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.
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.
Bei der geplanten untertägigen Speicherung von CO2 aus den Verbrennungsprozessen in Kraftwerksanlagen wird allgemein mit chemisch-physikalischen Wechselwirkungen zwischen dem unreinen, weil mit Reststoffen aus dem Verbrennungsprozess wie z.B. Stickoxiden oder Schwefelverbindungen belasteten CO2 gerechnet. Dabei ist jedoch weitgehend unbekannt, welche Veränderungen des mineralogischen Phasenbestandes, der chemischen Zusammensetzung und des geomechanischen Verhaltens in den verschiedenen, möglichen Speichergesteinen mit der Einspeicherung verbunden sein werden. Im Rahmen eines laborativen Untersuchungsprogrammes sollen im Verbund mit den Projektpartnern der BGR, Hannover, an begründet auszuwählenden Speichergesteinen die chemischen, mineralogischen und geomechanischen Veränderungen unter den zu erwartenden Druck- und z.T. auch Temperaturbedingungen experimentell simuliert und beobachtet werden. Aus den experimentellen Befunden soll eine quantifizierende Abschätzung über die in-situ zu erwartenden mineralogisch-geochemischen und geomechanischen Prozesse und möglichen Veränderungen in den Speicherformationen abgeleitet werden.
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.
Zielsetzung: Ziel des Vorhabens ist es, den in seiner mineralogischen Zusammensetzung andersartigen Reststoff aus kombinierten Gas-/Dampfturbinenprozessen zu charakterisieren und Verwertungsmoeglichkeiten im Baustoff- und ggf im Fuellstoffbereich zu untersuchen. Arbeitsprogramm: - Bestimmung der Eigenschaften von GDK-Reststoffen durch chemische und mineralogische Untersuchungen. - Erprobung verschiedener Aufbereitungsmethoden zur Abtrennung unerwuenschter Begleitstoffe und Herstellung verwertungsfaehiger Produkte durch Sieben, Sichten, Zerkleinern, Laugung, Kristallisation. - Einsatz der GDK-Reststoffe bei der Herstellung von Baustoffen - wie Leichtzuschlaege, Putzmoertel, Daemmstoffe, Gasbeton, Leichtbausteine. - Erprobung konditionierter GDK-Produkte als Fuellstoff in verschiedenen Anwendungsbereichen. - Herstellung und Pruefung der Produkte. Letzter Stand der Arbeiten zm 31.12.1994: Es wurden verschiedene Rueckstaende aus Kohlevergasungsprozessen hinsichtlich ihrer chemischen, physikalischen und mineralogischen Eigenschaften sowie ihrer Umweltvertraeglichkeit charakterisiert. Des weiteren wurden Aufbereitungs- und Konditionierungsmassnahmen durchgefuehrt, verschiedene Baustoffe fuer den Hochbau und den Untertagebereich hergestellt und gemaess einschlaegigen Normen ueberprueft. Aufschlussverfahren, Laugungsverfahren und Kristallisation dienten der Gewinnung einzelner Komponenten der Aschen - hauptsaechlich der SiO2- und Al2O3-Anteile-, die als Rohstoff in anderen Industriezweigen wie Waschmittel- oder keramischer Industrie Anwendung finden koennten. Das Ziel, die quantitative Umwandlung der geloesten SiO2- und Al2O3-Komponenten in Zeolith 4A, konnte im Rahmen des Vorhabens nicht erreicht werden.
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.
Mittels des im Laboratorium entwickelten Verfahrens der katalytischen Niedertemperaturkonvertierung kann Biomasse zu Erdoel verwandten Brennstoffen in hoher Ausbeute umgesetzt werden: Biomasse, Abfallprodukte wie Klaerschlamm und Muell. Neben Kohlehydrierung und Kohlevergasung ist die katalytische Niedertemperaturkonvertierung von Biomasse das einzige alternative Verfahren, das zu Brennstoffen vom Erdoeltyp fuehrt. Das Verfahren wurde in einer technischen Demonstrationsanlage mit einem Durchsatz von 5 kg organische Trockensubstanz/Std. kontinuierlich durchgefuehrt. Das Verfahren ist energieautark und liefert darueberhinaus 10-20 kg Oel pro Kilogramm Klaerschlamm. Verfahrensparameter, Kinetik und chemischer Mechanismus wird untersucht.