Vermeidung von CO2-Emissionen in der Stahlindustrie durch Einsatz von Wasserstoff an kontinuierlich betriebenen Thermoprozessanlagen am Beispiel von Wiedererwärmungsöfen

Description: Ziel des geplanten Forschungsvorhabens ist die Senkung von CO2-Emissionen an kontinuierlich betriebenen Thermoprozessanlagen der Stahlindustrie am Beispiel von Wiedererwärmungsöfen durch den Einsatz von Wasserstoff zur teilweisen und ggf. vollständigen Substitution von Erdgas. Der Einsatz von H2 erfordert zunächst eine Anpassung von Infrastruktur, Armaturen, M&R-Technik und Prozesssteuerung. Aktuell eingesetzte Brenner werden aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften von H2 und Erdgas nicht für eine vollständige Substitution geeignet sein. Mittels Brennerversuche im Technikum und Simulationen werden sichere Betriebszustände der aktuell eingesetzten Brenner für Erdgas und Erdgas/Wasserstoffgemische untersucht. Anschließend werden Anpassungen an der Brennertechnik vorgenommen, die einen dynamischen Betrieb mit Erdgas, H2 und deren Gemischen erlauben. Beim Wechsel der Gassorten muss mindestens eine gleichbleibende Produktionsmenge sowie Produktqualität erreicht werden. Durch die veränderte Heißgasatmosphäre ergeben sich Änderungen in der Prozessführung. Die Prozessautomatisierung muss an die neuen Randbedingungen angepasst werden. Dies erfolgt u.a. auf Basis von CFD-Berechnungen und statistischen Modellen. Durch die direkte Beheizung wird ein Einfluss auf die Produktqualität erwartet. Die Zunderbildung als auch die Zundereigenschaften hängen von der Heißgasatmosphäre ab. In Laborversuchen und in industrienahem Maßstab werden die Zunderbildung und die Entzunderung untersucht. Ein wesentliches Ziel des geplanten Vorhabens ist die industrielle Umsetzung und Erprobung einer möglichst vollständigen Substitution des aktuell eingesetzten Erdgases durch Wasserstoff. Die tatsächlichen Einsparungen energiebedingter CO2-Emissionen werden im Rahmen einer Bilanzierung der Stoffströme abgeschätzt. Des Weiteren werden die Potenziale und Hemmnisse beim Umstieg auf Wasserstoff als Energieträger zusammengestellt, um eine höhere Akzeptanz der Technologie zu erreichen.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: CO2-Emission ? Erdgas ? Stahlindustrie ? Energiebedingte CO2-Emissionen ? Wasserstoff ? Energieträger ? Statistisches Modell ? CO2-Minderung ? Laborversuch ? Forschungsprojekt ? Heizung ? Stoffstrom ?

Region: Nordrhein-Westfalen

Bounding boxes: 6.76339° .. 6.76339° x 51.21895° .. 51.21895°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Deutsche Edelstahlwerke Specialty Steel GmbH & Co. KG (Betreiber*in)
• Umweltbundesamt (Bereitsteller*in)
• VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH (Mitwirkende)

Time ranges: 2023-01-01 - 2025-12-31

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Avoidance of CO2 emissions in the steel industry through the use of hydrogen on continuously operated thermoprocessing equipment using the example of reheating furnaces
  Description: The aim of the planned research project is to reduce CO2 emissions at continuously operated thermoprocessing plants in the steel industry, using reheating furnaces as an example, by using hydrogen to partially and possibly completely substitute natural gas. The use of H2 initially requires an adaptation of infrastructure, valves, M&R technology and process control. Currently used burners will not be suitable for complete substitution due to the different properties of H2 and natural gas. By means of burner tests in the pilot plant and simulations, safe operating conditions of the currently used burners for natural gas and natural gas/hydrogen mixtures will be investigated. Subsequently, adjustments will be made to the burner technology to allow dynamic operation with natural gas, H2 and their mixtures. When changing the gas types, at least a constant production quantity as well as product quality must be achieved. Changes in the hot gas atmosphere result in changes in process control. Process automation must be adapted to the new boundary conditions. This is done, among other things, on the basis of CFD calculations and statistical models. Direct heating is expected to have an influence on product quality. Scale formation as well as scale properties depend on the hot gas atmosphere. Scale formation and descaling will be investigated in laboratory tests and on an industrial scale. A major goal of the planned project is the industrial implementation and testing of a substitution of the currently used natural gas by hydrogen as completely as possible. The actual savings in energy-related CO2 emissions will be estimated by balancing the material flows. Furthermore, the potentials and obstacles of switching to hydrogen as an energy carrier will be compiled in order to achieve a higher acceptance of the technology. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1119654

Status

Aktiv

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