Düsseldorf (rm). Das Verfahren reichert rückgeführtes Gichtgas mit reinem Sauerstoff an. Erste Ergebnisse einer Test-Installation haben die Erwartungen hinsichtlich deutlicher Energie-Einsparungen und entsprechend verbesserter Emissionen erfüllt.

Strengere rechtliche Vorgaben und zunehmende Vorbehalte der Anwohner beispielsweise gegenüber Geruchsemissionen stellen Betreiber von Schachtöfen vor Herausforderungen. Mit dem Inkrafttreten von Phase III des European Union Emission Trading System (EU ETS) im Jahr 2013 dürfte der diesbezügliche Innovationsdruck weiter zunehmen.

Für Düker in Karlstadt/Main war dies der Anlass, bei der Umrüstung seiner Kupolofenanlagen neue Wege zu gehen. Man wollte den Prozess durch die Anreicherung mit reinem Sauerstoff intensivieren und in Bezug auf die Gaswirtschaft entlasten. Als Anbieter technischer Gase stellt Linde in diesem Bereich Erfahrungen und Lösungen bereit. Beim angewandten Verfahren „High Efficiency Furnace (HEF)“ ist der Sauerstoff das Medium, um Gichtgas der Schmelzzone zuzuführen.

Die Grundlage dafür bildet die Sauerstofftechnik Highjet TDI von Linde, die seit ihrer Einführung im Jahr 1998 in rund 35 Heiß- und Kaltwind-Kupolöfen zum Einsatz kommt. Dabei wird reiner Sauerstoff über Lavaldüsen und eine spezielle Mischkammer eingebracht, um einen Teil des Primärwindes abzusaugen und als so genannten Injektorwind mit dem Sauerstoff über eine Lanze einzublasen. Dieser von der Primärwindmenge abgetrennte Anteil (Injektorwind) wird über den entstehenden Unterdruck geregelt angesaugt.

Mit der Einstellung des Injektorwindanteils über eine Regelklappe ergeben sich verschiedene Sauerstoffanreicherungen und entsprechend hohe Austrittsgeschwindigkeiten aus der TDI-Einrichtung in die Schmelzzone. Der verbleibende Restprimärwind gelangt mit deutlich geringerer Menge und Geschwindigkeit in den Bereich der Schmelzzone.

Auch der HEF-Test-Kupolofen, ein Heißwindofen mit einer Kapazität von ca. 10 t/h, wurde im ersten Projektschritt mit der speziellen Sauerstofftechnik ausgestattet – allerdings unter neuen Vorzeichen: Der Sauerstoff reichert hier nicht den Wind, sondern rückgeführtes Gichtgas an. Ein Teil des heißen Gichtgases wird aus der Untergicht abgesaugt und dann erneut in den Ofen eingedüst. Neben einer optimierten Ausnutzung der thermischen Energie wird so auch die technische Nachverbrennung verbessert. Rohstoffverbrauch und Abgase reduzieren sich.

Vor der Eindüsung in den Ofen wird das aus Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO2) und Stickstoff (N2) bestehende Gas in einer Mischkammer mit reinem Sauerstoff aus einer Tankversorgung angereichert. Das Gasgemisch gelangt dann über drei wassergekühlte Kupferdüsen direkt in das Koksbett. Diese sind deutlich kleiner ausgelegt als die bisherigen Winddüsen, weil sich durch den geringeren Stickstoff-Anteil die Gasvolumenströme insgesamt deutlich reduzieren. Durch regelmäßige Spülungen mit reinem Stickstoff und eine zusätzliche Sicherheitsfunktion sind Gichtgas und Sauerstoff vor der Mischung zuverlässig voneinander getrennt.

Versuchsreihen unter Produktionsbedingungen zeigten aufschlussreiche Ergebnisse. So belegen die Werte klare wirtschaftliche Einsparungspotenziale sowie verbesserte Emissionswerte für das HEF-Verfahren:

  • Reduzierter Koksbedarf: Bereits in der ersten Stufe der Verfahrensentwicklung konnte eine Koksersparnis von über 25 % nachgewiesen werden (<8 Prozent Satzkoks).
  • Rinneneisentemperaturen: Die Temperaturen des Eisens stiegen um bis zu 25 °C an.
  • Reduzierte Windmengen: Die eingesetzten Windmengen wurden von ursprünglich rund 5.000 m³/h um über 50 % reduziert. In der zweiten Projekt-Stufe sollen hier bis zu 70 % möglich sein.
  • CO-Gehalt im Rohgas: Der CO-Gehalt im Rohgas vor der Brennkammer stieg trotz der Koksreduzierung deutlich an (von etwa 14 bis 18 auf ungefähr 25 bis 35 %). Im nachgeschalteten Wärmerückgewinnungssystem (Reku) ist damit kein Fremdenergieeinsatz notwendig. Die Feuerraumtemperaturen können so stabil hoch gehalten werden.
  • Heißwindtemperatur: Durch die bessere Energieausnutzung ist auch die Temperatur des Heißwindes höher.
  • Umweltauflagen: Die aktuell im Bundesimmissionsschutzgesetz (BImSch) vorgeschriebenen Grenzwerte werden erfüllt. Die CO-Werte (hinter dem Reku) liegen deutlich unter 150 mg/m³.
  • Reduzierung des CO2-Footprint: Reduzierter Energieverbrauch bedeutet auch weniger Treibhausgase. Mit einem bis zu 30 % verringerten CO2-Ausstoß trägt das HEF-Verfahren zur Reduzierung der CO2-Bilanz (Footprint) eines Unternehmens bei.