Die Abtrennung von klimaschädlichem CO2 aus Kraftwerksabgasen stellt nach aktuellem Stand der Technik eine der Optionen zur Reduktion von Treibhausgasemissionen dar. In den beiden vorangegangenen Projektphasen I und II der Kooperation von BASF, Linde und RWE Power wurde diese innovative CO2-Wäschetechnologie weiterentwickelt und erprobt. Das gesteckte Ziel eines geringen Wirkungsgradverlusts von kleiner als 10%-Punkten für die CO2-Abtrennung wurde dabei in mehr als 25.000 Betriebsstunden nachgewiesen. Im Folgeprojekt sind weitere Maßnahmen zur Emissionsreduzierung im Langzeitbetrieb und eine Erprobung dieser Technologie für Gasturbinenabgase vorgesehen. Des Weiteren sollen zwei weitere Waschmittel-Varianten unter gleichen Bedingungen mit dem Ziel einer weiteren Energie- und Emissionsoptimierung getestet werden. Bereits gewonnene Erkenntnisse hinsichtlich 'Reclaiming' (Aufarbeitung des Waschmittels) sollen in diesem Test erprobt werden. BASF wird RWE beim Betrieb der Pilotanlage unterstützen und die benötigten Waschmittel zur Verfügung stellen. Dabei werden versuchsbegleitende Analysen und Auswertungen durchgeführt sowie Simulationen zur Anpassung der Prozessparameter an neue Verfahrensbedingungen (z.B. Gasturbinenabgase, neue Waschmittel-Varianten, Maßnahmen zur Emissionsreduzierung). Begleitend wird BASF die Werksstoffuntersuchungen durchführen und durch die Bestimmung von Degradationsprodukten die Reclaiming-Tests unterstützen.
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 werd. Die ermittelten Kennzahlen sollen einen energetischen Vergleich mit dem Oxyfuel-Prozess und eine überschlägige Dimensionierung des CO2-Abtrennungsprozesses ermöglichen. Schlagwörter: Umweltfreundliche Zementherstellung; CO2-Abtrennung; Oxyfuel-Prozess; Post-Combustion Prozess; Modellierung; Integration des Gesamtprozesses
Die Projektpartner RWE, BASF und Linde haben in den 2 Vorprojekten wesentliche Fortschritte erzielt, um eine CO2-Abscheidetechnologie zu entwickeln, die wesentliche Vorteile bzgl. Wirtschaftlichkeit (Anlagenkosten, Betriebsmittelkosten) und Umweltschutz gegenüber dem Stand der Technik besitzt. Während der Bearbeitung des aktuellen Projektes wurde jedoch ersichtlich, dass weitere Optimierungen bzgl. Emissionen und Anlagen- und Betriebskosten notwendig sind und durch weitere Forschungsarbeiten erreichbar scheinen. Das Gesamtziel der Phase III ist entsprechend die weitere Erhöhung der Umweltfreundlichkeit dieser Klimaschutztechnologie und die Senkung der CO2-Vermeidungskosten von CCS durch Senkung der Investitions- und Betriebskosten der Abtrenntechnik. Linde unterstützt RWE bei der Planung und Durchführung der Modifikation der Pilotanlage zur Durchführung des Testabschnitts 'simuliertes Gasturbinenabgas'. Darüber hinaus werden weitere kleinere Anlagenmodifikationen seitens Linde geplant (Waschmittelkühler, Aerosolmesstechnik). Des Weiteren unterstützt Linde RWE bei der Versuchsplanung und Versuchsauswertung. Bei auftretenden Betriebsproblemen während der Versuchsdurchführung gibt Linde RWE den entsprechenden anlagentechnischen Support. Linde übernimmt zwei Messkampagnen zur Untersuchung der Emissionsbildung bei zwei neuen OASE blue-Varianten. Alle Ergebnisse fließen in die Überarbeitung der Großanlagenstudie ein.