Nippon Sanso: 【Taiyo Nippon Sanso】Entwicklung von Wasserstoff

28. August 2023

Entwicklung eines Wasserstoff-Sauerstoff-Brenners für Industrieöfen

Kohlenstofffreie Brennstoff- und Sauerstoffverbrennungstechnologien tragen zur Reduzierung von CO2 bei

Emissionen in Industrieöfen

Taiyo Nippon Sanso Corporation (Präsident: Kenji Nagata; im Folgenden „TNSC“), ein japanisches Industriegasunternehmen der Nippon Sanso Holdings Group, hat einen mit Wasserstoffgas betriebenen Wasserstoff-Sauerstoff-Brenner für Industrieöfen entwickelt. Die Entwicklung ermöglicht es den Sauerstoffbrennerserien von TNSC (SCOPE-JETⓇ, Innova-JetⓇ und Innova-JetⓇSwing), Wasserstoff als Brennstoff zu verwenden. Bei der Verbrennung mit Wasserstoffgas entsteht kein Kohlendioxid (CO2), da der Brennstoff keinen Kohlenstoff enthält. Durch den Einsatz dieser Technologie wird TNSC zur gesellschaftlichen Umsetzung der Wasserstoffenergie und zur Reduzierung der CO2-Emissionen im Bereich Industrieöfen beitragen.

1. Hintergrund zur Produktentwicklung

In Japan werden jährlich rund 1,12 Milliarden Tonnen CO2 ausgestoßen, 35 % davon stammen aus der Industrie. CO2 wird aus vielen Industrieöfen emittiert. Die Zahl der Industrieöfen in Japan wird auf etwa 37.000 geschätzt und das Ziel der Regierung, bis 2050 CO2-Neutralität zu erreichen; Diese Einrichtungen müssen Maßnahmen zur Reduzierung der CO2-Emissionen ergreifen.

TNSC konzentriert sich seit 2014 auf Ammoniak als kohlenstofffreien Brennstoff und entwickelt einen Ammoniak-Sauerstoff-Brenner. Wasserstoff erregt neben Ammoniak als kohlenstofffreier Brennstoff für Industrieöfen Aufmerksamkeit. TNSC entwickelt seit dem Geschäftsjahr 2021 einen Wasserstoff-Sauerstoff-Brenner, um Kunden verschiedene Möglichkeiten zur Reduzierung der CO2-Emissionen im Industrieofenbereich zu bieten.

2. Überblick über die Entwicklung und Merkmale des Hochgeschwindigkeits-Sauerstofflanzenbrenners SCOPE-JETⓇ

SCOPE-JETⓇ ist ein Lanzenbrenner, der einen Überschall-Sauerstoffstrahl erzeugt und eine energiesparende Technologie für Elektrolichtbogenöfen („EAF“) zum Schmelzen von Eisenschrott darstellt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Zusatzbrennern ist SCOPE-

JETⓇ fungiert im Stahlherstellungsprozess als Sauerstoffbrenner, der dazu beiträgt, dass Schrotte während der „Schmelzphase“ unmittelbar nach der Zuführung von Eisenschrotten in den EAF schneller schmelzen, und als Sauerstofflanze während der „Raffinierungsphase“, nachdem die Schrotte eingeschmolzen wurden. Diese Merkmale tragen wesentlich zur Produktivitätssteigerung und Reduzierung der Energieintensität im EAF-Stahlherstellungsprozess bei.

Die Wasserstoffverbrennung mit SCOPE-JETⓇ führt zu hohen Flammentemperaturen und hohen Verbrennungsgeschwindigkeiten, was zu hohen Temperaturen in der Nähe des Brenners führt und Maßnahmen zur Reduzierung der Wärmebelastung des Brenners erfordert. Der Einsatz der einzigartigen Düsenstruktur von TNSC ermöglicht eine stabile Verbrennung und erreicht Strahleigenschaften, die denen von Erdgaskraftstoffen entsprechen.

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[Lanzenmodus]

Erdgas 80 Nm3/h

Sauerstoff 800 Nm3/h

[Lanzenmodus]

Wasserstoff 400 Nm3/h

Sauerstoff 800 Nm3/h

[Brennermodus]

Wasserstoff 500 Nm3/h Sauerstoff 800 Nm3/h

Abb.1 SCOPE-JETⓇ-Verbrennungsflammen

Innova-JetⓇ mit Sauerstoff angereicherter Brenner mit extrem niedrigem NOx-Ausstoß

Innova-JetⓇ ist eine energiesparende Technologie zum Heizen von Öfen und Schmelzöfen und trägt wesentlich zur Senkung der Energieintensität bei, indem sie den Wärmeverlust durch Abgase deutlich reduziert. Bei der Einführung einer sauerstoffangereicherten Verbrennung in Heizöfen muss eine große Menge an erzeugtem NOx kontrolliert werden. Die einzigartige Düsenstruktur und die mehrstufige Verbrennung von TNSC reduzieren die NOx-Emissionen erheblich und der Brenner wurde in verschiedenen Industrieöfen eingesetzt.

Die Wasserstoffverbrennung mit Innova-JetⓇ führt zu einer hohen Flammentemperatur, die weitere Maßnahmen zur NOx-Kontrolle erfordert. Durch die Verbesserung des konventionellen Düsenkonzepts, sodass es optimal für Wasserstoff geeignet ist, werden die NOx-Emissionen auf ein Niveau reduziert, das in Industrieöfen verwendet werden kann, und es werden Wärmeübertragungseigenschaften erreicht, die denen von Erdgasbrennern entsprechen. TNSC führt derzeit Evaluierungstests von Innova-JetⓇ in tatsächlichen Öfen in Europa durch.

[100 % Erdgaskraftstoff] Erdgas 107 Nm3/h Sauerstoff 253 Nm3/h

[20 % Wasserstoff, 80 % Erdgas]

Erdgas 86 Nm3/h Wasserstoff 80 Nm3/h Sauerstoff 244 Nm3/h

[50 % Wasserstoff, 50 % Erdgas]

Erdgas 53 Nm3/h Wasserstoff 200 Nm3/h Sauerstoff 232 Nm3/h

Abb. 2 Innova-JetⓇ-Verbrennungsflammen

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Innova-JetⓇ Swing selbstinduzierter, oszillierender, mit Sauerstoff angereicherter Brenner

Innova-JetⓇ Swing ist eine energiesparende Technologie für Hochtemperatur-Wärmeöfen und Schmelzöfen. Es reduziert den Wärmeverlust durch das Abgas erheblich und sorgt für eine gleichmäßige Erwärmung über einen großen Bereich, indem es die Flammen nach links und rechts bewegt und dabei das Phänomen der selbstinduzierten Oszillation bei Öfen mit flachem Ofenboden nutzt.

Die Wasserstoffverbrennung mit Innova-JetⓇ Swing ermöglicht eine stabile Verbrennung durch die Verbesserung der Selbstkühlungstechnologie, die Oxidationsgas verwendet, sodass Wasserstoff optimal ist, um die Wärmebelastung des Brenners zu reduzieren.

[100 % Erdgas]

Erdgas 35 Nm3/h

Sauerstoff 50 Nm3/h

Luft 160 Nm3/h

[50 % Wasserstoff, 50 % Erdgas]

Erdgas 17,5 Nm3/h

Wasserstoff 65 Nm3/h

Sauerstoff 50 Nm3/h

Luft 160 Nm3/h

[100 % Wasserstoff]

Wasserstoff 130 Nm3/h

Sauerstoff 50 Nm3/h

Luft 160 Nm3/h

Abb. 3 Innova-JetⓇ Swing-Verbrennungsflammen

3. Zukünftige Entwicklungen

Basierend auf der entwickelten Wasserstoff-Sauerstoff-Verbrennungstechnologie wird TNSC kontinuierlich optimale Brenner für verschiedene Industrieöfen entwickeln und konstruieren, um ein breites Spektrum an Kundenbedürfnissen zu erfüllen, und vorschlagen, diese Lösungen in ihre Öfen einzuführen. Durch den Einsatz dieser Technologie will das Unternehmen die Wasserstoffenergie in der Gesellschaft implementieren und den CO2-Ausstoß reduzieren.

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[Firmenüberblick]

Taiyo Nippon Sanso Corporation

Geschäftsbeschreibung:

Herstellung und Vertrieb verschiedener Industriegase wie Sauerstoff, Stickstoff, Argon,

Flüssiggas, Gas für medizinische Zwecke und Spezialgase, Herstellung und Verkauf von

Schweißgeräte und -materialien, gasbezogene Geräte und Luftzerlegung

Ausrüstung, Montage, Verarbeitung, Inspektion elektrischer Komponenten und

Wartung der Ausrüstung

Gegründet:

30. Oktober 1910

Eingetragen:

4. Februar 2020

Hauptstadt:

1,5 Milliarden Yen

Aktionär:

Nippon Sanso Holdings Corporation (Investitionsquote: 100 %)

Einnahmen:

420,4 Milliarden Yen*

*Hinweis: Diese Zahl zeigt den Umsatz Japans für Nippon Sanso Holdings

Corporation im Geschäftsjahr 2023

Taiyo Nippon Sanso Corporation

[email protected]

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Anhänge

Haftungsausschluss

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