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CO²-minimierte Roheisenproduktion

Der Hochofenprozess ist der Kernprozess der Roheisenerzeugung weltweit. Rund 99,5 % des erzeugten Roheisens werden im Hochofenverfahren hergestellt. Nur ein verschwindend kleiner Rest wir mit alternativen Schmelzreduktionsverfahren produziert. Im Hochofenprozess wird Roheisen durch Schmelzreduktion aus Eisenoxiden gewonnen. Die Reduktion erfolgt hauptsächlich durch Kohlenmonoxid und zu einem kleinen Teil durch Wasserstoff. Die Reduktionsmittel werden aus Kohlenwasserstoffen (z.B. Koks und Schweröl, Rohteer, Erdgas, etc.) durch Vergasung mit Sauerstoff vor den Windformen gebildet. Der Vergasungsvorgang liefert zusätzlich die für den Prozess benötigte Energie. Im Vergleich zur Verbrennung, wo nur Wärme und CO2 gebildet werden, wird im Hochofen Kohlenstoff zu Kohlenmonoxid vergast, das den größten Teil der Reduktionsarbeit leistet. CO2 entsteht dabei als Produkt der ablaufenden Reduktionsreaktionen. Ein „idealer“ Hochofenprozess würde rund 374 kg Kohlenstoff pro Tonne Roheisen benötigen. Dieser Wert beschreibt das thermodynamische und somit das theoretische Minimum des Prozesses. Unter realen Prozess-bedingungen liegt der Kohlenstoffbedarf im „best case“ bei rund 400 kg pro Tonne Roheisen. Den Vorsprung in der Prozesstechnologie verdeutlicht ein Vergleich mit dem Weltdurchschnitt, der bei 490 kg pro Tonne Roheisen liegt. Dieser annähernd ideale Betriebszustand markiert jedoch eine prozesstechnische Grenze. Eine weitere signifikante Absenkung des Kohlenstoffverbrauchs ist unter den gegebenen Voraussetzungen und Bedingungen nicht möglich. Damit verbunden ist auch eine Grenze für eine weiteren Reduktion der prozessbedingten CO2-Emissionen erreicht. Eine weitere CO2-Reduktion in der Roheisenproduktion kann nur mehr durch die Substitution von konventionellen Eisenträgern durch vorreduzierte Materialien erreicht werden. Durch die Verwendung von LRI im Hochofenprozess wird der Kohlenstoffbedarf für die durchzuführende Reduktionsarbeit verringert. Die Einsparung im Hochofen beträgt 3,67 t CO2 pro Tonne Kohlenstoff. Die Erzeugung des LRI ist dabei noch zu berücksichtigen. Hinter dem Begriff LRI (Low Reduced Iron) verbirgt sich ein vorreduziertes und teilmetallisiertes Material, das in Direkt-reduktionsanlagen oder kombinierten Schmelzreduktionsanlagen mit Direktreduktionsschacht erzeugt werden kann. Die Reduktionsarbeit kann zwischen zwei Reaktoren, dem Direktreduktions-reaktor zur Vorreduktion sowie dem Hochofen geteilt und die Prozessführung optimiert werden. Im Unterschied zu DRI (Direct Reduced Iron), der für Elektrolichtbogenöfen produziert wird und wo hohe Metallisierungsgrade erforderlich sind, sind für eine Verwendung im Schmelzreduktionsreaktor niedrigere Metallisierungsgrade ausreichend. LRI kann in Direktreduktionsanlagen erzeugt werden, die mit einem wasserstoffreichen Reduktions-gas arbeiten, das aus Erdgas (auch aus Biomasse oder durch Kohlevergasung) erzeugt wird. Großtechnische Anlagen nach diesem Verfahrensprinzip im industriellen Maßstab sind Stand der Technik und werden zur Erzeugung von DRI eingesetzt. Die Potentiale zur Minimierung der CO2-Emissionen in der Roheisenerzeugung durch die Verwendung von LRI sollen durch die Zusammen-arbeit mehrer Partner aus Industrie und Wissenschaft ausgearbeitet, erprobt und ausgewertet und ein maßgeblicher Beitrag zur Entwicklung einer nachhaltigen, CO2-minimierte Roheisenproduktion geleistet werden.

Steckbrief

Projektnummer
815620
Koordinator
voestalpine Stahl GmbH
Projektleitung
Thomas Bürgler, thomas.buergler@voestalpine.com
Förderprogramm
Energie der Zukunft
Dauer
07.2008 - 06.2012
Budget
2.225.502 €