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ENProjekt 2.7
Flowsheet modelling for CO2 reduction
Einleitung
Die metallurgische Modellbibliothek m.simtop hat ihre Fähigkeiten zur Verbesserung integrierter Stahlwerksprozesse hinsichtlich Betriebsoptimierung, Umweltaspekten und Prozessverständnis unter Beweis gestellt.
Bei Betrachtung der gesamten Prozesskette können Einflüsse von vorgeschlagenen Änderungen auf andere Prozessschritte in einem hochintegrierten System visualisiert werden. Das ermöglicht die Bewertung von Änderungen im Anlagenbetrieb und der Umweltauswirkungen. Die Verringerung des CO2-Fußabdrucks kann leicht optimiert werden, indem verschiedene Maßnahmen kombiniert werden.
Die Untersuchungen werden von der Betrachtung allgemeiner Modellierungsaspekte wie Schnittstellen zu Werkzeugen (Life Cycle Assessment / LCA, Pinch-Analyse) begleitet. Außerdem wird eine Global Systems Analysis genutzt, um kritische Prozessparameter und die Modellentwicklung zu identifizieren. Aspekte der Surrogate-Modellierung werden eingesetzt, um Prozessmodelle aus alternativen Simulationsumgebungen zu extrahieren und die Optimierung zu verbessern.
Ziele und Motivation
- Verwendung der m.simtop-Modellbibliothek, um die vielfältigen Auswirkungen der wasserstoffbasierten Konzepte für die Eisen- und Stahlproduktion und der Carbon Capture and Utilization (CCU)-Technologien in integrierten Eisen- und Stahlwerken auf die Verringerung des CO2-Fußabdrucks zu bewerten
- Bewertung des Einsatzes von Wasserstoff in verschiedenen Produktionsrouten
- Integration der Wasserstoffproduktion und Vergleich des CO2-Fußabdrucks mit traditionellen Produktionsrouten
- Optionen zur CO2-Abtrennung und Umwandlung von CO2 in Chemikalien
- Verringerung des N2-Anteils im System durch den Einsatz von Oxyfuel-Konzepten
- Bewertung der Menge an nutzbarem CO/CO2 und geeigneter Produkte
- Wärmeintegration von neuen Prozessen und konkurrierenden Ressourcen (Strom, Wasserstoff)
- Bewertung der Umweltauswirkungen
Vorgehensweise
- Sammlung und Bewertung von Daten und Modellen zu wasserstoffbasierten Stahl- und CCU-Technologien
- Erweiterung der Modellbibliothek um CCU-Technologien, wasserstoffbasierte Prozesse und Schnittstellen für Pinch-Analyse und LCA
- Analyse des Betriebs auf der Grundlage kalibrierter Fließbilder/Modelle (mit Betriebsdaten) und Identifizierung von Prozessengpässen und technologischen/chemischen Phänomenen
- Bewertung verfügbarer metallurgischer Modelle für Spurenelemente
- Erweiterung und Verbesserung der chemischen und technologischen Funktionalitäten der Modelle
- Integration von Wasser- und Abwasserkreisläufen in die Berechnung von integrierten Stahlwerken
- Genaue Berechnung des CO2-Fußabdrucks und der Umweltauswirkungen von Prozessrouten
- Entwicklung von Konzepten zur Verbesserung der Modellimplementierung, -validierung und -optimierung
- Bewertung von Open-Source-Plattformen für Modellierung, Pinch-Analyse und LCA
Ergebnisse und Anwendung
Flexible und validierte mathematische Modelle und Fließbilder sollen zur Verfügung stehen. Diese ermöglichen die Simulation integrierter Stahlwerkskonfigurationen und tragen zur Optimierung der integrierten Eisen- und Stahlproduktion bei.
Es werden konsistente Bilanzen der Produktionsrouten mit traditionellen und alternativen Eisen- und Stahlerzeugungstechnologien erstellt. Die Verteilung der Stoffströme innerhalb des integrierten Stahlwerks wird optimiert.
Die Funktionalität der m.simtop-Modellbibliothek wird erweitert und mit wasserstoffbasierter Eisen- und Stahlproduktion, CCU-Technologien, Wasser- und Abwasserkreisläufen, Schnittstellen zu Pinch-Analysen und LCA ergänzt.
Traditionelle und alternative Eisen- und Stahlerzeugungsrouten werden anhand ihres CO2-Fußabdruckes bewertet und zeigen eine entsprechende Auswahl an klimafreundlichen Technologien auf.
Es werden Protokolle für den Einsatz innovativer Modellierungstechniken erstellt. Diese Modellierungstechniken beziehen sich auf die Global Systems Analysis (GSA) und die Surrogate-Modellierung. Die GSA konzentriert sich auf die Modellvalidierung und die Identifizierung kritischer Prozess-/Modellparameter. Bei der Surrogate-Modellierung werden Modelle auf der Grundlage anderer Simulationsumgebungen und vereinfachte Modelle für die Prozesssimulation und -optimierung erstellt.