Dampfrecycling Der Effizienz Dampf machen: So wird Abdampf zum wertvollen Prozessmedium

Dampfrecycling bei der Produkttrocknung am Beispiel Zellstoff – Dampf wird in vielen Produktionsprozessen benötigt. Übrig bleibt dabei häufig Dampf auf niedrigem Druckniveau, der für andere Produktionsprozesse nicht nutzbar ist. Oder? Tatsächlich könnte das Konzept der Kreislaufwirtschaft auch beim Dampf bisher ungenutzte Effizienzpotenziale heben.

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Verfahren wie das Herstellen von Holzpellets, die Zellstofftrocknung oder die Trocknung von Klärschlamm erfordern es, die Produktfeuchte zu reduzieren – doch ist die industrielle Produkttrocknung ein sehr energieintensives Verfahren. Das erkannte auch der schwedische Papier- und Wellpappen-Experte Billerudkorsnäs, der Zellstoff als Rohmaterial verarbeitet.

Das Material, das typischerweise aus Sägerestholz gewonnen wird, ist eine faserige Masse, die für den Einsatz in der Papierproduktion entfeuchtet werden muss. Dafür setzen die Schweden auf ein neues, energieeffizientes Verfahren, das eine Kombination von Überdrucktrockner und mechanischem Dampfkompressor nutzt.

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Der Überdrucktrockner, mit Zellradschleusen auf der Produktein- und -austrittseite, wird mit 16 bar(abs) Dampf (Dampf­temperatur ca. 200 ° C) von außen beheizt. In der Wirbelschicht, in der die Trocknung stattfindet, herrschen 3,7 bar(abs). Auf diesem Niveau entweicht auch die Feuchtigkeit der nassen Papierpulpe als sogenannter Brüdendampf – und damit ein Großteil der zur Trocknung eingebrachten Wärmemenge.

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Die Idee ist, den 3,7 bar-Brüdendampf durch mechanische Verdichtung auf 16 bar zu komprimieren, um ihn so als Heizmedium für den Überdrucktrockner nutzbar zu machen. Auf diese Weise würde die Trocknungsanlage sich quasi selbst beheizen. Zum Einsatz kommt ein Dampf-Kolbenkompressor, mit dem vergleichsweise hohe Kompressionsdruckverhältnisse und hohe Austrittsdrücke möglich sind. Zudem verfügt er über sehr gute innere Wirkungsgrade, so dass die Dampfkompression äußerst energieeffizient erfolgen kann.

Da der Brüdendampf mit Partikeln und sonstigen aggressiven Bestandteilen verunreinigt ist, wird er nicht direkt dem Kolbenkompressor zugeführt. Stattdessen wird er als Heizmedium für einen Fallfilmverdampfer genutzt, in dem reines Kondensat zu sauberem Dampf verdampft.

Alles eine Frage des Druckniveaus

Der dabei entstehende Reindampf weist mit ca. 3,3 bar ein nur geringfügig niedrigeres Druckniveau auf als der verunreinigte Brüdendampf zuvor. Dieses saubere Medium kann nun mit dem Kolbenkompressor wieder auf 16 bar verdichtet werden.

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Bei Billerudkorsnäs kommen für diesen Zweck zwei 6-Zylinder-­Dampf­kompressoren zum Einsatz, die zusammen 16 t/h Dampf von 3,3 auf 16 bar komprimieren. Die verdichtete Dampfmenge entspricht dabei einer Wärmeleistung von etwa 11.200 kW. Angetrieben werden diese von zwei Elektromotoren mit einer Leistungsaufnahme von zweimal 1.325 kW. Der Strombedarf beträgt damit nur rund 23 Prozent verglichen mit der zurück gewonnenen Dampfleistung.

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So funktioniert das Dampfrecycling

Ob in der chemischen Industrie oder der Petrochemie, der Papier- oder der Pharmaindustrie – bei vielen Produktionsprozessen spielt Dampf eine bedeutende Rolle. Häufig bleibt dabei jedoch das Medium auf niedrigem Druckniveau quasi als Abfallprodukt zurück, der für andere Produktionsprozesse so nicht nutzbar ist. Diese überschüssigen Dampfmengen werden oftmals ohne wirkliche Wärmenutzung kondensiert oder als Abdampf in die Atmosphäre freigesetzt. Gleichzeitig wird neuer (Hochdruck-)Prozessdampf über die Dampfkessel erzeugt. Doch in Zeiten teurer werdender Brennstoffe, strengerer Emissionsvorgaben sowie sinkender Ressourcen wird eine derartige Vorgehensweise sowohl finanziell als auch ökologisch brisant.

Daher hat das Hamburger Unternehmen Spilling Technologies das über 100 Jahre alte Wirkprinzip des Dampfkolbenmotors zu einer Hochtemperatur-Wärmepumpe weiterentwickelt, mit der die Industrie Kohlendioxidemissionen reduzieren, Energie und Geld sparen kann: Statt Niederdruck-Abdampf oder Überschussdampf ungenutzt verpuffen zu lassen, komprimiert der Spilling-Kompressor diesen auf ein höheres Druckniveau, so dass er wieder als Prozessdampf nutzbar ist. Der Verdichter wird so zur Prozess-Wärmepumpe. Wenn der Antrieb mittels elektrischer Energie erfolgt, kann der Dampf sogar grün – genauer CO₂-frei – erzeugt werden. Die einzige Bedingung hierfür ist, dass der Betriebsstrom aus regenerativen Energiequellen stammt. „Perspektivisch leistet Dampf einen wichtigen Beitrag zur Energiewende und zur Sektorenkopplung – und das unter deutlich wirtschaftlicheren Bedingungen als bei der konventionellen Dampferzeugung“, sagt Spilling-Geschäftsführer Heiko Dittmer. Die fossilen Brennstoffkosten bei der Frischdampferzeugung ließen sich so erheblich verringern. „Insgesamt lassen sich Kostensenkungen um bis zu 50 Prozent gegenüber der herkömmlichen/konventionellen Dampferzeugung erzielen“, erklärt der Dampfexperte.

Dampfrecycling spart Geld und Emissionen

Anders ausgedrückt, mit jeder eingesetzten Kilowattstunde werden ca. 4,2 kWh Dampfwärme nutzbar, erhebliche CO₂-Einsparungen inbegriffen. Im Vergleich zu einem erdgasbefeuerten Dampfkessel, in dem die 16 t/h Heizdampf sonst erzeugt worden wären, lassen sich bei einer Jahresdampfmenge von 120.000 Tonnen pro Stunde und unter Zugrundelegung des bundesdeutschen Strommixes gut 7.400 Tonnen CO₂ pro Jahr einsparen.

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