Experimentelle Untersuchung des Chemical Looping Verfahrens an einer 1 MW Versuchsanlage

Im Zeichen des Klimawandels haben sich führende Industrienationen geeinigt, ihre jeweiligen CO2-Emissionen signifikant zu senken. Diese Reduktionsziele können nur erreicht werden, wenn die Emissionen bei der Energieerzeugung deutlich gesenkt werden. In der vorliegenden Arbeit wird das sogenannte Chemical Looping Verfahren untersucht, bei dem Energie aus fossilen Energieträgern gewonnen und das dabei entstehende CO2 abgeschieden wird. Die aktuelle Forschung im Bereich Chemical Looping konzentriert sich vor allem auf den Labormaßstab und kleinere Versuchsanlagen. Aus diesem Grund wurde an der Technischen Universität Darmstadt eine Versuchsanlage im 1 MW Maßstab errichtet. Die Anlage besteht aus zwei miteinander gekoppelten zirkulierenden Wirbelschichtreaktoren mit einer Höhe von über 11 m. Ziel dieser Anlage ist es, das Verfahren im semi-industriellen Maßstab und mit kommerziell verfügbarer Technologie zu demonstrieren und die Effizienz des Verfahrens unter diesen Umständen zu untersuchen. In dieser Arbeit werden zunächst einige Versuche mit Ilmenit – dem verwendeten Sauerstoffträger – beschrieben. Weiterhin werden Auslegung, Aufbau und Inbetriebnahme der 1 MW Versuchsanlage dokumentiert und die Ergebnisse der ersten Versuchsreihen dargestellt und ausgewertet. Die erzielten Ergebnisse zeigen, dass das Chemical Looping Verfahren in einer derartigen Anlagenkonfiguration betrieben und das CO2 sicher abgeschieden werden kann.

Attempting to counteract the consequences of climate change, leading industrial nations have agreed on reducing their CO2 emissions significantly. To reach these reduction goals, it is essential to reduce the CO2 emissions in the field of energy conversion. This PHD thesis covers the field of chemical looping combustion, a technology that uses fossil fuels for energy conversion with inherent capture of CO2. Since the research regarding chemical looping had so far focused mainly on lab scale or small scale experiments, a 1 MW pilot plant has been erected at Technische Universität Darmstadt in order to investigate the process in a semi-industrial scale and to check the process efficiency with commercially usable equipment. This pilot consists of two interconnected fluidized bed reactors and has an overall height of more than 11 m. In this thesis, some experiments with ilmenite – used as the oxygen carrier – are explained. Furthermore, the design, erection and commissioning of the pilot plant are presented as well as the results of the first test campaigns. The evaluation of the latter proves that the process can be handled in the design configuration and that CO2 can be safely captured in a pilot plant of this scale.