Enerji verimli atık ısı geri kazanımı için ilham kaynağı

Aurubis Grubu, bakır izabe tesislerinden birinde sürdürülebilirliği iyileştirmek için tam da bu yaklaşımı benimsemiştir. Alman enerji tedarikçisi enercity Aktiengesellschaft ile ortaklık kuran Aurubis, Hamburg'un HafenCity semtine hizmet veren bir bölgesel ısıtma ağının arkasındaki önemli bir güç haline geldi. Ağın enerjisi, korozyona dirençli ve yüksek basınca ve ısıya dayanıklı, benzersiz Alfa Laval plakalı ısı eşanjörü teknolojisini kullanarak Aurubis tarafından yakındaki sülfürik asit tesisinden geri kazanılan atık ısıdan geliyor.

Dünyanın en büyük bakır üreticilerinden ve geri dönüştürücülerinden biri olan Aurubis Group, Hamburg'un kalbinde, Elbe Nehri'nde bulunan Peute adasında büyük bir izabe tesisi işletiyor. Kükürt dioksit gazı, burada kullanılan pirometalurjik bakır işleminin bir yan ürünüdür. Sülfürik asit tesisinde bu gaz önce kükürt trioksite, ardından sıvı sülfürik aside dönüştürülür. Sülfürik asit proseste sürekli olarak seyreltilir. Asit seyreltme, önemli miktarda ısı açığa çıkaran oldukça ekzotermik bir işlemdir. Alfa Laval GPHE sayesinde bu ısı, bölgesel ısıtmada kullanılmak üzere Aurubis tarafından geri kazanılabilir.

Sülfürik asit üretimi, izabe tesisinde gerçekleşir. Tesisin kalbinde ara bir absorpsiyon kulesi bulunur. Başlangıçta bu adımdan elde edilen seyreltme ısısı fayda sağlanmadan Elbe'den gelen nehir suyuyla soğutuluyordu. Aurubis'in enercity ile ortak projesinin amacı, bu prosesten enerjiyi geri kazanmak için ısı eşanjörlerini kullanmak ve bu enerjiyi HafenCity bölgesel ısıtma ağına aktararak sürdürülebilir şekilde yeniden kullanmaktı.

Ekipman tasarımı ve malzemeleri konusunda zorlu talepler

Aurubis'in ilk zorluğu, bu tip bölgesel ısıtma düzeninde kullanılan sıcak suyun en az 90°C'lik bir başlangıç ​​sıcaklığına sahip olması gerektiğiydi. Sonuç olarak, tamamen yeniden tasarlanmış bir ara absorpsiyon kulesi inşa ederek, konsantre sülfürik asidin proses sıcaklığını yaklaşık 120°C'ye, yaklaşık 50°C'lik bir sıcaklık artışıyla başlamak zorunda kaldılar.

Bununla birlikte, bu yeni ara absorpsiyon kulesi, sülfürik asit kadar zorlu bir maddeyi içeren bir ısı geri kazanım sistemi tasarlama konusunda zaten zorlu olan projeye daha fazla komplikasyon ekledi. Daha yüksek proses sıcaklığı, ortamın aşındırıcılığını önemli ölçüde artırdı.

Bu yüksek basınç ve sıcaklıklara dayanabilmenin yanı sıra yüksek korozyona dayanıklı malzemelerden yapılması gereken ve Aurubis prosesinden bölgesel ısıtma şebekesine verimli bir ısı aktarımı sağlamak için son derece yüksek termal performans sunan projedeki ısı eşanjörleri için önemli bir zorluk teşkil ediyordu.

Zorlukların üstesinden gelen bir ısı eşanjörü

Aurubis, zorlu proses ortamına tamamen uyarlanmış ve özelleştirilmiş plakalı ısı eşanjörleri tasarlamak için bakır üreticisiyle birlikte çalışan Alfa Laval ile temasa geçti. Nihai sistem, son teknoloji kanal plaka tasarımlarına sahip sekiz ısı eşanjöründen oluşuyordu. Isı eşanjörlerinden üçü - ara absorpsiyon kulesi soğutucuları - özellikle sülfürik asit korozyonuna dirençli nikel bazlı bir alaşım olan Hastelloy D-205 malzemesinden yapılmış yarı kaynaklı ünitelerdi. D-205, 1990'lardan beri dünya çapında birçok sülfürik asit tesisinde kanıtlanmış performans sağlamıştır. Dünya çapında kurulu 300'den fazla D-205 ünitesi ile bu denenmiş ve test edilmiş malzeme güvenilir, emniyetli ve verimli çalışmayı sağlamak için olmaz olmaz bir seçimdi. Sistemde kalan beş ısı eşanjörü tamamen contalı plakalı eşanjörlerdir: 3 adet su-su ısı eşanjörü ve 2 adet asit-asit eşanjörü.

Geleneksel contalı plakalı ısı eşanjörlerinin aksine, Alfa Laval yarı kaynaklı tasarımı, yüksek dizayn basınçları ve sıcaklıkları olan uygulamalarda mekanik yorgunluğa direnme özelliğine sahiptir. Eşsiz plaka tasarımı ayrıca 3°C kadar düşük bir sıcaklık yaklaşımıyla çok yüksek termal verimlilik sağlar. Bu, ısıyı bölgesel ısıtma şebekesine aktarmak için kullanılan suyun, ısı eşanjörünü üniteye giren sıcak asitten sadece birkaç derece daha soğuk bırakabileceği anlamına gelir.

Ek olarak, plakalı ısı eşanjörleri daha kompakttır ve az yer kaplayarak daha kolay, daha uygun maliyetli kuruluma olanak tanır.

Sürdürülebilirlik çeşitli boyutlarda iyileştirildi

Aurubis, bakır izabe tesisindeki diğer prosesleri desteklemek için kükürt dioksit dönüştürme işleminden geri kazanılan ısının kabaca dörtte birini kullanır. Yaklaşık 160.000 MWh enerjiye karşılık gelen ısının geri kalanı, bölgesel ısıtma boru hattı aracılığıyla Hamburg'un HafenCity bölgesine doğru iletilir. Burada, Alfa Laval ısı eşanjörü çözümünün termal verimliliği özellikle önem kazanmaktadır. HafenCity, Peute Adası'ndan Elbe'nin diğer tarafında yer aldığından, bölgesel ısıtma rotası üç kilometreden fazladır. Bu nedenle prosesten geri kazanılan ısının her bir derecesi kritiktir.

Mevcut tahminler, Aurubis'in fabrika sahasında kullandıklarına ek olarak, geri kazanılan ısının dört kişilik 8.000 kadar haneye, ayrıca bölge ofislerine, otellere ve bir üniversiteye kaynak sağladığını gösteriyor. Geri kazanılan ısının etkin karbon ayak izi sıfır olduğundan, proje CO₂ emisyonunu yılda 20.000 ton azaltıyor. Ek bir fayda ise Aurubis'in artık Elbe Nehri'nden alınan soğutma suyuna ihtiyaç duymayarak yerel ekolojiye daha fazla fayda sağlamasıdır.

Alman Enerji Ajansı, projeyi “enerji verimli atık ısı kullanımı için ilham kaynağı” olarak kabul etti. Ve hala daha fazlasını yapma potansiyeli var. Şu anda, Aurubis tesisinin üç hattından sadece biri HafenCity'ye endüstriyel atık ısı sağlıyor, bu da 480.000.000 kWh'nin potansiyel olarak hala geri kazanılabileceği anlamına geliyor. Gelecekte bu, yıllık 140.000 tonluk CO₂ emisyonunu tasarrufuyla sonuçlanabilir.