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#818980

ECOCEM - Integration eines Vergaserkonzepts für die Einsetzung von biogenen Roh- und Reststoffen, sowie Abfallstoffen in der Zementproduktion

Die vorliegende Studie behandelt die mögliche Integration eines Vergasungskonzeptes in den
Zementproduktionsprozess. Im Zusammenhang mit einer Durchführbarkeitsstudie wurde zu
Beginn der bestehende Produktionsprozess des Gmundner Zementwerks aufgenommen und
analysiert. Hierzu wurde eine Prozesssimulation durchgeführt. Auf Basis der daraus
gewonnenen Erkenntnisse konnten Abwärmepotentiale und Möglichkeiten zur
Effizienzsteigerung aufgezeigt werden.
Im zweiten Schritt wurde die technische Machbarkeit des Einsatzes eines
Wirbelschichtvergasers zur verstärkten Verwendung von biogenen Roh- und Reststoffen sowie
Abfallstoffen im Zementproduktionsprozess untersucht. Um ein möglichst hochkalorisches
Produktgas zu erhalten wurde der Einsatz eines allothermen Vergasungskonzeptes angestrebt.
Auf Basis der erstellten Prozesssimulation des bestehenden Prozesses sowie der Integration
eines Vergasers in den Produktionsprozess wurde im Anschluss ein Gesamtprozessmodell
erstellt, um auf dieser Basis mögliche weitere Effizienzsteigerungen zu finden. Diese Studie zielt
zum einen auf eine weitere Reduktion fossiler Energieträger im Prozess und eine Steigerung
der Gesamteffizienz zur Schonung der Ressourcen und der Umwelt ab, und es muss zum
anderen auch frühzeitig auf eine mögliche Verschärfung der behördlichen Grenzwerte für
Stickoxidemissionen Rücksicht genommen werden. Der Einsatz einer katalytischen Entstickung
in einem Zementwerk und der damit verbundene steigende Energieverbrauch kann nur durch
den erweiterten Einsatz biogener Roh- und Reststoffe sowie von Abfallstoffen und der damit
entstehenden Notwendigkeit eines Vergasungssystems zur Brennstoffkonditionierung
umgesetzt werden.

Projektverlauf

Das Projekt wurde mit einer umfassenden Recherche bezüglich des Standes der Technik, des
Wissens und der Umfeldbedingungen (gesetzliche Rahmenbedingungen, Markt, etc.)
begonnen.
Die weiteren Schritte entsprachen der guten Praxis der Projektabwicklung bzw. des
Anlagenbaus:
• Massen- und Energiebilanzen zur Erörterung verwendbarer Wärmequellen und zur
Ermittlung des zusätzlichen Wärmebedarfs
• Durchführung von Prozesssimulationen und Betrachtung verschiedener
Brennstoffvarianten.
Es wurden zu Beginn mehrere plausible Varianten bezüglich der Ausbildung des Vergasers
beschrieben. Um diese zu erfassen wurde zunächst mit Hilfe von Kreativtechniken eine
Varianten- Vielfalt hergestellt. Aus dieser Vielfalt wurde durch einen Check (plausibel?
patentiert? praktikabel?) ein Varianten- Bündel gefunden, in dem möglichst unterschiedliche
Typen vertreten sind. Die anschließende technische/wissenschaftliche Untersuchung des
Varianten- Bündels unter Zuhilfenahme einfacher Simulationen und anderer Methoden engte
die Varianten-Vielfalt deutlich ein.

Die vorab definierten Arbeitspakete (10 Arbeitspakete) setzten sich wie folgt zusammen:
• Arbeitspaket 1 Projektmanagement, wissenschaftliche und kommerzielle Koordination
• Arbeitspaket 2 Recherchen zum Stand der Technik und Erhebung der Basisdaten der
Ofenanlage
• Arbeitspaket 3 Prozessmodellierung Bestand
• Arbeitspaket 4 Abwärmepotentiale
• Arbeitspaket 5 Einbindungskonzept Vergaser
• Arbeitspaket 6 Brennstoffanalyse Vergaser
• Arbeitspaket 7 Konzeptvariation Vergaser
• Arbeitspaket 8 Integriertes Gesamtprozessmodell
• Arbeitspaket 9 Optimierung des Gesamtprozesses
• Arbeitspaket 10 Begleitende Know- How Sicherung und Endbericht
Die simulierten Modelle bzw. Lastfälle beschäftigten sich mit dem Stand der Technik
(energieeffizientere Produktion mit Kalzinator und Rostkühler), zudem wurden mögliche
Abwärmequellen zur Stromproduktion ausgelotet, sowie versucht die Brennstoffe durch
vergaste biogene Brennstoffe zu ersetzen und Techniken zur Emissionsminderung des
Zementprozesses einzusetzen. Diese Lastfälle wurden abschließend in einen optimierten
Gesamtprozess integriert.

Ergebnisse

Die generierten Lastfälle, die im Rahmen der Modellierung und Prozesssimulation dargestellt
wurden, wurden als durchführbar eingestuft und ergaben eine wesentliche Verbesserung
sowohl in der Energieeffizienz und Produktionskapazität der bestehenden Anlage. Der Einsatz
fossiler Brennstoffe kann dadurch weiter verringert werden.
Der Einsatz eines allothermen Vergasers als Lieferant homogener Brennstoffe für den
Klinkerbrennprozess stellt einen unkonventionellen und sehr innovativen Weg dar. Aus der
Studie ging grundsätzlich die Machbarkeit dieses Vorhabens hervor, allerdings sind Systeme in
diesen Größen in der Praxis bisher nicht umgesetzt worden. Ein entsprechendes Up-Scaling ist
jedoch durchaus denkbar.

Steckbrief

Projektnummer
818980
Koordinator
Zementwerk Hatschek GmbH
Projektleitung
Helmut Leibinger, helmut.leibinger@rohrdorfer.eu
Förderprogramm
Neue Energien 2020
Dauer
12.2008 - 04.2010
Budget
179.332 €