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，其具有：用于生铁制造的高炉(1)；用于粗钢制造的转炉炼钢设备(2)；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；和用于发电的发电站(3)。发电站(3)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(1)中的生铁制造过程中产生的高炉煤气(7)的部分量和/或在转炉炼钢设备(2)中产生的转炉煤气(9)的部分量。按照本发明专利技术，该设施组合额外地具有化学设施(12)和生物技术设施(13)，其中，发电站(3)、化学设施(12)和生物技术设施(13)在气体供应方面以平行连通的方式设置。气体管道系统包括操作可控的气体分布装置(14)，其用于分布供应给发电站(3)、化学设施(12)和生物技术设施(13)的气体流量。本发明专利技术还涉及用于运行该设施组合的方法。

【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包括：用于生铁制造的高炉；用于粗钢制造的转炉炼钢设备；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；以及用于发电的发电站。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、生物质、气体、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操作方式并且受到波动。但是高炉煤气通常含有：35至60体积％N2、20至30体积％CO、20至30体积％CO2和2至15体积％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％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％的废铁作为冷却剂。另外还加入用于形成炉渣的石灰和合金剂。从炼钢转炉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％CO、10至20体积％N2、约15体积％CO2和约2体积％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提供给产能用途。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。在煤焦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％H2、20至30体积％CH4、5至10体积％N2和5至10体积％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原料气的约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。一种用于钢制造的设施组合，其具有：用于生铁制造的高炉；用于粗钢制造的转炉炼钢设备；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；和用于发电的发电站，气体管道系统由该设施组合出发按照本专利技术地连接化学设施和生物技术设施，其中，发电站、化学设施和生物技术设施在气体供应方面以平行连通的方式设置。按照本专利技术，气体管道系统包括操作可控的气体分布装置，其用于分布供应给发电站、化学设施和生物技术设施的气体流量分布。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根据权利要求5所述的用于运行设施组合的方法，该设施组合具有：用于生铁制造的高炉、转炉炼钢设备、发电站、化学设施和生物技术设施。根据按照本专利技术的方法，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使用作为用于运行发电站、化学设施和生物技术设施的可用气体。可用气体的第一部分气流供应给化学设施并且在气体预处理之后作为用于制造化学产品的合成气。可用气体的第二部分气流在发电站中用于发电。可用气体的第三部分气流供应给生物技术设施并且用于生化过程。可用气体的第三部分气流可以在经过了或没经过气体预处理的条件下用于生化过程。在供应给发电站的气流变化的情况下，可用气体的第二部分气流和第三部分气流交替地变化，从而可以通过可用气体的一个部分气流量运行化学设施，该部分气流量比在生物技术设施中使用的可用气体的部分气流受到更小的操作上的波动。有益地可以这样调整第三部分气流，以使得在化学设施中使用的可用气体的第一部分气流以±20％的波动范围而保持恒定。在化学设施中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。生物技术设施是指用于含有作为主要成分的CO和H2的合成气的发酵的设施。由该合成气同样可以产生碳氢化合物，例如乙醇、丙酮或类似物。但是，氢气部分在此基本上来自在发酵过程中作为介质使用的水。因此，为了制造合成气需要具有高含量的CO的气体。优选使用转炉煤气或者由转炉煤气和高炉煤气组成的混合气。在用于发电的发电站中使用的可用气体的部分气流受到显著的
操作上的波动。由发电站产生的电流满足了设施组合的电力需要的一部分。额外地从外部获得的电流，该外部获得的电流优选完全地或者至少部分地由可再生能源获得，并例如来自风力发电厂、太阳能电厂、地热发电站、水力发电站、潮汐发电站或类似的。为了实现尽可能经济地运行该设施组合，当外部电流以充足的量和低价而可供使用时，抑制发电站的运行。当由可再生能源得到的电流不能以充足的量供使用或者外部电流比发电站中能够产生的电流价格更高时，提高发电站的功率并将可用气体的主要部分用在用于发电的发电站过程中。可以作为用于制造化学产品的合成气的可用气体的部分因此处于显著的操作方面的波动，该波动通过发电站运行而产生。在负载变换的条件下，化学设施的动态调节在技术上是费力的。连同发电站一起运行的化学设施对发电站的负载变换无法进行足够灵活的反应，该问题按照本专利技术由此得以解决，即，在负载变换的条件下，首先仅调整生物技术设施的功率并且特定用于生物技术设施的可用气体的部分气流和在发电站中使用的可用气体的部分气流交替地变化，从而可以通过可用气体的一个部分气流量运行化学设施，该部分气流量比在生物技术设施中使用的可用气体中的部分气流受到更小的操作上的波动。按照本专利技术的教导利用了这一点，即，与化学设施相比，生物技术设施在负载变换方面本质上更加灵活。根据本专利技术的一个优选实施方式，该设施组合额外地包括焦炉设施。当生铁制造和粗钢制造结合炼焦炉而运行时，在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与在焦炉设施中产生的焦炉煤气的部分量混合，而且混合气作为可用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于钢制造的设施组合，其具有：用于生铁制造的高炉(1)，用于粗钢制造的转炉炼钢设备(2)，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，和用于发电的发电站(3)，其中，所述发电站(3)设计作为燃气轮机发电站或者作为燃气轮机和蒸汽轮机发电站并且通过一种气体驱动，所述气体至少包括在所述高炉中的生铁制造过程中产生的高炉煤气(7)的部分量和/或在所述转炉炼钢设备(2)中产生的转炉煤气(9)的部分量，其特征在于，所述气体管道系统连接化学设施(12)和生物技术设施(13)，其中，所述发电站(3)、所述化学设施(12)和所述生物技术设施(13)在气体供应方面以平行连通的方式设置，而且所述气体管道系统包括用于分布供应给所述发电站(3)、所述化学设施(12)和所述生物技术设施(13)的气体流量的操作可控的气体分布装置(14)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.12 DE 102013113958.21.一种用于钢制造的设施组合，其具有：用于生铁制造的高炉(1)，用于粗钢制造的转炉炼钢设备(2)，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，和用于发电的发电站(3)，其中，所述发电站(3)设计作为燃气轮机发电站或者作为燃气轮机和蒸汽轮机发电站并且通过一种气体驱动，所述气体至少包括在所述高炉中的生铁制造过程中产生的高炉煤气(7)的部分量和/或在所述转炉炼钢设备(2)中产生的转炉煤气(9)的部分量，其特征在于，所述气体管道系统连接化学设施(12)和生物技术设施(13)，其中，所述发电站(3)、所述化学设施(12)和所述生物技术设施(13)在气体供应方面以平行连通的方式设置，而且所述气体管道系统包括用于分布供应给所述发电站(3)、所述化学设施(12)和所述生物技术设施(13)的气体流量的操作可控的气体分布装置(14)。2.根据权利要求1所述的设施组合，其特征在于，所述设施组合包括焦炉设施(18)而且所述气体管道系统包括用于焦炉煤气(20)的气体管道，所述焦炉煤气在所述焦炉设施(18)中的焦化过程中产生。3.根据权利要求1或2所述的设施组合，其特征在于，所述气体管道系统在流动方向上在所述气体分布装置(14)之前具有混合装置(21)，所述混合装置用于制造由高炉煤气(7)和/或转炉煤气(9)和/或焦炉煤气(20)组成的混合气。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具有用于氢气产生的设施(23)，所述设施
\t通过输送氢气的管道(22)而与所述气体管道系统连接。5.一种运行用于钢制造的设施组合的方法，所述设施组合至少具有：用于生铁制造的高炉(1)、转炉炼钢设备(2)、发电站(3)、化学设施(12)和生物技术设施(13)，a)其中，在所述高炉(1)中的生铁制造过程中产生的高炉煤气(7)的部分量和/或在粗钢制造过程中产生的转炉煤气(9)的部分量使用作为用于运行所述发电站(3)、所述化学设施(12)和所述生物技术设施(13)的可用气体，b)其中，所述可用气体的第一部分气流(15.1)供应给所述化学设施(12)并且在气体预处理之后作为用于制造化学产品的合成气,c)其中，所述可用气体的第二部分气流(15.2)在所述发电站(3)中用于发电，d)其中，所述可用气体的第三部分气流(15.3)供应给所述生物技术设施(13)并且用于生化过程，e)其中，在供应给所述发电站(3)的气流变化的情况下，所述可用气体的所述第二部分气流(15.2)和所述第三部分气流(15.3)交替地变化，从而可以通过所述可用气体的一个部分气流量(15.1)运行所述化学设施(12)，所述...

【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，斯特凡·格尔曼，巴贝尔·科尔贝，马蒂亚斯·帕特里克·克吕格尔，
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