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Sonderforschungsbereich Transregio 129 (SFB TRR): Oxyflame - Entwicklung von Methoden und Modellen zur Beschreibung der Reaktion fester Brennstoffe in einer Oxyfuel-Atmosphäre, Teilprojekt A05: Kinetische Untersuchungen zum Einfluss der katalytischen Eigenschaften mineralischer Bestandteile von Kohleasche auf die Oxyfuel-Verbrennung

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.

Blasius Schuster KG in Frankfurt am Main, St. (2022 - 2024)

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.

Transsonisch-CO2 - Transsonischer Prozessverdichter axialer Bauart zur Verdichtung von Kohlendioxid

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.

Anwendungsorientierte Grundlagenuntersuchungen zur Umsetzung fester fossiler Brennstoffe unter Druck

Im Rahmen dieses Vorhabens werden prozess- und gasreinigungsseitige Grundlagenuntersuchungen fuer die vier im Vordergrund stehenden Kohleumwandlungsprinzipien - Druckwirbelschichtverbrennung/-vergasung und Druckflugstromverbrennung/-vergasung - durchgefuehrt. Ziel des Projektes ist es, durch Untersuchung von Teilaspekten unter definierten und reproduzierbaren Bedingungen im kleintechnischen Massstab fuer die sich in der Entwicklung bzw. Demonstration befindlichen Verfahren grundlegende und uebertragbare Versuchsergebnisse bereitzustellen.

Synthese von moeglichen Kohle-Teilstrukturen mit organischen Schwefelgruppierungen

Die beste Form, die SO2-Emissionen aus kohlebefeuerten Feuerungen zu vermindern, waere die Entfernung des Schwefels aus der Kohle selbst. Zur Entwicklung solcher Verfahren zur Entfernung des bei der Verbrennung zum umweltschaedigenden SO2 fuehrenden sogenannten 'organischen Schwefels' ist die Kenntnis der organisch-chemischen Gruppierungen letztlich unerlaesslich, in denen Schwefelatome gebunden sind. Ausser den seit einigen Jahren im Arbeitskreis durchgefuehrten Untersuchungen zur Anreicherung schwefelhaltiger Kohleanteile ist die Synthese von Kohle-Teilstrukturen mit organischen Schwefelgruppierungen (Hauptzielrichtung: Dibenzothiophen-Gruppierungen, weil bei diesen der Schwefel besonders fest gebunden ist) und deren Untersuchung ueber ihr Entschwefelungsverhalten unter den Bedingungen aktueller technischer Kohleverarbeitungsverfahren wie Kohleverfluessigung und -vergasung wesentlich. Der Einbau insbesondere von Dibenzothiophengruppen erfolgt bei den Synthesen ueber Ether- und Thioetherbruecken, wie sie auch in Steinkohle selbst anzunehmen sind.

Bau und Betrieb einer Versuchsanlage zur Vorbehandlung von Abwaessern aus der Vergasung von Braunkohle nach dem HTW-Verfahren

Im Rahmen der Planungen fuer ein Kombikraftwerk mit intergrierter Braunkohlevergasung (KoBra), wurden an der Hoch-Temperatur-Winkler-Vergaseranlage (HTW) Untersuchungen zur Erprobung und Absicherung des KoBra-Abwasserkonzeptes durchgefuehrt. Schwerpunktmaessig wurde die Elimination von HCN in der waessrigen und gasfoermigen Phase untersucht. Ebenso war auch die Entfernung von H2S eine wichtige verfahrenstechnische und wirtschaftliche Zielsetzung. Ergebnisse: 1. Die H2S-Strippung fuehrte zu sehr geringen Restgehalten im Bodenprodukt bei gleichzeitig vertretbaren Gehalten an NH3 im Kopfprodukt des Strippers. 2. Bei der HCN-Elimination in der waessrigen Phase mittels H202 konnten Restkonzentrationen bis 1 mg/l erreicht werden. 3. Die katalytische Umsetzung von HCN in der Gasphase fuehrte zu Umsatzraten bis ca. 90 Prozent. Die bisher erreichten Untersuchungsergebnisse zeigen das Potential einer weitgehenden Elimination von H2S und HCN. Eine abschliessende Bewertung der gesamten Versuchsergebnisse erfolgt zum Projektende.

Heissgasentschwefelung fuer fortschrittliche Kraftwerkssysteme

Moderne Kombi-Kraftwerksprozesse mit integrierter Kohlevergasung koennen in der Verstromungstechnologie einen wichtigen Beitrag zum Umwelt- und Klimaschutz leisten. In einem solchen Anlagenkonzept sind daher Verbesserungspotentiale der verschiedensten Kraftwerkskomponenten zu betrachten. Ein wesentlicher Faktor ist die Gasreinigung von Brenngasen aus der Kohlevergasung. Im Rahmen dieses Projektes wurden in Technikumsversuchen unter Zugabe verschiedener Sorbentien, die trockene Entschwefelung von Kohlegas aus einer Hochtemperatur-Winkler-Vergasung (HTW) in einem Temperaturbereich von 200 - 500 Grad C erprobt. Bei diesem Verfahren liessen sich sehr hohe Entschwefelungsgrade erzielen. Vor Einsatz dieser Technik in Grossanlagen sind allerdings weitere Entwicklungsschritte mit realem Kohlegas im Pilotmassstab erforderlich.

Weiterentwicklung der BGL-Vergasung zu einem IGCC- und Polygeneration-Vergasungsverfahren

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.

CO2-Reduktion durch innovatives Vergaserdesign - COORVED (Entwicklung innovativer Großvergaserdesigns für die Erzeugung von Brenn- und Synthesegas aus qualitativ minderwertigen Kohlen für den Einsatz in IGCC-Kraftwerken)

Herstellung von synthetischem Erdgas aus Kohle mit interner CO2-Abtrennung

Dieses Projekt ist ein Folgeprojekt des vorangegangenen CO2free SNG, welches sich auf die Erzeugung von Erdgassubstitut (SNG) aus Kohle durch Methanierung von Synthesegas aus der Kohlevergasung konzentrierte. Die derzeitigen Systeme zur Herstellung von SNG aus Kohle basieren auf großskaligen Anlagen wie Flugstromvergasern und einer aufwändigen Reinigung des Synthesegases. Dabei wird meist eine kalte Gasreinigung bei -40 bis -70 C mit Hilfe des Rectisol-Prozesses durchgeführt, die mit signifikanten Exergieverlusten und einem hohen technischen Aufwand verbunden sind. Allerdings erfordert die Einspeisung ins Gasnetz eher Anlagen im mittleren Leistungsbereich aufgrund der lokal begrenzten Einspeisemöglichkeiten. Das CO2freeSNG Projekt zielt daher auf innovative Anlagenlösungen für die SNG Herstellung aus Kohle im mittleren Leistungsbereich ab, die auf einer deutlich vereinfachten Gasreinigung bei erhöhten Temperaturen basieren. Das vorangegangene CO2free SNG Projekt hat die Wirtschaftlichkeit solcher Anlagen in Kombination mit einer Gasreinigung sowie CO2 Abscheidung durch eine Karbonatwäsche demonstriert. Als Fortsetzung dieses Projekts wird eine Versuchsanlage mit einer Leistung von 150 KW der kompletten Prozesskette am EVT aufgebaut, um die technologische Basis für die dann folgende Demonstration in kommerzieller Größe zu legen.

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