POSEIDON: Post-Combustion CO₂-Abtrennung: Evaluierung der Integration, Dynamik und Optimierung nachgeschalteter Rauchgaswäschen

Das Forschungsprojekt POSEIDON wird im Rahmen des COORETEC Programms durchgeführt.

Zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen in Kohlekraftwerken rückt neben der Wirkungsgradverbesserung die Abscheidung und Speicherung des CO₂ immer mehr in den Vordergrund. In diesem Zusammenhang werden zur Zeit drei Technologien untersucht, in denen das CO₂ auf unterschiedliche Arten abgeschieden wird. Auf Basis des Dampfkraftwerk-Prozesses bietet sich dabei als end-of-pipe Lösung das Auswaschen des CO₂ aus dem drucklosen Rauchgas mithilfe von chemischen Absorptionsmitteln an. Dieses Verfahren wird als Post-Combustion Capture bezeichnet.

Zur Regeneration des Absorptionsmittels werden große Mengen Wärme benötigt, die normalerweise über Niederdruckdampf aus der Turbine bereitgestellt werden und daher den Gesamtwirkungsgrad des Kraftwerks um 10-14%-Punkte reduzieren. Trotz dieser hohen Wirkungsgradeinbußen bietet die Post-Combustion CO₂-Abtrennung den Vorteil der Nachrüstbarkeit bereits bestehender Anlagen, sowie das Potential einer flexiblen Fahrweise mit großen Leistungsreserven.

Das Hauptinteresse der Energieversorgungsunternehmen (EVU) in Bezug auf Post-Combustion Capture Technologien besteht in der Identifizierung derjenigen Prozesse und Prozess-Integrationsalternativen, welche die niedrigsten Wirkungsgradeinbußen und Lebenszykluskosten bieten und kleinste Umweltauswirkungen verursachen. Außerdem ist bei der zukünftigen Anwendung von CO₂-armen Kraftwerkstechnologien die Fähigkeit der anzuwendenden Prozesse zur Lastanpassung und zur Flexibilität beim Betrieb eine wichtige Voraussetzung für den wirtschaftlichen Betrieb. Daher wird das Projekt POSEIDON nicht nur den stationären Betrieb mit Post-Combustion Capture ausgestatteter Kraftwerke, sondern auch das dynamische Verhalten unter fluktuierender Last untersuchen und bewerten.

Aus diesen Gründen und ausgehend von bereits am Institut durchgeführten Studien zur CO₂-Abtrennung in fossilen Kraftwerken soll in diesem Projekt die Optimierung der aussichtsreichsten Post-Combustion Capture Prozesse mittels nass-chemischer Absorption, deren bestmögliche Integration in den Kraftwerksprozess, das dynamische Verhalten der Gesamtprozesse, die Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit, Wartungsfähigkeit und Bedienbarkeit sowie die wirtschaftliche Darstellbarkeit im Wettbewerb mit anderen Technologien (Pre-Combustion und Oxyfuel) untersucht werden. Es sollen die wichtigsten Lösungsmittel und Prozessführungsvarianten evaluiert werden, um die vielversprechendsten Ansätze identifizieren und vergleichen zu können.

Stichworte

• Abgasnachbehandlung
• CO2-Abscheidung
• CO2-Abtrennung
• CO2-Emissionsminderung
• CO2-Reduzierung
• Dampfkraftwerk
• Dynamik von Kraftwerken
• Dynamik von Kraftwerksprozessen
• Fossil befeuerte Kraftwerke
• Kohlebefeuerte Kraftwerke
• Kraftwerk
• Kraftwerksprozesse
• Kraftwerkstechnik
• Modellierung von Kraftwerken
• Moderne Stromerzeugung
• Post-Combustion
• Post-Combustion CO2 Capture
• Rauchgaswäsche
• Simulation von Kraftwerken
• Steinkohle Dampfkraftwerk
• Stromerzeugung
• Umweltaspekte der Stromerzeugung

Publikationen

• Liebenthal, U.; Kather, A.: Derivation of Correlations to Evaluate the Impact of Post-Combustion Capture Processes on Retrofitted and New Built Steam Power Plants. In 36^th International Technical Conference on Clean Coal & Fuel Systems, Clearwater, FL, USA, 2011.
• Liebenthal, U.; Linnenberg, S., Oexmann, J.; Kather, A.: Derivation of correlations to evaulate the impact of retrofitted post-combustion CO₂ capture processes on steam power plant performance International Journal of Greenhouse Gas Control, Volume 5: S. 1232-1239, 2011.
• Linnenberg, S.; Liebenthal, U.; Oexmann, J.; Kather, A.: Derivation of power loss factors to evaluate the impact of post-combustion CO₂ capture processes on steam power plant performance Energy Procedia, Volume 4: S. 1385-1394, 2011. ISSN 1876-6102.
• Linnenberg, S.; Oexmann, J.; Kather, A.: Design Considerations of Post-Combustion CO₂ Capture Process during Part Load Operation of Coal-Fired Power Plants. In 12^th Workshop of the International Network for CO₂ Capture, Regina, Kanada , 2009.
• Oexmann, J.; Hasenbein, C.; Kather, A.: Energetischer Vergleich chemischer Lösungsmittel für die Post-Combustion CO₂-Abtrennung im Gesamtkraftwerksprozess. In 42. Kraftwerkstechnisches Kolloquium, Dresden, 12.-13. Oktober 2010.
• Oexmann, J.; Kather, A.: Evaluation of Post-Combustion CO₂-Capture using Piperazine-Promoted Potassium Carbonate in a Coal Fired Power Station. In 11^th Workshop of the International Network for CO₂ Capture, Vienna, Austria, 20-21 May 2008 .
• Linnenberg, S.; Kather, A.: Evaluation of an Integrated Post-Combustion CO₂ Capture Process for Pre-Dried Lignite-Fired Power Plants. In 5^th International Conference on Clean Coal Technologies (CCT), Zaragossa, 18.-21. Mai 2011.
• , Hrsg.: Evaluation of an integrated post-combustion CO₂ capture process for varying loads in a coal-fired power plant using monoethanolamine, 18-21 May 2009.
• Liebenthal, U.; Oexmann, J.; Linnenberg, S.; Kather, A.: Evaluation of the Impact of Post-Combustion CO₂ Capture Processes on Steam Power Plant Performance. In Research Review Meeting, Austin, Texas, USA, 2010.
• Linnenberg, S.; Kather, A.: Implications of the Part–Load Behaviour of an Integrated Post-Combustion CO₂ Capture Process for Hard-Coal-Fired Power Plants. In 2^nd International Conference on Energy Process Engineering: Efficient Carbon Capture for Coal Power Plant (ICEPE), Frankfurt, 20-22 June 2011. .
• Pfaff, I.; Oexmann, J.; Kather, A.: Integration Studies of Post-Combustion CO₂-Capture Process by Wet Chemical Absorption into Coal-Fired Power Plant. In 4^th International Conference on Clean Coal Technologies, Dresden, 18-21 May 2009.
• Oexmann, J.; Kather, A.: Minimising the Regeneration Heat Duty of Post-Combustion CO₂ Capture by Wet Chemical Absorption: The Misguided Focus on Low Heat of Absorption Solvents International Journal of Greenhouse Gas Control, 4(1): S. 36-43, 2010.
• Kather, A.; Oexmann, J.; Mehrkens, C.; Burböck, M.; Kinger, G.: Nachrüstung einer CO₂-Abgaswäsche an einem bestehenden Steinkohlekraftwerk: Optimale Integration zur Minimierung der technischen und wirtschaftlichen Auswirkungen. In 41. Kraftwerkstechnisches Kolloquium, Dresden, 13.-14. Oktober 2009.
• Oexmann, J.; Kather, A.: Optimisation and Integration of CO₂-Capture by Wet Chemical Absorption Process. In 10^th Workshop of the International Network for CO₂ Capture; Lyon, France, 24-25 May 2007.
• Pfaff, I.; Oexmann, J.; Kather, A.: Optimised Integration of Post-Combustion CO₂ Capture Process in Greenfield Power Plants Energy, 35: S. 4030-4041, 2010.
• Oexmann, J.; Kather, A.; Linnenberg, S.; Liebenthal, U.: Post-Combustion CO₂ Capture: Chemical Absorption Processes in Coal-Fired Steam Power Plants Greenhouse Gases: Science and Technology(2, 1-19), 2012.
• Oexmann, J.; Kather, A.: Post-Combustion CO₂-Abtrennung in Kohlekraftwerken - Rauchgaswäschen mit chemischen Lösungsmitteln VGB PowerTech(1/2): S. S. 92-103, 2009.
• Oexmann, J.; Kather, A.: Post-Combustion CO₂-Abtrennung in Kohlekraftwerken: Untersuchung eines Prozesses zur chemischen Absorption von CO₂ in Kaliumkarbonat und Piperazin. In 40. Kraftwerkstechnisches Kolloquium, Dresden, 14.-15. Oktober 2008.
• Oexmann, J.; Kather, A.: Post-combustion CO₂ capture in coal-fired power plants: comparison of integrated chemical absorption processes with piperazine promoted potassium carbonate and MEA. In Proceedings of the 9^th International Conference on Greenhouse Gas Control Technologies, Washington DC, USA, 16 - 20 November 2008.
• Oexmann, J.; Kather, A.: Post-combustion CO₂ capture in coal-fired power plants: comparison of integrated chemical absorption processes with piperazine promoted potassium carbonate and MEA Energy Procedia(Volume 1, Issue 1): S. Pages 799-806, February 2009.
• Oexmann, J.; Hensel, C.; Kather, A.: Post-combustion CO₂-capture from coal-fired power plants: Preliminary evaluation of an integrated chemical absorption process with piperazine-promoted potassium carbonate International Journal of Greenhouse Gas Control(2(4)): S. S. 539-552, 2008.
• Linnenberg, S.; Kather, A.: Untersuchung des Einflusses der Teillastfahrweise auf den integrierten Gesamtprozess eines 1.100 MW Steinkohlekraftwerksblocks mit nachgeschalteter CO₂-Abgaswäsche und CO₂-Verdichtung. In 41. Kraftwerkstechnisches Kolloquium, Dresden, 13.-14. Oktober 2009.
• Kather, A.; Oexmann, J.; Liebenthal, U.; Linnenberg, S.: Using Overall Process Simulation to Minimize the Energy Penalty of Post-Combustion CO₂ Capture Processes in Steam Power Plants. In 35^th International Technical Conference on Clean Coal & Fuel Systems, Clearwater, FL, USA, 2010.
• Liebenthal, U.; Kather, A.: Design and Off-Design Behaviour of a CO₂ Compressor for a Post-Combustion CO₂ Capture Process. In 5^th International Conference on Clean Coal Technologies, Saragoza , 2011.