Steine-ErdenCaO-GGR-Ofen-DE-2030

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1 Steine-ErdenCaO-GGR-Ofen-DE Allgemeine Informationen 1.1 Beschreibung 1.2 Referenzen 1.3 Projektspezifika 1.4 Weitere Metadaten 1.5 Technische Kennwerte 2. Inputs/Outputs 3. Umweltaspekte 3.1 Ressourcen 3.2 Luftemissionen 3.3 Gewässereinleitungen 3.4 Abfälle Seite 1

2 1. Allgemeine Informationen 1.1 Beschreibung Brennen von Kalk (Schachtöfen); unter dem Prozess des Kalkbrennens versteht man die Zersetzungsreaktion des Kalksteins durch die Zufuhr thermischer Energie: CaCO3 -{GREATERTHAN} CaO + CO2. In der Technik wird die Dissoziation bei C durchgeführt. Das Brennen des Kalks kann in verschiedenen Öfen erfolgen. Dabei gibt es vier Haupttypen, deren Anteile nach einer Umfrage des Bundesverbandes der deutschen Kalkindustrie folgendermaßen anzunehmen sind: Tab.: Ungefährer Anteil einzelner Ofentypen zur Branntkalkherstellung (nach #2). Ofentyp Mengenanteil in % Schachtofen 30 Ringschachtofen 30 Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativofen (GGR-Ofen) 25 Drehrohrofen 15 Prozess-Situierung Die in dieser Bilanz genutzten Daten beziehen sich auf den Brennprozess in einem Gleichstrom-Gegenstrom-Regenerativ-Ofen (GGR-Ofen) einer Modifikation des Schachtofens (nach #1). Er wird als moderner Vertreter für alle Schachtofentypen (85 % Mengenanteil) bilanziert. Die Schachtofentypen unterscheiden sich im Energiebedarf zur Herstellung einer Tonne Branntkalks. Dabei liegt der Energiebedarf für die verschiedenen Schachtofentypen ca. zwischen 3500 und 4100 MJ/t Branntkalk (Ullmann 1990). Die hauptsächlich in der vorliegenden Untersuchung verwendeten Daten (#1 + #3) beziehen sich auf Deutschland um Massenbilanz: Pro Tonne stückigen Branntkalks müssen nach #1 rund 1755 kg Ofenstein in den Brennprozess eingebracht werden. Weitere Hilfs- oder Betriebsstoffe werden nicht bilanziert. Der hohe Massenverlust kommt dadurch zustande, daß gemäß der oberen Reaktionsgleichung ein Teil des Kalksteins als CO2 den Prozeß über den Gaspfad verläßt (s.o.). Energiebedarf: Für das Brennen einer Tonne Kalks im bilanzierten GGR-Ofen werden nach #1 rund 3645 MJ/t benötigt. Als Brennstoff wird Erdgas verwendet. Neben dem Brennstoffbedarf besteht nach #1 für den Betrieb des Ofens noch ein Strombedarf von ca. 80 MJ/t Branntkalk. Prozessbedingte Luftemissionen: Als prozessbedingte Luftemissionen sind im Prozess des Kalkbrennens die CO2-Emissionen zu bilanzieren, die bei der sog. Entsäuerung des Kalks auftreten. Die Ofensteinmasse enthält 767 kg gebundenes Kohlendioxid von denen während des Brennprozesses 755 kg/t Branntkalk freigesetzt werden (#1). Die Differenz verbleibt gebunden im Branntkalk. Der Wert aus #1 stimmt exakt mit dem Wert überein, den #3 als materialbedingte Prozessemissionen angibt. #3 gibt weiterhin einen Wert für Staub an, den es mit 0,17 kg/t Branntkalk quantifiziert. Auch dieser Wert wird in GEMIS bernommen. Die brennstoffbedingten Prozessemissionen lassen sich nicht einfach über eine Verbrennungsrechnung zur Bereitstellung einer bestimmten Prozesswärme berechnen. Vielmehr sind die spezifischen Bedingungen der Verbrennung bei der Branntkalkherstellung zu berücksichtigen. #3 gibt für verschiedene Brennstoffe Emissionskennziffern an. Diese sind für Erdgas in der folgenden Tabelle wiedergegeben: Tab.: Brennstoffbedingte Prozessemissionen bei der Branntkalkherstellung in erdgasbefeuerten Schachtöfen (nach #3). Schadstoff Emissionen in kg/tj Emissionen in kg/t Branntkalk CO ,12 CO ,87 CH4 2,5 0,009 NMVOC 2,5 0,009 NOx 62 0,226 N2O 1,5 0,005 SO2 0,1 0,001 Staub 0 0 Die SO2-Emissionen sind auch deshalb so gering, da ein Teil des Schwefeldioxids aus dem Brennstoff in den kälteren Zonen des Kalzinierungsraumes im Branntkalk gebunden wird. Gerade in den Schachtöfen wird dadurch der größte Teil des Schwefels zurückgehalten. Einige Anwendungen, wie die Seite 2

3 Stahlherstellung erfordern jedoch einen geringen Schwefelgehalts des Kalks. Diese können in Drehrohröfen erreicht werden, da hier die Kalzinierungszone anders beschaffen ist (Ullmann 1990). Die gesamten Emissionsfaktoren ergeben sich durch Addition der materialbedingten und brenstoffbedingten Emissionsfaktoren. Wasserinanspruchnahme: Direkt im Prozess des Kalkbrennens wird kein Wasser in Anspruch genommen. Abwasserinhaltsstoffe: In Prozess wird kein belastetes Abwasser bilanziert. Reststoffe: Es fallen keine Reststoffe an, die nicht wieder innerhalb der Systemgrenzen verwertet werden können. 1.2 Referenzen #1 Scholz, R. et al 1994: Umweltgesichtspunkte bei der Herstellung und Anwendung von Kalkprodukten - Teil 1, in: ZKG International 06/95, 84. Jhg., S #2 BdK (Bundesverband der deutschen Kalkindustrie e.v.) 1995: Persönliche Mitteilung über den Einsatz verschiedener Ofentypen beim Kalkbrennen vom #3 UBA (Umweltbundesamt) 1996: Persönliche Mitteilung des Umweltbundesamtes über Brennstoffeinsatz und Emissionsfaktoren in spezifischen Prozeßfeuerungen Alte Bundesländer - vom 02. Mai 1996 # Projektspezifika gemis 1.4 Weitere Metadaten Quelle Projekte Bearbeitet durch Datensatzprüfung Ortsbezug Zeitbezug 2030 Öko-Institut Öko-Institut Review begonnen Deutschland 1.5 Technische Kennwerte Auslastung Brenn-/Einsatzstoff 5000 h/a Rohstoffe gesicherte Leistung 100 % Jahr 2030 Lebensdauer Leistung 20 a 1 t/h Nutzungsgrad 57 % Produkt Funktionelle Einheit Baustoffe 1 kg Branntkalk (CaO) Seite 3

4 1.3 Technische Kennwerte (Fortsetzung) Seite 4

5 2. Inputs/Outputs Inputs - Aufwendungen für den Prozess Produkt aus Vorprozess Menge Einheit Elektrizität Netz-el-DE-Verteilung-NS E-9 TJ Kalkstein (CaCO3) Xtra-AbbauKalkstein-DE ,76 kg Prozesswärme Wärme-Prozess-CaO-Erdgas-DE-2030 (Endenergie) 3,65E-6 TJ Outputs Input Menge Einheit Branntkalk (CaO) 1 kg Seite 5

6 3. Umweltaspekte 3.1 Ressourcen Ressource Menge Einheit Atomkraft 4,85E-9 TJ Biomasse-Anbau 1,98E-6 kg Biomasse-Anbau 7,82E-9 TJ Biomasse-Reststoffe 780E-9 kg Biomasse-Reststoffe 28,3E-9 TJ Braunkohle 18,2E-9 TJ Eisen-Schrott 0, kg Erdgas 4,15E-6 TJ Erdgas 3,66E-6 kg Erdöl 8,44E-6 kg Erdöl 181E-9 TJ Erze 0,00113 kg Geothermie 1,37E-9 TJ Luft 70,9E-6 kg Mineralien 1,76 kg Müll 8,3E-9 TJ NE-Schrott 1,72E-6 kg Sekundärrohstoffe 2,32E-6 kg Sekundärrohstoffe 3,03E-9 TJ Sonne 14,9E-9 TJ Steinkohle 42,4E-9 TJ Wasser 1,98 kg Wasserkraft 7,59E-9 TJ Wind 38E-9 TJ Ressourcen (Aggregierte Werte) Ressource Menge Einheit KEA-andere 11,3E-9 TJ KEA-erneuerbar 98E-9 TJ KEA-nichterneuerbar 4,4E-6 TJ KEV-andere 11,3E-9 TJ KEV-erneuerbar 98E-9 TJ KEV-nichterneuerbar 4,4E-6 TJ Seite 6

7 3.2 Luftemissionen As (Luft) 185E-12 kg Cd (Luft) 338E-12 kg CH4 0 0, kg CO 0 0,022 kg CO2 0,755 0,999 kg Cr (Luft) 580E-12 kg H2S 0 4,97E-9 kg HCl 0 141E-9 kg HF 0 14,8E-9 kg HFC kg HFC kg HFC-134a 0 0 kg HFC kg HFC-143a 0 0 kg HFC-152a 0 0 kg HFC kg HFC kg HFC kg HFC kg HFC kg HFC-43-10mee 0 0 kg Hg (Luft) 212E-12 kg N2O 0 7,62E-6 kg NH E-9 kg Ni (Luft) 4,76E-9 kg NMVOC 0 23,6E-6 kg NOx 0 0, kg PAH (Luft) 372E-15 kg Pb (Luft) 3,4E-9 kg PCDD/F (Luft) 4,3E-15 kg Perfluoraethan 0 332E-12 kg Perfluorbutan 0 0 kg Perfluorcyclobutan 0 0 kg Perfluorhexan 0 0 kg Perfluormethan 0 2,6E-9 kg Perfluorpentan 0 0 kg Perfluorpropan 0 0 kg Seite 7

8 3.2 Luftemissionen (Fortsetzung) SF6 0 0 kg SO2 0 11E-6 kg Staub 0, , kg Luftemissionen (Aggregierte Werte) CO2-Äquivalent 0,755 1,01 kg SO2-Äquivalent 0 0, kg TOPP-Äquivalent 0 0,00305 kg 3.3 Gewässereinleitungen anorg. Salze 0 16,1E-6 kg AOX 0 47E-12 kg As (Abwasser) 5,44E-15 kg BSB E-9 kg Cd (Abwasser) 13,3E-15 kg Cr (Abwasser) 13,1E-15 kg CSB 0 35,2E-6 kg Hg (Abwasser) 6,64E-15 kg Müll-atomar (hochaktiv) 2,19E-9 kg N 0 30,5E-9 kg P 0 739E-12 kg Pb (Abwasser) 86,6E-15 kg 3.4 Abfälle Abraum 0 0,361 kg Asche 0 0, kg Klärschlamm 0 2,59E-6 kg Produktionsabfall 0 0, kg REA-Reststoff 0 89E-6 kg Seite 8