CemRoCap - Rotating Packed Bed für die CO2-Abtrennung in Zementwerken; Teilvorhaben: Untersuchung der Eignung von RPB-Maschinen als kosteneffektive Alternative zu Packungskolonnen zur Effizienzsteigerung der CO2-Abscheidung; Teilvorhaben: Testung eines CO2-Abscheideverfahrens mittels rotierender Packungsabsorber am Beispiel des Zementwerkes Beckum; Teilvorhaben: Aufbau und Betrieb der Demonstrationsanlage, Modellbildung und Entwicklung von Auslegungsrichtlinien sowie Betriebsstrategien für RPB zur CO2-Absorption aus Zementwerksabgasen

Abstract

Die Zementindustrie gehört aufgrund ihrer hohen CO₂-Emissionen zu den zentralen Handlungsfeldern der industriellen Dekarbonisierung. Ein erheblicher Anteil dieser Emissionen entsteht rohstoffbedingt bei der Kalzinierung von Kalkstein und ist daher durch Brennstoffwechsel oder energetische Effizienzmaßnahmen allein nicht vermeidbar. Gleichzeitig weisen Zementwerksabgase eine komplexe und schwankende Zusammensetzung auf, unter anderem durch variierende CO₂-, O₂-, Staub-, SOₓ-und NOₓ-Gehalte. Daraus ergeben sich besondere Anforderungen an robuste, nachrüstbare und energieeffiziente CO₂-Abscheideverfahren. Vor diesem Hintergrund adressiert das Projekt die Weiterentwicklung der chemischen CO₂-Absorption mittels Aminwaschmitteln durch den Einsatz eines Rotating Packed Bed (RPB). Im RPB wird der Gas-Flüssig-Kontakt durch hohe Zentrifugalkräfte intensiviert, wodurch gegenüber konventionellen Packungskolonnen potenziell deutlich kompaktere Apparate aufgrund der räumlichen Intensivierung des Stofftransports erreicht werden. Zudem besteht über die Drehzahl ein weiterer Freiheitsgrad zur Anpassung des Betriebs bzw. ein hohes Lastflexibilitätspotenzial. Zudem sind aufgrund der Zentrifugalbeschleunigung und damit hohen Scherkräfte im Apparat Packungsmaterialien deutlich höherer spezifischer Oberfläche für den Stoffaustausch sowie hochviskose Absorptionsmittels mit höherer Beladungskapazität möglich. Dieser Ansatz ist insbesondere für Retrofit-Anwendungen in bestehenden Industrieanlagen von Interesse, bei denen Platzbedarf, Betriebsflexibilität und Energieeffizienz wesentliche Randbedingungen darstellen. Im Rahmen des Projektes wurden daher die verfahrenstechnischen Grundlagen für eine RPB-basierte CO₂-Abscheidung im Zementumfeld untersucht. Im Fokus standen zentrale Zielgrößen wie CO₂-Abtrennrate, Trenneffizienz, spezifischer Energiebedarf, Betriebsstabilität und Waschmittelverhalten. Ergänzend wurden konventionelle Packungskolonnen als Referenz- und Vergleichsmaßstab berücksichtigt, um den potenziellen Einsatzbereich des RPB differenziert einordnen zu können. Explizit wurden dabei auch und hybride Verschaltungskonzepte aus RPB und Packungskolonnen untersucht. Darüber hinaus bilden Variationen von Betriebsbedingungen, Packungstypen und geometrischen Parametern eine Grundlage für die spätere Auslegung, Skalierung sowie die Bewertung von Scale-up-und Numbering-up-Konzepten.