Die Marktnachfrage und Kanthals Vision

Um ihre CO₂-Bilanz deutlich verbessern zu können, benötigen insbesondere der Eisen- und Stahlsektor der Industrie hocheffiziente und zuverlässige elektrische Prozessgaserhitzer im MW-Bereich. Da Prozesse wie die direkte Eisenreduktion (DRI) schrittweise von Erdgas auf Wasserstoff umgestellt werden, steigt die Nachfrage nach elektrischen Erhitzungslösungen für Prozessgase für industrielle und mit Druck arbeitenden Anwendungsgebieten. Im MW-Bereich fehlen jedoch bewährte robuste und sichere elektrische Lösungen zum Erhitzen diverser Prozessgase auf hohe Temperaturen (800 bis 1100 °C).

Um diese Herausforderung anzugehen, haben Kanthal und Nycast AB im Jahr 2021 eine exklusive Lizenzvereinbarung für Gaserhitzungstechnologie geschlossen, um hocheffiziente elektrische Erhitzungssysteme im MW-Bereich zu entwickeln.

Erfolgreicher Test bei Swerim

Thomas Helander, R&D specialist, Kanthal.Diese Lösungen, die unter dem Namen Prothal® TH laufen werden, richten sich an diverse Branchen und bieten Vielseitigkeit beim Anpassen an die verschiedensten Prozessparameter wie zum Beispiel Gaszusammensetzung, Betriebsdruck und Durchsatzrate.

Bei einem kürzlich durchgeführten Test bei Swerim AB, einem führenden Industrieforschungsinstitut in Luleå, Schweden, kam ein mittelgroßer Prozessgaserhitzer des Typs Prothal® TH zum Einsatz. Die mit verschiedenen Gaszusammensetzungen aus Luft, Stickstoff und Wasserstoff durchgeführten Tests zeigten beeindruckende Ergebnisse. Die Erhitzungslösung erreichte problemlos Prozessgas-Auslasstemperaturen von bis zu 1050 °C. Die Leistung beim Bewältigen von Einlassschwankungen sowie gleichzeitiger Einhaltung von Sicherheitsvorgaben erwies sich als robust.

„Die Ergebnisse der Tests unseres aktuellen Designs für elektrische Prozessgaserhitzer sind äußerst vielversprechend. Sie belegten bemerkenswerte Energieeffizienz, konsistente Betriebsstabilität und Potenzial für das Erzielen höherer Gasauslasstemperaturen. Darüber nutzt unser Erhitzer kritische Unterkomponenten wie elektrische Heizelemente, die von unserem umfassenden Fachwissen in deren Design, Herstellung und Betrieb profitieren“, erklärt Thomas Helander vom Forschungs- und Entwicklungsteam von Kanthal.

Das sich weiterentwickelnde Kanthal-Portfolio hat das Potenzial zum Dekarbonisieren einer breiten Palette von Anwendungsgebieten und Industriesegmenten.

Diese Tests sind bereits ein bedeutender Schritt nach vorn, auch wenn die Betriebsparameter noch in größeren Anlagen nachgewiesen werden müssen. Sie zeigen auf, dass das sich weiterentwickelnde Kanthal-Portfolio das Potenzial zum Dekarbonisieren einer breiten Palette von Anwendungsgebieten und Industriesegmenten hat. Das Diagramm der Temperaturen am Gaseinlass und Gasauslass in Kombination mit der elektrischen Leistung und den Durchsatzraten belegt die Wirksamkeit des Erhitzers Prothal® TH.

The graph shows the gas outlet temperature along with electric power and flow rates.

Zusammenarbeit mit Nycast

Jesse White, Strategic Area Manager, Business Development Steel, Kanthal.Kanthal und Nycast arbeiten mit Unterstützung von Swerim seit über zehn Jahren zusammen, um elektrische Prozessgaserhitzer zu entwickeln und zu testen. Der in diversen Anwendungsgebieten und mit verschiedenen Gaszusammensetzungen getestete Erhitzer wird in den nächsten Jahren für kommerzielle Großinstallationen verfügbar sein. Diese Entwicklung steht im Einklang mit Kanthals Engagement, innovative Lösungen für Gaserhitzer in großem Maßstab für die Stahl- und Zementindustrie bereitzustellen.

„Die Zusammenarbeit mit Nycast ist eine äußerst erfüllende Erfahrung. Die Synergie unseres Fachwissen im Bereich elektrischer Erhitzungslösungen in industriellem Maßstab und der innovativen Gaserhitzungstechnologie von Nycast wird es uns ermöglichen, die erhebliche Herausforderungen beim Entwickeln hocheffizienter elektrischer Gaserhitzer im MW-Bereich zu meistern. Die jüngsten Tests bei Swerim bestätigen die Wirksamkeit des Gaserhitzungskonzepts und das Potenzial unserer kombinierten Technologien, industrielle Erhitzungsprozesse zu revolutionieren“, betont Jesse White, Strategic Area Manager, Business Development Steel bei Kanthal.

Die Rolle der Legierung Kanthal® APM:

Ein entscheidendes Element für das Entwickeln von Lösungen für Prozessgaserhitzern bei Kanthal ist der Einsatz von Kanthal® APM als Kernlegierung für die Heizwiderstände. Kanthal® APM ist eine hochentwickelte pulvermetallurgische, durch Dispersion verstärkte, ferritische Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung, die für ihre hervorragenden Oxidationseigenschaften und Formstabilität bei höheren Temperaturen bekannt ist. Diese einzigartige Legierung ist seit mehr als 30 Jahren eine robuste Lösung für elektrische Gaserhitzungssysteme für die Industrie.

Kanthal® APM ist in den meisten relevanten Gasatmosphären ausgezeichnet beständig gegen Hochtemperaturkorrosion. Die folgende Abbildung vergleicht die Oxidationseigenschaften von Kanthal® APM mit denen anderer gängiger Hochtemperaturlegierungen.

Gross mass gain due to oxidation at 1,200°C (2192°F) in the air for Kanthal® APM and common high-temperature alloys.

Elektrifizierung für das Verbessern der CO₂-Bilanz

Thomas Olsson and Ralph Nyström from the Nycast team.Die Elektrifizierung ist in der Stahlindustrie als wirksames Mittel zum Verbessern der CO₂-Bilanz anerkannt. Der Prozessgaserhitzer Prothal® ermöglicht es der Branche, in diversen Erhitzungsprozessen Strom statt Gas einzusetzen. Er trägt somit zur Energieeffizienz und einer besseren CO₂-Bilanz bei. Der Einsatz von Wasserstoff für industrielle Prozesse unterstreicht zusätzlich den Bedarf an zuverlässigen und energieeffizienten Gaserhitzern.

Wir sind von der transformativen Kraft der elektrischen Erhitzungssysteme für Prozessgase überzeugt, die durch ihre unbestreitbaren Wertversprechen noch verstärkt wird.

„Bezüglich der Marktaussichten für die Dekarbonisierung von Erhitzungsprozessen sehen wir eine vielversprechende Entwicklung vor uns.“ „Wir sind von der transformative Kraft der elektrischen Erhitzungssysteme für Prozessgase überzeugt, die durch ihre unbestreitbaren Wertversprechen noch verstärkt wird“, sagen Ralph Nystrom und Thomas Olsson vom Nycast-Team.

Zukunftsaussichten und Auswirkungen auf die Zusammenarbeit

Die erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen Kanthal und Nycast öffnet der Prozessgaserhitzung Prothal® die Tür zu erheblichen Auswirkungen in diversen Branchen. Angesichts des technologischen Fortschritts plant Kanthal in den nächsten Jahren die Einführung von Prozessgaserhitzern. Für 2024 sind erweiterte Test- und Demonstrationsmöglichkeiten geplant. Diese Innovation ist nicht auf die Stahlindustrie beschränkt. Auch andere Sektoren, darunter die Zementherstellung, werden von dieser bahnbrechenden Technologie profitieren.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der kürzlich erfolgreich bestandene Test des Prozessgaserhitzers Prothal® ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zu nachhaltigen und effizienten elektrischen Lösungen für die Prozessgaserhitzung ist. Kanthals Engagement für Innovation, die Zusammenarbeit mit Industriepartnern und die Verwendung hochentwickelter Legierungen positionieren das Unternehmen an der Spitze der Revolutionierung der Schwerindustrie. Das Unternehmen ebnet damit den Weg in eine umweltfreundlichere und nachhaltigere Zukunft.