合设备(13)中的气流加入氢。3.根据权利要求1或2所述的设备组合，其特征在于，所述化学设备(11)或生物技术设备连接到为转炉煤气所设的管道并且所述引导氢气的管道(22)与转炉煤气管道连接，从而使所述转炉煤气能够为了在所述化学设备(11)或生物技术设备中的使用而加入氢气。4.根据权利要求1至3中任意一项所述的设备组合，其特征在于，用于制造氢气的所述设备(21)具有用于水电解的电解设备。5.根据权利要求4所述的设备组合，其特征在于，所述电解设备借助于氧气回馈装置而与所述高炉(1)和/或与用于粗钢生产的设备连接。6.根据权利要求1至5中任意一项所述的设备组合，其特征在
\t于，所述设备组合额外地包括发电站(3)，所述发电站作为燃气涡轮机发电站或燃气涡轮机及蒸汽轮机发电站而设计并且利用至少包括了在生铁生产过程中在所述高炉(1)内产生的一部分的高炉煤气和/或在所述转炉炼钢设备中所产生的一部分的转炉煤气(2)的气体来运行，并且所述气体管道系统具有能够调控的、用于对引入到所述发电站(3)和所述化学设备(11)或生物技术设备的气体总流量进行分配的气体转接器(12)。7.一种用于运作设备组合的方法，所述设备组合具有用于生铁生产的高炉(1)、转炉炼钢设备(2)、化学设备(12)或生物技术设备以及用于产生氢气的设备(21)，a)其中将至少一部分的在所述高炉(1)中产生的高炉煤气和/或一部分的在粗钢制造中产生的转炉煤气在气体调节后作为可用气体而用于制造化学产品(16)，b)其中所述可用气体在使用前加入了在用于产生氢气的设备...

【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，马蒂亚斯·帕特里克·克吕格尔，丹尼斯·克罗托夫，奥拉夫·冯·莫施泰因，
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