Aktuell / 22.07.2013

Neue Testanlage zur Kohlevergasungstechnik

Projektleiter Olaf Schulze zeigt die Entnahmestellen für Proben in 12 Meter Höhe. Bild: Christina Geimer

Kohle wird nicht nur verbrannt, sondern lässt sich auch zur Erzeugung von chemischen Produkten, wie Methanol oder Methan, verwenden. Bisher werden diese Verfahren vor allem in China und Indien angewendet. Die Technische Universität Bergakademie Freiberg tritt mit einer neuen Testanlage an, in Deutschland die Datenbasis für ein neues Design von Kohlevergasern zu schaffen.

Im sächsischen Freiberg fällt dem Besucher der Hügel der „Reichen Zeche“ ins Auge – einem Symbol der Jahrhunderte langen Tradition des Silberbergbaus in der Kleinstadt zwischen Chemnitz und Dresden. Seit Sommer 2013 überragt der neue 20,45 Meter hohe Schlackebadvergaser den stillgelegten Förderturm auf der Spitze des Hügels. Das Institut für Energieverfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen der Technischen Universität Bergakademie Freiberg will an der Testanlage die Möglichkeiten zur Veredelung einer anderen Ressource, der Kohle, erweitern.

Über das Eintragssystem mittels Schleusen (blau) gelangt die Kohle in den Vergaser. Bild: Christina Geimer

Die Kohle wird am Kopf in den 12 Meter langen Schlackebadvergaser gegeben. Zunächst wird sie in einer Kammer, einer Schleuse, eingeschlossen und auf einen Druck von 40 bar gebracht, der auch im Schlackebadvergaser herrscht. Dann öffnet sich am unteren Ende das Eintragssystem in 11,20 Meter Höhe und die Kohle fällt in den eigentlichen Schlackebadvergaser. Auf 7,40 Meter wird das Vergasungsmittel eingedüst. Die Temperatur im Vergaser beträgt 1.200 bis 1.600 Grad Celsius, so dass aus der Kohle ein Gas gebildet wird. Die mineralischen Bestandteile, also die Asche, werden komplett als zähe Schlacke abgeschieden.

Wie zähflüssiger Honig tropft die Schlacke aus dem Vergaser in ein Wasserbad und erkaltet. Aus welchen Bestandteilen die Schlacke besteht und wie diese Zusammensetzung beeinflusst werden kann, untersuchen die Wissenschaftler am IEC. Als erste Forschungseinrichtung können sie die Schlacke unter realen Prozessbedingungen untersuchen. Sie entnehmen unter hohem Druck von 40 bar an speziellen Stellen Proben aus der Schlacke, bevor diese ins Wasser fällt. Besonders das Schmelzverhalten der Asche sowie die Eigenschaften der flüssigen, heißen Schlacke sind wichtig für den Betrieb von Vergasern und oft Ursache von Problemen.

Bringen ein Hufeisen an der Versuchsanlage an (v. l.): Envirotherm-Geschäftsführer Dr. Georg Daradimos, sächsicher Staatsminister Sven Morlok und Prof. Dr. Bernd Meyer, Direktor des Instituts für Energieverfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen (IEC). Bild: TU Bergakademie Freiberg

Testanlage soll Kosten der Technik senken

Bisher waren nur Untersuchungen ohne Druck oder nach dem Eintauchen ins Wasser möglich. Das soll sich mit der Freiberger Anlage ändern. Hier soll auch zum Beispiel das Fließverhalten der Schlacke optimiert werden. Mit Hilfe der Testanlage sollen auch neue Ansätze erprobt werden, um die Kosten der Technik zu senken. Ein weiteres Ziel ist, den Umsatz des Kohlenstoffs von derzeit maximal 95 auf 99 Prozent zu steigern. Die Wissenschaftler wollen die Toleranz gegenüber der Brennstoffqualität erhöhen. Dazu untersuchen sie neben verschiedenen Kohlearten auch Biomasse. Bisher ist jeder Vergaser für einen spezifischen Brennstoff ausgelegt.

Nach Abschluss aller Forschungsarbeiten wird eine umfangreiche Datenbasis zur Zusammensetzung der Schlacke von verschiedenen Kohlen vorliegen. Das Wissen soll den Weg zur Optimierung und Weiterentwicklung von Vergasern eröffnen und zu einer Verbesserung der Anlagenverfügbarkeit beitragen.
Das Projekt wird vom Sächsischen Staatsministerium für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert.

Im Schlackebadvergaser untersuchen die Wissenschaftler das Ascheverhalten unter realen Prozessbedingungen. Bild: TU Bergakademie Freiberg