Gewinnung von flüssigem Stickstoff durch Lutzerlegung nach dem Lindeverfahren. In dieser Prozeßeinheit wird die Stickstoffherstellung durch Luftzerlegung nach dem Niederdruckverfahren (Lindeverfahren) bilanziert. Bei diesem Verfahren werden aus der atmosphärischen Luft gleichzeitig deren drei wesentlichen Komponenten gewonnen: Stickstoff (N2, 75,5 Massen-%), Sauerstoff (O2, 23,1 Massen-%) und Argon (1,3 Massen-%). Nach der Abtrennung von Staubpartikeln wird die Luft auf ungefähr 6 bis 7 bar verdichtet und gleichzeitig abgekühlt. Dadurch werden Wasser, Kohlendioxid und hochsiedende Kohlenwasserstoffe abgetrennt. Danach wird die abgekühlte Luft in eine Doppelrektifikationssäule geführt, wo eine Zerlegung in Stickstoff und mittelreinen Sauerstoff erfolgt. In der zweiten Säule geschieht dann die Feintrennung in Stickstoff und Sauerstoff. Die Flüchtigkeit des Argons liegt etwa zwischen derjenigen von Stickstoff und Sauerstoff. Es reichert sich deshalb in der Zwischenzone an, wo es entnommen und in einer speziellen Rektifikationskolonne gereinigt wird. Der Trennung der Komponenten schließen sich Verflüssigungs- und Verdichtungsschritte an. Derzeit werden ungefähr 90 % der gesamten Produktion über das hier bilanzierte Niederdruckverfahren hergestellt (Sauerstoff 1996). Andere Verfahren wie PSA (pressure swing adsorption) oder das Membranverfahren werden hier nicht betrachtet. Die Jahresproduktion an Stickstoff (alle Verfahren) betrug 1989 in den USA ca. 27 Mio. t, in der BRD ca. 2,5 Mio. t und in Japan ca. 6,9 Mio. t. Im Durchschnitt werden 1,5 % des Stickstoffs in Stahlflaschen, 50,5 % in flüssiger Form und 48 % über Gasleitungen bereitgestellt (siehe #2). Nach den Angaben in (Produktion 1992) wurden in Deutschland 1991 3,9 Mio. t und 1992 3,2 Mio. t Stickstoff hergestellt. Die Kennziffern in GEMIS stehen für die Produktion in Westeuropa in den 90er Jahren. Allokation: Bei dem Prozeß der Luftzerlegung fallen Stickstoff und Sauerstoff als Produkte an. Für die Herstellung von einer Tonne an Produkten (765 kg Stickstoff und 235 kg Sauerstoff) wird ein Input von 1014 kg atmosphärischer Luft benötigt. Der Prozeß liefert außerdem 13 kg Argon (dieses wird wegen seines geringen Massenanteils bei GEMIS nicht als Produkt gewertet) und ungefähr 0,5 kg CO2. Die den Prozeß der Luftzerlegung beschreibenden Gesamtdaten werden entsprechend dem Massenanteil der beiden Produkte N2 und O2 zu 3,264:1 aufgeteilt. Genese der Kennziffern Massenbilanz: Die Massenbilanz bei der Stickstoffherstellung wurde unter der Annahme eines Wirkungsgrades von 100 % bei der Luftzerlegung berechnet. Entsprechend der Zusammensetzung der Luft (in Massenanteilen) wird für die Herstellung von 1 t N2 eine Menge von 1324 kg Luft benötigt. Dabei fällt als weiteres Produkt 306 kg Sauerstoff (außerdem 17 kg Argon) an (siehe #1). Als nicht verwerteter Bestandteil der atmosphärischen Luft verbleiben 0,61 kg Kohlendioxid. Für GEMIS ergibt sich nach der Allokationsregel ein Wirkungsgrad von 98,66 % (Bedarf an Luft: 1014kg/t N2). Argon und Kohlendioxid werden nicht bilanziert. Energiebedarf: Nach #2 wird für die Luftzerlegung (Anlagenkapazität 10000 m3/h) eine Energiemenge von 0,15 kWh/m3 gasförmigen N2 benötigt. Bei einer kleineren Anlagenkapazität (1500 m3/h) ergibt sich ein Wert von 0,30 kWh/m3. Für die Verflüssigung des gewonnenen Stickstoffs wird zusätzliche Energie benötigt. Es wird ein Wert von 0,5 bis 0,6 kWh/m3 N2 angegeben. Rechnet man diese Werte über die Molmasse von N2 (28,014 g/mol) und das Molvolumen (22,4 l/mol) um, ergeben sich Werte von 0,4 GJ/t (Luftzerlegung, Anlagenkapazität 10000 m3/h) und 1,6 GJ/t N2 (Verflüssigung, Mittelwert aus den beiden Werten: 0,55 kWh/m3 N2). Diese Werte zeigen eine gute Übereinstimmung mit den Daten aus #3, 2 MJ/kg N2, und #1, 1,75 MJ/kg N2 (Werte für Luftzerlegung und Verflüssigung). Bei (DOE 1985) wird nur die Luftzerlegung ohne Verflüssigung bilanziert. Es ergibt sich ein Bedarf an 687,2 btu elektrischer Energie für die Zerlegung von 4,322 lb atmosphärischer Luft. Umgerechnet auf die Herstellung von einer Tonne Stickstoff ergibt sich nach der Allokation (siehe oben) ein Wert von 0,37 GJ/t N2. Die Quellen #1 und #2 geben keine Energiegesamtwerte für die Zerlegung des gesamten Luftinputs, sondern bereits anteilige auf Stickstoff [bzw. #1 bilanziert für 1 kg O2] bezogene Werte an. Da die Angaben aus #2 am besten nachvollziehbar sind, werden diese für GEMIS verwendet. Prozeßbedingte Luftemissionen: Prozeßbedingte Luftemissionen bei der Luftzerlegung sind nicht bekannt. Da das beim Prozeß anfallende CO2 aus der eingesetzten Luft stammt, wird es nicht als Emission gewertet. Wasser: Der Wasserbedarf bei der Sauerstoffherstellung beschränkt sich auf die Verwendung von Kühlwasser. Quantitative Angaben hierüber liegen nicht vor. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Ressourcen gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2000 Lebensdauer: 20a Leistung: 1000000t/h Nutzungsgrad: 98,7% Produkt: Grundstoffe-Chemie
Gewinnung von flüssigem Sauerstoff durch Luftzerlegung nach dem Lindeverfahren und anschließender Verflüssigung. In dieser Prozeßeinheit wird die Sauerstoffherstellung durch Luftzerlegung nach dem Niederdruckverfahren (Lindeverfahren) bilanziert. Bei diesem Verfahren werden aus der atmosphärischen Luft gleichzeitig deren drei wesentlichen Komponenten gewonnen: Stickstoff (75,5 Massen-%), Sauerstoff (23,1 Massen-%) und Argon (1,3 Massen-%). Nach der Abtrennung von Staubpartikeln wird die Luft auf ungefähr 6 bis 7 bar verdichtet und gleichzeitig abgekühlt. Dadurch werden Wasser, Kohlendioxid und hochsiedende Kohlenwasserstoffe abgetrennt. Danach wird die abgekühlte Luft in eine Doppelrektifikationssäule geführt, wo eine Zerlegung in Stickstoff und mittelreinen Sauerstoff erfolgt. In der zweiten Säule geschieht dann die Feintrennung in Stickstoff und Sauerstoff. Die Flüchtigkeit des Argons liegt etwa zwischen derjenigen von Stickstoff und Sauerstoff. Es reichert sich deshalb in der Zwischenzone an, wo es entnommen und in einer speziellen Rektifikationskolonne gereinigt wird. Der Trennung der Komponenten schließen sich Verflüssigungs- und Verdichtungsschritte an. Derzeit werden ungefähr 90 % der gesamten Sauerstoffproduktion über das hier bilanzierte Niederdruckverfahren hergestellt (Sauerstoff 1996). Andere Verfahren wie PSA (pressure-swing adsorption) oder das Membranverfahren werden hier nicht betrachtet. Die Kennziffern in GEMIS stehen für die Produktion in Westeuropa in den 90er Jahren. In Deutschland wurden 1991 ca. 7,3 Mio. und 1992 ca. 6,7 Mio. Tonnen Sauerstoff produziert [berechnet aus den Volumenangaben in (Produktion 1992)]. Der weltweite Jahresverbrauch an Sauerstoff im Zeitraum 1990/91 belief sich auf ca. 21,2 Mio. t in Westeuropa, ca. 22,0 Mio. t in den USA und ca. 12,9 Mio. t in Japan (Sauerstoff 1996). Allokation: Bei dem Prozeß der Luftzerlegung fallen Stickstoff und Sauerstoff als Produkte an. Für die Herstellung von einer Tonne an Produkten (765 kg Stickstoff und 235 kg Sauerstoff) wird ein Input von 1014 kg atmosphärischer Luft benötigt. Der Prozeß liefert außerdem 13 kg Argon (dieses wird wegen seines geringen Massenanteils bei GEMIS nicht als Produkt gewertet) und ungefähr 0,5 kg CO2. Die den Prozeß der Luftzerlegung beschreibenden Gesamtdaten werden entsprechend dem Massenanteil der beiden Produkte N2 und O2 zu 3,264:1 aufgeteilt. Genese der Kennziffern Massenbilanz: Die Massenbilanz bei der Sauerstoffherstellung wurde unter der Annahme eines Wirkungsgrades von 100 % bei der Luftzerlegung berechnet. Entsprechend der Zusammensetzung der Luft (in Massenanteilen) wird für die Herstellung von 1 t O2 eine Menge von 4322 kg Luft benötigt. Dabei fällt als weiteres Produkt 3264 kg Stickstoff (außerdem 55 kg Argon) an (siehe #1). Als nicht verwerteter Bestandteil der atmosphärischen Luft verbleiben 2,0 kg Kohlendioxid. Für GEMIS ergibt sich nach der Allokationsregel ein Wirkungsgrad von 98,66 % (Bedarf an Luft: 1014kg/t O2). Argon und Kohlendioxid werden nicht bilanziert. Energiebedarf: Nach #2 wird für die Luftzerlegung (Anlagenkapazität 10000 m3/h) eine Strommenge von 0,15 kWh/m3 gasförmigen N2 benötigt. Bei einer kleineren Anlagenkapazität (1500 m3/h) ergibt sich ein Wert von 0,30 kWh/m3. Für die Verflüssigung des gewonnenen Stickstoffs wird zusätzliche Energie benötigt. Es wird ein Wert von 0,5 bis 0,6 kWh/m3 N2 angegeben. Da für die Bilanzierung von Stickstoff und Sauerstoff eine Luftzerlegungsanlage betrachtet wird bei der gleichzeitig beide genannten Gase entstehen, werden die obigen Energiedaten für die Sauerstoffherstellung übernommen. Man erhält für die Luftzerlegung einen Wert von 0,4 GJ/t O2 und für die Verflüssigung 1,6 GJ/t O2 (vgl. Prozeßeinheit zur Stickstoffherstellung). Diese Werte zeigen eine gute Übereinstimmung mit den Daten aus #3, 2 MJ/kg O2, und #1, 1,75 MJ/kg O2 (Werte für Luftzerlegung und Verflüssigung). Bei (DOE 1985) wird nur die Luftzerlegung ohne Verflüssigung bilanziert. Es ergibt sich ein Bedarf an 687,2 btu elektrischer Energie für die Zerlegung von 4,322 lb atmosphärischer Luft. Umgerechnet auf die Herstellung von einer Tonne Sauerstoff ergibt sich nach der Allokation in Kapitel 0.1.3 ein Wert von 0,37 GJ/t O2. Die Quellen #2 und #1 (DSD 1995) geben im Unterschied zu (DOE 1985) keine Energiegesamtwerte für die Zerlegung des gesamten Luftinput, sondern bereits anteilige auf Stickstoff [bzw. #1 bilanziert für 1 kg O2] bezogene Werte an. Da die Angaben aus #2 am besten nachvollziehbar sind, werden diese für GEMIS verwendet. Prozeßbedingte Luftemissionen: Prozeßbedingte Luftemissionen bei der Luftzerlegung sind nicht bekannt. Da das beim Prozeß anfallende CO2 aus der eingesetzten Luft stammt, wird es nicht als Emission gewertet. Wasser: Der Wasserbedarf bei der Sauerstoffherstellung beschränkt sich auf die Verwendung von Kühlwasser. Quantitative Angaben hierüber liegen nicht vor. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Ressourcen gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2000 Lebensdauer: 20a Leistung: 1000000t/h Nutzungsgrad: 98,7% Produkt: Grundstoffe-Chemie
Wasserstoffherstellung: Das industrielle Verfahren zur Wasserstoffherstellung beruht auf dem katalytischen Reformieren (Nickel-Katalysatoren) von Erdgas mit Wasserdampf. Bei diesem Prozeß erfolgt eine Dampfspaltung (steam reforming) des Erdgases (Methan). Methan wird dabei in Reaktoren bei Temperaturen von ca. 850 §C zu Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid umgesetzt. Nach der Umsetzung wird das Gas schnell abgekühlt, wobei gleichzeitig Prozeßdampf gebildet wird. In einer Folgereaktion reagiert das Kohlenmonoxid und überschüssiges Wasser mit Hilfe eines Katalysators zu weiterem Wasserstoff und Kohlendioxid. Daran schließt sich eine CO2-Entfernung und die Isolierung von Wasserstoff an [CO2-Druckwäsche (Weissermel 1994); PSA, pressure swing adsorption (Ullmann 1989a)]. Wasserstoff (H2) wird heute in erster Linie aus Kohlenwasserstoffen gewonnen. Daneben gibt es noch kohlechemische und elektrochemische Prozesse, die aber von geringerer Bedeutung sind [siehe Tabelle 1, (Weissermel 1994)]. Tabelle 1: Verfahren zur Wasserstofferzeugung Welt-H2-Erzeugung 1988 (in Gew.-%) Rohöl/Erdgas-Spaltung 80 Kohlevergasung 16 Elektrolysen/Sonstige 4 gesamt (in Mio. t) ca. 45 Der wichtigste Rohstoff zur Erzeugung von H2 ist Erdgas, aber auch Naphtha und andere Rückstände der Petrochemie werden eingesetzt (Ullmann 1989a). Die Bilanzierung der vorliegenden Kennziffern erfolgt auf der Annahme, daß Wasserstoff zu 100 % aus Erdgas synthetisiert wird. Für die Bilanzierung des Prozesses wurde eine Studie der Arbeitsgemeinschaft Kunststoff (DSD 1995), die Ökoinventare für Energiesysteme (ETH 1995) und Daten aus (Ullmann 1989a) ausgewertet. Da in (DSD 1995) die ausführlichsten Daten vorliegen, wurden diese für die Berechnung der Kennziffern verwendet. Es wird angenommen, daß die dortigen Angaben sich auf die H2-Herstellung in Westeuropa in den 90er Jahren beziehen. Die Massen- und Energiebilanz ist vom verwendeten Rohstoff abhängig, somit ist eine Übertragung der Kennziffern auf andere Einsatzstoffe oder auch Produktionsverfahren nicht möglich. Allokation: keine Genese der Kennziffern: Massenbilanz: Zur Herstellung von Wasserstoff wird als Rohstoff Erdgas (1990 kg/t H2) und Wasser (4468 kg/t H2) benötigt (DSD 1995). Als weiteres Reaktionsprodukt der chemischen Umsetzung von Erdgas entseht neben H2 auch Kohlendioxid (5458 kg CO2/t H2). Da CO2 kein verwertbares Produkt darstellt, wird es den prozeßbedingten Luftemissionen zugerechnet. Im Vergleich zu den obigen Angaben wird bei (Ullmann 1989a) für eine typische Steamreformer-Anlage ein Erdgasbedarf von 2160 m3 für die Erzeugung von 5000 m3 Wasserstoff (jeweils bei 0 §C und 101,325 kPa) - bzw. umgerechnet 3439 kg Erdgas/t H2 - aufgeführt. (ETH 1995) wiederum gibt einen Erdgasbedarf von 121 MJ/kg H2 (umgerechnet 2881 kg/t H2) an. Die Angaben aus (DSD 1995), (ETH 1995) und (Ullmann 1989a) zeigen deutliche Abweichungen voneinander. Da bei (DSD 1995) die vollständigste Bilanz vorliegt, werden diese Daten übernommen. Es wird angenommen, daß der unterschiedliche Rohstoffbedarf bei den verschiedenen Literaturquellen dadurch zustande kommt, daß die Wasserstoffherstellung je nach Prozeßführung auf eine maximale Produktion an Prozeßdampf, minimalen Einsatz von Erdgas , etc. optimiert werden kann. Energiebedarf: Für den Prozeß der Wasserstofferzeugung wird insgesamt eine Energiemenge von 49,25 MJ/kg H2 benötigt. 47,25 MJ des Gesamtenergiebedarfs werden durch die Verbrennung von Erdgas bereitgestellt. Davon entfallen wiederum 18,144 MJ auf die Dampferzeugung und 8,645 MJ auf die CO2-Druckwäsche. An elektrischer Energie werden 2,0 MJ Energie verbraucht (DSD 1995). Im Vergleich dazu wird der Prozeßenergiebedarf bei (ETH 1995) mit 3,47 MJ/kg elektrischer Energie, 26,55 MJ/kg Heizöl S (Industriefeuerung) und 17,8 Erdgas (Industriefeuerung) angegeben (Summe 47,82 MJ/kg). Der Energiebedarf bei (DSD 1995) und (ETH 1995) zeigt eine sehr gute Übereinstimmung. Es werden die Daten aus (DSD 1995) für GEMIS übernommen. Prozeßbedingte Luftemissionen: Nach (Ullmann 1989a) entstehen beim steam reforming 0,25 mol CO2 pro mol H2 (Methan und Wasser werden zu Wasserstoff und Kohlendioxid umgesetzt). Dieser Wert ist identisch mit der Angabe aus (DSD 1995) von 5,458 kg CO2 pro kg Wasserstoff. Es konnten keine weiteren prozeßspezifischen Daten zu den Emissionen ermittelt werden. Diese sind im Vergleich zu den Emissionen, die durch den Energieverbrauch entstehen, relativ gering (ETH 1995). Wasser: Neben dem Erdgas dient auch Wasser als Rohstoff zur H2-Erzeugung (Reduktion von H2O zu H2). Für die chemische Reaktion werden 4,468 kg H2O pro kg H2 benötigt (DSD 1995). Es kann jedoch davon ausgegangen werden, daß beim Herstellungsprozeß ein Überschuß an Wasserdampf eingesetzt wird. Da hierüber - ebenso wie zum Kühlwasserbedarf - keine Angaben vorliegen, wird der Wert von 4,468 kg Wasser als Kennziffer verwendet. Angaben zu Abwasserwerten und Reststoffen liegen nicht vor. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Brennstoffe-fossil-Gase gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2010 Lebensdauer: 20a Leistung: 1MW Nutzungsgrad: 143% Produkt: Brennstoffe-Sonstige
Gewinnung von gasförmigen Stickstoff durch Luftzerlegung nach dem Lindeverfahren. In dieser Prozeßeinheit wird die Stickstoffherstellung durch Luftzerlegung nach dem Niederdruckverfahren (Lindeverfahren) bilanziert. Bei diesem Verfahren werden aus der atmosphärischen Luft gleichzeitig deren drei wesentlichen Komponenten gewonnen: Stickstoff (N2, 75,5 Massen-%), Sauerstoff (O2, 23,1 Massen-%) und Argon (1,3 Massen-%). Nach der Abtrennung von Staubpartikeln wird die Luft auf ungefähr 6 bis 7 bar verdichtet und gleichzeitig abgekühlt. Dadurch werden Wasser, Kohlendioxid und hochsiedende Kohlenwasserstoffe abgetrennt. Danach wird die abgekühlte Luft in eine Doppelrektifikationssäule geführt, wo eine Zerlegung in Stickstoff und mittelreinen Sauerstoff erfolgt. In der zweiten Säule geschieht dann die Feintrennung in Stickstoff und Sauerstoff. Die Flüchtigkeit des Argons liegt etwa zwischen derjenigen von Stickstoff und Sauerstoff. Es reichert sich deshalb in der Zwischenzone an, wo es entnommen und in einer speziellen Rektifikationskolonne gereinigt wird. Der Trennung der Komponenten schließen sich Verflüssigungs- und Verdichtungsschritte an. Derzeit werden ungefähr 90 % der gesamten Produktion über das hier bilanzierte Niederdruckverfahren hergestellt (Sauerstoff 1996). Andere Verfahren wie PSA (pressure swing adsorption) oder das Membranverfahren werden hier nicht betrachtet. Die Jahresproduktion an Stickstoff (alle Verfahren) betrug 1989 in den USA ca. 27 Mio. t, in der BRD ca. 2,5 Mio. t und in Japan ca. 6,9 Mio. t. Im Durchschnitt werden 1,5 % des Stickstoffs in Stahlflaschen, 50,5 % in flüssiger Form und 48 % über Gasleitungen bereitgestellt (#2). Nach den Angaben in (Produktion 1992) wurden in Deutschland 1991 3,9 Mio. t und 1992 3,2 Mio. t Stickstoff hergestellt. Die Kennziffern in GEMIS stehen für die Produktion in Westeuropa in den 90er Jahren. Allokation: Bei dem Prozeß der Luftzerlegung fallen Stickstoff und Sauerstoff als Produkte an. Für die Herstellung von einer Tonne an Produkten (765 kg Stickstoff und 235 kg Sauerstoff) wird ein Input von 1014 kg atmosphärischer Luft benötigt. Der Prozeß liefert außerdem 13 kg Argon (dieses wird wegen seines geringen Massenanteils bei GEMIS nicht als Produkt gewertet) und ungefähr 0,5 kg CO2. Die den Prozeß der Luftzerlegung beschreibenden Gesamtdaten werden entsprechend dem Massenanteil der beiden Produkte N2 und O2 zu 3,264:1 aufgeteilt. Genese der Kennziffern Massenbilanz: Die Massenbilanz bei der Stickstoffherstellung wurde unter der Annahme eines Wirkungsgrades von 100 % bei der Luftzerlegung berechnet. Entsprechend der Zusammensetzung der Luft (in Massenanteilen) wird für die Herstellung von 1 t N2 eine Menge von 1324 kg Luft benötigt. Dabei fällt als weiteres Produkt 306 kg Sauerstoff (außerdem 17 kg Argon) an (siehe #1). Als nicht verwerteter Bestandteil der atmosphärischen Luft verbleiben 0,61 kg Kohlendioxid. Für GEMIS ergibt sich nach der Allokationsregel ein Wirkungsgrad von 98,66 % (Bedarf an Luft: 1014kg/t N2). Argon und Kohlendioxid werden nicht bilanziert. Energiebedarf: Nach #2 wird für die Luftzerlegung (Anlagenkapazität 10000 m3/h) eine Energiemenge von 0,15 kWh/m3 gasförmigen N2 benötigt. Bei einer kleineren Anlagenkapazität (1500 m3/h) ergibt sich ein Wert von 0,30 kWh/m3. Für die Verflüssigung des gewonnenen Stickstoffs wird zusätzliche Energie benötigt. Es wird ein Wert von 0,5 bis 0,6 kWh/m3 N2 angegeben. Rechnet man diese Werte über die Molmasse von N2 (28,014 g/mol) und das Molvolumen (22,4 l/mol) um, ergeben sich Werte von 0,4 GJ/t (Luftzerlegung, Anlagenkapazität 10000 m3/h) und 1,6 GJ/t N2 (Verflüssigung, Mittelwert aus den beiden Werten: 0,55 kWh/m3 N2). Diese Werte zeigen eine gute Übereinstimmung mit den Daten aus #3, 2 MJ/kg N2, und #1, 1,75 MJ/kg N2 (Werte für Luftzerlegung und Verflüssigung). Bei (DOE 1985) wird nur die Luftzerlegung ohne Verflüssigung bilanziert. Es ergibt sich ein Bedarf an 687,2 btu elektrischer Energie für die Zerlegung von 4,322 lb atmosphärischer Luft. Umgerechnet auf die Herstellung von einer Tonne Stickstoff ergibt sich nach der Allokation in Kapitel 0.1.3 ein Wert von 0,37 GJ/t N2. Die Quellen #2 und #1 geben keine Energiegesamtwerte für die Zerlegung des gesamten Luftinputs, sondern bereits anteilige auf Stickstoff [bzw. #1 bilanziert für 1 kg O2] bezogene Werte an. Da die Angaben aus #2 am besten nachvollziehbar sind, werden diese für GEMIS verwendet. Prozeßbedingte Luftemissionen: Prozeßbedingte Luftemissionen bei der Luftzerlegung sind nicht bekannt. Da das beim Prozeß anfallende CO2 aus der eingesetzten Luft stammt, wird es nicht als Emission gewertet. Wasser: Der Wasserbedarf bei der Sauerstoffherstellung beschränkt sich auf die Verwendung von Kühlwasser. Quantitative Angaben hierüber liegen nicht vor. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Ressourcen gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2000 Lebensdauer: 20a Leistung: 1000000t/h Nutzungsgrad: 98,7% Produkt: Grundstoffe-Chemie
Gewinnung von gasförmigen Sauerstoff durch Luftzerlegung nach dem Lindeverfahren. In dieser Prozeßeinheit wird die Sauerstoffherstellung durch Luftzerlegung nach dem Niederdruckverfahren (Lindeverfahren) bilanziert. Bei diesem Verfahren werden aus der atmosphärischen Luft gleichzeitig deren drei wesentlichen Komponenten gewonnen: Stickstoff (75,5 Massen-%), Sauerstoff (23,1 Massen-%) und Argon (1,3 Massen-%). Nach der Abtrennung von Staubpartikeln wird die Luft auf ungefähr 6 bis 7 bar verdichtet und gleichzeitig abgekühlt. Dadurch werden Wasser, Kohlendioxid und hochsiedende Kohlenwasserstoffe abgetrennt. Danach wird die abgekühlte Luft in eine Doppelrektifikationssäule geführt, wo eine Zerlegung in Stickstoff und mittelreinen Sauerstoff erfolgt. In der zweiten Säule geschieht dann die Feintrennung in Stickstoff und Sauerstoff. Die Flüchtigkeit des Argons liegt etwa zwischen derjenigen von Stickstoff und Sauerstoff. Es reichert sich deshalb in der Zwischenzone an, wo es entnommen und in einer speziellen Rektifikationskolonne gereinigt wird. Der Trennung der Komponenten schließen sich Verflüssigungs- und Verdichtungsschritte an. Derzeit werden ungefähr 90 % der gesamten Sauerstoffproduktion über das hier bilanzierte Niederdruckverfahren hergestellt (Sauerstoff 1996). Andere Verfahren wie PSA (pressure-swing adsorption) oder das Membranverfahren werden hier nicht betrachtet. Die Kennziffern in GEMIS stehen für die Produktion in Westeuropa in den 90er Jahren. In Deutschland wurden 1991 ca. 7,3 Mio. und 1992 ca. 6,7 Mio. Tonnen Sauerstoff produziert [berechnet aus den Volumenangaben in (Produktion 1992)]. Der weltweite Jahresverbrauch an Sauerstoff im Zeitraum 1990/91 belief sich auf ca. 21,2 Mio. t in Westeuropa, ca. 22,0 Mio. t in den USA und ca. 12,9 Mio. t in Japan (Sauerstoff 1996). Allokation: Bei dem Prozeß der Luftzerlegung fallen Stickstoff und Sauerstoff als Produkte an. Für die Herstellung von einer Tonne an Produkten (765 kg Stickstoff und 235 kg Sauerstoff) wird ein Input von 1014 kg atmosphärischer Luft benötigt. Der Prozeß liefert außerdem 13 kg Argon (dieses wird wegen seines geringen Massenanteils bei GEMIS nicht als Produkt gewertet) und ungefähr 0,5 kg CO2. Die den Prozeß der Luftzerlegung beschreibenden Gesamtdaten werden entsprechend dem Massenanteil der beiden Produkte N2 und O2 zu 3,264:1 aufgeteilt. Genese der Kennziffern Massenbilanz: Die Massenbilanz bei der Sauerstoffherstellung wurde unter der Annahme eines Wirkungsgrades von 100 % bei der Luftzerlegung berechnet. Entsprechend der Zusammensetzung der Luft (in Massenanteilen) wird für die Herstellung von 1 t O2 eine Menge von 4322 kg Luft benötigt. Dabei fällt als weiteres Produkt 3264 kg Stickstoff (außerdem 55 kg Argon) an (#1). Als nicht verwerteter Bestandteil der atmosphärischen Luft verbleiben 2,0 kg Kohlendioxid. Für GEMIS ergibt sich nach der Allokationsregel ein Wirkungsgrad von 98,66 % (Bedarf an Luft: 1014kg/t O2). Argon und Kohlendioxid werden nicht bilanziert. Energiebedarf: Nach #2 wird für die Luftzerlegung (Anlagenkapazität 10000 m3/h) eine Strommenge von 0,15 kWh/m3 gasförmigen N2 benötigt. Bei einer kleineren Anlagenkapazität (1500 m3/h) ergibt sich ein Wert von 0,30 kWh/m3. Für die Verflüssigung des gewonnenen Stickstoffs wird zusätzliche Energie benötigt. Es wird ein Wert von 0,5 bis 0,6 kWh/m3 N2 angegeben. Da für die Bilanzierung von Stickstoff und Sauerstoff eine Luftzerlegungsanlage betrachtet wird bei der gleichzeitig beide genannten Gase entstehen, werden die obigen Energiedaten für die Sauerstoffherstellung übernommen. Man erhält für die Luftzerlegung einen Wert von 0,4 GJ/t O2 und für die Verflüssigung 1,6 GJ/t O2 (vgl. Prozeßeinheit zur Stickstoffherstellung). Diese Werte zeigen eine gute Übereinstimmung mit den Daten aus #3, 2 MJ/kg O2, und #1, 1,75 MJ/kg O2 (Werte für Luftzerlegung und Verflüssigung). Bei (DOE 1985) wird nur die Luftzerlegung ohne Verflüssigung bilanziert. Es ergibt sich ein Bedarf an 687,2 btu elektrischer Energie für die Zerlegung von 4,322 lb atmosphärischer Luft. Umgerechnet auf die Herstellung von einer Tonne Sauerstoff ergibt sich nach der Allokation (siehe oben) ein Wert von 0,37 GJ/t O2. Die Quellen #2 und #1 geben im Unterschied zu (DOE 1985) keine Energiegesamtwerte für die Zerlegung des gesamten Luftinput, sondern bereits anteilige auf Stickstoff [bzw. #1 bilanziert für 1 kg O2] bezogene Werte an. Da die Angaben aus #2 am besten nachvollziehbar sind, werden diese für GEMIS verwendet. Prozeßbedingte Luftemissionen: Prozeßbedingte Luftemissionen bei der Luftzerlegung sind nicht bekannt. Da das beim Prozeß anfallende CO2 aus der eingesetzten Luft stammt, wird es nicht als Emission gewertet. Wasser: Der Wasserbedarf bei der Sauerstoffherstellung beschränkt sich auf die Verwendung von Kühlwasser. Quantitative Angaben hierüber liegen nicht vor. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Ressourcen gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2000 Lebensdauer: 20a Leistung: 1000000t/h Nutzungsgrad: 98,7% Produkt: Grundstoffe-Chemie
technologyComment of helium purification (GLO): The technology used for helium purification is pressure swing adsorption (PSA). imageUrlTagReplace2e5ede54-5d31-41ab-a79a-a528d9801b6c Scheme of Pressure-Swing Adsorbtion - PSA - (Ullmann's Encyclopedia)
Das Projekt "Teilvorhaben 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Prüf- und Forschungsinstitut Pirmasens e.V. durchgeführt. Ziel des Forschungsvorhaben ist die Entwicklung eines alternativen Verfahrens zur Reduktion des Methanschlupfes aus Gasaufbereitungsanlagen zur Biomethanproduktion. Bei verschiedenen gängigen Verfahren zur Aufbereitung von Biogas auf Erdgasqualität (PSA, DWW) ergibt sich das Problem eines erhöhten Methanschlupfes im Abgas von ca. 2 Prozent. Nach den Vorgaben des EEG ist der Methanschlupf jedoch auf einen Wert von maximal 0,5 Prozent zu begrenzen. Um diesen Grenzwert zu erreichen, ist derzeit eine technisch aufwendige und kostenintensive Nachbehandlung des Abgases in Form einer thermischen oder katalytischen Nachverbrennung notwendig. Im Rahmen des geplanten Projektes soll eine wirtschaftlichere Alternative auf der Grundlage einer biologischen Entmethanisierung des Abgases mit Hilfe methanotropher Bakterien entwickelt werden. Zunächst soll die Entmethanisierung von Abgasen im Labormaßstab mit verschiedenen methanotrophen Stämmen demonstriert und optimiert werden. Parallel hierzu werden Untersuchungen zur Gewinnung und Ausschleusung des Stoffwechselzwischenproduktes Ameisensäure durchgeführt. Die Ameisensäure ließe sich über Rückführung in den Biogasfermenter zur erneuten Biogasproduktion nutzten, da sie ein Substrat bestimmter methanogener Bakterien darstellt. Parallel hierzu ist die Entwicklung eines Pilotreaktors im Technikumsmaßstab vorgesehen mit dem eine Umsetzung in einen industriellen Maßstab unter technischen und wirtschaftlichen Aspekten simuliert werden kann.
Das Projekt "Teilvorhaben 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Mainz, Institut für Mikrobiologie und Weinforschung durchgeführt. Ziel des Forschungsvorhaben ist die Entwicklung eines alternativen Verfahrens zur Reduktion des Methanschlupfes aus Gasaufbereitungsanlagen zur Biomethanproduktion. Bei verschiedenen gängigen Verfahren zur Aufbereitung von Biogas auf Erdgasqualität (PSA, DWW) ergibt sich das Problem eines erhöhten Methanschlupfes im Abgas von ca. 2 Prozent. Nach den Vorgaben des EEG ist der Methanschlupf jedoch auf einen Wert von maximal 0,5 Prozent zu begrenzen. Um diesen Grenzwert zu erreichen, ist derzeit eine technisch aufwendige und kostenintensive Nachbehandlung des Abgases in Form einer thermischen oder katalytischen Nachverbrennung notwendig. Im Rahmen des geplanten Projektes soll eine wirtschaftlichere Alternative auf der Grundlage einer biologischen Entmethanisierung des Abgases mit Hilfe methanotropher Bakterien entwickelt werden. Zuerst soll die Entmethanisierung von Abgasen im Labormaßstab mit verschiedenen methanotrophen Stämmen demonstriert und optimiert werden. Parallel hierzu werden Untersuchungen zur Gewinnung und Ausschleusung des Stoffwechselzwischenproduktes Ameisensäure durchgeführt. Die Ameisensäure ließe sich über Rückführung in den Biogasfermenter zur erneuten Biogasproduktion nutzten, da sie ein Substrat bestimmter methanogener Bakterien darstellt. Parallel hierzu ist die Entwicklung eines Pilotreaktors im Technikumsmaßstab vorgesehen, mit dem eine Umsetzung in einen industriellen Maßstab unter technischen und wirtschaftlichen Aspekten simuliert werden kann.
Das Projekt "Teilprojekt: Einsatz von nicht-thermischen Plasma zur Gasreinigung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bochum, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik (EI), Lehrstuhl Allgemeine Elektrotechnik und Plasmatechnik (AEPT) durchgeführt. Im Projekt Carbon2Chem soll die nachhaltige Nutzung von Hüttenabgasen zur Synthese von Wertstoffen untersucht werden. Bevor das Hüttengas chemisch genutzt wird müssen allerdings Verunreinigungen wie Katalysatorgifte entfernt werden. Das Ziel des Teilprojektes L3 liegt in der Bereitstellung von Synthesegas in einer passende Qualität für die nachgeschalteten Prozesse, welche in den anderen Teilprojekten von Carbon2Chem näher untersucht werden. Das Ziel des Arbeitspaketes ist die Entwicklung eines plasma-katalytischen Prozesses zur Entfernung von Sauerstoffspuren aus Koksofengas. Hierzu wird ein mehrstufiger Ansatz verfolgt. Im Rahmen des Teilprojektes wird dabei die Aufbereitung des Gasstroms vor der Druckwechseladsorption untersucht. Neben Grundlagenuntersuchungen soll ein Konzept zur Skalierung des Plasma-DeOxo-Prozesses auf den Technikumsmaßstab erstellt werden.
Das Projekt "Halbtechnische Versuche zur Gewinnung von Erdgas H aus Klaergas mittels Entschwefelungs- und Druckwechseladsorptionstechnik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DMT-Gesellschaft für Forschung und Prüfung mbH durchgeführt. Auf einem Klaerwerk soll eine halbtechnische Versuchsanlage (Gasdurchsatz: ca 80 m3/h) betrieben werden, in der Klaergas mit einem Aktivkohleverfahren entschwefelt und durch Druckwechseladsorption an einem Kohlenstoff-Molekularsieb zu Erdgas H mit einem Wobbe-Index von Wo(ind=n)=46,1-56,5 mJ/m3 verarbeitet wird. Erfahrungen zur Methananreicherung mittels Druckwechseladsorption liegen aus dem BMFT-Projekt 02-WS 328 vor, in dem eine kleine Versuchsanlage mit einem Gasdurchsatz von 1 m3/h zur Gewinnung von Erdgas L (Wo(ind=n)=37,8-46,8 mJ/m3) aus Deponiegas erfolgreich betrieben worden war. Das hier entwickelte Verfahren soll nun im halbtechnischen Massstab zur Gewinnung von hoeherkalorigem Erdgas H aus Klaergas weiterentwickelt und erprobt werden. Zur Entschwefelung soll eine bereits vorhandene halbtechnische Versuchsanlage technisch ueberholt und an die neu zu bauende Druckwechselanlage angekoppelt werden. In Langzeitversuchen soll untersucht werden, ob Klaer- bzw Faulgase durch Druckwechseladsorption wirtschaftlich zu Erdgas H aufbereitet werden koennen. Letzter Stand der Arbeiten zum 31.12.19992: Das Vorhaben wurde planmaessig am 31.12.1992 abgeschlossen, der Endbericht liegt beim Zuschussgeber vor. In der Versuchsanlage wurden insgesamt 45.000 m3 Klaergas zu synthetischem Erdgas in H-Qualitaet aufbereitet. Das Erdgas-Austauschgas war vollstaendig entschwefelt und hatte einen Methangehalt von 96-99 Vol.-Prozent.