Verfahrens- und anlagentechnische Demonstration eines neuartig integrierten Heißgasfilter-Katalysator-Systems (HGF-SCR) zur ressourcenschonenden und hochverfügbaren Reduktion von NO_x- und NH3-Emissionen in Zementdrehofenabgasen

Kurzbeschreibung

Die Zement- und Kalkwerke OTTERBEIN GmbH & Co. KG betreibt in Großenlüder ein Zementwerk mit einer Drehrohrofenanlage zur Herstellung von Zementklinker. Der Brennstoffenergiebedarf dieser Drehrohrofenanlage wird zu maximal 100 Prozent durch Alternativbrennstoffe gedeckt.

Im Rahmen eines Demonstrationsvorhabens wurde im Zementwerk Otterbein eine neuartige Verfahrenskombination zur Emissionsminderung im Ofenabgas realisiert. Diese besteht aus einem Heißgasfilter mit keramischen Filterkerzen und einem Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR). Die Heißgasentstaubung ermöglicht den Einsatz der SCR-Technik im heißen Abgas in staubarmer Umgebung. Das reduziert die Belastung des Katalysators, verlängert die Standzeit und reduziert das benötigte Katalysatorvolumen. Zudem ist eine Wiederaufheizung des Abgases, wie z. B. beim bereits in der Zementindustrie eingesetzten Low-Dust-SCR-Verfahren, entbehrlich. Das umgesetzte Projekt leistet damit nicht nur einen Beitrag zur Emissionsminderung, sondern auch zur Ressourcenschonung. Während der Projektdauer wurden im Rahmen der Erfolgskontrolle umfangreiche Betriebsversuche durchgeführt, mit denen die Leistungsfähigkeit der Verfahrenskombination über alle Betriebszustände hinweg dokumentiert werden konnte. Darüber hinaus wurden werksinterne kontinuierliche Messungen durchgeführt, um den Langzeitbetrieb der neuen Anlagenteile beurteilen zu können und um technische Kenndaten für diese Emissionsminderungstechnik zu gewinnen.

Durch den Betrieb der Anlage werden die Niveaus verschiedener Emissionsgrößen deutlich vermindert. Vergleicht man die Situation vor Beginn des Vorhabens mit dem aktuellen Stand, so konnten am Standort Großenlüder-Müs die NH₃-Emissionen der Drehofenanlage im Jahresmittel um rd. 85 Prozent und die NO_x-Emissionen um rd. 17 Prozent vermindert werden. Zudem konnte bei einem vergleichsweise geringen Konzentrationsniveau eine Emissionsminderung von organischen Verbindungen beobachtet werden.

Die Verfahrenskombination aus Heißgasfilter und SCR wurde weltweit erstmalig im Zementwerk Otterbein umgesetzt und erfolgreich in den großtechnischen Betrieb überführt. Der besondere Mehrwert dieses Vorhabens liegt im Nachweis der Praxistauglichkeit dieser integrierten Verfahrenslösung unter realen Bedingungen eines Zementwerks. Ungeachtet der systemintegrierten SCR-Technologie zur Minderung von NO_x- und NH₃-Emissionen wird zudem der grundsätzliche Einsatz von keramischen Filterkerzen zur Entstaubung von heißen Ofenabgasen in der Zementindustrie bestätigt. Damit stellt das Projekt ein wichtiges Referenzbeispiel für die technische Umsetzung und den Betrieb dieser Technologien dar. Vor dem Hintergrund zukünftiger Anforderungen an Energieeffizienz und Emissionsminderung im Zuge der Dekarbonisierung der Zementindustrie kommt solchen kombinierten Anlagenkonzepten eine wachsende Bedeutung zu.