Elektrifiering av cementproduktionen: En studie om kalcineringsmöjligheterna vid införande av plasmageneratorer för cementproduktion

Abstract

Detta projekt har undersökt en processändring som elektrifierar cementproduktionen i Slite, Gotland för att minska produktionens koldioxidutsläpp. Processändringen innebär att befintliga värmekällor, som i nuläget drivs genom förbränning av fossila bränslen, ersätts med plasmageneratorer. Generatorerna drivs av el samt en arbetsgas och fungerar likt en brännare. En viktig del i cementproduktionen är kalcineringsreaktionen, från vilken det oundvikligt frigörs rikligt med koldioxid som genom recirkulation i processen kan användas som arbetsgas till plasmageneratorerna.

Inledningsvis gjorde projektet en litteraturstudie och en datainsamling från flera olika källor. Utifrån detta kunde energibalanser ställas upp över cyklontornet, kalcinatorn och roterugnen vilka är de delar i cementproduktionen som främst undersökts i detta projekt.

Energibalanserna formulerades både för den befintliga cementprocessen och efter den tänkta processändringen med implementerade plasmageneratorer, vilket beskrevs som en processmodell. För den befintliga processen beräknades dess energiförluster och med hjälp av detta kunde nya värmebehov i kalcinatorn och roterugnen efter processändringen beräknas. Detta innefattade även att undersöka kinetiken för kalcineringsreaktionen vid ett högre partialtryck av koldioxid. Med antagandet om att samma produktionshastighet som i nuläget bibehålls kunde till slut beräkningar för processändringen utföras för att avgöra dess genomförbarhet.

Resultatet från studien visade utifrån ett energiperspektiv att det är möjligt att ersätta de befintliga värmekällorna med plasmageneratorer och då recirkulera koldioxid som arbetsgas. Kalcineringsreaktionen påverkades av en koldioxidmiljö i processändringen vilket resulterade i att ett större behov av reaktionsvärme fanns för att kunna bevara produktionshastigheten.

Ytterligare en viktig del i projektet är att relatera studiens resultat mot Cementas miljömål. En elektrifierad cementproduktion släpper ut betydligt mindre koldioxid än i dagsläget men målet är noll nettoutsläpp. För att åstadkomma detta behövs ytterligare åtgärder, som exempelvis koldioxidinfångning och lagring av den koldioxid som släpps ut.