LU103060B1 - Modulares System zur Kohlendioxidabtrennung, -lagerung und -transport - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zementanlage, wobei die Zementanlage eine Kohlendioxidseparationsvorrrichtung 20 zur Abscheidung von Kohlendioxid aus dem Abgas aufweist, wobei die Zementanlage ein Kohlendioxidspeichersystem 30 aufweist, wobei die Kohlendioxidseparationsvorrrichtung 20 mit dem Kohlendioxidspeichersystem 30 zur Überführung des abgeschiedenen Kohlendioxids verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxidspeichersystem 30 modular aus einer Mehrzahl an transportfähigen Kohlendioxidbehältern 41, 42, 43 aufgebaut ist.
Description
thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221692P00LU thyssenkrupp AG 19.01.2023 LU103060 1/18
Modulares System zur Kohlendioxidabtrennung, -lagerung und -transport
Die Erfindung betrifft eine Zementanlage mit einer Kohlendioxidseparationsvorrrichtung zur Abtrennung von Kohlendioxid aus dem Abgas.
Um der menschgemachten Klimaerwärmung entgegenzuwirken, muss die Emission von
Kohlendioxid reduziert werden. Eine Möglichkeit ist es, Kohlendioxid aus dem Abgas abzutrennen, wofür es verschiedene Verfahren gibt. Eines der Verfahren ist ein
Calciumcarbonat-Kreislauf, auch Carbonate-Looping oder Calcium-Looping genannt.
Andere Verfahren verwenden Aminwäsche-Lösungen, wieder andere arbeiten kryotechnisch, wieder andere mit Membranen zur selektiven Trennung von Gasen.
Das Carbonate-Looping-Verfahren (CaL-Prozess) nutzt aus, dass Kohlendioxid an
Calciumoxid, Magnesiumoxid oder anderen Mineraloxiden, die aus der Calcinierung von
Carbonaten resultieren, angelagert werden kann. Dieses erfolgt in einem von dem zu reinigenden Abgas durchströmten Carbonator, beispielsweise bei etwa 650 °C. Dann wird das entstehende Calciumcarbonat (meist als Gemisch mit Calciumoxid) in einen
Calcinator überführt, wo bei beispielsweise 950 °C das Kohlendioxid wieder entfernt wird.
Die erforderliche Warmezufuhr für den Calcinationsprozess erfolgt beispielsweise und bevorzugt durch Zuführung von Brennstoff und reinem Sauerstoff. Alternativ kann auch eine indirekte Wärmezufuhr in den Calcinator erfolgen. Das so erzeugte Oxid, beispielsweise Calciumoxid, gegebenfalls mit Restanteilen Calciumcarbonat, wird in den
Carbonator zurückgeführt (und somit im Kreislauf geführt). Vorteil ist, dass der
Abgasstrom des Calcinators im Carbonate-Looping-Verfahren unter beispielsweise
Oxyfuel-Bedingungen oder bei indirekter Erwärmung praktisch reines Kohlendioxid erzeugt. Auf diese Weise kann das Kohlendioxid aus dem Abgasstrom der
Prozessanlage, welcher keine größeren Anteile von Stickstoff oder andere störende
Gaskompenenten enthält, mit einer hohen Konzentration vom Staub und Wasserdampf getrennt werden. Somit kann auf eine zusätzliche Reinigung oder Trennung verzichtet werden, die sich an den Carbonate-Looping-Prozess anschließen würde.
Das Carbonate-Looping-Verfahren ist bekannt. Das Verfahren ist dem Fachmann bekannt, wobei das Wissen des Fachmanns beispielsweise durch die folgenden thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221692P00LU thyssenkrupp AG 19.01.2023 LU103060 2/18
Dokumente dokumentiert ist: ITMI 20120383 A1, ITMI 20120382 A1,
US 2012 175136 A1, WO 2020 193410 A1, US 2009 169452 A1, EP 3594597 A1,
US 2018 028967 A1, US 2014 161696 A1, US 2009 101050 A1, WO 2006 113673 A2,
FR 2921059 A1, US 2018 320481 A1, US 2012 141354 A1, US 2013 164202 A1 und
WO 2013 024339 A1. Dieses stellt jedoch nur einen Ausschnitt des Standes der Technik dar.
Üblicherweise kann das mittels dem Carbonate-Looping-Prozess abgetrennte
Kohlendioxid nicht innerhalb des Zementwerks verbraucht oder umgesetzt werden. Auf der anderen Seite besteht aber der Bedarf, bestehende Anlagen entsprechend mit einer
CO»-Abscheidetechnik nachzurüsten, um den Anforderung einer nachhaltigen klimaneutralen Produktion gerecht zu werden. Somit besteht die Herausforderung, das unvermeidbar erzeugte Kohlendioxid, das insbesondere aus der Calcinierung des
Rohmaterials resultiert, zu lagern und abzutransportieren.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, Zwischen- oder End-Lagervorrichtungen für
Kohlendioxid bereitzustellen, welche eine Nachrüstbarkeit bestehender Zementwerke mit einer Kohlendioxidabtrennung und nachfolgender Speicherung ermöglicht.
Gelöst wird diese Aufgabe durch Zementanlage mit den in Anspruch 1 angegebenen
Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Die erfindungsgemäße Zementanlage weist eine Kohlendioxidseparationsvorrrichtung zur Abscheidung von Kohlendioxid aus dem Abgas auf. Hierbei scheidet die
Kohlendioxidseparationsvorrrichtung das Kohlendioxid üblicherweise nicht völlig ab, sondern entfernt den größten Anteil in einer wirtschaftlich und ökologisch sinnvollen
Weise. Die Kohlendioxidseparationsvorrrichtung weist üblicherweise eine Vorrichtung zur
Aufreinigung des abgetrennten Kohlendioxids auf oder kann aus dieser bestehen. Hierbei kann die erforderliche Reinheit sehr stark von der weiteren Verwendung des
Kohlendioxids abhängen. Daher ist die Vorrichtung zur Aufreinigung des abgetrennten
Kohlendioxids vorzugsweise in verschiedenen Betriebsmodi zur Erzielung unterschiedlicher Reinheiten von Kohlendioxid zu betreiben. Insbesondere wird hier thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221692P00LU thyssenkrupp AG 19.01.2023 LU103060 3/18 zwischen der Verwendung in Lebensmitteln (besonders rein), für technische Zwecke und zur Endlagerung (niedrigste Reinheitsanforderung) unterschieden. In jedem Fall ist es sinnvoll, eine Reinheit anzustreben, die die Verdichtung und Verflüssigung des abgetrennten CO, ermöglich. Die Zementanlage weist ein Kohlendioxidspeichersystem auf. Die Kohlendioxidseparationsvorrrichtung ist mit dem Kohlendioxidspeichersystem zur Überführung des abgeschiedenen Kohlendioxids verbunden. Erfindungsgemäß ist
Kohlendioxidspeichersystem modular aus einer Mehrzahl an transportfahigen
Kohlendioxidbehältern aufgebaut. Dieser Aufbau hat Vorteile gegenüber einer festen
Installation entsprechender Speicherkapazität. Zum einen ist es dadurch vergleichsweise einfach, die Anlage nachträglich zu installieren, insbesondere auch nicht direkt zusammenhängenden Raum effizient zu nutzen. Des Weiteren kann hierdurch auch flexibel auf sich ändernde Marktanforderungen reagiert werden, wenn beispielsweise
Kohlendioxid in unterschiedlichen Reinheiten hergestellt wird. Durch die Verwendung von transportfähigen Kohlendioxidbehältern ist eine schnelle und einfache Anpassung an die vom Markt geforderten Mengenverhältnisse möglich. Dadurch müssen im Gegensatz zu festen Speichervorrichtungen nicht unnötig große Speichervorrichtungen vorgehalten werden. Des Weiteren kann dadurch der Abtransport in einfacher und flexibler Weise erfolgen. Dem gegenüber steht eine im Vergleich höhere Investition in die transportfähigen Kohlendioxidbehälter, sowie ein Aufwand für das Be- und Entladen der transportfähigen Kohlendioxidbehälter für den Abtransport des Kohlendioxids.
Wesentlich ist, dass die transportfähigen Kohlendioxidbehälter durch die Verbindung jeweils temporär Bestandteil der Gesamtanlage werden. Durch den modularen Aufbau ist dennoch eine flexible Speicherkapazität möglich. Der Transport der Behälter kann den
Möglichkeiten der Logistik angepasst werden. Gleichzeitig ist ein besonders effizienter
Abtransport durch die Verwendung von transportfähigen Kohlendioxidbehältern möglich.
Aufwände für Umpumpen oder dabei entstehende Wärme, welche beispielsweise zu
Verdampfung führt, werden vermieden.
Durch das Zusammenschalten mehrerer transportfähiger Kohlendioxidbehälter ist eine
Kapazitätsanpassung in einfacher Weise an verschiedenen Orten möglich. Auf diese
Weise kann sowohl am Ort der Entstehung, während des Transports, am Ort des
Abnehmers flexible Kapazitäten geschaffen werden. Ebenso muss für den Transport thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221692P00LU thyssenkrupp AG 19.01.2023 LU103060 4/18 nicht auf eine speziell zu errichtende Infrastruktur, beispielsweise eine Pipeline, zurückgegriffen werden, sodass hier Ressourcen eingespart werden können. Dieses betrifft neben dem Speichervolumen auch den Kohlendioxidstrom. Dadurch kann auch auf die wechselnden Mengen bei schwankenden Produktionsbedingungen im
Zementwerk Rücksicht genommen werden, so dass die weiterverarbeitenden
Anlagenteile, zum Beispiel die CO,-Verflussigungsanlage, immer mit gleichen Mengen versorgt werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind alle transportfähigen
Kohlendioxidbehälter in gleicher Weise standardisiert.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung entsprechen die transportfähigen
Kohlendioxidbehälter der ISO 668. Hieraus ergeben sich eine große Anzahl an Vorteilen.
Zum einen sind diese standardisierten Container leicht verfügbar, gut stapelbar, einfach zu Verladen und sowohl auf der Straße, der Schiene als auch auf dem Wasser sehr gut zu transportieren. Durch die Standardisierung ergibt sich auch eine extrem hohe
Austauschbarkeit, sodass ein leichter Austausch erfolgen kann. Weiter sind diese
Container auch für den Transport von verschiedenen Reinheiten des Kohlendioxids bereist verfügbar. Auch ist je nach Marktanforderung schnell eine Verschiebung der
Lager- und Transportkapazitäten in Anpassung an den Marktbedarf möglich. Auch wird durch die für die Handhabung, insbesondere Transport- Verlade- und Entladevorgänge, vorhandenen Hilfsgeräte die Handhabung vereinfacht. Des Weiteren ermöglicht die einfache Verfügbarkeit am Markt den Aufbau, sodass eine schnelle Umsetzung im
Rahmen einer Modernisierung möglich ist. Hierbei wird im Sinne der ISO 668 auch jede analoge Einheit verstanden, beispielsweise ein 10-Fuß-Container oder ISO 668
Container mit zusätzlich angeordneten Kühlaggregat.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die transportfahigen
Kohlendioxidbehälter einzeln oder gruppenweise trennbar mit der
Kohlendioxidseparationsvorrrichtung verbindbar. Insbesondere die gruppenweise
Anordnung ermöglicht eine direkte Anpassung an die Produktionskapazität der
Kohlendioxidseparationsvorrrichtung. Die transportfähigen Kohlendioxidbehälter haben aufgrund der Größe und der Normierung üblicherweise eine deutlich begrenzten thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221692P00LU thyssenkrupp AG 19.01.2023 LU103060 5/18 maximale Befüllgeschwindigkeit, können also nur einen begrenzten Kohlendioxidstrom aufnehmen. Durch die Anordnung in Gruppen kann so der durch die
Kohlendioxidseparationsvorrrichtung erzeugte Kohlendioxidstrom aufgeteilt werden und so für jeden einzelnen transportfähigen Kohlendioxidbehälter die maximale
Befüllgeschwindigkeit unterschritten werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die transportfahigen
Kohlendioxidbehälter in Gruppen von 3 bis 10 transportfähigen Kohlendioxidbehältern zusammengefasst. Diese sind zusammen geschaltet, sodass sich der Zustrom des
Kohlendioxids aus der Kohlendioxidseparationsvorrrichtung auf die transportfähigen
Kohlendioxidbehälter verteilt. Zusätzlich können auch mehrere Gruppen von transportfähigen Kohlendioxidbehältern gleichzeitig mit der
Kohlendioxidseparationsvorrrichtung verbunden und gleichzeitig befüllt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Zementanlage einen ersten
Lagerbereich für gefüllte transportfähige Kohlendioxidbehältern auf. Weiter weist die
Zementanlage einen zweiten Lagerbereich für leere transportfähige
Kohlendioxidbehältern auf. Des Weiteren weist die Zementanlage einen Befüllbereich auf. Im Befüllbereich sind die transportfähigen Kohlendioxidbehälter mit der
Kohlendioxidseparationsvorrrichtung verbindbar. Durch diese räumliche Trennung und
Anordnung ist es insbesondere besonders einfach möglich, Räume in einer bestehenden
Zementanlage effizient zu nutzen. Insbesondere bei der Verwendung von ISO 668
Containern ermöglicht die gute Transportierbarkeit und die gute Verfügbarkeit von geeigneten Transportgeräten eine leichte, verteilte Anordnung. Des Weiteren können
Insbesondere der erste Lagerbereich und der zweite Lagerbereich auch eine gewisse
Entfernung aufweisen, sodass platzmäßige Erweiterung auch ohne direkte räumliche
Anbindung möglich sein kann.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Kohlendioxidspeichersystem einen Reinkohlendioxidbehälter als transportfähigen Kohlendioxidbehälter für einen ersten Reinheitsgrad Kohlendioxid und einen Behälter für technisches Kohlendioxid als transportfähigen Kohlendioxidbehälter für einen zweiten Reinheitsgrad auf. Je höher die
Reinheit ist, umso aufwändiger (und energieaufwändiger) ist die Reinigung. Daher wird thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221692P00LU thyssenkrupp AG 19.01.2023 LU103060 6/18 zwischen technischem Kohlendioxid (geringere Reinheit, ausreichend für die technische
Verwendung) und insbesondere Kohlendioxid für die Verwendung im
Lebensmittelbereich (besonders hohe Reinheitsanforderungen) unterschieden. Daher werden die Transportbehälter regelmäßig gekennzeichnet, um eine Verunreinigung von
Zuvor in dem gleichen Behälter transportiertes Material mit geringerer Reinheit zu vermeiden. Daher wird zwischen Behältern für technisches Kohlendioxid und Behältern für Kohlendioxid zur Verwendung im Lebensmittelbereich unterschieden und die Behälter weisen entsprechende Kennzeichnungen auf. Dennoch können die Behälter technisch theoretisch identisch sein, sie unterscheiden sich gegebenfalls nur in der Verwendung und der für die Verwendung angebrachte Kennzeichnung. Die üblicherweise höchste
Anforderung besteht für die anschließende Verwendung in der Lebensmittelindustrie, die gleichzeitig einen hohen Bedarf an Kohlendioxid (Kohlensäure) hat. Auf der anderen
Seite wird gerade die Einbringung von Kohlendioxid ins Erdreich zur Langzeitspeicherung diskutiert. Hier dient die Reinheitsanforderung der Eignung für eine Verflüssigung. Eine
Aufreinigung auf Lebensmittelqualität vor einer Endlagerung ist daher wirtschaftlich und
Ökologisch sinnlos. Die Verwendung unterschiedlicher transportfähiger
Kohlendioxidbehälter ermöglicht hier eine schnelle und variable Anpassung an die
Marktsituation, um Beispielsweise den Anteil an Kohlendioxid für die
Lebensmittelindustrie zu erhöhen oder zu senken und hierdurch eine rasche Anpassung an Marktpreise und Herstellungskosten zu erreichen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Zementanlage eine
Beladestation auf. Die Beladestation ist mit dem Kohlendioxidspeichersystem verbunden.
Neben dem Abtransport des Kohlendioxids mittels der transportfahigen
Kohlendioxidbehälter kann es zielführend sein, auch weitere Transportmittel zu beladen, beispielsweise, um den lokalen Bedarf, beispielsweise einer Brauerei, abdecken zu können. Hier kann dann insbesondere die Beladung in Transportvorrichtungen erfolgen, die nicht standardisiert sind, oder deren Standard nicht dem der transportfähigen
Kohlendioxidbehälter entspricht. Des Weiteren kann die Beladestation beispielsweise eine Beladestation zur Beladung eines Tankschiffes sein.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Kohlendioxidspeichersystem mit weiteren Bauteilen zur Klinkerherstellung der Zementanlage zur Überführung von thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221692P00LU thyssenkrupp AG 19.01.2023 LU103060 7/18
Kohlendioxid verbunden. Das Kohlendioxid kann somit beispielsweise teilweise wieder direkt in einer Produktionsanlage zur Herstellung von zementartigen Bindemitteln eingesetzt werden. Beispielsweise kann dieses in einer Reduktionsvorrichtung einer
Anlage zur Herstellung von tonartigen Zementersatzprodukten zwecks Farboptimierung eines beispielsweise Eisen enthaltenden Materials der Fall sein, wo neben reduzierenden
Verbindungen, beispielsweise Wasserstoff, Kohlenmonoxid und/oder
Kohlenwasserstoffen eben auch Kohlendioxid als Inertgas eingesetzt werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Zementanlage eine
Vorrichtung zur Aufarbeitung von Altbeton auf. Eine Vorrichtung zur Aufarbeitung von
Altbeton dient dazu, Beton in seine Bestandteile Kies, Sand und Zement zu zerlegen und daraus wieder einen verwertbaren Rohstoff herzustellen. Bisher wird Beton zumeist nur gebrochen und beispielsweise als Sandersatz verwendet. Zunehmend wird aber auch interessant ein echtes Recycling durchzuführen und im letzten Schritt das
Zementgestein, das aus dem Altbeton separiert wurde, wieder zu Carbonatisieren. Das daraus resultierende Produkt hat gute Bindeeigenschaften und verbessert die CO--
Bilanz. Das Kohlendioxidspeichersystem ist dafür mit der Vorrichtung zur Aufarbeitung von Altbeton zur Überführung von Kohlendioxid verbunden. Somit kann das Kohlendioxid genutzt werden, um aus Altbeton wieder ein bindefähiges Zementersatzprodukt zu erzeugen. Das so erzeugte Material wird bevorzugt dem herkömmlichen
Zementherstellungsprozess zugeführt, sodass im Endeffekt das Kohlendioxid partiell im
Kreislauf geführt wird.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Zementanlage. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: a) Verbinden eines ersten transportfähigen Kohlendioxidbehälters mit der
Kohlendioxidseparationsvorrrichtung, b) Befullen des ersten transportfähigen Kohlendioxidbehalters mit Kohlendioxid, c) Verbinden eines zweiten transportfähigen Kohlendioxidbehälters mit der
Kohlendioxidseparationsvorrrichtung, d) Trennen der Verbindung zwischen dem ersten = transportfähigen
Kohlendioxidbehälter mit der Kohlendioxidseparationsvorrrichtung.
thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221692P00LU thyssenkrupp AG 19.01.2023 LU103060 8/18
Ein wesentlicher Punkt bei einer derartigen modularen Bauweise des
Kohlendioxidspeichersystems ist es, dass gerade bei dem modularen Aufbau immer ein
Abfluss des Kohlendioxids aus der Kohlendioxidseparationsvorrrichtung sichergestellt ist.
Daher ist es zwingend notwendig, dass ein zweiter transportfähiger Kohlendioxidbehälter mit der Kohlendioxidseparationsvorrrichtung verbunden wird, damit der Abfluss des
Kohlendioxids gewährleistet ist. Hierdurch ist auch in einem kleinen, modularen
Kohlendioxidspeichersystem die Kontinuität der Kohlendioxidspeicherung gewährleistet.
Gleichzeitig ist dieses gegenüber einem großen zentralen Lagertank natürlich ein erhöhter Aufwand. Auf der anderen Seite kann auf standardisierte und somit leicht verfügbare und kostengünstiger in größerer Stückzahl hergestellter Komponenten zurückgegriffen werden, was wiederum zu Kostenvorteilen führt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der erste transportfähige
Kohlendioxidbehälter mit einem dritten transportfähigen Kohlendioxidbehälter verbunden, sodass in Schritt a) auch der dritte transportfähige Kohlendioxidbehälter verbunden wird, in Schritt b) auch der dritte transportfähige Kohlendioxidbehälter befüllt wird und in Schritt d) auch der dritte transportfähige Kohlendioxidbehälter getrennt wird.
Der erste transportfähige Kohlendioxidbehälter und der dritte transportfähige
Kohlendioxidbehälter sind somit einer gemeinsamen Gruppe zugeordnet. Auch wenn es sich um getrennte transportfähige Kohlendioxidbehälter handelt, so verhalten diese sich zusammengeschaltet quasi wie in einziger, größerer transportfähiger
Kohlendioxidbehälter. Der Vorteil ist der, dass somit die für benötigter Aufnahmekapazität an Kohlendioxid in einfacher Wiese die Transportfähigkeit, insbesondere auf Straße und
Schiene, gegeben bleibt. Gleichzeitig wird durch den Rückgriff auf verfügbare
Komponenten der Aufwand einschließlich der Prüf- und Genehmigungsverfahren reduziert.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren zum Betreiben einer Zementanlage die folgenden Schritte auf: e) Verbringen eines leeren ersten transportfähigen Kohlendioxidbehälters aus dem zweiten Lagerbereich in den Befüllbereich, f) Verbinden eines ersten transportfähigen Kohlendioxidbehälters mit der
Kohlendioxidseparationsvorrrichtung,
thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221692P00LU thyssenkrupp AG 19.01.2023 LU103060 9/18 g) Befullen des ersten transportfähigen Kohlendioxidbehälters mit Kohlendioxids, h) Trennen der Verbindung zwischen dem ersten transportfähigen
Kohlendioxidbehälter mit der Kohlendioxidseparationsvorrrichtung, )) Verbringen des vollen ersten transportfahigen Kohlendioxidbehalters aus dem
Befüllbereich in den ersten Lagerbereich.
Wie bereits ausgeführt, kann durch die entkoppelte Bereitstellung in einem zweiten
Lagerbereich und eine Zwischenlagerung vor Abtransport in einem ersten Lagerbereich kann eine gute Integration auch in eine bestehende und räumlich beengte Zementanlage erreicht werden. Insbesondere kann auch durch eine räumliche Trennung von
Befüllbereich zu dem ersten Lagerbereich und/oder dem zweiten Lagerbereich eine räumliche Erweiterung einer bestehenden Zementanlage ermöglicht werden.
Besonders bevorzugt ist diese Ausführungsform, wenn die transportfahigen
Kohlendioxidbehalter der ISO 668 entsprechen. In diesem Fall kann für Transport,
Lagerung und Logistik auf sehr bewährte Systeme zurückgegriffen werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen alle transportfahigen
Kohlendioxidbehälter gleiche Außenmaße und standardisierte Verbindungselemente auf.
Der erste Lagerbereich und der zweite Lagerbereich können auch überlappend ausgebildet sein. Wesentlich ist, dass die leeren transportfahigen Kohlendioxidbehalter sowie die vollen transportfahigen Kohlendioxidbehälter selektiv zu zuverlassig entnommen werden können. Dieses kann auch durch ein elektronisches Lagersystem in einem gemeinsamen (sich vollständig Uberlappenden) Stellbereich für die transportfahigen Kohlendioxidbehalter erfolgen.
Dieses Verfahren ist insbesondere mit den zuvor genannten Verfahrensschritten kombinierbar.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren zum Betreiben einer Zementanlage die folgenden Schritte auf:
thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221692P00LU thyssenkrupp AG 19.01.2023 LU103060 10/18 j) Verbinden eines Reinkohlendioxidbehälters mit der
Kohlendioxidseparationsvorrrichtung und Betreiben der
Kohlendioxidseparationsvorrrichtung von reinem Kohlendioxid, geeignet insbesondere für die Lebensmittelindustrie oder k) Verbinden eines Behälters für technisches Kohlendioxid mit der
Kohlendioxidseparationsvorrrichtung und Betreiben der
Kohlendioxidseparationsvorrrichtung von technischem Kohlendioxid.
Hierbei ist wesentlich, dass zu einem Zeitpunkt beispielsweise reines Kohlendioxid (insbesondere in Lebensmittelqualität, wird als derzeit höchster geforderter Reinheitsgrad mit wirtschaftlicher Bedeutung angesehen) und zu einem anderen Zeitpunkt Kohlendioxid mit einem geringeren Reinheitsgrad hergestellt und damit abgefüllt wird. Beispielsweise kann das technische Kohlendioxid eine Reinheit zwischen 98,5 bis 99,9 % aufweisen. Es sind, insbesondere für die Endverbringung in den Untergrund auch geringere Reinheiten denkbar, solange die Reinheit hinreichend ist für die Verflüssigung und Verdichtung.
Insbesondere werden die Schritte j) und k) in Abhängigkeit der verkaufbaren Mengen und der aktuell erzielbaren Preise (beziehungsweise Transport- und Deponierungskosten)
Insbesondere in Verbindung mit den für die Aufreinigung des Kohlendioxids verbundenen
Kosten ausgewählt. Bei beispielsweise hohen Energiekosten können die Kosten für die
Erhöhung der Reinheit die am Markt erzielbaren Kosten so weit übersteigen, dass eine
Deponierung mit geringerer Reinheit günstiger wird. Hierdurch wird der Schritt k) gegenüber dem Schritt j) bevorzugt. Bei sinkenden Energiepreisen oder steigender
Nachfrage und somit steigendem Preis für reines Kohlendioxid würde der zeitliche Anteil des Schrittes j) entsprechend erhöht.
Dieses Verfahren ist insbesondere mit den zuvor genannten Verfahrensschritten kombinierbar.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird bei dem Verfahren zum Betreiben einer Zementanlage Kohlendioxid aus der Kohlendioxidseparationsvorrrichtung und/oder dem Kohlendioxidspeichersystem zur Beladestation und in der Beladestation in ein thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221692P00LU thyssenkrupp AG 19.01.2023 LU103060 11/18
Fahrzeug gefördert. Neben dem Abtransport des Kohlendioxids mittels der transportfähigen Kohlendioxidbehälter kann es zielfuhrend sein, auch weitere
Transportmittel zu beladen, beispielsweise, um den lokalen Bedarf, beispielsweise einer
Brauerei, abdecken zu können. Hier kann dann insbesondere die Beladung in
Transportvorrichtungen erfolgen, die nicht standardisiert sind, oder deren Standard nicht dem der transportfähigen Kohlendioxidbehälter entspricht. Des Weiteren kann die
Beladestation beispielsweise eine Beladestation zur Beladung eines Tankschiffes oder die Einspeisestelle in eine Pipeline sein.
Dieses Verfahren ist insbesondere mit den zuvor genannten Verfahrensschritten kombinierbar.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden gefüllte transportfähige
Kohlendioxidbehälter auf Lastkraftwagen, Zug und/oder Schiff verladen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Kohlendioxid zur
Carbonatisierung von Altbeton genutzt. Eine Vorrichtung zur Aufarbeitung von Altbeton dient dazu, Beton in seine Bestandteile Kies, Sand und Zement zu zerlegen und daraus wieder einen verwertbaren Rohstoff herzustellen. Zunächst wird Zementgestein aus dem
Altbeton separiert und dann wird bei der Carbonatisierung ein echtes Recycling dieser
Komponente des Altbetons durchzuführen. Der Calcium-Anteil des Altbetons wird mittels
Carbonatisierung wieder reaktiv und kann damit wieder zu abbindbaren Klinker umgesetzt werden. Das Kohlendioxidspeichersystem ist dafür mit der Vorrichtung zur
Aufarbeitung von Altbeton zur Überführung von Kohlendioxid verbunden, sodass das
Kohlendioxid hier als Edukt verwendet wird. Somit kann das Kohlendioxid genutzt werden, um aus Altbeton wieder einen abbindbaren Klinker zu erzeugen. Das so erzeugte
Material wird bevorzugt dem herkömmlichen Klinkerprozess zugeführt, sodass im
Endeffekt das Kohlendioxid im Kreislauf geführt wird.
Nachfolgend ist die erfindungsgemäße Zementanlage anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Fig. 1 erster Zustand thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221692P00LU thyssenkrupp AG 19.01.2023 LU103060 12/18
Fig. 2 zweiter Zustand
In Fig. 1 ist eine beispielhafte Zementanlage stark schematisiert dargestellt. Die
Zementanlage weist einer Klinkerbrennvorrichtung 10 auf. Die Klinkerbrennvorrichtung besteht üblicherweise aus einem Vorwärmer (meist mehrstufig kaskadiert), einem
Calcinator, einem Ofen und einem Materialkühler. Hierbei entsteht Kohlendioxid zum einen aus der Verbrennung von Brennstoff, zu einem wesentlichen anderen Teil wird
Kohlendioxid beispielsweise aus Kalkstein während des Calcinier-prozesses zu
Calciumoxid freigesetzt. Das dort erzeugte Abgas wird einer 10 Kohlendioxidseparationsvorrrichtung 20 zugeführt. Diese ist beispielsweise entsprechend dem Carbonate-Looping-Verfahren ausgeführt. Alternativ kann die
Kohlendioxidseparationsvorrrichtung 20 auch eine Aminwäsche als
Kohlendioxidabsorber aufweisen, kryotechnisch ausgeführt sein oder nach dem
Membrantrennverfahren arbeiten. Das von der Kohlendioxidseparationsvorrrichtung 20 erzeugte Kohlendioxid wird dem Kohlendioxidspeichersystem 30 zugeführt.
Das Kohlendioxidspeichersystem 30 weist drei Bereiche auf, einen ersten Lagerbereich 51, einen zweiten Lagerbereich 52 und einen Befüllbereich 53. Das
Kohlendioxidspeichersystem 30 weist eine Vielzahl transportfähiger
Kohlendioxidbehälter 41, 42, 43 auf. Hierbei gibt es leere transportfähige
Kohlendioxidbehälter 41, halbvolle transportfähige Kohlendioxidbehälter 42 und volle transportfähige Kohlendioxidbehälter 43. Die transportfähigen Kohlendioxidbehälter 41, 42, 43 sind beispielswiese als 40-Fuß-Container nach ISO 668 ausgebildet. Der
Befüllbereich 53 weist drei Gruppen von transportfähigen Kohlendioxidbehältern 41, 42, 43 auf. Eine erste Gruppe links weist leere transportfähige Kohlendioxidbehälter 41 auf und ist auf Standby. Eine Gruppe in der Mitte weist halbvolle transportfähige
Kohlendioxidbehälter 42 auf und wird gerade befüllt. Die dritte Gruppe rechts weist volle transportfähige Kohlendioxidbehälter 43 auf. Diese können in den ersten Lagerbereich 51 transportiert und durch leere transportfähige Kohlendioxidbehälter41 aus dem zweiten
Lagerbereich 52 ersetzt werden. Die Gruppen weisen jeweils beispielhaft drei transportfähige Kohlendioxidbehälter 41, 42, 43 auf. Hierdurch verteilt sich der von der
Kohlendioxidseparationsvorrrichtung 20 kommende Strom. Die Gruppen sind mittels
Ventilen 61, 62 gemeinsam trennbar und verbindbar mit der thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221692P00LU thyssenkrupp AG 19.01.2023 LU103060 13/18
Kohlendioxidseparationsvorrrichtung 20 verbunden. Die äußeren Ventile 61 sind geschlossen, das mittlere Ventil 42 ist geöffnet.
Fig. 2 zeigt die gleiche Zementanlage in einem zweiten Zustand. Die drei vollen transportfahigen Kohlendioxidbehälter 43 aus der rechts dargestellten Gruppe sind in den ersten Lagerbereich 51 verbracht und durch drei leere transportfähige
Kohlendioxidbehälter 41 aus dem zweiten Lagerbereich 52 ersetzt worden. Die Befüllung der transportfähige Kohlendioxidbehälter 43 der mittleren Gruppe ist abgeschlossen, sodass diese nun voll sind. Entsprechend wird die bisher auf Standby gehaltene links dargestellte Gruppe nun befüllt, sodass dort halbvolle transportfähige
Kohlendioxidbehälter 42 sind. Entsprechend ist das linke Ventil 62 offen, das mittlere und das rechte Ventil 61 geschlossen.
Bezugszeichen 10 Klinkerbrennvorrichtung
Kohlendioxidseparationsvorrrichtung 30 Kohlendioxidspeichersystem 41 leerer transportfähiger Kohlendioxidbehälter 42 halbvoller transportfähiger Kohlendioxidbehälter 20 43 voller transportfähiger Kohlendioxidbehälter 51 erster Lagerbereich 52 zweiter Lagerbereich 53 Befüllbereich 61 geschlossenes Ventil 62 offenes Ventil
Claims (17)
1. Zementanlage, wobei die Zementanlage eine Kohlendioxidseparationsvorrrichtung (20) zur Abscheidung von Kohlendioxid aus dem Abgas aufweist, wobei die Zementanlage ein Kohlendioxidspeichersystem (30) aufweist, wobei die Kohlendioxidseparationsvorrrichtung (20) mit dem Kohlendioxidspeichersystem (30) zur Überführung des abgeschiedenen Kohlendioxids verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxidspeichersystem (30) modular aus einer Mehrzahl an transportfähigen Kohlendioxidbehältern (41, 42, 43) aufgebaut ist.
2. Zementanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die transportfähigen Kohlendioxidbehälter (41, 42, 43) der ISO 668 entsprechen.
3. Zementanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle transportfähigen Kohlendioxidbehälter (41, 42, 43) gleiche Außenmaße und standardisierte Verbindungselemente aufweisen.
4. Zementanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die transportfähigen Kohlendioxidbehälter (41, 42, 43) einzeln oder gruppenweise trennbar mit der Kohlendioxidseparationsvorrrichtung (20) verbindbar sind.
5. Zementanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die transportfähigen Kohlendioxidbehälter (41, 42, 43) in Gruppen von 3 bis 10 transportfähigen Kohlendioxidbehältern (41, 42, 43) zusammengefasst sind, welche zusammen geschaltet sind.
6. Zementanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zementanlage einen ersten Lagerbereich (51) für gefüllte transportfähige Kohlendioxidbehältern (43) aufweist, wobei die Zementanlage einen zweiten Lagerbereich (52) für leere transportfähige Kohlendioxidbehältern (41) aufweist, wobei die Zementanlage einen Befüllbereich (53) aufweist, wobei die transportfähigen Kohlendioxidbehälter (41, 42, 43) im thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221692P00LU thyssenkrupp AG 19.01.2023 LU103060 15/18 Befüllbereich (52) mit der Kohlendioxidseparationsvorrrichtung (20) verbindbar sind.
7. Zementanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxidspeichersystem (30) einen Reinkohlendioxidbehälter als transportfähigen Kohlendioxidbehälter (41, 42, 43) für einen ersten Reinheitsgrad Kohlendioxid und einen Behälter für technisches Kohlendioxid als transportfähigen Kohlendioxidbehälter (41, 42, 43) für einen zweiten Reinheitsgrad Kohlendioxid aufweist.
8. Zementanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zementanlage eine Beladestation aufweist, wobei die Beladestation mit dem Kohlendioxidspeichersystem (30) verbunden ist.
9. Zementanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxidspeichersystem (30) mit weiteren Bauteilen zur Klinkerherstellung der Zementanlage zur Überführung von Kohlendioxid verbunden ist.
10. Zementanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zementanlage eine Vorrichtung zur Aufarbeitung von Altbeton aufweist, wobei das Kohlendioxidspeichersystem (30) mit der Vorrichtung zur Aufarbeitung von Altbeton zur Überführung von Kohlendioxid verbunden ist.
11. Verfahren zum Betreiben einer Zementanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Verbinden eines ersten transportfähigen Kohlendioxidbehälters (41, 42, 43) mit der Kohlendioxidseparationsvorrrichtung (20), b) Befüllen des ersten transportfähigen Kohlendioxidbehälters (41, 42, 43) mit Kohlendioxids, c) Verbinden eines zweiten transportfähigen Kohlendioxidbehälters (41, 42, 43) mit der Kohlendioxidseparationsvorrrichtung (20),
thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221692P00LU thyssenkrupp AG 19.01.2023 LU103060 16/18 d) Trennen der Verbindung zwischen dem ersten transportfähigen Kohlendioxidbehälter (41, 42, 43) mit der Kohlendioxidseparationsvorrrichtung (20).
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste transportfähige Kohlendioxidbehälter (41, 42, 43) mit einem dritten transportfähigen Kohlendioxidbehälter (41, 42, 43) verbunden ist, sodass in Schritt a) auch der dritte transportfähige Kohlendioxidbehälter (41, 42, 43) verbunden wird, in Schritt b) auch der dritte transportfähige Kohlendioxidbehälter (41, 42, 43) befüllt wird und in Schritt d) auch der dritte transportfähige Kohlendioxidbehälter (41, 42, 43) getrennt wird.
13. Verfahren zum Betreiben einer Zementanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 7 bis 10 in Verbindung mit Anspruch 6, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: e) Verbringen eines leeren ersten transportfähigen Kohlendioxidbehälters (41) aus dem zweiten Lagerbereich (52) in den Befüllbereich (53), f) Verbinden eines ersten transportfähigen Kohlendioxidbehälters (41) mit der Kohlendioxidseparationsvorrrichtung (20), g) Befüllen des ersten transportfähigen Kohlendioxidbehälters (42) mit Kohlendioxids, h) Trennen der Verbindung zwischen dem ersten transportfähigen Kohlendioxidbehälter (43) mit der Kohlendioxidseparationsvorrrichtung (20), i) Verbringen des vollen ersten transportfähigen Kohlendioxidbehälters (43) aus dem Befüllbereich (53) in den ersten Lagerbereich (51).
14. Verfahren zum Betreiben einer Zementanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und 8 bis 10 in Verbindung mit Anspruch 7, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: j) Verbinden eines Reinkohlendioxidbehälters mit der Kohlendioxidseparationsvorrrichtung (20) und Betreiben der Kohlendioxidseparationsvorrrichtung (20) von reinem Kohlendioxid oder thyssenkrupp Industrial Solutions AG 221692P00LU thyssenkrupp AG 19.01.2023 LU103060 17/18 k) Verbinden eines Behälters für technisches Kohlendioxid mit der Kohlendioxidseparationsvorrrichtung (20) und Betreiben der Kohlendioxidseparationsvorrrichtung (20) von technischem Kohlendioxid.
15. Verfahren zum Betreiben einer Zementanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und 9 bis 10 in Verbindung mit Anspruch 8, wobei Kohlendioxid aus der Kohlendioxidseparationsvorrrichtung (20) und/oder dem Kohlendioxidspeichersystem (30) zur Beladestation und in der Beladestation in ein Fahrzeug gefördert wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass gefüllte transportfahige Kohlendioxidbehalter (41, 42, 43) auf Lastkraftwagen, Zug und/oder Schiff verladen werden.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16 in Verbindung mit Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid zur Carbonatisierung von Altbeton genutzt wird.
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