Analysis and evaluation of decarbonization measures in synthetic resin production

Abstract

The goal of this thesis is the identification of suitable alternatives to replace natural gas at temperatures, of 290 °C. Natural gas is used to supply process heat for synthetic resin production, as well as to recycle the resulting process waste. Furthermore, alternative ways to treat the process waste should be found. In addition, potentials for reducing CO2 emissions by analyzing the production process have to be identified. At the beginning of the thesis a special focus will be given to the analysis of the currently used technologies and the batch production. This allows identification and quantification of the process waste, which is generated. In addition, the calculation and presentation of the different required energy sources is carried out. A time-related representation of the necessary thermal energy during the production process enables further investigations. These include measures for waste heat utilization and for the storage of thermal energy during the production process. This could save up to 15 % of the total natural gas. The treatment of the process wastes with the thermal oxidizer is another vital portion, it consumes about 10 % of the total natural gas. Therefore, the investigation of various technologies for the decomposition of the generated process wastes during synthetic resin production is carried out. An essential part of the work is the identification of alternative ways to provide process heat. For this purpose, a technology screening is carried out, identifying electricity, hydrogen and the pyrolysis of powder coating residues as promising methods. Based on the created overview of the different technologies and possibilities to reduce CO2 emissions, further decisions can be made by the industrial company.

Das Ziel dieser Masterarbeit ist die Identifikation von passenden Alternativen um Erdgas bei Temperaturen von 290 °C zu ersetzen. Erdgas wird verwendet, um Prozesswärme zur Kunstharzproduktion bereitzustellen, sowie zur Verwertung der anfallenden Prozessabfälle. Des Weiteren sollen alternative Möglichkeiten zur Behandlung der Prozessabfälle gefunden werden. Außerdem sollen durch Analyse des Produktionsprozesses Potentiale zur Reduzierung der CO2-Emissionen ermittelt werden. Zu Beginn wird ein besonderer Fokus auf die Beleuchtung der aktuell verwendeten Technologien und die Analyse der Batch-Produktion gelegt. Dadurch können die anfallenden Prozessabfälle identifiziert und quantifiziert werden. Außerdem erfolgt die Berechnung und Darstellung der verschiedenen benötigten Energieträger. Eine zeitliche Darstellung der benötigten thermischen Energie während des Produktionsprozesses ermöglicht weiter Untersuchungen. Diese beinhalten Maßnahmen zur Abwärmenutzung und um die Speicherung von thermischer Energie während des Produktionsprozesses zu realisieren. Dadurch könnten bis zu 15 % des gesamten Erdgases eingespart werden. Die Behandlung der Prozessabfälle in der thermischen Nachverbrennungsanlage benötigt in etwa 10 % des verbrauchten Erdgases. Daher werden verschiedene Technologien zur Nachbehandlung der anfallenden Prozessabfälle untersucht. Ein wesentlicher Teil der Arbeit ist die Identifizierung von alternativen Möglichkeiten zur Bereitstellung der Prozesswärme. Dazu wird ein Technologiescreening durchgeführt, dabei werden Strom, Wasserstoff und die Pyrolyse von Lackresten als vielversprechende Methoden erkannt. Auf Basis des geschaffenen Überblicks über die verschiedenen Technologien und Möglichkeiten zur Reduzierung der CO2-Emissionen, können vom Industriebetrieb weitere Entscheidungen getroffen werden.