Steinmüller Engineering GmbH
Fabrikstr. 5
51643 Gummersbach
Das Hauptziel des Vorhabens bestand in der Reduktion der Quecksilberemissionen bei der Herstellung von Zement durch Abscheidung eines Teils des durch Rohstoffe und Brennstoffe eingetragenen Quecksilbers, welches am Rohmehl-Filterstaub adsorptiv anhaftet. Insbesondere sollte dadurch erreicht werden, dass künftig keine Verschleppung von Quecksilber in das Produkt „Zement“ weiter stattfindet, sondern das gereinigte Rohmehl wieder in den Produktionsprozess zurückgeführt werden kann. Die Abtrennung sollte dabei durch thermische Behandlung in einem „Drehherdofen“ im Pilotmaßstab (Technikumsmassstab) erfolgen.
Nachdem kein Ofenhersteller für die Durchführung der geplanten Versuche im Technikumsmassstab gefunden werden konnte, wurde das Projekt umstrukturiert ein Drehherdofen aus eigenem Engineering geplant, gebaut und in Betrieb genommen.
Die einzelnen Arbeitsschritte wurden nach Inbetriebsetzung und Probebetrieb des Ofens wie folgt ausgeführt:
1. Probenbeschaffung aus einem westdeutschen Zementwerk; Feststellung der Quecksilbergehalte im Rohmehl
2. Behandlung von diversen Rohmehlproben im Drehherdofen in Untersuchungsreihen, wobei ins-besondere die Prozessparameter „Prozesstemperatur“ und „Verweilzeit“ und deren Abhängigkeit voneinander verfolgt wurden. Ziel war es, herauszufinden, bei welchen Betriebsparametern welche Quecksilber-Abscheidegrade erreicht werden können.
3. Auswertung der Ergebnisse: Durch Messungen der Quecksilbergehalte während und nach den Versuchen im Rohmehl und im Abgas konnten die Bilanzen für den Verbleib des Quecksilbers während und nach dem Versuch bestimmt werden. Daraus kann abgeleitet werden, mit welchen Prozessparametern den betrieblichen Erfordernissen eines einzelnen Zementwerkes Rechnung getra-gen werden kann, da die Vorbelastung in den einzelnen Fällen wegen unterschiedlicher Roh- und Brennstoffe immer unterschiedlich ist. Des Weiteren konnten erste Erkenntnisse über den Verbrauch an Ressourcen (Energie etc.) gewonnen werden.
4. Concept Design: Auf der Basis der durchgeführten Untersuchungen konnte schließlich ein Concept Design für eine Gesamtanlage entwickelt werden sowie die Investitions- und Betriebskosten grob abgeschätzt werden.
1. Ökologische Bewertung
1.1 Abscheidung von Quecksilber
Wie bereits in Labor-Vorversuchen gefunden, ist die Austreibungsrate bei dem Filterstaub zwischen ca. 200 ° C und 300 ° C am höchsten. Allerdings darf dieses Ergebnis wie auch alle anderen unter anderen Bedingungen erzielten Ergebnisse nicht verallgemeinert werden, da die unterschiedlichen Quecksilberphasen in den jeweiligen Filterstäuben nicht immer in demselben quantitativen Anteil vorhanden sind und gleichzeitig unterschiedliches Verhalten mit steigender Temperatur aufweisen (Tabelle 5). Die Art und Menge der einzelnen Quecksilbermodifikationen hängen vor allem ab von der jeweiligen Lagerstätte des Zementwerkes, aber auch von den jeweils eingesetzten Brennstoffen.
1.2 Ressourcen- und Energieeffizienz
Am Einzelbeispiel für ein Zementwerk mit einer Zementklinkerproduktion von ca. 150 t/h und einer Jahresbetriebszeit von ca. 7300 h werden ca. 3 t/h Rohmehl ausgeschleust, um den Quecksilberhaushalt im Prozess so stabil zu halten, dass die Emissionsgrenzwerte eingehalten werden können. Dies ergibt an diesem Beispiel eine Einsparung an Rohmehl (aus dem Tagebau) von ca. 36.000 t. Zu beachten ist, dass die Bilanz für jedes Zementwerk individuell verschieden ausfällt.
Für dasselbe Beispiel gilt eine CO2 – Einsparung von ca. 500 t.
2. Ökonomische Bewertung
Was in dieser Betrachtungsweise an finanzieller Einsparung nicht abgeschätzt werden kann, jedoch von unschätzbarer Bedeutung ist, sind die eingesparten Kosten durch Vermeidung von Gesundheitsschäden an Mensch und Tier, wobei nicht nur ärztliche Behandlungskosten, sondern auch der Kostenfaktor durch verlorene Arbeitstage und weiterer sekundärer Folgeerscheinungen zu berücksichtigen ist.
2.1 Verbrauchswerte und Investitionskosten
Von der im Projektverlauf betriebenen Reinigungsanlage wurde hochskaliert auf eine Werksgröße wie eingangs dieses Kapitels beschrieben. Dabei wird eine mittlere Jahresbetriebsdauer von 7.300 Stunden angenommen, dies ergibt eine Jahresklinkerproduktion von rund 700.000 Tonnen Zementklinker. Daraus ergeben sich folgende geschätzten Betriebszahlen:
Tabelle 1: Spezifische Verbrauchswerte zur Behandlung von Filterstaub (Rohmehl)
Position Verbrauch Dimension Wert
Spez. Energiebedarf el. kWh/t Klinker < 1
Therm. Energiebedarf Hg-Behandlung kWh/t Klinker < 28
Bromierte Aktivkohle g/t Klinker < 3
Die Abschätzung der Betriebskosten zeigt, dass das vorgestellte Verfahren im Vergleich zu bereits eingesetzten Verfahren bezüglich der Investitionskosten deutlich günstiger abschneidet, da es zum einen auf den Einsatz eines sehr kostenintensiven Heißgasfilters verzichten kann und weil die Anlage nicht in den Bestand eines laufenden Zementwerkes integriert werden muss, sondern separat und in beliebiger Höhe installiert werden kann.
Für das bereits vorgenannte Beispiel ist in Tabelle 2 ein Vergleich der unterschiedlichen Verfahren dargestellt:
Tabelle 2: Investitionskosten des SE-Verfahrens im Vergleich
SE Lieferumfang Euro Alternatives Verfahren Lieferumfang
Drehherdofen 4 m Ø 500.000 nicht im System erforderlich
Staubtransport Zuführung/Rückführung
80 m plus Dosierung 250.000 Becherwerk + Dosierung, 80 – 120 m
Isolierung gesamt 40.000
nicht erforderlich Split Preheater
Elektrik 20.000
MSR 200.000
nicht erforderlich Hot Gas Filter, Keramik; Abtrennung Staub bei hoher Temperatur
Stahlbau 12 t 50.000
Fundament 40.000
Saugzug 15.000
Zwischensilo/Hopper 50.000
Reingaskanal bis Rückführpunkt 15.000
Gaskühlung 20.000 Water Cooling System, Additive Dosierung
Kohlefilter 15.000 Bag Filter
Behälter, diverse 40.000 ---
Montage 20 % 289.000 Montage
Summe 1.544.000
Summe Prozent ca. 50 ̀100
3. Genehmigungsrechtliche Aspekte
Die genehmigungsrechtlichen Randbedingungen wurden in dieser Phase noch nicht bis ins Detail untersucht, nachdem klar geworden war, dass das Projektziel durch eine notwendige Eigenfertigung des Drehherdofens neu auszurichten war.
Folgendes lässt sich jedoch bereits aktuell feststellen:
Durch das neue Verfahren wird im Zementwerk selbst keine neue Emissionsquelle erzeugt, da das behandelte Rauchgas nach Durchlauf durch das Aktivkohlefilter direkt in den Klinkerproduktionsprozess an geeigneter Stelle zurückgeführt wird. Es liegt also ein geschlossener Kreislauf vor.
Damit kann eine, wie beschriebene Anlage in der Form einer „wesentlichen Änderung“ genehmigungsrechtlich behandelt werden. Eine UVP ist nicht erforderlich.
Das Projekt wurde bisher nicht der Öffentlichkeit vorgestellt bzw. öffentlich bekannt gemacht, da aufgrund des Gesamtergebnisses zunächst noch weitere Technikumsversuche stattfinden müssen sowie der Drehherdofen selbst betriebstechnisch zu überarbeiten ist.
Das Gesamtergebnis des durchgeführten Projektes ist insgesamt so positiv einzustufen, dass die Entwick-lung des Verfahrens weiter fortgeführt werden soll. Allerdings sind durch die eingetretenen unvorhersehbaren Ereignisse und die damit verbundene Neuausrichtung des Projektes zunächst weitere Untersuchungen durchzuführen, um die technische Reife für dieses Verfahren zu erreichen.
Die Drehherdofenanlage ist im nächsten Schritt hinsichtlich der Konstruktion in einigen Bereichen noch einmal zu überarbeiten und zu testen.
Eine weitere Versuchskampagne ist im Technikumsmassstab im Hinblick auf die Prozessparameter „Behandlungstemperatur“ und „Verweilzeit“ durchzuführen, um bisher nicht getestete Bereiche an Temperatu-ren aufzunehmen und damit die Flexibilität für eine spätere Auslegung zu erhöhen. Gleichzeitig soll versucht werden, Rohmehlqualitäten aus diversen Zementwerken zu testen.