s/integrierte-kohlevergasung/Integrierte Kohlevergasung/gi
In Teilprojekt A5 soll geklärt werden, ob die mineralischen Bestandteile, wie Na, K, Mg, Ca, Al oder Fe, der Kohle katalytisch aktiv sind und somit Einfluss auf den Oxyfuel-Verbrennungsprozess nehmen. Neben dem Verbrennungsprozess in O2 werden die beschleunigte Einstellung des Boudouard-Gleichgewichts und die Kohlevergasung mit H2O berücksichtigt, die durch Volumenvergrößerung erheblichen Einfluss auf das Strömungsfeld in Flammen nehmen können. Es sollen reale Kohlen aber insbesondere auch synthetische Modellkohlenstoffe untersucht werden, was eine schrittweise Steigerung der Komplexität der untersuchten Systeme erlaubt.
Bei der Haupttätigkeit der Blasius Schuster KG , Inspire-ID: https://registry.gdi-de.org/id/de.he.0945.de7.pf.eu_industrie/353535345) handelt es sich um Vergasung oder Verflüssigung von Kohle (NACE-Code: 38.21 - Behandlung und Beseitigung nicht gefährlicher Abfälle). Es wurden keine Freisetzungen oder Verbringungen nach PRTR berichtet zu: Freisetzung in die Luft, Freisetzung in das Wasser, Freisetzung in den Boden, Verbringung von Schadstoffen mit dem Abwasser, Verbringung gefährlicher Abfälle im Inland, Verbringung gefährlicher Abfälle im Ausland, Verbringung nicht gefährlicher Abfälle.
Im Vorhaben soll die Schlackebadvergaser (British Gas Lurgi - BGL)-Vergasung auf Basis theoretischer Studien (unter anderem durch Modellierung) sowie durch experimentelle Untersuchungen im Labor und im Pilotanlagenmaßstab für hocheffiziente, emissionsarme Kohlevergasung mit CO2-Abtrennung (IGCC)-Kraftwerke und flexible Polygeneration-Anwendungen sollen optimiert werden. Dazu ist die Teer-Öl-Ausbeute für IGCC-Kraftwerkanwendungen zu minimieren (Brenngas-BGL-Konzept). Für Polygeneration-Konzepte (Polygen-BGL-Konzept) mit chemischer Synthesegasnutzung und Erzeugung eines erdöläquivalenten Teer-Öl-Gemisches (einsetzbar in der Chemieindustrie oder als speicherbarer Spitzenbrennstoff) ist sie zu maximieren.
MAN Energy Solutions entwickelt in dem hier vorliegenden Projekt einen Verdichter axialer Bauweise für die Eigenschaften von CO2, also einem molekular schweren Gas. Dieser Verdichter muss hohe Volumenströme verarbeiten, wie sie insbesondere in Kraftwerksanlagen entstehen. Zu den wichtigsten Optionen bei der Vermeidung von Umweltbelastungen durch den weltweit ansteigenden CO2-Ausstoss gehört die CCS-Technologie; diese unterscheidet verschiedene Verfahren zur CO2-Abscheidung wie die Abtrennung nach Kohlevergasung (Pre-Combustion / IGCC) oder die Abscheidung nach dem Verbrennungsprozess (Post Combustion). Eines jedoch eint diese Verfahren: die Notwendigkeit von CO2-Verdichtern für den Transport des Treibhausgases vom Kraftwerk zum Speicherort und zum Verpressen der entstandenen CO2-Massen. Eine intelligente Lösung zur Förderung großer CO2-Volumina liegt in der Vorverdichtung mittels eines geeigneten Axialverdichters und der damit einhergehenden Reduktion des Volumenstroms sowie anschließender Verdichtung auf den Enddruck mittels eines Radialverdichters. Die Vorteile eines Axialverdichters für CO2 sind dabei die sehr hohen Wirkungsgrade, die Möglichkeit der Verdichtung großer Volumenströme in einem einzigen Verdichtergehäuse, die Wärmenutzung aus der Kompression in Kraftwerksprozessen und die mechanische Zuverlässigkeit des Kompressors. Die Kombination von hohen Wirkungsgraden, Zwischenkühlungen und dem Eintrag von Abwärme in den Prozess resultiert in einem geringstmöglichen Energieverbrauch für die Verdichtung. Im Rahmen des Forschungsprojektes werden die Grundlagen der Axialverdichterauslegung für CO2 erarbeitet, auf deren Basis transsonische Prozessverdichter zur Förderung großer CO2-Volumina ausgelegt werden können. Da mit der CO2-Verdichtung mittels eines Axialverdichters Neuland betreten wird, ist sowohl eine Verifikation der numerischen Werkzeuge als auch eine Validierung der angewandten Modelle zwingend erforderlich. Zu diesem Zweck wird ein Versuchsverdichter entwickelt, welcher durch eine umfangreiche Instrumentierung und ein intelligentes Messprogramm alle erforderlichen Messdaten bereitstellt. Die hier weiterentwickelte Technologie zur Verdichtung schwerer Gase mittels eines großen Axialverdichters eignet sich daneben auch für den Einsatz in großskaligen Produktionsanlagen zur Kompression von Kohlenwasserstoffen, Erdgas sowie Stickoxiden oder Wasserstoff. Diese Grundstoffe sind vor dem Hintergrund eines globalen Bevölkerungswachstums ebenso essentieller Bestandteil wirtschaftlichen Wachstums und sozialen Wohlstandes wie eine stabile und ausreichend dimensionierte Energieversorgung. Für die vornehmlichen Standorte dieser Anlagen im asiatischen, afrikanischen und südamerikanischen Raum spielt die Verfügbarkeit der hier entwickelten Technologien also eine nicht unbedeutende Rolle bei der langfristigen Entwicklung von Schwellen- zu Industrienationen.
Durch Kohlevergasung erzeugtes Kohlegas enthaelt den Schwefel hauptsaechlich als H2S (und etwas COS). Eine Heissentschwefelung des Gases ist bis auf kleinste Gehalte mit Kalk (CaO) moeglich, wobei sich (im Gegensatz zur Rauchgasentschwefelung, bei der sich Calciumsulfat CaSO4 bildet) Calciumsulfid CaS bildet. Dieses kann nach bisheriger Ansicht nicht deponiert werden. Man muss deshalb das CaS entweder zu CaO regenerieren oder zu umweltschaedlichem CaSO4 konvertieren. Gegenstand des Projektes ist es ua nach Wegen zu suchen, CaS in vertretbarer Zeit und ohne SO2-Abgabe zu CaSO4 zu oxidieren.
Bei den bisher verwendeten Kohleveredelungsmoeglichkeiten Verkokung, Vergasung, Verfluessigung und Verbrennung wird beim Umwandlungsprozess Energie in erheblichem Umfang entweder verbraucht oder abgegeben, dh an die Kohleveredelungsanlage wird in der Regel ein Kraftwerk fossiler oder nuklearer Art angekoppelt sein. Zielprodukte sind neben Strom die Veredelungsprodukte Gas, Treibstoff oder Chemierohstoff. Aufgabe des Vorhabens soll es sein, neue bzw verbesserte Kopplungsmoeglichkeiten zu finden, um zu technisch, oekonomisch und oekologisch ueberzeugenden Gesamtanlagenkonzepten zu gelangen. Dazu gehoeren folgende Arbeitspunkte: 1. Untersuchungen von Konzepten der Methanol- und indirekten Benzinerzeugung aus Kohle in Verbindung mit fossilen oder nuklearen Kraftwerken, 2. Untersuchungen zur Vorbehandlung von Kraftwerkskohle, 3. Untersuchungen zur Erdgasspaltung gekoppelt mit HTR, DWR, Gasturbinenanlage. Zielprodukte Gas, Methanol und NH3, 4. Erstellung von verfahrenstechnischen Rechenprogrammen als Hilfsmittel zur Konzeptauslegung, 5. Untersuchungen und Erarbeitung von Konzepten zur Gewinnung und Aufbereitung von Rohstoffen entsprechend den landesspezifischen Gegebenheiten (Rohstoffart, Vorkommen, Infrastruktur, Energiebedarf), 6. Untersuchungen und Erarbeiten von Verfahren zur Substitution von Oel (zB fuer die Duengemittelerzeugung), Nutzung organischer Stoffe (zB Pflanzen und Holz) fuer rohstoffarme Laender, 7. Untersuchungen zum Einsatz hochentwickelter Technologien mit Prozessdampfauskoppelung aus Kernkraftwerken in Entwicklungslaendern.
Fuer die Gewinnung von petrochemischen Rohstoffen soll die Herstellung eines vorzugsweise aus N-Paraffinen bestehenden an Sauerstoffverbindungen armen Syntheseprodukts angestrebt werden, das moeglichst wenig oberhalb ca. 350 Grad siedende Bestandteile enthaelt. Beabsichtigt ist daher die Gewinnung derartiger Rohstoffe auf der Basis eines aus Braunkohle hergestellten Synthesegases, die fuer die Weiterverarbeitung auf petrochemische Produkte, insbesondere niedrigmolekulare Olefine, optimal geeignet sind.
Am IVD werden mathematischen Modelle zur Beschreibung von Verbrennungsvorgaengen und zur Simulation von Kraftwerksfeuerungen eingesetzt. Um diese Modelle erweitern und validieren zu koennen, sollen im Rahmen des Projektes Messwerte von modernen Feuerungsanlagen bereitgestellt und dazu moderne Messtechniken erprobt und weiterentwickelt werden. Gleichzeitig sollen den Betreibern von Grosskraftwerksanlagen Informationen ueber die Verbrennungsbedingungen der eingesetzten Brennstoffe zur Verfuegung gestellt und moegliche betriebliche Probleme besser und zuverlaessiger erklaert werden. Dies soll der Optimierung des Anlagenbetriebs dienen. Das Messprogramm umfasst den Einsatz und die Erprobung moderner Messtechniken wie: - die Laser-Doppler-Anemometrie zur Geschwindigkeits- und Turbulenzmessung, - die 2-/3-Farbenpyrometrie zur Messung von Temperaturfeldern mit hoher oertlicher Aufloesung, - Schallpyrometrie (Universitaet des Saarlandes), - Nahinfrarot-Diodenlaserspektroskopie fuer Gaskonzentrationsmessungen (PCI der Universitaet Heidelberg), - und konventioneller Messtechniken (Absaugmesstechniken) zur Bestimmung der Temperaturen und der Gaskonzentrationen des Rauchgases. In der ersten Messphase im Modellkraftwerk Voelklingen/Fenne der Saarbergwerke AG wurden Messungen im Brennernahbereich von NOx-armen Brennern modernster Generation und am Feuerraumende durchgefuehrt. Die Schallpyrometrie wurde neben der LDA-Messtechnik erfolgreich eingesetzt. In der 2. Messphase im HKW 2 der Neckarwerke AG in Altbach/Deizisau soll eine moderne Allwandfeuerung vermessen werden. Es soll die 2-/3-Farbenpyrometrie hinsichtlich ihres Einsatzes unter rauhen Kraftwerksbedingungen erprobt und mit Hilfe der LDA-Messtechnik das Stroemungsprofil im Brennernahbereich moderner Brenner detailliert untersucht werden.
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