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Schmelzreaktor zur Aufarbeitung industrieller Reststoffe mit niedrigem Zinkgehalt

In einer Zinksekundaerhuette werden in einem neu entwickelten Schmelzreaktor zinkarme Reststoffe, vorwiegend aus der Zinkmetallurgie, mit Zinkgehalten kleiner 15 Prozent direkt aufgearbeitet. Fluechtige Metalle, hauptsaechlich Zink und Blei werden hierbei in einem oxidischen Filterstaub stark angereichert und die restlichen Bestandteile zu einer als Baustoff verwendbaren Schlacke verschmolzen. Damit wird erstmals ein grosstechnisches, wirtschaftlich arbeitendes Aufarbeitungsverfahren fuer metallarme Vorstoffe fuer die Verhuettung von Nichteisenmetallen geschaffen. Der Schmelzreaktor besteht aus einer wassergekuehlten, zylindrischen Brennkammer mit vertikaler Achse. Er ist durch ein Uebergangsstueck mit dem Schlackenabsetzherd verbunden. Hohe Temperaturen der Schmelze und das bei der unterstoechiometrischen Verbrennung des eingetragenen Kohlenstoffs gebildete CO bewirken, dass das in der Beschickung befindliche Zink als Zinkdampf in die Gasphase uebergeht. Der Zinkdampf wird mit dem Abgasstrom aus dem Reaktor ausgetragen und gelangt nach dem Absetzherd in die Nachverbrennungskammer. Durch Zugabe einer definierten Luftmenge verbrennen Zinkdampf und CO vollstaendig zu Zinkoxid und Kohlendioxid. Die staubhaltigen Abgase (Oxidanfall ca. 6.000 t/a) des Schmelzreaktors werden mittels Gewebefilter entstaubt. Das abgeschiedene Oxid wird fuer den weiteren Transport abgefuellt. Rd. 3.000 t/a Mischoxid werden direkt in die Muffeloefen der Zinksekundaerhuette eingetragen.

Verbesserung der katalytischen Emissionsminderung an Einzelraumfeuerungsanlagen durch die Entwicklung eines Thermomanagementsystems, Teilvorhaben 2: Entwicklung eines Gesamtsystems aus TMS und Katalysator (Feuerungsintegration und Nachrüstlösung)

Errichtung einer hocheffizienten Holzvergasungsanlage (Heatpipe-Reformer) und dessen Einbindung am Standort der Biomassehof Achental GmbH & Co. KG

Die agnion Operating GmbH & Co. KG wurde im Juni 2010 als Projektgesellschaft gegründet, um die mit dem Vorhaben geplante Holzvergasungsanlage zu betreiben. Am Standort des Biomassehofes Achental in Grassau (Bayern) wird eine hocheffiziente Holzvergasungsanlage mit der neuartigen Heatpipe-Reformer Technologie errichtet. Heatpipes sind hocheffiziente Wärmeübertrager mit großer Leistungsdichte. Der Heatpipe-Reformer ermöglicht es, holzartige Biomasse in ein heizwertreiches Synthesegas umzuwandeln. Dazu wird die Wärme aus der Wirbelschichtbrennkammer durch Heatpipes in den Wirbelschichtreformer gleitet. Dort erfolgt die Reaktion der Biomasse mit Wasserdampf zu Synthesegas. Das Synthesegas wird als Brennstoff in einem eigens für dieses Vorhaben entwickelten Gasmotor in Strom und Wärme umgewandelt. Die erzeugte Wärme wird in das Wärmeversorgungsnetz vor Ort, der erzeugte Strom in das nationale Netz eingespeist. Im Vergleich zu einer konventionellen Wärme- und Stromerzeugung können mit dem Vorhaben jährlich 1.500 t CO2-Emissonen und 600.000 t Heizöl eingespart werden. Die geplante Anlage zeichnet sich durch eine wesentlich höhere Effizienz der Brennstoffausnutzung im Vergleich zu herkömmlichen Anlagen zur Verbrennung holzartiger Produkte aus. Einsatzmöglichkeiten eröffnen sich nicht nur bei der Errichtung neuer, vor allem dezentraler Anlagen in Städten und Gemeinden, sondern auch beim Ersatz bestehender Anlagen.

Entwicklung eines Verfahrens zur Wiederaufbereitung von Polyolefinabfaellen

Abfaelle aus polyolefinischen Materialien fallen einerseits in grossen Mengen in Form von Verpackungsmaterial oder Ein-Weg-Gebrauchsgegenstaenden beim Endverbraucher an. Andererseits werden auch bei der Herstellung von Polyolefinen, je nach Herstellungsverfahren und -bedingungen niedermolekulare und wachsartige Nebenprodukte erhalten, die nur zum geringen Teil Verwendung finden. Diese Abfaelle - sowohl die Nebenprodukte aus der Produktion als auch die Abfaelle aus dem Endverbrauch - werden zum groessten Teil verworfen und finden nur zum geringen Teil Anwendung, z.B. bei der Dampferzeugung in Kraftwerken oder Muellverbrennungsanlagen. Mit dem Forschungsprojekt soll daher geprueft werden, wie weit aus diesen Polyolefinabfaellen die Rohstoffe - Aethylen oder Propylen - oder andere Komponenten der chemischen Grundstoffproduktion - z.B. Acetylen - gewonnen werden koennen.Bei den entwickelten Verfahren wurden, im Gegensatz zu den mechanisch-thermischen Aufbereitungsverfahren, die Polyolefine einer partiellen Oxidation unterworfen. Bei dem Forschungsprojekt wurde zunaechst von ataktischem Polypropylen ausgegangen. Dies wurde aufgeschmolzen und in einem Injektionsbrenner zerstaeubt und anschliessend in einer Brennkammer mit Sauerstoff partiell oxidiert. Der Oxidationsvorgang wird dabei durch die Eigenschaften des Brennstoffnebels - Troepfchengroesse, Relativgeschwindigkeit Troepfchen/Gas- und durch die Menge des im Unterschuss eingesetzten Sauerstoffs beeinflusst. Hierdurch laesst sich die Produktverteilung bei der partiellen Oxidation, insbesondere die Konzentration an Olefinen und Acetylen, in relativ weiten Grenzen steuern.

Demonstration der emissionsarmen direkten H2-Verbrennung in Turbinen (für stationäre und mobile Anwendungen)

Zunächst soll ein H2 (Wasserstoff)-Prinzipversuch bei atmosphärischem Druck mit einer Wasserstoff tauglichen Düse in Kombination mit einem modular aufgebauten Brennkammerdesign durchgeführt werden. Darauf aufbauend wird eine geeignete Düse für gasförmigen Wasserstoff abgeleitet und in eine Modellbrennkammer integriert. Diese Brennkammer wird in wichtigen Betriebspunkten experimentell vermessen und numerischen Ergebnissen gegenübergestellt. Mit dem innovativen WET-Konzept (Turbofan-Flugtriebwerk mit Wassereinspritzung und - Rückgewinnung) wurde bereits ein neuartiges Antriebskonzept mit hohem Potenzial zur Reduktion der Klimawirkung des Fliegens vorgestellt. Das Konzept soll mit einer H2-Verbrennung kombiniert werden (H2-WET), um die Emissionen nochmals deutlich abzusenken. Im Fokus stehen hier Experimente mit H2-Verbrennung und Wassereinspritzung sowie konzeptionelle und numerische Aufgaben.

Demonstration der emissionsarmen direkten H2-Verbrennung in Turbinen (für stationäre und mobile Anwendungen), Teilvorhaben: Numerisch/experimentelle Untersuchungen in Hinblick auf zukünftige Turbinen

Zunächst soll ein H2 (Wasserstoff)-Prinzipversuch bei atmosphärischem Druck mit einer Wasserstoff tauglichen Düse in Kombination mit einem modular aufgebauten Brennkammerdesign durchgeführt werden. Darauf aufbauend wird eine geeignete Düse für gasförmigen Wasserstoff abgeleitet und in eine Modellbrennkammer integriert. Diese Brennkammer wird in wichtigen Betriebspunkten experimentell vermessen und numerischen Ergebnissen gegenübergestellt. Mit dem innovativen WET-Konzept (Turbofan-Flugtriebwerk mit Wassereinspritzung und - Rückgewinnung) wurde bereits ein neuartiges Antriebskonzept mit hohem Potenzial zur Reduktion der Klimawirkung des Fliegens vorgestellt. Das Konzept soll mit einer H2-Verbrennung kombiniert werden (H2-WET), um die Emissionen nochmals deutlich abzusenken. Im Fokus stehen hier Experimente mit H2-Verbrennung und Wassereinspritzung sowie konzeptionelle und numerische Aufgaben.

Optische Diagnostik für die H2-Low NOx-Verbrennung, Optische Diagnostik für die H2-Low NOx-Verbrennung

Entwicklung eines CO2-freien, wasserstoffbefeuerten Dampferzeugers, Teilvorhaben: Verbrennungsexperimente im Labormaßstab

Gegenstand des Vorhabens ist die Untersuchung verschiedener Brennerkonzepte für die Verbrennung von Wasserstoff mit Sauerstoff im Labormaßstab unter Zugabe von Wasserdampf zur Erzeugung und Erhitzung von Wasserdampf. Dazu wird das Flammenverhalten in Hochdruckexperimenten unter Einsatz optischer und laserbasierter Messmethoden in Abhängigkeit unterschiedlicher Parameter untersucht. Die Experimente werden dabei von numerischen Simulationen der Konfiguration am Prüfstand begleitet. Ziel der Untersuchung sind zum einen die grundlegende Charakterisierung der einzelnen Verbrennungskonzepte sowie die Bestimmung des Strömungsfeldes in der Brennkammer als Datenbasis für eine Bewertung hinsichtlich Flammenstabilität, Betriebssicherheit und -flexibilität.

Entwicklung einer kontinuierlich arbeitenden emissionsarmen Brennkammer fuer Fahrzeugantriebe, dynamischer Betrieb

Entwicklung einer kontinuierlich arbeitenden emissionsarmen Brennkammer fuer Fahrzeugantriebe, dynamischer Betrieb.

Messung und Beeinflussung der Abgas-Komponenten von Gasturbinen

Untersuchung des Abgasverhaltens von Gasturbinen fuer verschiedene Belastungsfaelle; Optimierung der Verbrennung und der Brennkammergeometrie unter dem Gesichtspunkt der Schadstoffverminderung und des Brennstoffbedarfes.

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