TY - THES

T1 - Thermodynamische Modellierung des Betriebs von Direktreduktionsanlagen mit maximalem Anteil an Wasserstoff

AU - Baumgartner, Hans-Jörg

N1 - gesperrt bis 14-03-2024

PY - 2019

Y1 - 2019

N2 - Um den Auswirkungen des anthropogenen Klimawandels zu begegnen, ist eine deutliche Verringerung der weltweiten CO2-Emissionen notwendig. Um dieses Ziel zu erreichen, haben die Vereinten Nationen in mehreren Abkommen, z.B. dem Übereinkommen von Paris, eine verbindliche Reduktion der klimaschädlichen Gase vereinbart. Konkret wurde eine Verringerung der Emissionen um 80 % bis zum Jahr 2050 festgelegt. Basis dieser Zahl ist der Ausstoß im Jahr 1990. Auch die Eisen- und Stahlindustrie ist von diesen Maßnahmen betroffen und hat daher eine Reihe von Forschungsprojekten initiiert, um Möglichkeiten zur nötigen Reduktion der CO2-Emissionen herauszufinden. Als Ergebnis dieser Forschungsbemühungen können vier grundsätzliche Strategien genannt werden. Die Produktion von Roheisen mit Koks bzw. Kohle kombiniert mit einer Abtrennung des erzeugten CO2 (mittels CCS und CCU), eine Elektrolyse von Eisenerz, Produktion mit Biomasse und zuletzt eine Reduktion von Eisenerz mit Wasserstoff (CDA). Diese Arbeit beschäftigt sich mit letzterer Variante, dazu wurde im Zuge einer Literaturrecherche nach den Auswirkungen des Einsatzes von Wasserstoff im Hochofen und in einer MIDREX Anlage gesucht. Der praktische Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Erstellung eines FactSage Modells zur Massen- und Energiebilanz für eine MIDREX Anlage. Mit diesem Modell wurden die Auswirkungen und die Grenzen des Einsatzes von Wasserstoff untersucht. Als Resultat der Simulationen mit Wasserstoff ergibt sich, dass die Funktion des Reformers ab einem Anteil von 39 % H2 in der Zugabe zum Kreislaufgas nicht mehr gewährleistet werden kann. Ab 45 % H2 in der Zugabe ist die Leistungsgrenze des Gaswäschers für das „Top gas“ erreicht, ab dem-selben Wert muss ein Teil des Gases abgefackelt werden, da sonst das Wärmeangebot für den „Reformer“ zu hoch ist. Auch das Verbrennen von teurem Wasserstoff an der Fackel kann als Grenze des sinnvollen Einsatzes angesehen werden. Diese Arbeit führt Maßnahmen zur Erweiterung dieser Grenzen an.

AB - Um den Auswirkungen des anthropogenen Klimawandels zu begegnen, ist eine deutliche Verringerung der weltweiten CO2-Emissionen notwendig. Um dieses Ziel zu erreichen, haben die Vereinten Nationen in mehreren Abkommen, z.B. dem Übereinkommen von Paris, eine verbindliche Reduktion der klimaschädlichen Gase vereinbart. Konkret wurde eine Verringerung der Emissionen um 80 % bis zum Jahr 2050 festgelegt. Basis dieser Zahl ist der Ausstoß im Jahr 1990. Auch die Eisen- und Stahlindustrie ist von diesen Maßnahmen betroffen und hat daher eine Reihe von Forschungsprojekten initiiert, um Möglichkeiten zur nötigen Reduktion der CO2-Emissionen herauszufinden. Als Ergebnis dieser Forschungsbemühungen können vier grundsätzliche Strategien genannt werden. Die Produktion von Roheisen mit Koks bzw. Kohle kombiniert mit einer Abtrennung des erzeugten CO2 (mittels CCS und CCU), eine Elektrolyse von Eisenerz, Produktion mit Biomasse und zuletzt eine Reduktion von Eisenerz mit Wasserstoff (CDA). Diese Arbeit beschäftigt sich mit letzterer Variante, dazu wurde im Zuge einer Literaturrecherche nach den Auswirkungen des Einsatzes von Wasserstoff im Hochofen und in einer MIDREX Anlage gesucht. Der praktische Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Erstellung eines FactSage Modells zur Massen- und Energiebilanz für eine MIDREX Anlage. Mit diesem Modell wurden die Auswirkungen und die Grenzen des Einsatzes von Wasserstoff untersucht. Als Resultat der Simulationen mit Wasserstoff ergibt sich, dass die Funktion des Reformers ab einem Anteil von 39 % H2 in der Zugabe zum Kreislaufgas nicht mehr gewährleistet werden kann. Ab 45 % H2 in der Zugabe ist die Leistungsgrenze des Gaswäschers für das „Top gas“ erreicht, ab dem-selben Wert muss ein Teil des Gases abgefackelt werden, da sonst das Wärmeangebot für den „Reformer“ zu hoch ist. Auch das Verbrennen von teurem Wasserstoff an der Fackel kann als Grenze des sinnvollen Einsatzes angesehen werden. Diese Arbeit führt Maßnahmen zur Erweiterung dieser Grenzen an.

KW - Dirct reduction

KW - hydrogen

KW - CO2 avoidance

KW - Wasserstoff

KW - Reduktion

KW - CO2-Vermeidung

U2 - 10.34901/mul.pub.2024.110

DO - 10.34901/mul.pub.2024.110

M3 - Masterarbeit

ER -