Projektmenu

Einleitung

Schwerpunkte dieser Forschungstätigkeiten liegt im effizienten Einsatz des Energieinhaltes von Brenngasen und Reaktionsmedien unter Berücksichtigung chemischer Umwandlungen sowie der Energierückgewinnung bei niedrigen Temperaturen. Daher werden neben dem Umgang mit fühlbaren und latenten Energiequellen auch die Aufwertung der chemischen Energie von Gasströmen berücksichtigt.

Ziele und Motivation

  • Katalytische Abgasbehandlung und Gasverwertung in integrierten Hüttenwerken
  • Verwertung und Integration von Niedertemperaturabwärme
  • Oxy-Fuel Technologie in der Metallurgie mit Sauerstoff geringerer Qualität
  • Modellierung der Reaktionen in Brennersystemen für Industrieöfen

Vorgehensweise

Innerhalb des Arbeitspakets „katalytische Gasbehandlung” ist der Zweck der geplanten Untersuchungen eine Minimierung des Kohlenmonoxidgehalts in Prozessgasen durch Umwandlung mit Wasserdampf in Kohlendioxid. Als Feedstrom können diverse meallurgische Prozessgase z. B. Hochofengichtgas, COREX®- / FINEX®-Exportgas oder Direktreduktions-Topgas dienen. Ein Testbrennofen ist zu diesem Zweck mit einem analytischen Abgassystem verbunden. Für eine bestimmte Katalysatorpackung kann der Umsatz der CO-Shiftreaktion untersucht werden. Zusätzlich zu den Experimenten sind theoretische Untersuchungen und CFD-Berechnungen geplant. 

Nach der Analyse von Prozessen hinsichtlich verwertbarer Abwärme- und Energiequellen, wird ein Konzept zur Wärmerückgewinnung entwickelt. Deshalb müssen Möglichkeiten für die Nutzung von Niedertemperaturabwärme inner- und außerhalb des Stahlwerkes sorgfältig ausgearbeitet werden. Dafür werden statische und dynamische Prozesssimulationen eingesetzt.  

Außerdem werden die Produktion und der Einsatz von Sauerstoff minderer Qualität (niedrigerer Reinheitsgrad) bezüglich dem Bedarf im integrierten Hüttenwerk und der Sauerstoffspezifikation evaluiert.   

Das bisher entwickelte Verbrennungsmodell wird auf seine Anwendbarkeit an mehreren industriellen Verbrennungsprozessen überprüft und in weiterer Folge als Optimierungswerkzeug für diese angewandt.

Ergebnisse und Anwendung

Laborversuche mit ausgewählten Katalysatorsystemen für metallurgische Abgase und Prozessgase werden Betriebsgrenzen ergeben hinsichtlich Schwefelgehalt und Verkokungspotenzial sowie Abschätzungen ermöglichen für die Zusammensetzung des Produktgases und Konversionsraten. Der Einsatz eines industriellen, katalytischen Reaktorsystems zur Gasbehandlung und dessen Integration in einen realen Industrieprozess wird das Ziel dieser Forschungstätigkeit sein. Berechnungstools für die Prozesssimulation werden dabei helfen.

Zusätzlich wird eine Übersicht von Lösungen zur Abwärmerückgewinnung, für thermische Energiespeichersysteme und für eine Abwärmenutzung bzw. Abwärmeintegrationssysteme angestrebt. Außerdem werden geeignete Konzepte zur Wärmerückgewinnung für die Schlackengranulation und den Stranggussprozess im Industriemaßstab entwickelt. Die Anwendung thermoelektrischer Generatoren für kleine Energiequellen sowie die Wirtschaftlichkeit dieser Wärmerückgewinnungssysteme werden bewertet.

Das integrierte Prozessmodell für ein niederwertiges Sauerstoffnetz in einem integrierten Hüttenwerk wird untersucht. Mit diesen Ergebnissen wird das Design eines Brenners mit Sauerstoff minderer Qualität für eine Pilotanlage zur Durchführung von Betriebstests entwickelt.

Die Ergebnisse der Simulationen mit dem Verbrennungsreaktionsmodell sind die Basis für das Design und den Betrieb von Industriebrennöfen unter optimierten Prozessbedingungen. Durch Messungen an den realen Anlagen wird das Verbrennungsmodell evaluiert.