Dynamische Modellierung reaktiver Wirbelschichtsysteme am Beispiel des Chemical-Looping-Combustion (CLC) Prozesses für feste Brennstoffe (SPP 1679)

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung von Modellen zur Simulation von Wirbelschichtreaktoren, die das instationäre Systemverhalten mit hinreichender Genauigkeit beschreiben und einen geringen Bedarf an Rechnerleistung haben, sodass mit ihnen auch eine iterative Berechnung von vernetzten Systemen mit Rückführungen mit vertretbarem Aufwand möglich ist. Ziel einer Simulation eines Gesamtprozesses ist immer die Beschreibung des dynamische Verhaltens des Gesamtsystems und letztendlich die Optimierung des Gesamtsystems, nicht aber unbedingt die Optimierung eines Teilsystems.

Das CLC-Modell soll anschließend experimentell validiert werden. Hierzu müssen zunächst an einer kleinen Wirbelschicht Untersuchungen der Oxydationskinetik für die Sauerstoffträger, im Fall des Illmenits die Reduktionskinetiken mit unterschiedlichen Gasen und im Fall des synthetischen Sauerstoffträgers die Sauerstofffreisetzungskinetik vermessen werden. Zusätzlich muss für den Brennstoff eine Entgasungszeit bestimmt und die Verbrennungs- bzw.- Vergasungskinetik für den Koks bestimmt werden.

Anschließend sollen zunächst Messungen an der CLC-Anlage der TUHH im stationären Zustand durchgeführt werden, um das Modell zu validieren. Gemessen werden sollen neben den Konzentrationsverläufen der Hauptkomponenten O2, CO2, CO die Verteilung des Feststoff im System. Anhand dieser Messungen sollen Modellparameter bestimmt werden. Darüber hinaus sollen das Anfahrverhalten und die Dynamik der Lastwechselvorgänge experimentell untersucht werden und die Ergebnisse mit Simulationsergebnissen verglichen werden.

Stichworte

• Chemical Looping Combustion
• CO2-Abtrennung
• Dynamische Simulation
• Fließschemasimulation
• Wirbelschichtverbrennungsanlage
• Zirkulierende Wirbelschicht

Publikationen

• Thon, A. and Kramp, M. and Hartge, E.-U. and Heinrich, S. and Werther, J.: A Coupled Fluidized Bed System for Chemical-Looping Combustion: Cold Model Investigation of the Operational Behaviour. 6 2012.
• Kramp, M. and Thon, A. and Hartge, E.-U. and Heinrich, S. and Werther, J.: Application of SolidSim flowsheet simulation to the Chemical Looping Combustion. 2010.
• Kramp, M. and Thon, A. and Hartge, E.-U. and Heinrich, S. and Werther, J.: Carbon Stripping - A Critical Process Step in the Chemical Looping Combustion of Solid Fuels. 2011.
• Kramp, M. and Thon, A. and Hartge, E.-U. and Heinrich, S. and Werther, J.: Carbon Stripping -- A Critical Process Step in the Chemical Looping Combustion of Solid Fuels. 2012. , DOI: 10.1002/ceat.201100438
• Kramp, M. and Thon, A. and Hartge, E. -U and Heinrich, S. and Werther, J.: Challenges with the Coupling of Fluidized Beds For Chemical Looping Combustion. 2010.
• Kramp, M. and Thon, A. and Hartge, E.-U. and Heinrich, S. and Werther, J.: Chemical Looping Combustion of Solid Fuels - Modeling and Validation. 9 2012.
• Thon, Andreas and Kramp, Marvin and Hartge, Ernst-Ulrich and Heinrich, Stefan and Werther, Joachim: Operation of a Coupled Fluidized Bed System for Chemical Looping Combustion of Solid Fuels with a Synthetic CU-Based Oxygen Carrier. 5 2013. , DOI: http://dc.engconfintl.org/fluidization_xiv/127
• Thon, A. and Kramp, M. and Hartge, E.-U. and Heinrich, S. and Werther, J.: Operational Experience with a Coupled Fluidized Bed System for Chemical Looping Combustion of Solid Fuels. 9 2012.
• Thon, A. and Kramp, M. and Hartge, E.-U. and Heinrich, S. and Werther, J.: Operational experience with a system of coupled fluidized beds for chemical looping combustion of solid fuels using ilmenite as oxygen carrier. Applied Energy(118): S. 309-317, 2014.
• Kramp, M. and Thon, A. and Hartge, E.-U. and Heinrich, S. and Werther, J.: Simulation of Chemical-Looping Combustion of Coal with and without Consideration of Oxygen Uncoupling. 6 2012.
• Kramp, Marvin and Thon, Andreas and Hartge, Ernst-Ulrich and Heinrich, Stefan and Werther, Joachim: Simulation of the Chemical Looping Combustion Process of Coal with a Synthetic Cu-Based Oxygen Carriers. 5 2013. , DOI: http://dc.engconfintl.org/fluidization_xiv/98
• Kramp, M. and Thon, A. and Hartge, E.-U. and Heinrich, S. and Werther, J.: The Influence of Carbon Stripper Efficiency on CO2-Capture Rate in a Chemical-Looping Combustion Process for Solid Fuels. 2011.
• Kramp, M. and Thon, A. and Hartge, E.-U and Heinrich, S. and Werther, J.: The Role of Attrition and Solids Recovery in a Chemical Looping Combustion Process. 2011. , DOI: 10.2516/ogst/2010035
• Kramp, M. and Thon, A. and Hartge, E.-U. and Heinrich, S. and Werther, J.: The role of attrition and solids recovery in a Chemical Looping Combustion process. 2010.
• Haus, Johannes and Hartge, Ernst-Ulrich and Heinrich, Stefan and Werther, Joachim: Dynamic flowsheet simulation of gas and solids flows in a system of coupled fluidized bed reactors for chemical looping combustion. Powder Technology: S. in press, 2017. , DOI: 10.1016/j.powtec.2016.12.022
• Haus, Johannes and Lyu, Kai and Hartge, Ernst-Ulrich and Heinrich, Stefan and Werther, Joachim: Analysis of a Two-Stage Fuel Reactor System for the Chemical-Looping Combustion of Lignite and Bituminous Coal. Energy Technology, 4(10): S. 1263--1273, 2016. , DOI: 10.1002/ente.201600102