ISBN 9783843900898

978-3-8439-0089-8, Reihe Verfahrenstechnik

Christina Stankewitz
Analyse zur verbesserten energetischen Integration einer Postcombustion Carbon Capture Wäsche in den Kraftwerksprozess

149 Seiten, Dissertation Technische Universität Dortmund (2011), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die Technik der nachgeschalteten CO2-Abtrennung (postcombustion carbon capture) bei Kohlekraftwerken stellt eine vielversprechende Möglichkeit dar, die Emissionen an klimarelevantem Kohlendioxid zu verringern, ohne auf die sichere Energieerzeugung aus Kohle verzichten zu müssen. Allerdings führt dies zu großen Wirkungsgradverlusten im Kraftwerk.

Ziel dieser Arbeit ist daher, ein Simulationsmodell zu entwickeln, das zur Identifizierung von Möglichkeiten genutzt werden kann, um die postcombustion CO2-Abtrennung im Kraftwerk durch verfahrenstechnische Maßnahmen energetisch zu verbessern.

Zu diesem Zweck wird die CO2-Wäsche in der gleichungsbasierten Simulationssoftware Aspen Custom Modeler® modelliert, um die Abläufe in der Absorptions- und Desorptionskolonne abzubilden und die vorhandenen Wärmequellen und -senken zu quantifizieren. Die Modellvalidierung wird anhand von Literaturdaten für eine Pilotanlage durchgeführt.

Die mit der CO2-Wäsche und -Kompression verbundenen Stoff- und Wärmeströme sowie die für Antriebe notwendige technische Arbeit werden in ein Ebsilon® Professional Modell eines 600 MWel Steinkohlekraftwerks integriert. Dieses wird ebenfalls mit Hilfe von Literaturdaten validiert.

Zur Untersuchung der verbesserten energetischen Integration werden zunächst Parameterstudien zur CO2-Wäsche durchgeführt, um geeignete Prozessparameter für die CO2-Wäsche zu ermitteln. Diese werden an das Kraftwerksmodell übergeben. Des Weiteren werden verschiedene verfahrenstechnische Verschaltungen der CO2-Wäsche mit dem Kraftwerksprozess geprüft. Dies geschieht unter Berücksichtigung der zur Minimierung der Waschmitteldegradation notwendigen verbesserten Rauchgasreinigung.

Da durch die CO2-Wäsche und -Kompression große Mengen an Abwärme auf teilweise niedrigem Temperaturniveau anfallen, bietet der Einsatz einer Wärmepumpe, eines Organic-Rankine-Cycles oder eines Kalina-Kreisprozesses großes Potential zur Steigerung des Kraftwerkswirkungsgrades. Anhand von Simulationsrechnungen werden Optimierungsmöglichkeiten bei der Restwärmenutzung aufgezeigt.

Durch den modularen Aufbau kann das in dieser Arbeit entwickelte Modell zur modellgestützten Weiterentwicklung des Gesamtprozesses genutzt werden.