Die hohen Kosten der Kohlenstoffabscheidung, bedingt durch den hohen Energiebedarf, stellen eine Herausforderung für die breite Einführung in der Zementindustrie dar. Dieser Artikel erklärt, wie fortschrittliche Automatisierung die Energieeffizienz der Kohlenstoffabscheidung verbessern und ihre Umsetzbarkeit in der Zementproduktion erhöhen kann.
Die Zementindustrie ist für etwa 8 % der globalen CO2-Emissionen verantwortlich. Daher ist es wichtig, den CO2-Fußabdruck dieses schwer zu reduzierenden Sektors durch die Implementierung von Kohlenstoffabscheidungs- und Speichertechnologien (CCS) im kommerziellen Maßstab zu verringern. Allerdings müssen mehrere zentrale Herausforderungen gemeistert werden, um bedeutende Veränderungen zu erzielen. Dazu gehört u. a. die Senkung der Betriebskosten und die Steigerung der Effizienz des energieintensiven Kohlenstoffabscheidungsprozesses.
In einem Artikel der International Cement Review, „Automation Technology for Lower Carbon Capture Costs“, zeigen wir, dass laut der Internationalen Energieagentur die meisten Kohlenstoffabscheidungsprozesse heutzutage zwischen 10 % und 40 % der für den gesamten Produktionsprozess erzeugten Energie verbrauchen. Dieses Verhältnis wird als Energieverlust bezeichnet und bestimmt die Effizienz eines Kohlenstoffabscheidungssystems. Wie der Artikel erklärt, ist es wichtig, dass die Zementindustrie:
… energietechnisch effizientere Abscheidungstechnologien entwickelt und erneuerbare Quellen zur Stromversorgung der Abscheidungssysteme nutzt. Effizienzsteigerungen beginnen mit Konstruktionsüberlegungen, bei denen Ingenieure strategisch Materialien, Betriebsbedingungen, Prozesskonfigurationen und Ausrüstungen auswählen, um die Kostenintegrität sicherzustellen, die Projektumsetzbarkeit zu gewährleisten und den Return on Investment zu maximieren. Fehler oder inadäquate Ausrüstungswahl in dieser Phase können zu Ineffizienzen und dauerhaften Energieverlusten führen.
Fortschrittliche Software spielt eine zentrale Rolle bei der Bewertung der wirtschaftlichen Umsetzbarkeit vorgeschlagener Kohlenstoffabscheidungsprozesse, lange bevor sie implementiert werden. Diese Tools ermöglichen es Ingenieuren, komplexe chemische und thermodynamische Systeme genau zu modellieren, Ineffizienzen zu identifizieren, Energieanforderungen zu schätzen, Risiken zu bewerten und Probleme proaktiv anzugehen. Durch die Anpassung von Variablen wie Lösungsmitteltyp, Konzentration, Temperatur, Druck und Fließbedingungen können die Energieanforderungen erheblich reduziert und der Energieverlust verringert werden.
Der Artikel erklärt, wie Digital-Twin-Technologie Ingenieuren ermöglicht, das Design und den Betrieb von Kohlenstoffabscheidungssystemen weiter zu optimieren, indem analytische Computermodelle genutzt werden, um die Energieeffizienz zu verbessern und Kosten zu senken, sowohl vor als auch nach der Inbetriebnahme eines Systems. Er sagt zudem:
… Kohlenstoffabscheidungs-Digital-Twins können den Gas- und Flüssigkeitsstrom durch das Abscheidungssystem simulieren, was Ingenieuren erlaubt, optimale Bedingungen zur Abscheidung von CO2 mit minimalem Energieverbrauch zu identifizieren und Orientierungshilfen für optimale Betriebsbedingungen zu erhalten, wenn sich die Zusammensetzung der Abgase durch die Verwendung verschiedener Brennstoffe im Ofen ändert. Die Digital-Twin-Technologie ermöglicht auch eine Echtzeit-Überwachung und Leistungsvergleiche, wodurch Abweichungen oder Anomalien, die auf Energieverschwendung hinweisen, schnell erkannt werden können.
Wir beschreiben dann, wie bedeutsam eine effiziente Wärmeerzeugungs- und Übertragungsausrüstung für die Kostenintegrität jeder Kohlenstoffabscheidungsanlage ist und wie die kontinuierliche Überwachung und Verwaltung dieser Ausrüstung hilft, den Energieverlust eines Kohlenstoffabscheidungssystems zu minimieren. Fortschritte in der kabellosen Technologie haben diese Überwachung zuverlässiger und kostengünstiger gemacht.
Der Artikel geht weiter: … Hochgenaue Sensoren mit kabelloser Technologie können die Datenerfassung zur Optimierung des Wärmeaustauschs verbessern. Die Echtzeitmessung von Differenzdruck, Fluss und Temperatur mit einem einzigen selbstdiagnostischen kabelosen Gerät erhöht die Genauigkeit weiter. Kabellose Messgeräte verbessern das Management von Wärmeaustauschausrüstung, was für die Minimierung des Energieverlusts eines Abscheidungssystems entscheidend ist.
Die Leistungsoptimierung erstreckt sich über Wärmetauscher hinaus auf Kessel, Pumpen, Kompressoren und kritische Ausrüstungen. Der Artikel erklärt, wie fortschrittliche adaptive Prozesssteuerungssoftware die Effizienz des Kohlenstoffabscheidungssystems über mehrere Variablen hinweg verbessert, indem sie die Geräte näher an den betrieblichen und sicherheitstechnischen Grenzen betreibt und den Energieverbrauch minimiert. Energiemanagement-Informationssysteme konsolidieren die Energieperformance über viele komplexe Anlagen hinweg, wodurch Betreiber die effektivsten Aktivitäten priorisieren können. Vorgefertigte Analyse-Software, die für Mehrstoffkessel konfiguriert ist, die Restgase, Abfallbrennstoffe und Biomasse verwenden, reduziert den CO2-Fußabdruck eines Systems weiter, während die Dampferzeugungskapazität und Stabilität erhöht werden.
Der Artikel erklärt, dass das Ziel aller Kohlenstoffabscheidungseinheiten darin besteht, so viel reines CO2 wie möglich bei minimalem Energieverbrauch zu isolieren. Er besagt:
… Das ideale Gleichgewicht zwischen Abscheidungsrate und Energiekosten zu erreichen, ist das Potenzial der Automatisierung. Eine umfassende Bewertung von Faktoren und ein systematischer, multidimensionaler Ansatz sind erforderlich. Strenge Prozesssimulationstechniken spielen eine entscheidende Rolle, um Betreibern zu helfen, das Verhalten und die Leistung ihres Abscheidungssystems zu verstehen. Analytische Modelle können genau vorhersagen, wie verschiedene Komponenten im CO2-Absorptions- oder Adsorptionsprozess und im Lösungsmittelregenerationsprozess interagieren und welche Energieanforderungen daraus resultieren. Durch die Simulation unterschiedlicher Betriebsszenarien und -parameter kann der Einfluss variierender Abscheidungsraten auf den Energieverbrauch und umgekehrt ohne reale Experimente bewertet werden. Prozesssimulationen, die Regenerationstemperaturen, Drücke, chemische Zusammensetzungen und andere Variablen untersuchen, können die Energieanforderungen minimieren und gleichzeitig die Abscheidungsrate auf einem zufriedenstellenden Niveau halten.
Als Nächstes erklären wir, wie entscheidend integrierte Steuerungssysteme dafür sind, Abscheidungsraten und Energieverbrauch in Kohlenstoffabscheidungssystemen zu verwalten. Der Artikel setzt sich fort:
… Durch die kontinuierliche Überwachung der Betriebsbedingungen, Leistungskennzahlen und relevanten Parameter wie Temperatur, Druck, Durchflussrate und Zusammensetzung optimieren Steuerungssysteme in Echtzeit den Abscheidungsprozess. Sie regulieren Parameter wie die Temperatur des Adsorbensbetts, den Adsorptionsdruck oder die Lösungsmittelzufuhrrate, um sicherzustellen, dass die CO2-Abscheidungsrate innerhalb des gewünschten Bereichs bleibt. Dieses Steuerungsschema hilft, eine hohe Abscheidungseffizienz zu gewährleisten, den Energieverbrauch zu minimieren und die Systemleistung zu optimieren.
Der Artikel beschreibt im Weiteren, wie fortschrittliche Prozesssteuerungssoftware (APC) die Integration des Kohlenstoffabscheidungssystems mit dem bestehenden Produktionsprozess erleichtert. Mit der Integration zwischen AspenTech’s APC und Emerson’s DeltaV™-Prozessleitsystem können die Vorteile des verteilten Prozessleitsystems auf eine umfassende multivariate Optimierung ausgeweitet werden, wodurch der Energieverbrauch und die Lastverteilung optimiert werden sowie eine effiziente Ressourcennutzung gewährleistet und die Gesamtsystemeffizienz maximiert werden. Der Wert von APC erstreckt sich auf neue Anlagen, insbesondere innerhalb der Adsorptions-/Absorptionseinheit, und nutzt fortschrittliche maschinelle Lernalgorithmen zur Leistungsoptimierung.
Abschließend erklärt der Artikel, wie fortschrittliche Messtechniken – etwa Dichtemessgeräte und Gasanalysatoren – ebenfalls erheblich dazu beitragen können, das ideale Gleichgewicht zwischen Abscheidung und Energieverbrauch aufrechtzuerhalten. Er konstatiert:
… Dichtemessgeräte liefern wichtige Informationen über die Konzentration des Erfassungmittels, was bei der Steuerung der Lösungsmittelregeneration und der Optimierung des Energieverbrauchs hilft. Kontinuierliche Gasanalysatoren bieten Echtzeitdaten zur chemischen Zusammensetzung und CO2-Konzentration, so dass das Steuerungssystem die Wärme für die Lösungsmittelregeneration regulieren kann. Diese Analysatoren vereinfachen die behördliche Berichterstattung, helfen den Betreibern, bessere Betriebsentscheidungen zu treffen und das gewünschte Abscheidungs-Energie-Gleichgewicht zu erreichen. Kontinuierliche Gasanalyse bietet Echtzeitdaten zur chemischen Zusammensetzung und CO2-Konzentration, wodurch die für die Lösungsmittelregeneration verwendete Wärme reguliert werden kann.
Um mehr über die Optimierung des Kohlenstoffabscheidungsprozesses zu erfahren, besuchen Sie www.Emerson.com/de-de/esg/environmental-sustainability/carbon-capture-storage
