Prozessdetails: Chem-AnorgSchwefelsäure-2000

1.1 Beschreibung

Reiner Schwefel wird zu Schwefeldioxid verbrannt. Nach Wärmeentzug auf ein Temperaturniveau von 350 °C wird der Schwefeldioxid an Kontaktkatalysatoren (Vanadiumpentoxid) mit Restsauerstoff aus der Verbrennungsluft zu Schwefeltrioxid oxidiert. Schwefeltrioxid wird in Schwefelsäure unter Zusatz von Wasser aufgenommen. Wärme entsteht in drei Stufen. Die Hauptwärme entsteht durch die Verbrennung des Schwefel zu Schwefeldioxid. Ein geringerer Teil (19%) wird bei der Oxidation von Schwefeldioxid zu -trioxid frei. Annähernd 25% der 5,4 GJ/t H2SO4 resultiert aus der Aufnahme des Trioxids in Wasser.
Schwefelsäure wurde in Deutschland im 1992 3,8 Mio. t produziert. Der Anteil der Schwefelsäure ausgehend von Schwefel betrug ca. 70%. Die restliche Schwefelsäure wird als Nebenprodukt der Nichteisen-Verhüttung gewonnen. Aufgrund der unterschiedlichen Qualitäten wird nur Schwefelsäure aus Schwefel betrachtet.
Allokation: Es entsteht Dampf, der hier aber nicht weiter betrachtet wird.

Genese der Daten
Die Material- und Energiebilanz wurde #1 entnommen. Der Schwefeleinsatz und der Prozeßwasserverbauch sind stöchiometrisch berechnet. Die Emissionen sind aus #2 entnommen. Einzige Emission sind 4 kg SO2 / t Schwefelsäure. Sie geben gegenüber dem Zielwert der TA Luft deutlich höhere Emissionen an ( 0,4-1 kg/t nach Davids-Lange 1986).
Der Prozeßwasserbedarf wurde stöchimetrisch berechnet. Kühlwasser ist aus der abgeführten Abwärme bei einer Temperaturerhöhung von 10°C abgeschätzt worden.

1.2 Referenzen

  1. Ullmann 1994: Ullmann`s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Fifth Completely Revised Edition, Vol. A 25, Weinheim
  2. Umweltbundesamt (UBA) 1995: persönl. Mitteilung, Berlin
  3. Originaldokumentation von 'Chem-AnorgSchwefelsäure-2000'

1.3 ProBas-Anmerkungen

Kurzinfo: Datensatz aus GEMIS. Negative Werte durch Gutschriftenrechnung. Werte des Prozesses in Spalte ‚Prozess direkt’, Werte des Prozesses einschließlich Vorkette in Spalte ‚Prozess inkl. Vorkette’. Weiter…

GEMIS steht für „Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme&“; es ist ein Softwaretool des Öko-Instituts. GEMIS wurde 1987 erstmals angewendet und wird seitdem weiterentwickelt.

Die GEMIS-Datensätze beruhen - je nach Anwendung - auf unterschiedlichen Methoden; auch der zeitliche und der örtliche Bezug der Datensätze sind verschieden.

Methode bei Prozessen mit mehreren Outputs:

Zur Modellierung der Datensätze zu Multi-Output Prozessen wird in GEMIS die Methode der Systemerweiterung verwendet. Hierbei werden Datensätze, in denen jeweils alle Inputs, alle Outputs und alle Umweltaspekte eines Multi-Output Prozesses ausgewiesen sind, als „Brutto&“ bezeichnet. Durch Subtraktion von ‚Bonus’-Prozessen, die jeweils einen der Outputs auf herkömmliche Weise bereitstellen, entsteht ein Nettoprozess, in denen das substituierte Nebenprodukt als Gutschrift erscheint. Die Gutschrift ist dabei kein realer Output des Prozesses, sondern ein rechnerischer ‚Merker’.

Beispiel (s.a. Bild 1):

Multi-Output Prozess Biogas-BZ-MC-HKW-D-2020/brutto: Output ist 1 TJ Elektrizität und 0,6 TJ Wärme, der „Netto&“-Datensatz soll sich aber nur auf die Elektrizität beziehen. Durch Subtraktion des Bonusprozesses Wärme-Bonus-Gas-Hzg-D-2020 mit dem Output Wärme(0,6 TJ) entsteht der „Netto&“-Datensatz Biogas-BZ-MC-HKW-D-2020/Gas, für den als Output 1 TJ Elektrizität und 0,6 TJ ‚Gutschrift Wärme-Bonus-für-KWK (Bio)-2020 bei Wärme-Bonus-Gas-Hzg-D-2020’ angegeben werden; die Gutschrift stellt keinen Stoff- oder Energiefluss des Prozesses dar, sie ist allein rechnerisch begründet.

Bild 1: Beispiel zur GEMIS-Methode der Gutschriftsrechnung / Systemerweiterung

Transport:

Angaben zu den angesetzten Transportdistanzen werden nicht gegeben.

Abschneidekriterien:

Wasser wird in der Regel nur auf der Inputseite angegeben (etwa als Kühlwasser), auch wenn es den Prozess wieder verlässt als Abwasser.
Weitere Angaben zu angewendeten Abschneidekriterien werden nicht gegeben.

Besondere Nomenklatur:

Zahlreiche Abkürzungen für Brennstoffe aus Biomasse und entsprechende Technologien, siehe Glossar #link#.

Besonderheiten auf Datensatzebene:

Die Datensätze sind mit Vorketten-Datensätzen verknüpft, in denen die jeweils benötigten Vorprodukte, Energien und Transportleistungen erzeugt werden. Die Daten zu den Umweltaspekten werden erstens „direkt&“ (d.h., nur aus dem jeweiligen Prozess, falls dieser direkt zu Umweltaspekten beiträgt) als auch „mit Vorkette&“ (d.h., einschließlich aller vorausgehenden Prozesse) ausgewiesen.
Negative Werte für Stoffflüsse kommen in GEMIS regelmäßig vor; sie entstehen durch die Anwendung von Systemerweiterung (#link auf Systemerweiterung oben) um Multi-Output Prozesse in Single Output Prozesse umzurechnen.
Teilweise werden Aufwendungen für Produktionsmittel (Anlagen, Fahrzeuge etc.) aufgeführt (als Stoffflüsse im Input); diese sind jedoch nicht auf die funktionelle Einheit bezogen, sondern werden als absolute Werte angegeben; sie werden nur als Input und nicht als Output (Entsorgung der Betriebsmittel) angegeben.
Die durch die Herstellung dieser Produktionsmittel verursachten Umweltaspekte sind dagegen über Leistung, jährliche Auslastung und Lebensdauer auf die funktionelle Einheit bezogen

Weiterführende Hinweise und Literatur:

#1: Fritsche, U.R., Schmidt, K.: Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme (GEMIS), Version 4.2, Handbuch, Darmstadt, August 2004.
#2: Fritsche, U.R., Schmidt, K.: Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme (GEMIS), Version 4.1, Handbuch, Darmstadt, Darmstadt, Januar 2003.
#3: Fritsche, U., et al.: Stoffstromanalyse zur nachhaltigen energetischen Nutzung von Biomasse, Verbundprojekt gefördert vom BMU im Rahmen des ZIP, Projektträger: FZ Jülich, Mai 2004, Anhangband zum Endbericht.
#4: Fritsche, U., et al.: Umweltanalyse von Energie-, Transport- und Stoffsystemen: Gesamt-Emissions-Modell integrierter Systeme (GEMIS) Version 2.1 - erweiterter und aktualisierter Endbericht, U. Fritsche u.a., i.A. des Hessischen Ministeriums für Umwelt, Energie und Bundesangelegenheiten (HMUEB), veröffentlicht durch HMUEB, Wiesbaden 1995

Website: http://www.gemis.de

1.4 Weitere Metadaten

Quelle Öko-Institut
Projekte -
Bearbeitet durch Öko-Institut
Datensatzprüfung nein
Ortsbezug Deutschland
Zeitbezug 2000

1.5 Technische Kennwerte

Funktionelle Einheit 1 kg Schwefelsäure
Auslastung 5000 h/a
Brenn-/Einsatzstoff Rohstoffe
gesicherte Leistung 100 %
Jahr 2000
Lebensdauer 20 a
Leistung 1 t/h
Nutzungsgrad 303 %
Produkt Grundstoffe-Chemie
Verwendete Allokation Allokation durch Gutschriften

Funktionelle Einheit ist »1 kg Schwefelsäure«.

Inputs - Aufwendungen für den Prozess

Input Aus Vorprozess Menge Einheit
Elektrizität El-KW-Park-DE-2000 160*10-9 TJ
Schwefel Xtra-RestSchwefel 0,33 kg
Wasser (Stoff) Xtra-generischWasser 40,2 kg

Transportaufwendungen

Transport Menge Einheit
Transport von Schwefel mit Zug-el-Güter-DE-2000 0,5 tkm

Outputs

Output Menge Einheit
Schwefelsäure 1 kg
Gutschrift Prozesswärme bei Wärme-Prozess-mix-DE-Chemie-Industrie-2000 3,6*10-6 TJ/kg
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Funktionelle Einheit ist »1 kg Schwefelsäure«.

Ressourcen

Ressource inkl. Vorkette Einheit
Atomkraft 152*10-9 TJ
Biomasse-Anbau 1,3*10-9 kg
Biomasse-Anbau 24,9*10-12 TJ
Biomasse-Reststoffe 14,5*10-9 kg
Biomasse-Reststoffe 2,03*10-9 TJ
Braunkohle 110*10-9 TJ
Eisen-Schrott -0,000387 kg
Erdgas -1,41*10-6 TJ
Erdgas -9,55*10-6 kg
Erdöl -56,2*10-9 TJ
Erdöl 347*10-9 kg
Erze -0,000949 kg
Geothermie 494*10-15 TJ
Luft -59*10-6 kg
Mineralien -0,00877 kg
Müll 8,65*10-9 TJ
NE-Schrott -4,45*10-9 kg
Sekundärrohstoffe 0,33 kg
Sekundärrohstoffe -2,6*10-9 TJ
Sonne 8,15*10-12 TJ
Steinkohle -3,16*10-6 TJ
Wasser 40,1 kg
Wasserkraft 11,2*10-9 TJ
Wind 2,6*10-9 TJ

Ressourcen (Aggregierte Werte, KEA, KEV, KRA)

Ressource inkl. Vorkette Einheit
KEA-andere 6,05*10-9 TJ
KEA-erneuerbar 15,9*10-9 TJ
KEA-nichterneuerbar -4,36*10-6 TJ
KEV-andere 6,05*10-9 TJ
KEV-erneuerbar 15,9*10-9 TJ
KEV-nichterneuerbar -4,36*10-6 TJ

Luftemissionen

Luftemission inkl. Vorkette Einheit
As (Luft) -10,6*10-9 kg
Cd (Luft) -1,07*10-9 kg
CH4 -0,0014 kg
CO -0,000331 kg
CO2 -0,366 kg
Cr (Luft) -5,22*10-9 kg
H2S -867*10-12 kg
HCl -33,5*10-6 kg
HF -1,21*10-6 kg
HFC-125 0 kg
HFC-134 0 kg
HFC-134a 0 kg
HFC-143 0 kg
HFC-143a 0 kg
HFC-152a 0 kg
HFC-227 0 kg
HFC-23 0 kg
HFC-236 0 kg
HFC-245 0 kg
HFC-32 0 kg
HFC-43-10mee 0 kg
Hg (Luft) -10,1*10-9 kg
N2O -13,5*10-6 kg
NH3 26,6*10-9 kg
Ni (Luft) -8,21*10-9 kg
NMVOC -17,7*10-6 kg
NOx -0,000516 kg
PAH (Luft) -1,8*10-12 kg
Pb (Luft) -32*10-9 kg
PCDD/F (Luft) -13,6*10-15 kg
Perfluoraethan -34,1*10-12 kg
Perfluorbutan 0 kg
Perfluorcyclobutan 0 kg
Perfluorhexan 0 kg
Perfluormethan -271*10-12 kg
Perfluorpentan 0 kg
Perfluorpropan 0 kg
SF6 0 kg
SO2 0,00362 kg
Staub -22,2*10-6 kg

Luftemissionen (Aggregierte Werte, TOPP-Äquivalent, SO2-Äquivalent, direkt, inkl. Vorkette)

Luftemission direkt inkl. Vorkette Einheit
CO2-Äquivalent 0 -0,405 kg
SO2-Äquivalent 0,004 0,00323 kg
TOPP-Äquivalent 0 -0,000703 kg

Gewässereinleitungen

Gewässereinleitung inkl. Vorkette Einheit
anorg. Salze 65,2*10-9 kg
AOX -7,47*10-12 kg
As (Abwasser) 95,4*10-18 kg
BSB5 -747*10-9 kg
Cd (Abwasser) 233*10-18 kg
Cr (Abwasser) 230*10-18 kg
CSB -26,6*10-6 kg
Hg (Abwasser) 116*10-18 kg
Müll-atomar (hochaktiv) 55,3*10-9 kg
N -115*10-12 kg
P -1,59*10-12 kg
Pb (Abwasser) 1,52*10-15 kg

Abfälle

Abfall direkt inkl. Vorkette Einheit
Klärschlamm 0 -762*10-9 kg
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