Versuchsanlagenbau
Wirbelschichtreaktoren
Die Weiterentwicklung von Technologien zur CO2-Abscheidung aus Rauchgasen fossil befeuerter Kraftwerke ist Gegenstand vieler Forschungsprojekte. Der Einfluss unterschiedlicher Prozessparameter auf Funktion und Wirtschaftlichkeit wird in speziellen Versuchsanlagen evaluiert. Das Ingenieurbüro Hellmick und Pfeiffer hat das Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik IFK beim Bau einer 200-kW-Technikumsanlage unterstützt.
Aufbau der Wirbelschichtreaktoren:
Vergaser (rot) und
Karbonator/Regenerator 1 (blau)
Grundsätzlich sind zwei Verfahren zur CO2-Abscheidung zu unterscheiden:
- Verfahren, bei denen die Zusammensetzung der am Verbrennungsprozess teilnehmenden Stoffe derart angepasst wird, dass das Abgas aus hochkonzentriertem CO2 besteht. In der Entwicklung befinden sich hier im Wesentlichen die integrierte Kohlevergasung („IGCC“) sowie der Oxyfuel-Prozess, bei dem reiner Sauerstoff zur Oxidation des Brennstoffs verwendet wird.
- Verfahren, bei denen das CO2 nachträglich aus dem Rauchgas abgeschieden wird („Post Combustion Capture“). Dies kann durch chemische Wäsche oder durch Einsatz natürlicher Sorbentien wie Kalkstein erfolgen.
Ein mögliches Post-Combustion-Capture-Verfahren ist der so genannte „Carbonate-Looping-Process“, bei dem Kalkstein mit dem heißem Rauchgas in Kontakt gebracht wird. Wesentliche Einflussgrößen für eine gute Abscheidewirkung sind neben einer geeigneten Temperatur des Rauchgases die Vermischung und Verweilzeit des Kalziumoxids, weshalb die Feuerung optimalerweise im Wirbelschichtverfahren durchgeführt wird. Die Regeneration des aus dem Kalziumoxid gebildeten Karbonats erfolgt in einer gekoppelten zweiten Wirbelschichtanlage.
Aufbau der Wirbelschichtreaktoren:
Regenerator 2
Anstelle von Kalkstein kann der Betrieb auch mit natürlichen Mineralien erfolgen, die als Sauerstoffträger in einem Wirbelschichtreaktor zunächst oxidiert werden und dann im zweiten Reaktor vom Brennstoff wieder reduziert werden. Dieses Verfahren wird „Chemical-Looping-Process“ genannt.
Die Koppelung zweier Wirbelschichtreaktoren eignet sich zudem zur Erforschung des AER-Verfahrens („Absorption Enhanced Reforming“), bei dem Biomasse mit Wasserdampf zu Wasserstoff und CO2 vergast wird. Die Abscheidung des CO2 erfolgt ähnlich wie im Carbonate-Looping-Process.
Das Ingenieurbüro Hellmick und Pfeiffer hat das IFK bei der Entwicklung einer 200-kW-Technikumsanlage unterstützt, indem es die Projektabwicklung für den Bau der drei miteinander verschalteten Reaktoren und Zyklone übernahm. Im Einzelnen betraf dies Konstruktion, Wärmeberechnungen sowie die Koordination des Stahl- und Feuerfestbaus. Zudem wurde eine umfangreiche Sicherheitsbetrachtung durchgeführt.