OXYCOAL-AC: Entwicklung eines CO2-emissionsfreien Kraftwerksprozesses - Ein Überblick

Abstract:
Rund 35 % der weltweiten CO2-Emissionen sind auf die stromerzeugende Industrie zurückzuführen, wobei der größte Teil davon auf Kohlekraftwerke entfällt. Als eine von drei verfolgten Techniklinien zur CO2-Vermeidung aus fossil befeuerten Kraftwerken ist die Oxyfuel-Technologie zu nennen, bei der der fossile Brennstoff mit reinem Sauerstoff und rezirkuliertem Rauchgas verbrannt wird. Somit entsteht ein Rauchgas, welches überwiegend aus CO2 besteht und verhältnismäßig einfach für eine geologische Speicherung konditioniert werden kann. An der RWTH Aachen wird im Verbundvorhaben OXYCOAL-AC ein solcher Kraftwerksprozess auf Kohlebasis entwickelt, bei dem der Sauerstoff über eine Membrananlage aus der Luft bereitgestellt wird. Membraneinbindung im OXYCOAL-AC Prozess Für den OXYCOAL-AC Prozess werden keramische Membranen eingesetzt, die bei Temperaturen über 800°C selektiv sauerstoffleitfähig sind. Es ergibt sich eine veränderte Auslegung des Kraftwerksprozesses für eine Einbindung der Membran bei hohen Temperaturen. Eine Möglichkeit besteht darin, das Rauchgas bei hohen Temperaturen zu rezirkulieren und damit die Wärme für den Betrieb der Membrananlage bereitzustellen. Durch diese Art der Prozessführung wird eine minimale Membranfläche unter geringen Wirkungsgradeinbußen erreicht. Allerdings ergeben sich durch die hohen Temperaturen spezielle Anforderungen an die Rauchgasreinigung und an die Gebläse, die mit herkömmlichen Komponenten nicht zu bewältigen sind. Das Hauptproblem bildet allerdings der Membranwerkstoff: Tests unter Rauchgasbedingungen an der AVT haben gezeigt, dass zurzeit noch keine rauchgasstabilen Membranmaterialien verfügbar sind, die eine Einbindung der Membran in der oben genannten Form ermöglichen. Eine alternatives Konzept: Membraneinbindung im 3-End Betrieb Eine Möglichkeit den direkten Kontakt der Membran mit dem Rauchgas zu vermeiden, ist der so genannte 3-End Betrieb. Dabei wird Luft im Kessel vorgeheizt und anschließend dem Membranmodul zugeführt. Der Sauerstoff wird auf der Permeatseite der Membran mit einer Vakuumpumpe abgezogen und der Verbrennung zugeführt. Durch diese Art der Prozessführung wird die Rauchgasreinigung und -rezirkulation vereinfacht. Allerdings haben Prozesssimulationen gezeigt, dass mit höheren Gesamtwirkungsgradeinbußen und höherer Membranfläche zu rechnen ist. Dennoch bietet diese Prozessvariante erhebliches Energieeinsparpotenzial im Vergleich zu anderen

Keywords:
OTM, MIEC, oxyfuel, oxycoal, Membranmodul, BSCF