Entwicklung und Charakterisierung eines metallischen Substrats für ...

Grundlagen
Im zweiten Schritt wird im Elektrofilter das Rauchgas von Staub gereinigt. Dazu findet
im Filter eine räumlich begrenzte Gasentladung statt, wodurch die Rauchgaspartikel
elektrisch aufgeladen werden und sich auf geladenen Abscheideplatten sammeln [25, Seite
303-304]. Im letzten Schritt der Rauchgasreinigung wird das Gas in der nassen Rauchgasentschwefelungsanlage
(REA) entschwefelt. Das SO2 im Rauchgas reagiert mit einer
kalkhaltigen Waschsuspension. Als Endprodukte der Reaktion entstehen CO2 und Gips
(CaSO3 · 2H2O) [26, 27].
Nach der Rauchgasreinigung besteht das Rauchgas hauptsächlich aus CO2, O2 und N2.
Exakte Analysen der Rauchgaszusammensetzung sind im Kap. 4.3.5 aufgeführt.
Die bevorzugte Position für die CO2-Abtrennung befindet sich nach der kompletten Reinigung
des Rauchgases ( ” am kalten Ende“ des Rauchgasstroms). Dies gilt sowohl für die
chemische Wäsche als auch für die Membrantechnologie. Die Begründung hierfür folgt
später in Kap. 2.1.3, in dem die wichtigsten Abtrennverfahren vorgestellt werden.
Die bevorzugte Positionierung der CO2-Abtrennung am kalten Ende des Rauchgasstroms
hat den großen Vorteil, dass nur ein geringer Eingriff in den Kraftwerksprozess notwendig
ist, also bestehende Kraftwerke umgerüstet werden könnten [21]. Nachteile sind, dass die
Gastrennung bei großen Volumenströmen (ca. 850 m 3 /s bei einer 1000 MW-Anlage), nahe
am atmosphärischen Druck und bei niedrigen CO2-Gehalten (12-15 Vol.% bei Kohlekraftwerken
und 4-8 Vol.% bei Gaskraftwerken [18]) durchgeführt werden muss.
2.1.2 Brenngasdekarbonisierung
Bei der Brenngasdekarbonisierung wird das CO2 aus dem Synthesegas vor dem Verbrennungsprozess
in der Turbine herausgefiltert. Der bekannteste Ansatz ist ein Kombikraftwerk
mit integrierter Kohlevergasung und anschließenden Gas- und Dampf-(GuD)-Prozess
(engl. ” Integrated Gasification Combined Cycle“ (IGCC)) mit Wassergas-Shift-Reaktion
und CO2-Abtrennung (Abb.2.3). Kohle wird zusammen mit Sauerstoff vergast. Dabei
entsteht ein Synthesegas, das aus einer Mischung aus CO (60 Vol.-%), H2(29 Vol.-%), kleineren
Mengen Stickstoff und Argon (7 Vol.-%), Wasser (2 Vol.-%), CO2 (1,5 Vol.-%) besteht.
Des Weiteren enthält das Synthesegas ca. 0,5 Vol.-% Verunreinigungen, wie Schwefelwasserstoff
(H2S), Carbonylsulfid (COS), Chlorwasserstoff (HCl) und Cyanwasserstoff
(HCN). Die Zusammensetzung des Synthesegases bezieht sich auf einen PRENFLO TM -
Vergaser [28]. Aus dem Synthesegas wird dann die Flugasche entfernt [29] und die exotherme
Wassergas-Shift-Reaktion durchgeführt [30]:
CO+H2O −→ CO2 +H2 (2.2)
Die Reaktion wird bei Temperaturen zwischen 180 ℃ und 550 ℃ durchgeführt [31, S.
131]. Die CO2-Konzentration liegt danach bei etwa 36,5 Vol.-% und der Druck bei ca.
23 bar [28]. Kohlenstoffdioxid kann dann abgetrennt werden und der verbleibende Wasserstoff
wird verwendet, um in einem GuD-Prozess Strom zu erzeugen. H2 wird dazu
in einer Verbrennungsturbine verbrannt und mit einem Generator elektrische Energie erzeugt.
Die Abwärme der Verbrennungsturbine wird über eine Wärmerückgewinnung einer
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