Stoffstrommanagement in der Metallindustrie: zur Gestaltung und technoökonomischen Bewertung industrieller Recyclingkonzepte
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
2000
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| Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
| Schriftenreihe: | Verein Deutscher Ingenieure: [Fortschritt-Berichte VDI / 16]
115 |
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| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Zugl.: Karlsruhe, Univ., Diss. |
| Beschreibung: | IX, 211 S. graph. Darst. |
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Inhaltsverzeichnis
ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS VIII
SYMBOLVERZEICHNIS IX
1 EINLEITUNG 1
1.1 AUSOANOSLAGE UND PROBLEMSTELLUNG 1
1.2 ZIELSETZUNG UND LOSUNGSWEG 3
2 RAHMENBEDINGUNGEN DES STOFFSTROMMANAGEMENTS IN DER METALLINDUSTRIE 7
2.1 aufgaben und ziele des stoffstrommanagements 8
2.2 Umweltrechtliche Rahmenbedingungen 10
2.2.1 Anforderungen des Kreislaufwirtschafts und Abfallgesetzes an das Stoffstrommanagement 11
2.2.2 Anforderungen der IVU Richtlinie an ein Stoffstrommanagement 15
2.2.2.1 Aufbau, Ziele und Umsetzung der IVU Richtlinie 15
2.2.2.2 Potentielle Auswirkungen der IVU RL für Betreiber von Produktions und Recyclinganlagen.... 19
2.3 Branchen der Metallindustrie und ihre wirtschaftliche Bedeutung 21
2.4 Ökonomische Rahmenbedingungen 25
2.4.1 Betriebliches Umweltmanagement 26
2.4.2 Stoffstrommanagement auf betriebsübergreifender Ebene 29
2.5 Bedeutung des industriellen Recyclings für das Stoffstrommanagement 34
2.5.1 Begriffsbestimmungen und Grundlagen 34
2.5.2 Klassifikation des Recyclings 35
2.5.3 Zur betriebswirtschaftlichen Bedeutung des Recyclings 36
2.6 Ableitung von Anforderungen an ein Planungsinstrument zur
Gestaltung von Stoffsystemen 39
3 PRODUKTION UND RECYCLING IN AUSGEWÄHLTEN BRANCHEN DER
METALLINDUSTRIE 41
3.1 Produktion und Recycling in der Stahlindustrie 41
3.1.1 Sinteranlage 43
3.1.1.1 Prozeß und Anlagenbeschreibung 43
3.1.1.2 Bedeutung und Einsatz des Verfahrens für Recyclingkreisläufe 45
3.1.2 Hochofenanlage zur Roheisenerzeugung 46
3.1.2.1 Prozeß und Anlagenbeschreibung 47
3.1.2.2 Einsatz und Bedeutung des Verfahrens für Recyclingkreisläufe 49
3.1.3 Stahlerzeugung im Oxygenstahlwerk 50
3.1.3.1 Prozeß und Anlagenbeschreibung 51
3.1.3.2 Einsatz und Bedeutung des Verfahrens für Recyclingkreisläufe 53
3.1.4 Stahlerzeugung im Elektrostahlwerk 54
3.1.4.1 Prozeß und Anlagenbeschreibung 55
3.1.4.2 Einsatz und Bedeutung des Verfahrens für Recyclingkreisläufe 57
3.1.5 Weitere Produktionsaggregate der Stahlindustrie 59
3.1.6 Produktionsintegrierte Umweltschutzmaßnahmen in der Stahlindustrie 59
VI Verzeichnisse
3.1.6.1 Hydrozyklonierung von Gichtschlämmen 65
3.1.6.2 Heißbrikettierung von Stäuben des Oxygenstahlwerks (Konverterstäube) 65
3.1.6.3 Inmetco Verfahren zur Aufbereitung von Hüttenwerksreststoffen 66
3.1.6.4 DK Verfahren zur Aufbereitung von Reststoffen der Stahlindustrie 67
3.2 Produktion und Recycling in der Zinkindustrie 68
3.2.1 Zinkelektrolyse zur hydrometallurgischen Zinkerzeugung 69
3.2.1.1 Prozeß und Anlagenbeschreibung 69
3.2.1.2 Einsatz und Bedeutung des Verfahrens für Recyclingkreisläufe 71
3.2.2 Pyrometallurgische Zinkgewinnung mit dem Imperial Smelting Prozeß 72
3.2.2.1 Prozeß und Anlagenbeschreibung 73
3.2.2.2 Einsatz und Bedeutung des Verfahrens für Recyclingkreisläufe 75
3.2.3 Zinkrecycling in Wälzanlagen 76
3.2.3.1 Prozeß und Anlagenbeschreibung 76
3.2.3.2 Einsatz und Bedeutung des Verfahrens für Recyclingkreisläufe 77
3.2.4 Weitere Anlagen zum Zinkrecycling 78
3.2.4.1 New Jersey Verfahren und Schmelzreaktor Verfahren zur Verarbeitung zinkhaltiger Reststoffe.78
3.2.4.2 BSN Verfahren zur Aufbereitung von Elektrostahlwerksstäuben 79
3.2.4.3 Sekundärzinkproduktion in Umschmelzanlagen 80
3.2.5 Bedeutung der Zinkindustrie für das Recycling eisen und zinkhaltiger Reststoffe
der Stahlindustrie 80
3.3 ABLEITUNG VON ANFORDERUNGEN AN INSTRUMENTE ZUR PLANUNG VON RECYCLINGKONZEPTEN
IN DER METALLINDUSTRIE 85
4 ANSÄTZE ZUR MODELLIERUNG VON STOFF UND ENERGIESTRÖMEN
INDUSTRIELLER PRODUKTIONSSYSTEME 88
4.1 Betriebswirtschaftliche Ansätze zur Modellierung von Stoff und energieströmen 89
4.1.1 Input/Output Modelle 89
4.1.2 Aktivitätsanalytische Ansätze 91
4.2 VERFAHRENSTECHNISCHE MODELLIERUNG VON PRODUKTIONSSYSTEMEN 97
4.2.1 Grundlagen der verfahrenstechnischen Modellierung 97
4.2.1.1 Verfahrenstechnische Systeme und Prozesse 97
4.2.1.2 Darstellung der Struktur verfahrenstechnischer Systeme 99
4.2.1.3 Modellierung auf Grundlage der Material und Energiebilanzierung 101
4.2.2 Flowsheetingsysteme zur Simulation stationärer Prozesse 102
4.2.2.1 Aufbau und Einsatzbereiche 102
4.2.2.2 Grundlagen der Modellierung mit Aspen Plus 104
4.2.3 Überblick über Ansätze zur Modellierung metallurgischer Anlagen 109
4.3 KOMMERZIELLE EDV SYSTEME ZUR ÖKOBILANZIERUNG UND ZUM STOFFSTROMMANAGEMENT 110
4.3.1 Marktubersicht HO
4.3.2 Stoffstromnetze zur computergestützten Stoff und Energiebilanzierung 113
4.3.2.1 Petri Netze zur Modellierung von Stoffströmen 113
4.3.2.2 Modellierung komplexer Stoffstromnetze 5
4.4 EIGNUNG UND GRENZEN DER DISKUTIERTEN MODELLIERUNGSANSÄTZE 119
Verzeichnisse VII
5 KONZEPTION UND EXEMPLARISCHE ANWENDUNG EINES PLANUNGSINSTRUMENTS
ZUM STOFFSTROMMANAGEMENT IN DER METALLINDUSTRIE 121
5.1 Konzeption des Planungsinstruments durch Kombination von Flowsheetingmodellen
und Stoffstromnetzen 121
5.2 Entwicklung adäquater Flowsheeting Modelle für Produktions und Recyclinganlagen
der Stahl und der Zinkindustrie 126
5.2.1 Verfahrenstechnische Grundlagen der betrachteten Produktions und Recyclingprozesse 126
5.2.2 Modellierung des Hochofenanlage eines integrierten Hüttenwerks 131
5.2.2.1 Verfahrensanalyse 131
5.2.2.2 Modellbildung und Einsatzbereich 135
5.2.2.3 Ansatzpunkte zur Modellierung einer Imperial Smelting Anlage 139
5.2.3 Modellierung der Inmetco Anlage 140
5.2.3.1 Verfahrensanalyse 140
5.2.3.2 Modellbildung und Einsatzbereich 142
5.3 abbildung komplexer stoffsysteme der stahl und der zlnkindustrie mittels
Stoffstromnetzen 146
5.3.1 Auswahl relevanter Prozesse, Stoffströme und Materialien zur Abgrenzung des
Untersuchungsbereichs 146
5.3.2 Spezifikation der Transitionen zur Abbildung der Prozesse 148
5.3.3 Aufbau der Stoffstromnetze 150
5.4 Stoffstrombasierte Bewertung der Recyclingkonzepte 152
5.4.1 Technische Bewertung 152
5.4.2 Ermittlung entscheidungsrelevanter Kosten zur ökonomischen Bewertung 156
5.4.2.1 Schätzung investitionsabhängiger Kosten industrieller Anlagen 157
5.4.2.2 Ermittlung der Stofffluß , Prozeß und sonstigen Kosten 163
5.5 ausgewählte Fallstudien zur Anwendung des Planungsinstruments 165
5.5.1 Fallstudie zum Einsatz produktionsintegrierter Umweltschutzmaßnahmen im
integrierten Hüttenwerk 165
5.5.1.1 Darstellung der Ist Situation 166
5.5.1.2 Vorauswahl aussichtsreicher Maßnahmen zum produktionsintegrierten Umweltschutz 168
5.5.1.3 Modellbildung und Simulation ausgewählter Recyclingkonzepte 169
5.5.1.4 Stoffstrombasierte Bewertung der Simulationsergebnisse 169
5.5.2 Fallstudie zum branchenubergreifenden Recycling eisen und zinkhaltiger Reststoffe
der Stahlindustrie 176
5.5.2.1 Darstellung der Ist Situation 176
5.5.2.2 Modellierung des branchenubergreifenden Stoffsystems als Stoffstromnetz 177
5.5.2.3 Berechnung und Bewertung der Stoffbilanzen 181
6 SCHLUßFOLGERUNGEN UND AUSBLICK 185
6.1 MODELLIERUNG VON STOFF UND ENERGIESTRÖMEN IN VERNETZTEN PRODUKTIONSSYSTEMEN
DER METALLINDUSTRIE 185
6.1.1 Erkenntnisse aus dem Einsatz der verfahrenstechnischen Flowsheetingmodelle 185
6.1.2 Erkenntnisse aus dem Einsatz der Pelri Netz basienen Stoffstromnetze 187
6.2 Erkenntnisse aus dem Einsatz des Planungsinstruments zum Stoffstrommanagement
in der Metallindustrie 189
6.3 Ausblick auf weitere Einsatzmöglichkeiten und methodische Erweiterungen 191
VIII Verzeichnisse
7 ZUSAMMENFASSUNG 192
o ANHANG .... .... . 196
9 LITERATURVERZEICHNIS 203
Abkürzungsverzeichnis
AbfG Abfallgesetz
B/E Netz Bedingungs/Ereignis Netz
BImSchG Bundes Immissionsschutzgesetz
BMBF Bundesministerium fllr Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie
BOF Basis Oxygen Fumace (Oxygenstahlwerk)
BREF BAT Reference Documem
BSN Badische Stahl Nebenprodukte GmbH, Kehl
BUIS Betriebliche Umweltinformationssystem(e)
BVT/BAT Beste verfügbare Technik(en)/Best Available Techniques
DFIU Deutsch Französisches Institut für Umweltforschung, Universität Karlsruhe (TH)
DRI Eisenschwamm (Direct Reduced Iron)
EAF Electric Are Furnace (Elektrolichtbogenofen)
EIPPCB European IPPC Bureau, Institute for Prospective Studies, Sevilla
EMAS Environmental Management and Auditing System (EG Öko Audit Verordnung)
EPF Engineering Production Function
EU Europäische Union
GVVB Gesetz zur Vermeidung, Verwertung und Beseitigung von Abfällen
HO Hochofen
IIP Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion, Universität Karlsruhe (TH)
IPTS Institute for Prospective Technical Studies, Sevilla
IS Imperial Smelting (Anlage zur pyrometallurgischen Zinkerzeugung)
IVU/1PPC Integrierte Vermeidung und Verminderung der Umweltverschmutzung/Integrated Pollution
Prevemion and Control
KrW /AbfG Kreislaufwirtschafts und Abfallgesetz
NE Metall Nichteisenmetall
ME Mengeneinheit
MIA/MIPS Materialintensitätsanalyse/Material Intensität pro Service Einheit
n.aVn.b. nicht angegeben/nicht bekannt
PCDD/PCDF Polychlorierte DibenzodioxineAfurane
SHG Zink Special High Grade Zinc
S/T Netz Stellen/Transitions Netz
TA Technische Anleitung
TWG Technical Working Group
UBA Umweltbundesamt
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