Aktuell / 02.02.2016

Datenbank für Kohlevergasung

Der abgebildete Drahtnetzreaktor ermöglicht Forschern die Pyrolyse und Vergasung von Feststoffen in einem kleinen Maßstab zu untersuchen – unter vergleichbaren Bedingungen von industriellen Anlagen. | Copyright: TU München

Anfang Januar startete die dritte Phase des Forschungsprojektes HotVeGas. In diesem sollen die bisherigen Erkenntnisse zur Kohlevergasung weiter ausgebaut und in einer Brennstoffdatenbank zusammengefasst werden. Das Vorhaben läuft noch bis Ende des Jahres 2019. Koordinator des Verbundvorhabens ist die Technische Universität München.

Integrated Gasification Combined Cycle, kurz IGCC, kann eine entscheidende Entwicklung für das Gelingen der Energiewende sein. Denn Kraftwerke mit dieser Technologie verfügen über eine höhere Flexibilität hinsichtlich Leistung und Brennstoffen im Vergleich zu den heute betriebenen Kohlekraftwerken. Dadurch eignen sie sich aus heutiger Sicht optimal, um die Residuallast abzudecken. Bereits seit 2007 läuft das Vorhaben und findet mit der dritten Phase einen vorläufigen Abschluss. Ein Ziel von HotVeGas III ist es, die bisher gewonnenen Ergebnisse in einer Datenbank zu katalogisieren. Weiterhin untersuchen die Forscher Vergasungskraftwerke auf ihre Wirtschaftlichkeit. Denn das ist ein Nachteil bisheriger IGCC-Kraftwerke: Sie sind zu teuer.

Datenbank hilft dabei, Prozesse optimal auszulegen

Der PiTER (für Pressurized High Temperature Entrained Flow Reaktor) erlaubt grundlegende Untersuchungen zur Vergasung fester Brennstoffe. | Copyright: TU München

In Phase III erstellen die Projektpartner eine Datenbank, mit deren Hilfe es möglich sein wird, eine optimale Auslegung von IGCC-Prozessen für verschiedene Brennstoffe zu erreichen und Simulationsmodelle zu validieren. Einige Beispiele für Kategorien, die in der Datenbank stehen: intrinsische Parameter für die Reaktion des Kokses mit Wasserdampf, CO2 und Sauerstoff, Strukturparameter wie Durchmesserverteilungen und Dichten, sowie die von der Partikelverweilzeit abhängigen Umsatzverläufe in Flugstromversuchen bei verschiedenen Temperaturen, Drücken und Atmosphären.
Die in der aktuellen Projektphase neu zu untersuchenden Brennstoffe werden in einem frühen Stadium des Vorhabens abgestimmt. Wichtig ist den Forschern dabei, dass es sich um ein möglichst breites Spektrum mit unterschiedlichen Reaktivitäten und Inkohlungsgraden handelt. Das könnte neben verschiedenen Arten von Kohle – wie Braunkohle, Steinkohle oder Anthrazit – auch vorbehandelte Biomasse sein. Diese müsste aber in einem Torrefizierungsprozess oder einer sogenannten hydrothermalen Karbonisierung vorbehandelt werden.

Neue Herausforderungen bei Brennstoffflexibilität

Simulation eines Flugstromvergasers: Links im Bild ist die Gastemperatur, rechts die Bewegung und Geschwindigkeit des Gases zu sehen. | Copyright: TU München

Der Unterschied bei den eingesetzten Brennstoffen ist teils sehr bedeutend und wirkt sich maßgeblich auf eine Dimensionierung von Flugstromvergasern aus. Ein Beispiel: hat ein Brennstoff eine geringere Reaktivität, so müsste der Reaktor mit höheren Temperaturen arbeiten, der Prozess würde mehr Sauerstoff benötigen. Andernfalls müsste der Brennstoff länger im Reaktor bleiben – das wiederum hätte ein größeres Reaktorvolumen zur Folge. Aber auch weitere Punkte wie der Feuchtegehalt, der Ascheschmelzpunkt oder der Aschegehalt müssen bei der Planung berücksichtigt werden. Die Datenbank aus HotVeGas kann hierbei helfen, einen guten Kompromiss zwischen technisch Machbarem und wirtschaftlich Sinnvollen zu finden.

In den abgeschlossenen Projekten HotVeGas I und II haben die Forscher zudem Strömungsmodelle, sogenannte CFD-Modelle, für die Simulation von Flugstromvergasern und Komponenten entwickelt. In einer späteren Projektphase haben sie die Modelle an der Versuchsanlage auf dem Gelände der TU München validiert. In der dritten Phase soll eine zusätzliche Validierung an großtechnischen Vergasern bei den Industriepartnern erfolgen. Die validierten Modelle sollen dabei helfen, Vergaserkomponenten im industriellen Maßstab auszulegen und weiter zu optimieren.

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