AiF-FV-Nummer 15234 N

CO2-Druckgaswäsche mit Membrankontaktoren, Verbesserung der Druckgaswäsche für CO2 aus Rauchgasen durch Membrankontaktoren und Simulation von Wirkungsgrad optimierten Kraftwerksprozessen mit postcombustion decarbonisation

Status & Laufzeit

Abgeschlossen: 01.06.2007 bis 28.02.2010

Forschungsstellen

  • Institut für Umwelt & Energie, Technik & Analytik e. V.
    Bliersheimer Str. 58 - 60, 47229 Duisburg
    http://www.iuta.de

  • Technische Universität Dortmund Fakultät Bio- und Chemieingenieurwesen Lehrstuhl Umwelttechnik
    Emil-Figge-Str. 70, 44227 Dortmund
    http://www.ut.bci.tu-dortmund.de/

Zusammenfassung

Durch die Experimente an der Labor- sowie der Technikumsanlage wird die Machbarkeit der CO2-Absorption mit organischen Waschmitteln (MEA, DGA und Kaliumglycinat) in Membrankontaktoren gezeigt. Durch die Technikumsversuche wurden praxisnahe Erfahrungen bezüglich des Betriebsverhaltens von Membrankontaktoren gesammelt. Es zeigte sich, dass ein stabiler Betrieb problemlos möglich und neue Betriebspunkte rasch eingestellt werden können. Ermittelt wurde auch die Effizienz der CO2-Abscheidung im unmittelbaren Vergleich zum dispersiven Stoffaustausch in einer Absorptionskolonne mit strukturierten Packungen. Dabei wurde deutlich, dass die eingesetzte Membran aufgrund ihrer Wandstärke einen deutlichen Widerstand bei der Diffusion des CO2 durch die Poren auf die Waschmittelseite darstellt. Bei allen Untersuchungen mit Membrankontaktoren wurde festgestellt, dass die Waschmitteltemperatur deutlich unterhalb der Temperaturen in der Absorptionskolonne mit strukturierten Packungen lag. Nur bei den Untersuchungen mit MEA wurden Temperaturen im Waschmittel ermittelt, die offensichtlich für einen nennenswerten Umsatz von CO2 ausreichen. Die Untersuchungen zum Einfluss des L/G-Verhältnisses auf die CO2-Abscheidung in einem Membrankontaktor zeigten aber auch die große Flexibilität und Betriebsstabilität der Membrankontaktoren. Bestätigt wurde der deutlich reduzierte Stoffübergang von O2 in das Waschmittel MEA beim Betrieb von Membrankontaktoren. Aus den Erfahrungen im Technikumsbetrieb kann geschlossen werden, dass die eingesetzte Polypropylen-Membran Accurel PP S6/2 für diese Applikation nicht geeignet ist. Vor allem die Hydrophilierung der Membran schreitet schon nach kurzem Einsatz rasch voran, so dass bereits nach wenigen Betriebsstunden beträchtliche Waschmittelübertritte auf die Gasseite beobachtet werden. Eine Weiterentwicklung der Membrankontaktoren mit einer besser geeigneten Membran (Porengröße, chemische Stabilität, Hydrophobizität) ist vor allem für Applikationen wie die Biogasreinigung sehr interessant. Bei einem Scale up auf den Kraftwerksmaßstab lassen sich durch den Einsatz von Membrankontaktoren deutliche Einsparungen bei den Dimensionen des Absorbers gegenüber einem Absorber mit strukturierten Packungen erzielen. Abschließende Aussagen zur Reinigungsbedarf des Waschmittels können erst nach Abschluss von Betriebsversuchen an Pilot- und Demonstrationsanlagen getroffen werden. Betrachtet wurden die thermische Regeneration, die Vakuumverdampfung, der Ionenaustausch und Membranverfahren. In diesen Bereichen gibt es gerade für Unternehmen aus der Abwasser- und Prozesswasserreinigung Potenziale zur Entwicklung angepasster Verfahrenskonzepte. Durch die Simulation eines Kohlekraftwerkes mit einer CO2-Wäsche konnten die Wirkungsgradeinbußen bei unterschiedlichen Verfahrensschaltungen gezeigt werden. Die besten Gesamt-Wirkungsgrade können mit einem zweistufigen Organic-Rankine-Cycle erzielt werden. Der Wirkungsgradverlust betrug hier weniger als 10 %-Punkte. Die CO2-Wäsche unter Druck sowie die Rauchgasrezirkulation führen zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrades und erscheinen daher für den Einsatz im Kraftwerk ungeeignet. Die Ziele des Vorhabens wurden erreicht.

Förderhinweis

Das Forschungsvorhaben der Forschungsvereinigung Umwelttechnik wird / wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

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