WO2015150119A1 - Vorrichtung und verfahren zur nutzung elektrischer energie zur eisenherstellung aus oxidischen eisenerzen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur nutzung elektrischer energie zur eisenherstellung aus oxidischen eisenerzen Download PDF

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WO2015150119A1
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iron
gas
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Georg Markowz
Raoul Neuhaus
Florian Böss
Harald Schneider
Martin Möller
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Evonik Degussa Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a device and a method with which electrical energy can be used for the production of iron from oxidic iron ores.
  • the production of iron from oxidic iron ores is usually carried out in the blast furnace process by a reduction of oxidic iron ore with carbon monoxide by
  • hydrocarbons such as mineral oil or natural gas, or molecular hydrogen, which replaces a portion of the coke, may be added to the blast furnace.
  • Carbon monoxide is a reduction with carbon monoxide containing synthesis gas or another reducing agent.
  • these processes usually use fossil fuels as well
  • Reduction of oxidic iron ore can be used.
  • the invention therefore provides a device for using electrical energy for the production of iron from oxidic iron ores, which is a plant for
  • the invention also provides a method for using electrical energy for the production of iron from oxidic iron ores, comprising an electrothermal production of ethyne from coal or a
  • the device according to the invention comprises a plant for the electrothermal production of ethyne from coal or a hydrocarbon-containing gas to obtain a gas containing hydrogen.
  • ethyne is produced in an endothermic reaction from hydrocarbons or coal and used to carry out the
  • ethyne gaseous or vaporized hydrocarbons can be used, preferably aliphatic
  • Hydrocarbons Particularly suitable are methane, ethane, propane and butanes, especially methane.
  • Suitable plants for the electrothermal production of ethyne are known from the prior art, for example from Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Edition, Vol. AI, pages 115-122, from DE 1 900 644 A1, from EP 0 133 982 A2 and from H. Brachold et al. , Chem. Tech. 65 (1993) pages 293-297.
  • Ethin obtained reaction mixture is therefore an ethyne and hydrogen-containing gas, which may additionally contain carbon black and hydrocarbons other than ethyne.
  • the plant for the electrothermal production of ethyne may comprise one or more apparatus in which ethyne is generated electrothermally. If the plant comprises several apparatuses for producing ethyne, these are preferably arranged in parallel and can be operated independently of one another. The use of several apparatuses arranged in parallel makes it possible to gradually change the production of ethyne while keeping the optimal one by switching on and off individual apparatuses
  • the plant for the electrothermal production of ethyne preferably comprises an arc reactor.
  • electrothermal production of ethyne can take place in a single-stage process in which at least one
  • Hydrocarbon is passed through the arc with a gas stream.
  • Arc is fed into the generated in the arc hydrogen plasma.
  • the plant for electrothermic production of ethyne comprises a plurality of parallel arc reactors, which can be operated independently.
  • the plant for the electrothermal production of ethyne preferably comprises a device with which the reaction mixture obtained in the electrothermal production of ethyne is cooled completely or in part rapidly
  • For quick cooling can be a direct
  • Hydrocarbons and / or water or an indirect quenching process such as the rapid cooling in a heat exchanger can be used with steam extraction.
  • Direct quenching and indirect quenching can also be combined.
  • the reaction mixture is quenched with water only.
  • This embodiment is characterized by relatively low investment costs.
  • hydrocarbonaceous liquid mixed wherein at least a portion of the hydrocarbons endothermic
  • Hydrocarbons are supplied. suitable
  • the plant for electrothermic production of ethyin preferably comprises a device for separating carbon black from the reaction mixture obtained in the electrothermal production of ethyne to obtain a carbon black
  • This product gas contains the generated ethyne, the by-produced hydrogen and, as a rule, other hydrocarbons other than ethyne.
  • all devices used for this purpose in known processes for the production of ethyne can be used, for example cyclones, scrubbers or electrostatic precipitators. Suitable devices are known, for example, from Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Edition, Vol. AI, pages 108-110 and 118.
  • the apparatus for the electrothermal production of ethyne preferably further comprises, in addition to the apparatus for separating carbon black, an apparatus for separating ethyne from that obtained in the separation of carbon black
  • Hydrogen may still contain portions of unseparated ethyne and hydrocarbons other than ethyne.
  • the apparatus for separating ethyne comprises a compressor, a pressurized one
  • the device according to the invention also comprises a plant for the production of iron by reducing oxidic iron ores.
  • the plant for iron production by reduction of oxidic iron ores may be a blast furnace or a plant for a so-called direct reduction of oxidic iron ores. Suitable facilities for the
  • the plant for the production of iron by reduction of oxidic iron ores is a blast furnace.
  • oxidic iron ores are predominantly through
  • Carbon monoxide is reduced in the blast furnace
  • the device according to the invention also comprises at least one gas line containing the
  • Device may also comprise a plurality of gas lines, each containing hydrogen gas of different composition from the system to the electrothermal
  • Conveyor e.g. a blower arranged to deliver the hydrogen-containing gas from the plant to
  • the plant for the production of iron by reduction of oxidic iron ores is a blast furnace and the gas line or lines lead the hydrogen-containing gas or the hydrogen-containing gases to a lower section of the blast furnace.
  • the gas line carries the hydrogen
  • oxidic iron ores can be supplied as a reducing agent. Immediately here means that from the reaction mixture no components are separated. Particularly preferably, the reaction mixture is uncooled the plant for
  • the gas line is preferably thermally insulated.
  • the plant for the electrothermal production of ethyne comprises a device for separating off carbon black from the reaction mixture obtained in the electrothermal production of ethyne to obtain a product gas, and a gas line with which this product gas of the plant for iron production by reduction of oxidic iron ores as
  • the device according to the invention comprises the plant for the electrothermal production of ethyne in addition to a device for the separation of carbon black from that obtained in the electrothermal production of ethyne
  • Reduction of oxidic iron ores can be supplied as a reducing agent.
  • a gas is obtained which, in addition to hydrogen, is particularly preferred
  • gas lines of the above-described three preferred embodiments of the device according to the invention may also be present in combination with each other and hydrogen-containing gas of different composition from the plant for electrothermic production of ethyne Produce plant for iron production by reduction of oxidic iron ores as a reducing agent.
  • the gas line is preferably connected to a device for storing gas, particularly preferably with a gasometer.
  • a device for storing gas particularly preferably with a gasometer.
  • Gas line with a device for storing gas also allows for operation of the system for
  • the device according to the invention may additionally comprise a memory for ethyne.
  • This storage facility enables the continuous downstream conversion of ethyne to other products, even if the unit is operated for the electrothermal production of ethyne with a time-varying throughput.
  • the storage of ethyne is carried out in one
  • Solvent more preferably in a solvent used in an apparatus for separating ethyne to
  • the inventive device can with a
  • Connection with a weather forecasting unit makes it possible to adjust the operation of the device so that the plant for the electrothermal production of ethyne adapted on the one hand to the supply of electricity from wind energy and
  • a store for ethin on a high or low level for example, a store for ethin on a high or low level.
  • a plant for further processing of ethyne can be prepared and adjusted for changed operating modes.
  • the device according to the invention can also be operated coupled with ethy-consuming plants.
  • ethy-consuming plants When in the ethin-consuming plants as by-product
  • the device according to the invention with the ethy consuming plant is preferably coupled so that the by-produced, hydrogen or hydrocarbon-containing gas is fed into a gas line, with the hydrogen-containing gas from the plant for electrothermic production of ethyne the plant for iron production is supplied by reduction of oxidic iron ores as a reducing agent.
  • the inventive method for using electrical energy for iron production from oxidic iron ores comprises an electrothermal production of ethyne from coal or a hydrocarbon-containing gas to obtain a gas containing hydrogen and a feed of this gas as a reducing agent in a system for
  • Iron production by reduction of oxidic iron ores is preferably carried out in the device according to the invention described above.
  • a blast furnace as
  • Plant used for iron production by reduction of oxidic iron ores Plant used for iron production by reduction of oxidic iron ores.
  • electrothermic production of ethyin preferably from a hydrocarbon-containing gas, more preferably from natural gas.
  • the electrothermal production of ethyne from coal takes place. Suitable method for electrothermal
  • the coke obtained as a by-product in the electrothermal production of ethyne from coal is preferably derived from that in the separated from the reaction mixture obtained by electrothermal production of ethyne and supplied to the blast furnace from above.
  • the separated coke may be granulated, pelleted or briquetted before being fed to the blast furnace.
  • the process of the invention is preferably so
  • the hydrogen-containing gas additionally contains hydrocarbons other than ethyne. These hydrocarbons can not be converted
  • hydrocarbons other than ethyne may be produced by using the electrothermal
  • hydrocarbon-containing liquid is mixed, so that at least a portion of the added hydrocarbons is split endothermically.
  • a preferred embodiment of the method according to the invention is from in the electrothermal
  • Iron production by reduction of oxidic iron ores fed as a reducing agent Preferably, the plant for iron production by reduction of oxidic
  • Iron ores a blast furnace and the soot is fed either as a reducing agent to a lower portion of the blast furnace or fed together with coke from the top of the blast furnace.
  • the carbon black is preferably granulated, pelletized or briquetted before being fed to the blast furnace.
  • Hydrogen-containing gas In the removal of ethyne, the hydrocarbons other than ethyne which are contained in the product gas are preferably not or only partly removed, so that the gas containing hydrogen additionally contains, in whole or in part, the hydrocarbons contained in the product gas and other than ethyne.
  • the gas containing hydrogen additionally contains, in whole or in part, the hydrocarbons contained in the product gas and other than ethyne.
  • the throughput in the plant for the electrothermal production of ethyne is preferably changed depending on the supply of electrical energy.
  • Production of ethyine can optionally be on or off
  • the unit for the electrothermal production of ethyne can also be operated with variable load so that its power consumption is a current surplus of electrical energy equivalent.
  • the plant for the electrothermal production of ethyne is preferably operated with excess electrical energy. Excess electrical energy can from a next to the device according to the invention
  • located power generator come, for example, from an adjacent power plant, an adjacent
  • Wind generator or an adjacent photovoltaic system Particularly preferred excess electrical energy is taken from a power grid. Excess electrical
  • Energy can be a power grid as negative
  • Control energy can be taken to an excess of the power supply to the grid compared to the current
  • electrothermic production of ethin obtained gas which is supplied to the plant for the production of iron by reduction of oxidic iron ores as a reducing agent, depending on the supply of electrical energy
  • the amount of gas supplied to the plant for iron production can be changed to the same extent as the throughput in the plant for
  • the amount of gas supplied to the plant for the production of iron can also be changed to a lesser extent than the throughput in the plant for the electrothermal production of ethyne.
  • the total amount of hydrogen produced in this plant may be supplied to the iron making plant by reduction of oxidic iron ores as the reducing agent and only at high throughput in the electrothermal production plant of ethyne a part of the generated
  • Hydrogen supplied to the plant for iron production and the other part is sent to a memory or other use.
  • composition of the gas obtained in the electrothermal production of ethyne which is the plant for
  • Iron production by reduction of oxidic iron ores is supplied as a reducing agent, depending on the supply of electrical energy to be changed.
  • the process may be carried out in a device comprising both a gas line and an ethyne prior to separation of ethyne
  • Iron production is supplied, as well as a gas line, with the after separation of ethyne of ethyne
  • the device can be operated so that at a low throughput in the plant for the electrothermic production of ethyne
  • Iron production by reduction of oxidic iron ores is kept low.
  • the device can also be operated so that at a
  • Iron production by reduction of oxidic iron ores is supplied as a reducing agent, depending on the supply of electrical energy to be changed.
  • the method can be carried out in a device which comprises both a first gas line, which in the electrothermal
  • Preparation of ethyne obtained reaction mixture wholly or partly directly to the plant for iron production by reduction of oxidic iron ores as a reducing agent can supply, as well as a second gas line, with a obtained after cooling the reaction mixture hydrogen containing gas of the plant
  • the device can be operated so that at a low throughput in the plant for the electrothermic production of ethyne
  • Reaction mixture is fed directly without cooling the plant for iron production and at a high
  • device can also be operated so that at a low throughput in the system for
  • electrothermic production of ethyne mainly by the second gas line after cooling the Reaction mixture received hydrogen containing gas of the plant for iron production is supplied and at a high throughput in the plant for electrothermic production of ethyne primarily obtained by the first gas line in the electrothermal production of ethyne reaction mixture immediately without cooling the iron-making plant is supplied to the capacity the apparatus for cooling the reaction mixture of
  • electrothermic production of ethyne can be kept small.
  • the plant for the electrothermal production of ethyne is operated with a higher conversion and obtained in the electrothermal production of ethyne gas obtained in a gas storage.
  • the plant for the electrothermal production of ethyne is operated with a lower turnover and gas is taken from the gas storage.
  • the amount of gas obtained in the electrothermal production of ethyne which is the plant for iron production by reduction of oxidic iron ores as
  • the inventive method can be compared to a blast furnace process, the C02 emission in the
  • Blast furnace needs to be burned, is reduced. This also contributes to a reduction in C0 2 emissions.
  • the inventive method has the advantage that in the electrothermal production of ethyne less electrical energy for generating the same amount of hydrogen is required and the resulting heat energy can still be used,
  • Reaction mixture is fed directly without cooling the plant for iron production, so that the electrical energy used is used more efficiently.

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Abstract

In einer Vorrichtung, umfassend eine Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin aus Kohle oder einem Kohlenwasserstoffhaltigen Gas unter Erhalt eines Wasserstoff enthaltenden Gases, eine Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen und mindestens eine Gasleitung, die das Wasserstoff enthaltende Gas von der Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin der Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen als Reduktionsmittel zuführt, lässt sich elektrische Energie zur Eisenherstellung aus oxidischen Eisenerzen nutzen, indem ein bei der elektrothermischen Herstellung von Ethin aus Kohle oder einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas erhaltenes, Wasserstoff enthaltendes Gas als Reduktionsmittel in die Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen eingespeist wird.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Nutzung elektrischer Energie zur Eisenherstellung aus oxidischen Eisenerzen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren, mit denen sich elektrische Energie zur Herstellung von Eisen aus oxidischen Eisenerzen nutzen lässt.
Die Herstellung von Eisen aus oxidischen Eisenerzen erfolgt üblicherweise im Hochofenprozess durch eine Reduktion von oxidischem Eisenerz mit Kohlenmonoxid, das durch
Luftoxidation von Koks erzeugt wird. Dabei entstehen große
Mengen an Kohlendioxid. Die Eisenherstellung im
Hochofenprozess führt deshalb zu großen
Kohlendioxidemissionen aus fossilen Kohlenstoffquellen .
Um die Kohlendioxidemissionen aus dem Hochofenprozess zu verringern, können dem Hochofen Kohlenwasserstoffe, wie Mineralöl oder Erdgas, oder molekularer Wasserstoff als Reduktionsmittel zugeführt werden, die einen Teil des Koks ersetzen .
Als Alternative zum Hochofenprozess wurde eine Reihe von sogenannten Direktreduktionsverfahren entwickelt, bei denen an Stelle der Reduktion mit aus Koks erzeugtem
Kohlenmonoxid eine Reduktion mit Kohlenmonoxid enthaltendem Synthesegas oder einem anderen Reduktionsmittel erfolgt. Auch diese Prozesse nutzen aber in der Regel fossile
Kohlenstoffquellen als Reduktionsmittel oder als
Ausgangsmaterial für die Herstellung des Reduktionsmittels.
Für eine weitere Reduktion der Kohlendioxidemissionen ist es wünschenswert, für die HerStellung von Eisen aus
oxidischen Eisenerzen an Stelle von fossilen Energiequellen Energie aus erneuerbaren Quellen, insbesondere aus
Solarenergie oder Windkraft einsetzen zu können. Aus diesen erneuerbaren Quellen wird die Energie allerdings in Form elektrischer Energie erhalten, die im Hochofenprozess und den Direktreduktionsverfahren nicht direkt für die
Reduktion von oxidischem Eisenerz genutzt werden kann.
Um aus erneuerbaren Quellen erzeugte elektrische Energie im Hochofenprozess nutzen zu können wurde vorgeschlagen, durch Elektrolyse von Wasser Wasserstoff herzustellen und den Wasserstoff dem Hochofen als Reduktionsmittel zuzuführen. Eine solche Elektrolyse ist allerdings technisch aufwendig und unwirtschaftlich.
Es besteht deshalb weiterhin Bedarf, elektrische Energie für die Herstellung von Eisen aus oxidischen Eisenerzen effizienter nutzen zu können, um die Kohlendioxidemissionen bei der Eisenherstellung zu verringern. Es besteht
insbesondere Bedarf für Verfahren, mit denen sich die elektrische Energie besser nutzen lässt als durch die
Verwendung von elektrolytisch aus Wasser erzeugtem
Wasserstoff als Reduktionsmittel.
Es wurde nun gefunden, dass sich dies durch eine Kopplung einer elektrothermischen Herstellung von Ethin mit einer Eisenherstellung aus oxidischen Eisenerzen erreichen lässt, bei der Wasserstoff aus der elektrothermischen Herstellung von Ethin als Reduktionsmittel für die Eisenherstellung aus oxidischen Eisenerzen verwendet wird.
Gegenstand der Erfindung ist demnach eine Vorrichtung zur Nutzung elektrischer Energie zur Eisenherstellung aus oxidischen Eisenerzen, die eine Anlage zur
elektrothermischen Herstellung von Ethin aus Kohle oder einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas unter Erhalt eines Wasserstoff enthaltenden Gases, eine Anlage zur
Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen und mindestens eine Gasleitung umfasst, die das Wasserstoff enthaltende Gas von der Anlage zur elektrothermischen
Herstellung von Ethin der Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen als Reduktionsmittel zuführt . Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur Nutzung elektrischer Energie zur Eisenherstellung aus oxidischen Eisenerzen, umfassend eine elektrothermische Herstellung von Ethin aus Kohle oder einem
kohlenwasserstoffhaltigen Gas unter Erhalt eines
Wasserstoff enthaltenden Gases und eine Einspeisung dieses Gases als Reduktionsmittel in eine Anlage zur
Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin aus Kohle oder einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas unter Erhalt eines Wasserstoff enthaltenden Gases.
Bei einer elektrothermischen Herstellung von Ethin wird Ethin in einer endothermen Reaktion aus Kohlenwasserstoffen oder Kohle hergestellt und die zur Durchführung der
Reaktion erforderliche Wärme wird durch elektrischen Strom erzeugt. Für die elektrothermische Herstellung von Ethin können gasförmige oder verdampfte Kohlenwasserstoffe eingesetzt werden, vorzugsweise aliphatische
Kohlenwasserstoffe. Besonders geeignet sind Methan, Ethan, Propan und Butane, insbesondere Methan. Geeignete Anlagen zur elektrothermischen Herstellung von Ethin sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Edition, Vol. AI, Seiten 115-122, aus DE 1 900 644 AI, aus EP 0 133 982 A2 und aus H. Brachold et al . , Chem. -Ing . -Tech . 65 (1993) Seiten 293-297.
Bei der elektrothermischen Herstellung von Ethin wird zusätzlich zu Ethin noch Wasserstoff als Koppelprodukt erhalten. Die bei der elektrothermischen Herstellung von
Ethin erhaltene Reaktionsmischung ist deshalb ein Ethin und Wasserstoff enthaltendes Gas, das zusätzlich noch Ruß und von Ethin verschieden Kohlenwasserstoffe enthalten kann. Die Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin kann einen oder mehrere Apparate umfassen, in denen Ethin elektrothermisch erzeugt wird. Wenn die Anlage mehrere Apparate zur Erzeugung von Ethin umfasst, sind diese vorzugsweise parallel angeordnet und können unabhängig voneinander betrieben werden. Die Verwendung von mehreren parallel angeordneten Apparaten ermöglicht durch An- und Abschalten einzelner Apparate eine stufenweise Veränderung der Erzeugung von Ethin bei Einhaltung der optimalen
Betriebsbedingungen in den einzelnen Apparaten und
vermeidet Wirkungsgradverluste durch einen Teilastbetrieb.
Die Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin umfasst vorzugsweise einen Lichtbogenreaktor. Die
elektrothermische Herstellung von Ethin kann dabei in einem einstufigen Prozess erfolgen, bei dem mindestens ein
Kohlenwasserstoff mit einem Gasstrom durch den Lichtbogen geführt wird. Alternativ kann die elektrothermische
Herstellung von Ethin in einem zweistufigen Prozess
erfolgen, bei dem Wasserstoff durch den Lichtbogen geführt wird und mindestens ein Kohlenwasserstoff hinter dem
Lichtbogen in das im Lichtbogen erzeugte Wasserstoffplasma eingespeist wird. Vorzugsweise umfasst die Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin mehrere parallel angeordnete Lichtbogenreaktoren, die unabhängig voneinander betrieben werden können.
Die Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin umfasst vorzugsweise eine Vorrichtung, mit der sich die bei der elektrothermischen Herstellung von Ethin erhaltene Reaktionsmischung ganz oder zum Teil rasch abkühlen
(quenchen) lässt. Die Reaktionsmischung wird dabei
vorzugsweise auf Temperaturen von weniger als 250 °C abgekühlt. Zum raschen Abkühlen kann ein direktes
Quenchverfahren wie zum Beispiel die Einspeisung von
Kohlenwasserstoffen und/oder Wasser oder ein indirektes Quenchverfahren, wie zum Beispiel die rasche Abkühlung in einem Wärmetauscher mit Dampfgewinnung eingesetzt werden. Direktes Quenchen und indirektes Quenchen können auch miteinander kombiniert werden. In einer ersten
Ausführungsform wird die Reaktionsmischung nur mit Wasser gequencht . Diese Ausführungsform zeichnet sich durch relativ geringe Investitionskosten aus. In einer
bevorzugten Ausführungsform wird die Reaktionsmischung mit einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas oder einer
kohlenwasserstoffhaltigen Flüssigkeit gemischt, wobei zumindest ein Teil der Kohlenwasserstoffe endotherm
gespalten wird. Je nach Prozessführung wird dabei ein mehr oder minder breites Produktspektrum erzeugt, z. B. neben Ethin, Wasserstoff und gegebenenfalls Kohlenmonoxid auch Anteile an Ethan, Propan, Ethen und anderen niederen
Kohlenwasserstoffen. Hierdurch kann die entstehende Wärme in einem wesentlich höheren Umfang einer weiteren
Verwendung wie der endothermen Spaltung der
Kohlenwasserstoffe zugeführt werden. Geeignete
Vorrichtungen zum Quenchen der Reaktionsmischung sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Edition, Vol. AI, Seiten 108-110 und 116-118.
Die Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin umfasst vorzugsweise eine Vorrichtung zur Abtrennung von Ruß aus der bei der elektrothermischen Herstellung von Ethin erhaltenen Reaktionsmischung unter Erhalt eines
Produktgases. Dieses Produktgas enthält das erzeugte Ethin, den als Koppelprodukt gebildeten Wasserstoff und in der Regel weitere, von Ethin verschiedene Kohlenwasserstoffe. Zur Abtrennung von Ruß können alle zu diesem Zweck in bekannten Verfahren zur Herstellung von Ethin eingesetzten Vorrichtungen eingesetzt werden, beispielsweise Zyklone, Wäscher oder Elektrofilter . Geeignete Vorrichtungen sind beispielsweise aus Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Edition, Vol. AI, Seiten 108-110 und 118 bekannt . Die Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin umfasst vorzugsweise zusätzlich zu der Vorrichtung zur Abtrennung von Ruß noch eine Vorrichtung zur Abtrennung von Ethin aus dem bei der Abtrennung von Ruß erhaltenen
Produktgas. Bei der Abtrennung von Ethin wird ein
Wasserstoff enthaltendes Gases erhalten, das neben
Wasserstoff noch Anteile an nicht abgetrenntem Ethin und von Ethin verschiedene Kohlenwasserstoffe enthalten kann. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung zur Abtrennung von Ethin einen Verdichter, eine unter Druck betriebene
Absorptionskolonne und eine unter einem geringeren Druck als die Absorptionskolonne betriebene Desorptionskolonne. Zur selektiven Absorption von Ethin können Wasser oder geeignete Lösungsmittel, wie zum Beispiel
N-Methylpyrrolidon, Dimethylformamid oder Methanol
verwendet werden. Geeignete Vorrichtungen zur Abtrennung von Ethin sind aus dem Stand der Technik bekannt,
beispielsweise aus Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Edition, Vol. AI, Seiten 110-112. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst zusätzlich zu der Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin noch eine Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen. Die Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen kann ein Hochofen oder eine Anlage für eine sogenannte Direktreduktion von oxidischen Eisenerzen sein. Geeignete Anlagen für die
Direktreduktion von oxidischen Eisenerzen sind bekannt aus Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Online- Ausgabe 2012, Stichwort Iron, 3. Direct Reduction
Processes, DOI 10.1002/14356007. ol4_o02.
Vorzugsweise ist die Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen ein Hochofen. In einem Hochofen werden oxidische Eisenerze überwiegend durch
Kohlenmonoxid reduziert, das im Hochofen durch
Luftoxidation von Koks erzeugt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst zusätzlich zu der Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin und der Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen noch mindestens eine Gasleitung, die das
Wasserstoff enthaltende Gas von der Anlage zur
elektrothermischen Herstellung von Ethin der Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen als Reduktionsmittel zuführt. Die erfindungsgemäße
Vorrichtung kann dabei auch mehrere Gasleitungen umfassen, die jeweils Wasserstoff enthaltendes Gas unterschiedlicher Zusammensetzung von der Anlage zur elektrothermischen
Herstellung von Ethin der Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen als Reduktionsmittel zuführen. In der Gasleitung kann zusätzlich ein
Förderorgan, z.B. ein Gebläse, angeordnet sein, um das Wasserstoff enthaltende Gas von der Anlage zur
elektrothermischen Herstellung von Ethin in die Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen zu fördern.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen ein Hochofen und die Gasleitung bzw. die Gasleitungen führen das Wasserstoff enthaltende Gas bzw. die Wasserstoff enthaltenden Gase einem unteren Abschnitt des Hochofens zu. Vorzugsweise führt die Gasleitung das Wasserstoff
enthaltende Gas dem Hochofen oberhalb der
Luftzufuhrleitungen zu.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die
erfindungsgemäße Vorrichtung eine Gasleitung, mit der sich die bei der elektrothermischen Herstellung von Ethin erhaltene Reaktionsmischung ganz oder zum Teil unmittelbar der Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von
oxidischen Eisenerzen als Reduktionsmittel zuführen lässt. Unmittelbar bedeutet hier, dass aus der Reaktionsmischung keine Bestandteile abgetrennt werden. Besonders bevorzugt wird die Reaktionsmischung ungekühlt der Anlage zur
Eisenherstellung zugeführt um die Wärmeenergie der
Reaktionsmischung möglichst vollständig der Anlage zur Eisenherstellung zuzuführen. Zu diesem Zweck ist bei dieser Ausführungsform die Gasleitung vorzugsweise wärmeisoliert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin eine Vorrichtung zur Abtrennung von Ruß aus der bei der elektrothermischen Herstellung von Ethin erhaltenen Reaktionsmischung unter Erhalt eines Produktgases, sowie eine Gasleitung, mit der sich dieses Produktgas der Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen als
Reduktionsmittel zuführen lässt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin zusätzlich zu einer Vorrichtung zur Abtrennung von Ruß aus der bei der elektrothermischen Herstellung von Ethin erhaltenen
Reaktionsmischung unter Erhalt eines Produktgases noch eine Vorrichtung zur Abtrennung von Ethin aus diesem Produktgas unter Erhalt eines Wasserstoff enthaltenden Gases, sowie eine Gasleitung, mit der sich dieses Wasserstoff
enthaltende Gas der Anlage zur Eisenherstellung durch
Reduktion von oxidischen Eisenerzen als Reduktionsmittel zuführen lässt. Besonders bevorzugt wird bei der Abtrennung von Ethin ein Gas erhalten, das neben Wasserstoff
zusätzlich noch von Ethin verschiedene Kohlenwasserstoffe enthält.
Die Gasleitungen der zuvor beschriebenen drei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung können auch in Kombination miteinander vorliegen und Wasserstoff enthaltendes Gas unterschiedlicher Zusammensetzung von der Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin der Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen als Reduktionsmittel zuführen.
Bei den drei zuvor beschriebenen bevorzugten
Ausführungsformen ist die Gasleitung vorzugsweise mit einer Vorrichtung zum Speichern von Gas verbunden, besonders bevorzugt mit einem Gasometer. Die Verbindung der
Gasleitung mit einer Vorrichtung zum Speichern von Gas ermöglicht auch bei einem Betrieb der Anlage zur
elektrothermischen Herstellung von Ethin mit zeitlich veränderlichem Durchsatz eine gleichmäßige Zufuhr von
Wasserstoff enthaltendem Gas zur Anlage zur
Eisenherstellung .
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zusätzlich einen Speicher für Ethin umfassen. Dieser Speicher ermöglicht es, nachgeschaltete Umsetzungen von Ethin zu weiteren Produkten kontinuierlich weiterzubetreiben, auch wenn die Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin mit zeitlich veränderlichem Durchsatz betrieben wird. Vorzugsweise erfolgt die Speicherung von Ethin gelöst in einem
Lösungsmittel, besonders bevorzugt in einem Lösungsmittel, das in einer Vorrichtung zur Abtrennung von Ethin zur
Absorption von Ethin aus dem bei der Abtrennung von Ruß erhaltenen Produktgas verwendet wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit einer
Wetterprognose-Einheit verbunden sein. Eine solche
Verbindung mit einer Wetterprognose-Einheit ermöglicht es, den Betrieb der Vorrichtung so anzupassen, dass die Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin einerseits angepasst an das Stromangebot aus Windenergie und
Sonnenenergie mit zeitlich veränderlichem Durchsatz
betrieben werden kann und andererseits stets ausreichend Ethin für den kontinuierlichen Betrieb einer
nachgeschalteten, Ethin verbrauchenden Anlage bereit steht. So kann, je nach Ergebnis der Wetterprognose,
beispielsweise ein Speicher für Ethin auf einen hohen oder tiefen Füllstand gebracht werden. Darüber hinaus kann eine Anlage zur Weiterverarbeitung des Ethins auf geänderte Betriebsweisen vorbereitet und eingestellt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann außerdem gekoppelt mit Ethin verbrauchenden Anlagen betrieben werden. Wenn in den Ethin verbrauchenden Anlagen als Nebenprodukt
Wasserstoff oder Kohlenwasserstoff enthaltende Gase
anfallen, dann wird die erfindungsgemäße Vorrichtung mit der Ethin verbrauchenden Anlage vorzugsweise so gekoppelt, dass das als Nebenprodukt anfallende, Wasserstoff oder Kohlenwasserstoff enthaltende Gas in eine Gasleitung eingespeist wird, mit der Wasserstoff enthaltendes Gas von der Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin der Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen als Reduktionsmittel zugeführt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Nutzung elektrischer Energie zur Eisenherstellung aus oxidischen Eisenerzen umfasst eine elektrothermische Herstellung von Ethin aus Kohle oder einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas unter Erhalt eines Wasserstoff enthaltenden Gases und eine Einspeisung dieses Gases als Reduktionsmittel in eine Anlage zur
Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise in der weiter oben beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt. Vorzugsweise wird dabei ein Hochofen als
Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen eingesetzt.
Im erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die
elektrothermische Herstellung von Ethin vorzugsweise aus einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas, besonders bevorzugt aus Erdgas. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt die elektrothermische Herstellung von Ethin aus Kohle. Geeignete Verfahren zur elektrothermischen
Herstellung von Ethin aus einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas oder aus Kohle sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Edition, Vol. AI, Seiten 115-122, aus
DE 1 900 644 AI, aus EP 0 133 982 A2 und aus H. Brachold et al., Chem. -Ing. -Tech. 65 (1993) Seiten 293-297. In der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der die elektrothermische Herstellung von Ethin aus Kohle erfolgt und die Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen ein Hochofen ist, wird der bei der elektrothermischen Herstellung von Ethin aus Kohle als Nebenprodukt erhaltene Koks vorzugsweise aus der bei der elektrothermischen Herstellung von Ethin erhaltenen Reaktionsmischung abgetrennt und dem Hochofen von oben zugeführt. Der abgetrennte Koks kann dazu granuliert, pelletiert oder brikettiert werden, bevor er dem Hochofen zugeführt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise so
betrieben, dass das Wasserstoff enthaltende Gas zusätzlich noch von Ethin verschiedene Kohlenwasserstoffe enthält. Diese Kohlenwasserstoffe können nicht umgesetzte
Bestandteile eines eingesetzten kohlenwasserstoffhaltigen Gases sein oder in der elektrothermischen Herstellung von Ethin als Nebenprodukte gebildet werden. Alternativ oder zusätzlich können von Ethin verschiedene Kohlenwasserstoffe erzeugt werden, indem die bei der elektrothermischen
Herstellung von Ethin erhaltene Reaktionsmischung mit einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas oder einer
kohlenwasserstoffhaltigen Flüssigkeit gemischt wird, sodass zumindest ein Teil der zugesetzten Kohlenwasserstoffe endotherm gespalten wird. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus der bei der elektrothermischen
Herstellung von Ethin erhaltenen Reaktionsmischung Ruß abgetrennt und abgetrennter Ruß wird der Anlage zur
Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen als Reduktionsmittel zugeführt. Vorzugsweise ist die Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen
Eisenerzen ein Hochofen und der Ruß wird entweder als Reduktionsmittel einem unteren Abschnitt des Hochofens zugeführt oder zusammen mit Koks von oben dem Hochofen zugeführt. Um den Ruß zusammen mit Koks dem Hochofen zuzuführen wird der Ruß vorzugsweise granuliert, pelletiert oder brikettiert, bevor er dem Hochofen zugeführt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus der bei der elektrothermischen
Herstellung von Ethin erhaltenen Reaktionsmischung zuerst Ruß abgetrennt und aus dem erhaltenen Produktgas
anschließend Ethin abgetrennt unter Erhalt eines
Wasserstoff enthaltenden Gases. Vorzugsweise werden bei der Abtrennung von Ethin die im Produktgas enthaltenen, von Ethin verschiedenen Kohlenwasserstoffe nicht oder nur zum Teil abgetrennt, sodass das Wasserstoff enthaltende Gas zusätzlich noch die im Produktgas enthaltenen, von Ethin verschiedenen Kohlenwasserstoffe ganz oder teilweise enthält. Eine solche selektive Abtrennung von Ethin
ermöglicht die Nutzung der von Ethin verschiedenen
Kohlenwasserstoffe als Reduktionsmittel und für die
Energieerzeugung in der Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen und erfordert weniger Energie und apparativen Aufwand als eine vollständige
Auftrennung des Produktgases.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Durchsatz in der Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin vorzugsweise in Abhängigkeit vom Angebot an elektrischer Energie verändert. Die Anlage zur elektrothermischen
Herstellung von Ethin kann dazu wahlweise ein- oder
ausgeschaltet werden, beispielsweise abhängig vom aktuellen Strompreis an einer Strombörse. Alternativ kann die Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin auch mit variabler Last so betrieben werden, dass ihr Stromverbrauch einem aktuellen Überschuss an elektrischer Energie entspricht. Die Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin wird vorzugsweise mit überschüssiger elektrischer Energie betrieben. Überschüssige elektrische Energie kann von einem neben der erfindungsgemäßen Vorrichtung
befindlichen Stromerzeuger stammen, beispielsweise von einem benachbarten Kraftwerk, einem benachbarten
Windgenerator oder einer benachbarten Photovoltaikanlage. Besonders bevorzugt wird überschüssige elektrische Energie einem Stromnetz entnommen. Überschüssige elektrische
Energie kann dabei einem Stromnetz als negative
Regelenergie entnommen werden, um einen Überschuss der Stromeinspeisung in das Netz gegenüber der aktuellen
Stromentnahme auszugleichen. Für das erfindungsgemäße
Verfahren wird vorzugsweise überschüssige elektrische
Energie eingesetzt, die aus Windenergie oder Solarenergie erzeugt wird.
Vorzugsweise wird dabei auch die Menge des bei der
elektrothermischen Herstellung von Ethin erhaltenen Gases, das der Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen als Reduktionsmittel zugeführt wird, in Abhängigkeit vom Angebot an elektrischer Energie
verändert. Die Menge des der Anlage zur Eisenherstellung zugeführten Gases kann dabei in gleichem Maß verändert werden wie der Durchsatz in der Anlage zur
elektrothermischen Herstellung von Ethin. Die Menge des der Anlage zur Eisenherstellung zugeführten Gases kann aber auch in geringerem Maß verändert werden als der Durchsatz in der Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin. Beispielsweise kann bei einem geringen Durchsatz in der Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin die gesamte Menge an in dieser Anlage erzeugtem Wasserstoff der Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen als Reduktionsmittel zugeführt werden und bei einem hohen Durchsatz in der Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin nur ein Teil des erzeugten
Wasserstoff der Anlage zur Eisenherstellung zugeführt werden und der andere Teil einem Speicher oder einer anderen Verwendung zugeführt werden.
Alternativ zu oder in Kombination mit der im vorangehenden Absatz beschriebenen Ausführungsform kann die
Zusammensetzung des bei der elektrothermischen Herstellung von Ethin erhaltenen Gases, das der Anlage zur
Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen als Reduktionsmittel zugeführt wird, in Abhängigkeit vom Angebot an elektrischer Energie verändert werden.
Beispielsweise kann das Verfahren in einer Vorrichtung durchgeführt werden, die sowohl eine Gasleitung umfasst, mit der vor einer Abtrennung von Ethin ein Ethin und
Wasserstoff enthaltendes Gas der Anlage zur
Eisenherstellung zugeführt wird, als auch eine Gasleitung, mit der nach Abtrennung von Ethin ein von Ethin
abgereichertes , Wasserstoff enthaltendes Gas der Anlage zur Eisenherstellung zugeführt wird. Die Vorrichtung kann so betrieben werden, dass bei einem geringen Durchsatz in der Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin
vorwiegend Ethin und Wasserstoff enthaltendes Gas der
Anlage zur Eisenherstellung zugeführt wird und bei einem hohen Durchsatz in der Anlage zur elektrothermischen
Herstellung von Ethin vorwiegend ein von Ethin
abgereichertes, Wasserstoff enthaltendes Gas der Anlage zur Eisenherstellung zugeführt wird, damit die Schwankung der Menge an Reduktionsmittel, das der Anlage zur
Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen zugeführt wird, gering gehalten wird. Die Vorrichtung kann allerdings auch so betrieben werden, dass bei einem
geringen Durchsatz in der Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin vorwiegend ein von Ethin
abgereichertes, Wasserstoff enthaltendes Gas der Anlage zur Eisenherstellung zugeführt wird und bei einem hohen
Durchsatz in der Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin vorwiegend ein Ethin und Wasserstoff enthaltendes Gas der Anlage zur Eisenherstellung zugeführt wird, sodass die Kapazität der Vorrichtung zum Abtrennen von Ethin aus dem Produktgas klein gehalten werden kann.
Alternativ zu oder in Kombination mit den in den beiden vorangehenden Absätzen beschriebenen Ausführungsformen kann die Temperatur des bei der elektrothermischen Herstellung von Ethin erhaltenen Gases, das der Anlage zur
Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen als Reduktionsmittel zugeführt wird, in Abhängigkeit vom Angebot an elektrischer Energie verändert werden.
Beispielsweise kann das Verfahren in einer Vorrichtung durchgeführt werden, die sowohl eine erste Gasleitung umfasst, mit der sich die bei der elektrothermischen
Herstellung von Ethin erhaltene Reaktionsmischung ganz oder zum Teil unmittelbar der Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen als Reduktionsmittel zuführen lässt, als auch eine zweite Gasleitung, mit der ein nach einem Abkühlen der Reaktionsmischung erhaltenes Wasserstoff enthaltendes Gas der Anlage zur
Eisenherstellung zugeführt wird. Die Vorrichtung kann so betrieben werden, dass bei einem geringen Durchsatz in der Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin
vorwiegend durch die erste Gasleitung bei der
elektrothermischen Herstellung von Ethin erhaltene
Reaktionsmischung unmittelbar ohne Kühlung der Anlage zur Eisenherstellung zugeführt wird und bei einem hohen
Durchsatz in der Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin vorwiegend durch die zweite Gasleitung ein nach einem Abkühlen der Reaktionsmischung erhaltenes Wasserstoff enthaltendes Gas der Anlage zur Eisenherstellung zugeführt wird, damit die Schwankung der Wärmemenge, die der Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen
Eisenerzen zugeführt wird, gering gehalten wird. Die
Vorrichtung kann allerdings auch so betrieben werden, dass bei einem geringen Durchsatz in der Anlage zur
elektrothermischen Herstellung von Ethin vorwiegend durch die zweite Gasleitung ein nach einem Abkühlen der Reaktionsmischung erhaltenes Wasserstoff enthaltendes Gas der Anlage zur Eisenherstellung zugeführt wird und bei einem hohen Durchsatz in der Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin vorwiegend durch die erste Gasleitung bei der elektrothermischen Herstellung von Ethin erhaltene Reaktionsmischung unmittelbar ohne Kühlung der Anlage zur Eisenherstellung zugeführt wird, damit die Kapazität der Vorrichtung zum Abkühlen der Reaktionsmischung der
elektrothermischen Herstellung von Ethin klein gehalten werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das
erfindungsgemäße Verfahren in einer Vorrichtung
durchgeführt, die zusätzlich einen Gasspeicher umfasst. Bei einem hohen Angebot an elektrischer Energie wird die Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin mit einem höheren Umsatz betrieben und bei der elektrothermischen Herstellung von Ethin erhaltenes Gas einem Gasspeicher zugeführt. Bei einem niedrigen Angebot an elektrischer Energie wird die Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin mit einem niedrigeren Umsatz betrieben und Gas dem Gasspeicher entnommen. Besonders bevorzugt wird dabei die Menge des bei der elektrothermischen Herstellung von Ethin erhaltenen Gases, das der Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen als
Reduktionsmittel zugeführt wird, im Wesentlichen konstant gehalten. In dieser Ausführungsform lässt sich der
Durchsatz in der Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin kurzfristig und in weiten Grenzen in Abhängigkeit vom Angebot an elektrischer Energie verändern, ohne dass sich nachteilige Auswirkungen auf den Betrieb der Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen
Eisenerzen ergeben.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich im Vergleich zu einem Hochofenprozess die C02-Emission bei der
Eisenherstellung aus oxidischen Eisenerzen deutlich verringern. Bei den Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen Ethin aus der bei der elektrothermischen Herstellung von Ethin erhaltenen Reaktionsmischung abgetrennt wird und nicht der Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen zugeführt wird, werden die
C02-Emissionen der Anlage zur Reduktion von oxidischen Eisenerzen verringert. Bei den Ausführungsformen des
Verfahrens, bei denen auch das erzeugte Ethin der Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen
Eisenerzen zugeführt wird, wird durch den gegenüber den
Einsatzstoffen höheren Energiegehalt von Ethin und optional durch die Wärmeenergie, die mit der bei der
elektrothermischen Herstellung von Ethin erhaltenen
Reaktionsmischung in die Anlage zur Eisenherstellung eingebracht werden kann, ein Teil des Energiebedarfs für die Reduktion der oxidischen Eisenerzen gedeckt, sodass beispielsweise bei einem Hochofen die zugeführte Luftmenge und der Anteil an Koks, der für die Wärmeerzeugung im
Hochofen verbrannt werden muss, verringert wird. Auch dies trägt zu einer Verringerung der C02-Emissionen bei.
Im Vergleich zu einer Wasserstofferzeugung durch
Elektrolyse von Wasser hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass bei der elektrothermischen Herstellung von Ethin weniger elektrische Energie für die Erzeugung der gleichen Menge an Wasserstoff erforderlich ist und die anfallende Wärmeenergie noch genutzt werden kann,
beispielsweise zur Dampferzeugung in der Anlage zur
elektrothermischen Herstellung von Ethin oder zum Beheizen der Anlage zur Eisenherstellung, indem bei der
elektrothermischen Herstellung von Ethin erhaltene
Reaktionsmischung unmittelbar ohne Kühlung der Anlage zur Eisenherstellung zugeführt wird, sodass die eingesetzte elektrische Energie effizienter genutzt wird.

Claims

Patentansprüche :
1. Vorrichtung zur Nutzung elektrischer Energie zur
Eisenherstellung aus oxidischen Eisenerzen, umfassend a) eine Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin aus Kohle oder einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas unter Erhalt eines Wasserstoff enthaltenden Gases , b) eine Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen und c) mindestens eine Gasleitung, die das Wasserstoff
enthaltende Gas von der Anlage zur
elektrothermischen Herstellung von Ethin der Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen als Reduktionsmittel zuführt. 2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen ein Hochofen ist und die
Gasleitung das Wasserstoff enthaltende Gas einem unteren Abschnitt des Hochofens zuführt. 3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen eine Anlage zur Direktreduktion von oxidischen Eisenerzen ist.
4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage zur elektrothermischen
Herstellung von Ethin einen Lichtbogenreaktor umfasst.
5. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Gasleitung umfasst, mit der sich die bei der elektrothermischen Herstellung von Ethin erhaltene Reaktionsmischung ganz oder zum Teil unmittelbar der Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen als Reduktionsmittel zuführen lässt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasleitung wärmeisoliert ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin eine Vorrichtung zur Abtrennung von Ruß aus der bei der elektrothermischen Herstellung von Ethin erhaltenen Reaktionsmischung unter Erhalt eines Produktgases umfasst und die Vorrichtung eine Gasleitung umfasst, mit der sich dieses Produktgas der Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von
oxidischen Eisenerzen als Reduktionsmittel zuführen lässt .
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin eine Vorrichtung zur Abtrennung von Ruß aus der bei der elektrothermischen Herstellung von Ethin erhaltenen Reaktionsmischung unter Erhalt eines Produktgases und eine Vorrichtung zur Abtrennung von Ethin aus diesem Produktgas unter Erhalt eines
Wasserstoff enthaltenden Gases umfasst und die
Vorrichtung eine Gasleitung umfasst, mit der sich dieses Wasserstoff enthaltende Gas der Anlage zur
Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen
Eisenerzen als Reduktionsmittel zuführen lässt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vorrichtung zur Abtrennung von Ethin aus dem Produktgas unter Erhalt eines Gases umfasst, das Wasserstoff und von Ethin verschiedene
Kohlenwasserstoffe enthält.
10. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasleitung mit einer
Vorrichtung zum Speichern von Gas verbunden ist.
11. Verfahren zur Nutzung elektrischer Energie zur
Eisenherstellung aus oxidischen Eisenerzen, umfassend eine elektrothermische Herstellung von Ethin aus Kohle oder einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas unter Erhalt eines Wasserstoff enthaltenden Gases und eine
Einspeisung dieses Gases als Reduktionsmittel in eine Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von
oxidischen Eisenerzen.
12. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es in einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 9 durchgeführt wird.
13. Verfahren gemäß Anspruch 11 oder 12, dadurch
gekennzeichnet, dass die elektrothermische Herstellung von Ethin aus einem kohlenwasserstoffhaltigen Gas, vorzugsweise aus Erdgas, erfolgt.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserstoff enthaltende Gas zusätzlich von Ethin verschiedene Kohlenwasserstoffe enthält .
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass aus der bei der elektrothermischen Herstellung von Ethin erhaltenen Reaktionsmischung Ruß abgetrennt und abgetrennter Ruß der Anlage zur
Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen
Eisenerzen als Reduktionsmittel zugeführt wird.
16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchsatz in der Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin in Abhängigkeit vom Angebot an elektrischer Energie verändert wird.
17. Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des bei der elektrothermischen
Herstellung von Ethin erhaltenen Gases, das der Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen als Reduktionsmittel zugeführt wird, in
Abhängigkeit vom Angebot an elektrischer Energie
verändert wird.
18. Verfahren gemäß Anspruch 16 oder 17, dadurch
gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des bei der elektrothermischen Herstellung von Ethin erhaltenen
Gases, das der Anlage zur Eisenherstellung durch
Reduktion von oxidischen Eisenerzen als Reduktionsmittel zugeführt wird, in Abhängigkeit vom Angebot an
elektrischer Energie verändert wird. 19. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des bei der
elektrothermischen Herstellung von Ethin erhaltenen Gases, das der Anlage zur Eisenherstellung durch
Reduktion von oxidischen Eisenerzen als Reduktionsmittel zugeführt wird, in Abhängigkeit vom Angebot an
elektrischer Energie verändert wird.
20. Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem hohen Angebot an elektrischer Energie die Anlage zur elektrothermischen Herstellung von Ethin mit einem höheren Umsatz betrieben und bei der
elektrothermischen Herstellung von Ethin erhaltenes Gas einem Gasspeicher zugeführt wird und bei einem niedrigen Angebot an elektrischer Energie die Anlage zur
elektrothermischen Herstellung von Ethin mit einem niedrigeren Umsatz betrieben und Gas dem Gasspeicher entnommen wird.
21. Verfahren gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des bei der elektrothermischen
Herstellung von Ethin erhaltenen Gases, das der Anlage zur Eisenherstellung durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen als Reduktionsmittel zugeführt wird, im Wesentlichen konstant gehalten wird.
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