Elektrifizierung von Drehrohrofenprozessen

Bei IBU-tec haben wir über Jahre verschiedenster Kundenversuche gesammelte Erfahrung mit thermischen Prozessen in Drehrohröfen – sowohl in direkt beheizten Anlagen mit einem Gasbrenner direkt im Drehrohr, dem Reaktionsraum; über indirekte gasbeheizte Drehrohröfen, bei denen der Gasbrenner das Rohr von außen beheizt, bis hin zu indirekt beheizten Drehrohröfen mit elektrischen Heizelementen. Diese bilden seit langer Zeit neben traditionell gasbetriebenen Anlagen einen Grundstein der thermischen Verfahrenstechnik in vielen Branchen. Nun ist es jedoch attraktiver denn je, gasbeheizte Prozesse auf elektrische Heizelemente umzustellen. In auch vormals indirekt beheizten Drehrohröfen, bei denen der Gasbrenner ebenfalls außerhalb des Reaktionsraumes sitzt, ist dies möglich. Die Umstellung von direkt beheizten Drehrohröfen auf elektrische Heizung jedoch ist alles andere als einfach. Hier ist der Brenner im Reaktionsraum elementarer Teil des Prozesses, seine Präsenz und Effekte integraler Teil der Prozessführung, der Reaktionsatmosphäre und der benötigten Materialbehandlung. Einen direkt befeuerten Drehrohrofenprozess auf elektrische indirekte Heizung umzustellen ist ein tiefer Eingriff, für welchen, wenn er überhaupt möglich ist, großes technisches und verfahrenstechnisches Verständnis vonnöten ist. IBU-tec’s extensive Erfahrung in der Prozessentwicklung ist dabei überaus nützlich.

Vor der Umrüstung eines gasbetriebenen Prozesses auf elektrische Heizung müssen einige wichtige Fragen geklärt werden: Wie sieht es an Ihrem Standort mit der Verfügbarkeit und Ausfallsicherheit der Stromversorgung aus? Thermische Prozesse könnten diese über die Belastungsgrenzen hinaus beanspruchen, sodass mit Ihrem Versorger abgestimmt werden muss, ob die vorhandene Infrastruktur eine Elektrifizierung hergibt bzw. ob sie erweitert werden kann.

Wenn die Umrüstung aufgrund möglicher CO₂ Einsparungen im Raum steht, muss auch die Frage nach der CO₂ Gesamtbilanzierung gestellt und beantwortet werden: Aus welcher Quelle kommt der Strom an Ihrem Standort: Welche CO₂ Emission hat Ihr verfügbarer Strommix? Welche weiteren Änderungen am Prozess werden nötig? All das fließt in die CO₂ Gesamtbilanz mit ein und wird klären, ob eine Umrüstung für die ganzheitlich betrachteten Emissionen überhaupt sinnvoll ist.

Es gibt zwei Möglichkeiten, einen direkten erdgasbefeuerten Drehrohrofenprozess auf elektrische Heizung umzustellen:

Ein Weg ist die Umstellung des Prozesses von einem Gasbrenner auf einen elektrischen Heißgaserzeuger, welcher ebenfalls im Reaktionsraum ist bzw. den heißen Gasstrom in den Reaktionsraum einleitet. Je nachdem, wie energieintensiv und auf welcher Skala die Produktion stattfinden soll kann dieser Ansatz viabel sein. Bei IBU-tec haben wir z. B. bereits ein solches Engineering durchgeführt und eine Brennkammer mit einem elektrischen Heißgaserzeuger umgestaltet, welcher ähnliche Reaktionsbedingungen im Rohr erzeugen konnte.

Die andere Möglichkeit besteht darin, den bisherigen direkten Prozess in einen indirekten Prozess zu entwickeln, welcher sich leichter in einem elektrisch beheizten indirekten Drehrohrofen umsetzen lässt. Hier ist tiefes Prozessverständnis vonnöten und nicht alle Prozesse lassen sich in einem indirekten Ofen realisieren.

Ein limitierender Faktor für beide Möglichkeiten ist oft die prozesstechnische und wirtschaftliche Machbarkeit. Je größer eine Produktion und je mehr Material durgesetzt wird, desto mehr ist man auf Skalierungseffekte für eine marktkompetitive Herstellung angewiesen. Diese lassen sich mit elektrisch beheizten Drehrohröfen ab einem gewissen Punkt oft nicht mehr realisieren.

Interessanter ist die Elektrifizierung bei Prozessen mit geringeren Durchsatzmengen, welche höhere Kilogrammpreise erzielen. Um welches Stoffsystem es sich handelt, ist prozesstechnisch von tendenziell geringerer Bedeutung.

Da mit indirekt oder elektrisch beheizten Drehrohröfen oft nur geringere Temperaturen erreicht werden können als mit gasbefeuerten direkten Drehrohröfen, ist allerdings die erforderliche Behandlungstemperatur sehr wohl von Bedeutung in der Frage ob die Elektrisierung eines Prozesses sinnvoll oder überhaupt möglich ist.

In Sachen Temperatursteuerung haben elektrisch beheizte Drehrohröfen jedoch einen Vorteil gegenüber gasbefeuerten: Die Behandlungstemperaturen elektrischer Öfen sind über das gesamte Temperaturspektrum hinweg gut kontrollierbar, auch in niedrigeren Temperaturbereichen, wo direkt gasbeheizte Öfen oft nur eine ungenauere Temperaturkontrolle zulassen.

Die Elektrifizierung indirekt beheizter Drehrohröfen ist hingegen geradliniger: Eine Wärmequelle außerhalb des Reaktionsraumes muss durch eine andere ausgetauscht werden. Außer der Zuführung thermischer Energie nimmt sie keine aktive Rolle im Prozess ein, sodass die hauptsächlich zu klärende Frage ist, ob elektrische Heizelemente für die zu erreichenden Temperaturen ausreichen.

Bei IBU-tec haben wir kürzlich einen unserer eigenen indirekt beheizten Drehrohröfen, die für Kundenprojekte bereitstehen, von Gasfeuerung auf elektrische Heizung umgebaut. Die Elektrifizierung war für uns ein wichtiges Projekt mit Vorzeigecharakter für Interessenten, indem wir einen unserer Öfen auf elektrische Heizung umgebaut haben, verbessern wir nicht nur unsere eigene Versorgungssicherheit, sondern haben für Kunden und Interessenten auch weitere wertvolle Erfahrung gesammelt, mit der wir ein Engineering für Sie angehen können.