Schlüsselwort: Laborversuche

Beim Klinkerbrennprozess handelt es sich um einen Stoffumwandlungsprozess, bei dem das Rohmate-rial von Umgebungstemperatur auf ca. 900 °C vorgewärmt und anschließend in einem Drehrohrofen bei Temperaturen von bis zu 1450 °C zu Klinker gebrannt wird. Dabei wird Schwefel über das Rohmaterial, die Brennstoffe sowie ggf. über Sekundär- bzw. Korrekturstoffe in das Ofensystem eingetragen. Aufgrund der im Gegenstrom geführten Stoffströme von Brenngut und Verbrennungsgas sowie von Verdampfungs- und Kondensationsprozessen bilden sich in der Ofenanlage Schwefelkreisläufe aus, deren Höhe von der Rohmaterial- und Brennstoffzusammensetzung sowie von verschiedenen verfahrenstechnischen und betrieblichen Einflussgrößen abhängt. Der in das Ofensystem eingebrachte Schwefel wird größtenteils über den Klinker, teilweise jedoch auch gasförmig als SO2-Emission aus dem System ausgetragen. Zementwerke unterliegen immissionsschutzrechtlich der "Technischen Anleitung zur Reinhaltung der Luft" (TA Luft). In der TA Luft von 2002 wurde ein allgemeiner Emissionsgrenzwert für SO2 von 350 mg/m3 festgelegt [TAL 02]. Kom-men neben Regelbrennstoffen auch Abfallbrennstoffe („Sekundärbrennstoffe“) zum Einsatz, gilt grundsätzlich die 17. Verordnung zum Bundesimmissionsschutzgesetz (17. BImSchV) [BIS 03]. Ge-mäß dieser Verordnung ist beim Einsatz von Sekundärbrennstoffen ein Grenzwert für SO2 von 50 mg/m3 als Tagesmittelwert einzuhalten. Für rohmaterialbedingte Emissionen sehen sowohl die 17. BImSchV als auch die TA Luft Ausnahmeregelungen vor. Dies bedeutet, dass für Zementwerke, die Rohstoffe mit erhöhten Gehalten leichtflüchtiger Schwefelverbindungen verarbeiten, ein höherer Grenzwert beantragt werden kann. Die geforderten SO2-Emissionsgrenzwerte wurde in einigen Wer-ken insbesondere beim Betrieb ohne Abgasverwertung überschritten. Um die behördlich festgelegten Grenzwerte für SO2-Emissionen einhalten zu können, sind in diesen Werken sekundäre SO2-Minderungsmaßnahmen einzusetzen. Für die Zementindustrie wurde im Rahmen der europäischen IVU-Richtlinie (Integrierte Vermeidung und Verminderung der Umweltverschmutzung) ein sogenanntes BREF-Dokument erarbeitet (Best Available Techniques Reference, BREF). Hierin sind sogenannte „Beste Verfügbare Techniken“ (BVT) definiert, die u.a. die einzusetzenden Verfahren zur Minderung von SO2-Emissionen beschreiben. Als Emissionsniveau, das mit diesen Techniken für SO2 erreicht werden kann, sind 200 bis 400 mg/m3 angegeben. Je nach Ausgangsniveau der SO2-Konzentration sind unterschiedliche BVT-Minderungstechniken erforderlich, die einen unterschiedlichen Wirkungsgrad aufweisen (Bild 1.1). Für ein Ausgangsniveau von 400 bis 1200 mg/m3 wird das Trockenadditivverfahren empfohlen, bei dem Kalkhydrat zum Ofenmehl oder in das Rohgas gegeben wird. Für Ausgangsniveaus deutlich hö-her als 1200 mg/m3 werden sekundäre Verfahren, wie der Nasswäscher oder das Trockenadditivver-fahren mit einer zirkulierenden Wirbelschicht genannt. Derartig hohe Ausgangsniveaus liegen in einigen wenigen Zementwerken im europäischem Ausland vor. Bei den in deutschen Zementwerken auftretenden Gehalten an leichtflüchtigen Schwefelverbindungen in den Rohstoffen reicht das Trockenadditivverfahren aus, um ein Emissionsniveau von 400 mg/m3 zu unterschreiten [IPP 01]. Eine Übersicht über die für die Minderungsverfahren anzusetzenden Kosten gibt Tafel 1.1. Für das Trockenadditivverfahren müssen demnach als Gesamtkosten 0,13 bis 0,46 €/t Klinker veranschlagt werden, während für Nasswäscher 1,5 bis 2,7 €/t Klinker und für das Wirbelschichtverfahren 3,2 bis 3,4 €/t Klinker anzusetzen sind. Um die Kosten für diese Verfahren senken zu können, ist eine Optimierung des Anlagenbetriebes hinsichtlich der Einbindung von rohmaterialbedingtem SO2 während des Klinkerbrennprozesses erforderlich. Hierfür ist eine genaue Kenntnis der Reaktionen des Schwefels in der Drehofenanlage unerläss-lich. Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, die für die SO2-Einbindung in Frage kommenden Reaktionen und die Einbindungspotentiale in einzelnen Anlagenteilen zu erfassen. Ferner waren die Auswirkungen primärer und sekundärer SO2-Minderungsmaßnahmen auf die Kreislaufsituation zu beurteilen.