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.
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.
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.
Objective: To establish the performance of coal gasification trials based on the principle of the molten iron reactor. General Information: The process is based on the simultaneous carbonization and decarbonization of liquid iron. In a vessel containing a high -carbon iron bath (hot metal), pulverized coal and oxygen are injected through tuyeres installed in the bottom. Lime or converted slag, in ground form, can also be injected through the bottom tuyeres. In a simplified way the following process runs auto thermically at a temperature in the range 1450c - 1550c: - the volatile components of the coal escape and are cracked: - the carbon is dissolved in the iron: - the coal ash together with added materials, such as steel plant slag or lime, forms a basic final slag; - the sulphur introduced by the coal is bound in the basic reactor slag. As well as in the reactor dust: - the coal dissolved in the molten iron reacts with the oxygen and thus generated the product gas. Achievements: In the 60 T converter the coal rate in the trial was 15 to 20T/H of a 14. 4 per cent ash and 29. 5 per cent volatile coal. The trials have shown that the molten bath temperature was stable during the gasification. The gas composition and the main pollutants concentration are given in table 1. Table1: Composition and pollutants in the gas produced by the Klockner process. CO 64 per cent, CO2 2-3 per cent, H2 30-31 per cent, CH4 730PPM, N2 3 per cent, H2S 2-70PPM, COS 5-28PPM, SO2+SO3 0-42PPM, CL 0. 2-7. 1PPM, F 0-3. 6PPM, HCN 0-4. 2PPM, NH3 0. 1-0. 9PPM. NOX 0. 1-0. 5PPM. - Primarily from carrier gas for coal transportation. Due to the high process temperature of 1 400 up to 1 500 C, as well the function of the molten iron, higher molecular hydrocarbons (tars) were not present. The concentrations of chlorine, flour cyanide of hydrogen, ammonia and nitrogen oxides are extremely low. Also the sulphur concentrations are low. This is a particularly interesting feature of this process compared to other gasification processes. The dust quantity was in the range of 20 to 60G/NM3 but this quantity will be easily reduced to about 5MG/NM3 by the gas cleaning system applied in steel making. The recirculation of fines is considered. The results show that the carbon losses can be limited to 1 to 2 per cent and that desulphurisation of the gases occurs partly in the converter stack. In a longer trial (67 T of coal), the converter lining and the tuyeres are in an excellent condition. The slag produced although containing 3 per cent sulphur - is suitable for the production of concrete, as a material for road construction and as fertilizer. The research work has been continued with subsidies of the Federal German Research Ministry.
Dem direkten Einsatz der Kohle in den Tunneloefen der Ziegelindustrie stehen hohe technische und umweltrelevante Hindernisse entgegen. Hier bietet sich die Kohlevergasung als Alternative an. Die erheblichen Investitions- und Betriebskosten der z.Zt. vorhandenen Systeme verhindern aber eine wirtschaftliche Verwendung. Die Fa. Keller hat ein Beheizungssystem entwickelt, das dem Tunnelofen hinsichtlich Verfahrenstechnik, Konstruktion und Leistung angepasst ist. Das bedeutet einen geringeren Aufwand fuer die Gasreinigung, geringe Waermeverluste und das Fehlen jeglicher Abwaerme. Das im Technikum entwickelte Verfahren soll nun in einer Demonstrationsanlage (Massstabsvergroesserung ca. 8) in einer Ziegelei erprobt und bis zur Praxisreife entwickelt werden. Das Vorhaben umfasst Konstruktion, Bau und Betrieb dieser Anlage. Die Laufzeit soll 2 Jahre betragen.
Objective: To design and construct a coal gasification demonstration plant for the testing and development of the Prenflo process. A 48 T/d PRENFLO unit is intended to convert a total of 24,000 tons of coal to +- 48 x 1,000,000 m3 n synthesis or fuel gas at a calorific value of +- 11,850 KJ/m3 under standard conditions. See projects LG /270/85/DE, LG/354/87/DE and LG/255/89/DE.L per cent General Information: The PRENFLO process is a pressurized version of the Koppers-Totzek process. This project is the first phase in a two-phase undertaking to develop the PRENFLO process for eventual industrial scale introduction into the market. The pressurized version of the entrained-flow process for the use of coal, injected as dry coal dust, is a new technology with a high gasifier unit capacity (1,000 to 2,500 T/d coal throughput), high thermal efficiency, high product gas quality and low environmental load. Sluicing members, coal feeding, reaction in the pressurized reactor, waste heat boiler, and gas purification unit are to be adapted to novel loads. For the period covered by this contract (Phase 1) the pilot plant is being designed and constructed for test operations (Phase 2). The plant is located at the Technological Centre Saar of Saarbergwerke AG in Fürstenhausen. The centre has provided space for supplies, fuel, and waste disposal from the 48 T/d PRENFLO unit. Workshops and laboratory facilities are also provided. The major components of the process will be tested in continuous operation during a first operational phase. Modifications will be made and material and heat balances as well as balances of detrimental materials will be determined for various solid fuels. The fouling of heating areas in the waste heat boiler will be tested using chlorinated coal. Cleaning systems will also be tested. The PRENFLO unit will have a coal throughput of 2 T/h at 30 Bar operating pressure, corresponding to a gas output of +- 4,000 m3/h dry raw gas. The gas consists primarily of a mixture of carbon monoxide and hydrogen. There will be no liquid or gaseous hydrocarbons. The project (Phase 1) is estimated to cost DM 38,314 million. Achievements: Construction and commissioning were completed in early 1986. Three patent applications regarding the Prenflo process were filed by KRUPP KOPPERS during 1985: 1. Device for fixing samples in position; 2. Process for generating electrical energy in a combined cycle power plant with upstream coal gasification; 3. stuffing box seal.
Weissfaeulepilze besitzen die Faehigkeit, mit Hilfe eines komplexen, unspezifischen Enzymsystems (Ligninasen), das Lignin des Holzes abzubauen. Aufgrund dieser Enzymausstattung wird diesen Mikroorganismen auch ein grosses Potential zum Abbau persistenter Xenobiotika zugeschrieben. Zu diesen Verbindungen gehoeren auch die polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffe (PAK), von denen zahlreiche Verbindungen als cancerogen und mutagen eingestuft werden. Ihre Anreicherung in der Umgebung von Kohle und Erdoel verarbeiteten Industrieanlagen stellt ein Gesundheitsrisiko fuer Mensch und Umwelt dar und erfordert bei der Ueberschreitung bestimmter Grenzwerte eine Sanierung der betroffenen Boeden. Neben physikalisch-chemischen Methoden kann die biologische Sanierung unter Einsatz von Mikroorganismen eine oekologisch und oekonomisch guenstige Alternative darstellen. Ziel des durchgefuehrten Forschungsvorhabens war es, wissenschaftliche Grundlagen fuer den Einsatz von Weissfaeulepilzen zur Bodensanierung zu erarbeiten. Dazu wurden zunaechst aus einer ca. 200 Pilzstaemme umfassenden Institutssammlung 57 Pilze auf ihre Faehigkeit getestet, die radioaktiv markierte PAK-Verbindung (4,5,9,10 - 14C) Pyren in Reinkultur auf Stroh zu mineralisieren. Bei zwoelf dieser Pilze waren nach 15 Wochen 45-60 Prozent des eingesetzten HC-Pyrens zu 14C02 mineralisiert. Bei einer Auswahl von gut und schlecht mineralisierenden Pilzen war am Ende der Versuche der groesste Teil der nicht mineralisierten HC-Radioktivitaet mit Wasser extrahierbar. Dies weist auf eine weitgehende Metabolisierung des 14C-Pyrens auch bei den schlecht mineralisierenden Pilzen hin, die den Abbau jedoch nicht bis zum 14C02 leisten konnten. Von den Organismen mit dem besten Mineralisierungspotential wurde aufgrund der guten Kultivierbarkeit und seiner Faehigkeit in Boeden einzuwachsen, der Pilz Pleurotus sp. Florida ausgewaehlt, um seine Abbaukapazitaeten auch fuer andere PAK-Verbindungen zunaechst in Reinkultur und dann in Boeden zu pruefen. Diese Untersuchungen zeigten, dass Pleurotus sp. Florida in Reinkultur in der Lage war, dem Stroh in unterschiedlichen Menge (50, 250, 1250 myg) zugesetzte nicht radioaktiv markierte acht 4-6-Ring EPA-PAK weitgehend zu metabolisieren. Es wurden maximal 20-23 Prozent (Dibenz(a,h)anthracen und Chrysen) bei der niedrigsten Konzentration wiedergefunden. Bei den hoeheren Konzentrationen stieg die wiedergefundene Menge der PAK zwar an, jedoch nicht in dem der Konzentrationserhoehung entsprechenden Mass. Beim Sprung der Anfangsmenge um das 25fache (von 50 auf 1250 myg) stiegen die prozentualen Wiederfindungsraten jedoch lediglich um das 3,6-8,4fache. Auch die gleichzeitig zugesetzten 14C-PAK (4,5,9,10-14C) Pyren, (12-14C) Benz(a)anthracen und (7,10-14C) Benzo(a)pyren wurden in bisher bei Mikroorganismen nicht nachgewiesenem Umfang mineralisiert...
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.
Basierend auf der Vergasungs- und Verbrennungstechnik nach dem Prinzip der Zirkulierenden Wirbelschicht (ZWS) soll die erweiterte Grundauslegung des Vergasungsteiles eines Kombiblockes erfolgen. Der Vergasungsteil umfasst Kohleeintrag, ZWS-Vergasung, Abhitzesystem, trockene Gasreinigung und die Anbindung des Vergasungsteiles an den Verbrennungsteil. Die meisten Komponenten des Vergasungsteiles und der gesamte Verbrennungsteil sind Stand der Technik. Bei einigen Komponenten besteht noch Auslegungssicherheit; es sind zur Absicherung Komponentenversuche im Massstab 1:1 beabsichtigt. Die Einzelkomponenten werden zu einem neuartigen Konzept (ZWS-Kombikraftprozess) zusammengefasst. Bau und Betrieb der beabsichtigten Demonstrationsanlage kann erst nach Durchfuehrung der erweiterten Grundauslegung entschieden werden. Technische und finanzielle Risiken werden dadurch minimiert. Das Vorhaben stellt einen notwendigen Entscheidungsschritt fuer den Bau eines kommerziellen Prototyps dar. Die Bearbeitung des Vorhabens erfolgt durch ARGE aus Lurgi GmbH, Ruhrkohle Oel und Gas GmbH und BEWAG/EAB.
Objective: Development and test operation of a new waste utilization system (radiation boiler) and of further new components for pressurized entrained flow gasification (PRENFLO). The new components besides the radiation boiler were a candle filter (dry dedusting of PRENFLO raw gas), a fly ash recycle system, a catalytic COS hydrolysis and a raw gas desulfurization system (MDEA process). General Information: The partial oxidation of solid fuels according to the entrained-flow principle (PRENFLO process) is an exothermic process, approx. 20 per cent of the gross calorific value of the fuel being converted into sensible heat. Utilization of this large quantity of heat released is indispensible for the energetically optimum of the PRENFLO process in industrial-scale applications. The raw gas leaves the gasifier at a temperature of approx. 1400 deg. C, highly laden - about 160 g/m3 (24 bar) with small molten or doughy ash particles. The heat utilization concept realized to date at Krupp Koppers comprises the cooling of raw gas at the outlet of the gasifier with quench gas to temperatures of less than 1000 deg. C resulting in higher heat losses at temperatures below 250 deg. C. The hot gas quenching can be avoided by using the new waste heat utilization system for dust-laden PRENFLO raw gas with high optical density. It is based on a radiation boiler with built-in heat exchange elements, the arrangement of which takes account of the temperature and flow profile of the hot raw gas leaving the reactor. Results from the operation of a 48 t/d PRENFLO plant with regard to slag separation in the gasifier, effectiveness of mechanical dedusting devices, decoupling of radiation boiler from gasifier to take account of the vibrational properties (mechanical cleaning device for heat exchangers), and theoretical investigations on heat exchange for optically dense fluids indicated the possibilities of preventing energy losses by quench gas cooling of raw gas. Optimization of the system with regard to the spacing of the heat exchange elements, the cleaning and the geometry of the system result in lower overall height and anticipate efficiency improvements if the system is applied in a CC-power plant. The dry dedusting of PRENFLO gas allows fly ash recycling to the gasifier, thereby a total slagging of the coal ash and a total carbon conversion can be achieved. A high effective filtering system reduces heat losses with the raw gas, when hot dedusted gas from the filter is recycled as quench gas. A candle filter and a pneumatic fly ash recycle system was planned, built and tested. For the desulfurization of the PRENFLO gas a catalytic COS hydrolysis (conversion of COS to H2S) and a H2S absorber (MDEA process) were installed in the test plant to proof the reliability of these process stages for PRENFLO gas in a wide range of operating conditions and to take account of the gas and solid traces in the gas to be treated. Testing and optimization of the waste heat...