TU Darmstadt / ULB / TUprints

Experimentelle Untersuchung des Langzeitverhaltens des Carbonate-Looping-Verfahrens im Megawatt-Technikum

Helbig, Martin :
Experimentelle Untersuchung des Langzeitverhaltens des Carbonate-Looping-Verfahrens im Megawatt-Technikum.
tuprints, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2019)

[img]
Preview
Dissertation - Text
20190131.pdf - Accepted Version
Available under CC-BY-NC-ND 4.0 International - Creative Commons, Attribution Non-commerical, No-derivatives.

Download (9MB) | Preview
Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Experimentelle Untersuchung des Langzeitverhaltens des Carbonate-Looping-Verfahrens im Megawatt-Technikum
Language: German
Abstract:

Eine der großen Herausforderungen dieser Zeit ist die Begrenzung der Freisetzung von CO2 aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe, um einer globalen Klimaerwärmung entgegenzuwirken. Eine Möglichkeit zur Verminderung von CO2-Emissionen ist die Abspaltung während des Energieumwandlungsprozesses und eine anschließende Verwertung bzw. Lagerung des CO2. Grundsätzlich kann man dabei drei verschiedene Verfahrensarten unterscheiden. Dies sind der Gasturbinenprozess mit integrierter Vergasung/Reformierung zur Abspaltung des CO2 vor der Verbrennung, die Verbrennung mit reinem Sauerstoff, Oxyfuel genannt und eine Abspaltung des CO2 aus dem Rauchgas nach der Verbrennung, beispielsweise mit der sogenannten MEA-Wäsche. Diese Verfahren haben den Nachteil relevanter Wirkungsgradeinbußen von ca. 8-14\,\%-Punkten, was den Brennstoffverbrauch und die Stromgestehungskosten erhöht. In den letzten Jahren konnten die erwartbaren Wirkungsgradverluste durch neue Ansätze und vertiefter Erforschung dieser Verfahren vermindert werden. Nach wie vor steht die Wirtschaftlichkeit und Akzeptanz dieser Verfahren für einen kommerziellen Einsatz jedoch weiter in Frage. Bei dem Carbonate-Looping-Verfahren (CaL) handelt es sich um die Absorption von CO2 mit Hilfe von Kalziumoxid (CaO), welches aus Kalkstein gewonnen werden kann. Die Abgase werden in den sogenannten Karbonator geleitet und reagieren dort bei ca. 650\,°C mit dem CaO zu Kalziumkarbonat (CaCO3). Das so gebundene CO2 wird in den zweiten Reaktor, dem sog. Kalzinator transportiert. Dort wird das CaCO3 auf eine Temperatur von ca. 900\,°C erhitzt und dadurch das CO2 wieder ausgetrieben. Während das freiwerdende CO2 zur Verdichtung und weiteren Verwertung abgeführt werden kann, wird das regenerierte CaO zurück in den Karbonator geführt. Das Carbonate-Looping-Verfahren ist eine wirkungsvolle und umweltfreundliche Methode, CO2 nach der Verbrennung aus Abgasen abzutrennen und eine Emission zu vermeiden. Der Energiebedarf und die Kosten für die CO2-Abscheidung fallen beim Carbonate-Looping-Verfahren geringer aus als bei konkurrierenden Verfahren. Die hohe Effizienz trägt wesentlich zur Ressourcenschonung, Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit bei der Energiegewinnung mit Hilfe fossiler Brennstoffe mit gleichzeitiger CO2-Abscheidung bei. An der TU Darmstadt wurde erstmals eine Versuchsanlage im Maßstab von 1 MWth aufgebaut und die prinzipielle Tauglichkeit des Verfahrens demonstriert. Im Rahmen mehrerer Forschungsvorhaben wurde die 1 MWth-Versuchsanlage hinsichtlich ihrer Funktionalität erweitert und erstmals stationäre Langzeitversuche mit unterschiedlichen Brennstoffen und Absorbentien durchgeführt. Durch das Erreichen vieler unterschiedlicher stationärer Betriebspunkte wurden ausreichend Daten gesammelt, um den flexiblen und gesicherten Einsatz des Carbonate-Looping-Verfahrens in Kraftwerken und anderen großen CO2-Quellen eingehend beurteilen zu können. Ferner existiert nun eine ausreichende Datenbasis für die Hochskalierung einer industriellen Demonstrationsanlage.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
The carbonate looping process is an efficient carbon capture technology to reduce the amount of carbon dioxide emitted by fossil fueled power and industrial plants. The presented work discusses the results gained in six test campaigns, each four weeks long, performed in a 1 MWth carbonate looping pilot plant at Technische Universität Darmstadt. The flue gas was provided by a coal fired furnace. The calciner was fired in a recirculated oxy-fuel combustion mode, i.e. where coal was burned with oxygen and flue gas was recirculated to moderate the temperature. The objective of these test campaigns with optimized configuration was to improve and to scale up the process into an industrial size. During the campaigns, the type of fuel, sorbent, flue gas composition, reactor design, and operating conditions were varied to investigate long-term effects on the performance. Steady-state conditions were achieved, which means that no parameters were changed during up to 60 hours. The industrial size feasibility of the carbonate looping process was proven by steady state CO2 absorption over 2000 hours with interconnected fluidized bed reactors and capture rates up to 94 %.English
Place of Publication: Darmstadt
Publisher: tuprints
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering > Institut für Energiesysteme und Energietechnik (EST) > Studies on carbon capture
Date Deposited: 20 Feb 2019 12:12
Last Modified: 20 Feb 2019 12:12
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-84067
Referees: Epple, Prof. Dr. Bernd and Janicka, Prof. Dr. Johannes
Refereed: 15 January 2019
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/8406
Export:

Downloads

Downloads per month over past year

Actions (login required)
View Item View Item