Möglichkeiten der CO₂-armen Zementklinkerherstellung auf Basis von CCS Technologien

Das Forschungsvorhaben unterteilt sich in die folgenden Teilschritte:
 

Prozessanalyse/ Modellbildung

Eine detaillierte Analyse des konventionellen Zementherstellungsprozesses bildet die Basis für alle weiteren Schritte zur Anpassung des Prozesses an die Oxyfuel-Technologie. Die Analyse hat das Ziel, ein realistisches Prozessmodell, hier in AspenPlus®, zu erstellen. Mit dem für eine typische Anlagengröße erstellten Modell ist dann eine stoffliche und energetische Bilanzierung des konventionellen Zementherstellungsprozesses möglich. Die gewonnenen Daten sollen mit den Daten realer Anlagen validiert werden. Mit Hilfe des erstellten Simulationsmodells werden die wesentlichen Einflussparameter auf die CO₂- und die Energiebilanz des Gesamtprozesses bestimmt.

Konzeptentwurf auf der Basis der Oxyfuel-Technologie

In einem ersten Entwurf wird die Wärmebereitstellung für den Klinkerherstellungsprozess auf Oxyfuel-Bedingungen umgestellt. Dafür sind unter Wahrung aller typischen Prozessparameter eine Luftzerlegungsanlage und eine Rauchgasrückführung zu ergänzen. Daraus lässt sich bei ansonsten unveränderter Anlagenkonfiguration erkennen, ob und an welcher Stelle des nur leicht modifizierten Prozesses die Abgasqualität die Anforderungen für eine ausreichend hohe CO₂-Abtrennrate erfüllt. Dieses erste Simulationsmodell dient als Basis für die weitere energetische Optimierung und der Untersuchung weiterer Konzepte des Zementherstellungsprozesses mit Oxyfuel-Technologie mit Anpassungen an eine maximale CO₂-Abtrennrate bei entsprechender CO₂-Reinheit.

Bewertung des neu erstellten Konzepts für eine CO₂-arme Zementherstellung

 Der als realisierbar eingeschätzte Konzeptentwurf wird abschließend hinsichtlich seiner zusätzlichen Kosten für die CO₂-Abtrenung und für die Anlagentechnik sowie auf sein Betriebsverhalten (An- und Abfahren, eventuell Laständerungen) mittels des Simulationsmodells untersucht.

Anwendung eines Post-Combustion Prozesses mit chemischem Lösungsmittel auf den Zementherstellungsprozess zur CO₂-Abtrennung und Vergleich desselben mit dem Oxyfuel-Prozess

 Zum Vergleich mit dem Oxyfuel-Prozess soll auch ein Post-Combustion Prozess mit einem chemischen Lösungsmittel zur CO₂-Abscheidung beim Zementherstellungsprozess betrachtet und simuliert werden. Die ermittelten Kennzahlen sollen einen energetischen Vergleich mit dem Oxyfuel-Prozess und eine überschlägige Dimensionierung des CO₂-Abtrennungsprozesses ermöglichen.

Stichworte

• Carbon Capture and Sequestration
• Oxyfuel
• Oxyfuel-Prozess
• Oxyfuel-Technologie
• Post-Combustion
• Post-Combustion CO2 Capture
• Prozessanalyse
• Prozessintegration und -optimierung
• Zementherstellung

Publikationen

• Oberhauser, S.; Kather, A.: CO₂-Capture from Cement Plants Applying Oxyfuel Concepts. In 2^th International Conference on Energy Process Engineering - Efficient Carbon Capture for Coal Power Plants, Frankfurt/Main, June 20 - 22 2011.
• Oberhauser, Sebastian: Vergleich und Bewertung Verschiedener Konzepte der CO₂-armen Zementklinkerherstellung auf Basis von CCS-Technologien. Promotion/Dissertation, [].