CO₂-Verflüssigungsanlage

Mit Hilfe von Phasengleichgewichtsmessungen können die Zusammensetzungen am Ende der Rauchgasverflüssigungsanlage eines Oxyfuel-Kraftwerks vorhergesagt werden, wenn man tatsächlich Gleichgewichtszustände in den betreffenden Anlagenteilen annehmen kann. Zur Untersuchung des realen Verhaltens und der Kinetik der Prozesse wurde eine CO2-Verflüssigung aufgebaut.

Die CO2-Vedichtungskette des Instituts für Energietechnik


Ein Teilstrom des Abgases wird aus dem bereits beschriebenen Flugstromreaktor entnommen. Dieses Abgas wird zunächst vorgekühlt und in einem Zyklon gereinigt, bevor im ersten Kondensator Wasser abgeschieden wird. Der Kompressor bringt das Rauchgas auf bis zu 60 bar und ist mit zwei Zwischenkühlungen ausgestattet. Der daran anschließende Wärmetauscher kondensiert das Wasser auf der höchsten Druckstufe aus, bevor mit Hilfe von Silicagel die Resttrocknung stattfindet. Das Herzstück der Anlage bildet der CO2-Kondensator, der mit Hilfe eines Kälteaggregats bei Temperaturen von -50 °C betrieben werden kann. Die 2 Phasen, also das flüssige CO2 und die unkondensierbaren Gase, werden getrennt aufgefangen und in der Zusammensetzung untersucht. Diese beiden Stoffströme werden am Ende der Anlage zusammengeführt, aufgewärmt und nach einer Drosselung an die Umgebung abgegeben.

 

Schaltsschema der CO2-Verflüssigungsanlage des Instituts für Energietechnik

 

Die CO2-Verflüssigungsanlage des Instituts für Energietechnik

 

Die Untersuchungsschwerpunkte lassen sich in drei Bereiche unterteilen:

a)        Wasserabscheidung im Oxyfuel Prozess:

An der geplanten Anlage wird man die Zusammensetzung des auskondensierten Wassers bei mehreren Drücken und Temperaturen untersuchen können. Somit besteht die Möglichkeit, die in der Literatur bekannten Löslichkeiten von beispielsweise SO2 in Wasser mit realen Kondensationsprozessen zu vergleichen. Weiterhin kann das Verhalten des Silicagels unter dem Einfluss von Oxyfuel Rauchgasen untersucht werden.

b)        CO2-Reinheiten:

Nach der CO2-Kondensation werden die beiden Phasen gesammelt und mit Hilfe eines Chromatographen untersucht. Somit werden Zusammensetzungen ermittelt, die bislang nur mit den Gleichgewichtsbetrachtungen abgeschätzt werden konnten. Dies wird insbesondere bei der Flüssigphase von großer Bedeutung sein, da dies das CO2 ist, welches einer Speicherung zugeführt werden soll.

c)        Kinetik & Anlagenverhalten:

Mit Hilfe der vorliegenden Anlage kann ein Eindruck vom Zusammenwirken der einzelnen Komponenten gewonnen werden. Insbesondere werden Untersuchungen zum kinetischen Verhalten der Wasserabscheidung und der kryogenen CO2-Zerlegung durchgeführt. Somit werden erste Erfahrungen gesammelt, die der Auslegung und dem Betrieb einer Großanlage zugute kommen können.

 

Kontakt:

Prof. Dr.-Ing. A. Kather