Export Gases and their Utilization Potential Technical and Economical Evaluation of selected Processes for Chemical Syngas Generation

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Autoren

Abstract

In den letzten vier Jahrzehnten wurden alternative Schmelzreduktionsverfahren entwickelt, die gegenüber der klassischen Hochofenroute wirtschaftliche Vorteile erzielen sollten. Neben der Prozessoptimierung zur Reduktion von Roh- und Hilfsstoffen und des Energiebedarfes wird bei diesen Verfahren zusätzlich auch auf die ökonomische und umweltfreundliche Nutzung der Nebenprodukte geachtet. Anfallende Überschussgase werden derzeit hauptsächlich als thermischer und elektrischer Energieträger im Hüttenverbund eingesetzt, jedoch wird aufgrund des relativ geringen Heizwertes die stoffliche Verwertung zunehmend interessanter. COREX® Exportgas wird beispielsweise als Direkt-reduktionsgas weiter genutzt und dient als Rohstoff für die mikrobiologische Ethanol Produktion. Aufgrund der hohen Anteile an CO und H2, und dem vergleichsweise niedrigen Gehalt an N2 – bedingt durch die Vergasung von Kohle mit reinem Sauerstoff – stellen COREX® und FINEX® Exportgase auch einen wertvollen Rohstoff zur Synthese von chemischen Grundstoffen dar. Die technische Realisierbarkeit wurde jedoch noch nicht umfassend untersucht. Im Rahmen dieser Dissertation wurden thermochemische Prozessmodelle zur Aufbereitung von Exportgasen zu speziellen Synthesegasen für die Erzeugung von Grundchemikalien (CO, Oxo-Chemikalien, Essigsäure, Methanol, Fischer-Tropsch-Treibstoffe, Ammoniak und H2) entwickelt. Im Vergleich von Produktionskosten und CO2 Bilanzen wurden die entwickelten Prozesse ökonomisch und ökologisch bewertet. Die Literaturrecherche gibt einen Überblick über konventionelle Syntheseverfahren und über die Technologien zur Erzeugung der dazu benötigten Synthesegase. Dargestellt werden das Marktpotential und eine auf Erdgas basierende Produktionskostenschätzung der Grundchemikalien und deren Synthesegase. Auf Basis herkömmlicher Synthesegas-Prozesstechnologien wurden Prozesse zur Aufbereitung von COREX® und FINEX® Exportgas zu Synthesegas thermochemisch simuliert (CHEMCAD). Das Berechnungsmodell zur Abschätzung der Produktionskosten lehnt sich an das Kalkulationsschema der auf Erdgas basierenden Synthesegasproduktion an. Die CO2-Bilanz der einzelnen Prozesse berücksichtigt neben prozessbedingten Emissionen auch CO2-Emissionen aufgrund von thermischer und elektrische Energie- und Dampfbereitstellung. Der wirtschaftliche Vergleich zwischen Exportgas und Erdgas als Synthesegasrohstoff zeigt, dass die Exportgasaufbereitung zu CO und Oxogas (H2:CO ≤1) und die nachfolgende Synthese von Essigsäure beziehungsweise Oxo-Chemikalien aufgrund des hohen CO Anteils günstiger ist als die auf Erdgas basierende Synthesegasproduktion. Die Aufbereitung zu H2-reichen Synthesegasen (H2:CO≥2) ist aufgrund des niedrigen H2:CO-Verhältnisses im Exportgas jedoch weniger wirtschaftlich. Exportgas-CO2-Bilanzen weisen hohe prozesstechnische Emissionen bedingt durch die CO-Shift auf, und resultieren in deutlich höheren Gesamtemissionen bei Oxo- und Synthesegas Erzeugung (H2:CO ≥1) im Vergleich zur Verarbeitung von reformiertem Erdgas. Da zur Erzeugung von reinem CO keine CO-Shift erforderlich ist, sind die CO2-Emissionen bei der Exportgasaufbereitung hauptsächlich energetisch bedingt (Kompression und kryogener Trennprozess) und geringer als bei der Synthesegaserzeugung aus reformiertem Erdgas. Dies führt zu einer Netto-Emissionseinsparung. Durch die Substitution von Schmelzreduktionsträgergasen mit CO2 aus der Rectisolwäsche, oder durch die Kombination der Herstellung von zwei oder mehreren Synthesegasen, kann eine Reduktion von Energie- und Hilfsmaterialien erwartet werden, die in Summe zur Senkung der Produktionskosten und zur Verringerung der CO2-Emissionen führen würde.

Details

Titel in ÜbersetzungExportgase und deren Verwertungspotential Technische und ökonomische Evaluierung von ausgewählten Verfahren zur Synthesegaserzeugung
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2012