Das Projekt "Verbundvorhaben der RWTH Aachen: Entwicklung eines CO2-emissionsfreien Kohleverbrennungsprozesses zur Stromerzeugung (OXYCOAL-AC)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Lehrstuhl und Institut für Verfahrenstechnik durchgeführt. OXYCOAL-AC/IVT/BP1: 1.1) Entwicklung eines Hochtemperatur-Membranmoduls mit einer aktiven Trennfläche von etwa 1m2 auf der Basis kommerzieller Rohrmembranen; 1.2) Entwicklung eines Prozessmodells für den 'CO2-emissionsfreien Kohleverbrennungsprozess', mit dem die Stoff- und Energieströme verschiedener Anlagenkonfigurationen und Betriebsweisen simuliert werden können, um Optimallösungen zu finden. 2.1.1) Entwurf/Bau einer Membrantestanlage zur Charakterisierung der Trenneigenschaften von keramischen Membranmaterialien; 2.1.2) Isotherme und nicht-isotherme Versuche mit kommerziellen Rohrmembranen; 2.1.3) Erstellung eines Membranmodells, mit dem die Trenneigenschaften einer Membran berechnet werden können; 2.1.4) Entwicklung von Modulmodellen, die den Einfluss der Strömungsführung in einer Membran-Trenneinheit berücksichtigen; 2.1.5) Optimierung eines Rohrmoduls (Zusammenarbeit mit dem IKKM). 2.2.1) Erstellung des Flow-Sheets eines Kohleverbrennungsprozesses in ASPEN; 2.2.2) Implementierung von Modulmodellen; 2.2.3) Simulation von Anlagenkonfigurationen und Betriebsweisen. 3.) Die gewonnenen Ergebnisse werden in der Projektphase 2 in der Anlage des Lehrstuhls WÜK umgesetzt.
Das Projekt "Verbundvorhaben der RWTH Aachen: Entwicklung eines CO2-emissionsfreien Kohleverbrennungsprozesses zur Stromerzeugung (OXYCOAL-AC)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Institut für keramische Komponenten im Maschinenbau durchgeführt. OXYCOAL-AC/IKKM/BP1: 1.) Entwicklung von oxidkeramischen Monolithmembranen zur Gewinnung von reinem Sauerstoff aus Luft. Herstellung von Monolith- und Composit-Materialien mit möglichst dünner aktiver Schicht einerseits und Herstellung von Membranmodulen mit möglichst hoher aktiver Oberfläche andererseits. 2.) Es werden hierzu Konzeptstudien erstellt, die mit Hilfe von FEM-Simulationen auf ihre Tauglichkeit hin analysiert werden. Während beider Bearbeitungsphasen werden Perowskit-Monolithen synthetisiert und die zugehörige Brenntechnik sowie die funktionserfüllende Verbindungstechnik entwickelt. Parallel werden die Werkstoffe in ihren Kennwerten charakterisiert. Anschließend an die Synthese der Monolithen wird eine Pilotrohranlage aufgebaut, die in Auslagerungstests auf ihre Praxistauglichkeit hin untersucht wird. 3.) Durch die Entwicklung einer selektiven keramischen Membran zur Sauerstofffilterung aus der Luft können bisher notwendige Anreicherungsanlagen eingespart werden. Das Einsparpotenzial liegt bei 0,3 kWh/m3 der gewünschten Produktzusammensetzung. Leichtere Separierung der Nebenkomponenten bei der Rauchgasbehandlung sowie NOx-Reduzierung.
Das Projekt "Verbundvorhaben der RWTH Aachen: Entwicklung eines CO2-emissionsfreien Kohleverbrennungsprozesses zur Stromerzeugung (OXYCOAL-AC)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Fachbereich 04, Lehrstuhl und Institut für Regelungstechnik durchgeführt. OXYCOAL-AC/IRT/BP1: 1.) Aufbau einer echtzeitfähigen dynamischen Simulation des Gesamtsystems für den Regelungs- und Steuerungsentwurf sowie für Voruntersuchungen und Diagnosezwecke. 2.) Unter Verwendung der dynamischen Modellbildung der Anlagenteile wird ein Gesamtmodell in der Simulation erstellt, mit dem statische und dynamische Voruntersuchungen, Fehlerfälle sowie das Zusammenwirken des Systems erprobt und qualitativ bewertet werden können. Darüber hinaus werden die notwendigen Steuerungs- und Regelungsstrategien an dem Simulationsmodell entwickelt und in Echtzeit erprobt. 3.) Die Ergebnisse der Steuerungs- und Regelungsstrategien können auf ähnliche Teil- und Gesamtsysteme in der Industrie übertragen werden, in der bisher konventionelle Regelungsstrategien vorherrschen. Der Entwicklungsprozess ist für die Energietechnik ebenfalls innovativ, so dass dessen Erprobung im Vorhaben eine gute Akzeptanz schaffen wird um ihn in anderen Vorhaben ebenfalls umzusetzen.
Das Projekt "Verbundvorhaben der RWTH Aachen: Entwicklung eines CO2-emissionsfreien Kohleverbrennungsprozesses zur Stromerzeugung (OXYCOAL-AC)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Fachbereich 4, Fakultät für Maschinenwesen, Lehrstuhl und Institut für Technische Mechanik durchgeführt. OXYCOAL-AC/ITM/BP1: 1.) Ziel ist es, die Interaktion von Strömungsturbulenz und Verbrennungschemie detailliert mathematisch zu beschreiben. Der Modellierungsansatz des Flamelet-Konzepts nutzt die Separierung der Skalen von Turbulenz und Chemie aus und ermöglicht bei auch für den industriellen Einsatz tolerablen Rechenzeiten eine detaillierte Beschreibung der Reaktionskinetik und der Schadstoffbildung in einer turbulenten dreidimensionalen Strömung. 2.) Für die Kohleverbrennung in O2-CO2-Atmosphäre muss die charakteristische chemische Kinetik für die Gasphase erarbeitet werden. Die Spezieskonzentrationen, die Zerfallskanäle bei der Oxidation und die Schadstoffentstehung von NOx werden durch detaillierte und reduzierte chemische Mechanismen im Detail aufgelöst. Der Besonderheit des Verbrennungsprozesses im FLOX-Modus, die vom großen Anteil rezirkulierenden Abgases im Brennraum herrührt, soll bei der Aufstellung der Mechanismen besonders berücksichtigt werden. 3.) Die erarbeiteten Kinetiken für Verbrennung und Schadstoffbildung werden in der 2. Bearbeitungsphase als Modul in einen angepassten turbulenten Strömungslöser integriert, der die Brennkammersimulation durchführen soll.
Das Projekt "Verbundvorhaben der RWTH Aachen: Entwicklung eines CO2-emissionsfreien Kohleverbrennungsprozesses zur Stromerzeugung (OXYCOAL-AC)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Fachbereich 4, Fakultät für Maschinenwesen, Lehrstuhl für Wärmeübertragung und Klimatechnik durchgeführt. OXYCOAL-AC/WÜK/BP1: 1.1) Experimentelle Untersuchung der Wärmeübertragung, der Verbrennung und Schadstoffbildung bei der Kohlenstaubverbrennung mit O2/CO2/H2O-Gemischen; Erarbeitung von Auslegungsgrundlagen für Brenner und Dampferzeuger-Feuerräume. 1.2) Untersuchung der Eignung einer Heißgasfiltration mit keramischen Filterelementen. 2.1) Experimentelle Untersuchungen von Drall- und Strahlflammen an der Kohlenstaubverbrennungs-Anlage des Lehrstuhls WÜK (Brennkammerdurchmesser 400 mm, max. thermische Leistung 400 kW); Weiterentwicklung von CFD-Berechnungsverfahren mit verbesserten Verbrennungs-, Schadstoffbildungs- sowie von Strahlungsmodellen für die Heizflächenauslegung. 2.2) Messung des Abscheideverhaltens bei der Staubfiltration aus O2/CO2/H2O-Gemischen und Optimierung des Abreinigungszyklus an der Heißgasfilteranlage mit sechs Filterelementen des Lehrstuhls WÜK bei Temperaturen um 800 Grad C; Werkstoffuntersuchungen. 3.) Verwendung der Untersuchungsergebnisse zum Umbau der Versuchsanlage für den Betrieb mit der Hochtemperatur-Membrananlage zur Sauerstofferzeugung; Bereitstellung von Grundlagen zur Optimierung und Auslegung eines O2/CO2-Demonstrationskraftwerks.
Das Projekt "Verbundvorhaben der RWTH Aachen: Entwicklung eines CO2-emissionsfreien Kohleverbrennungsprozesses zur Stromerzeugung (OXYCOAL-AC)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Institut für Strahlantriebe und Turboarbeitsmaschinen durchgeführt. OXYCOAL-AC/IST/BP1: 1) Ziel des Vorhabens ist die Konzeption und Auslegung eines Heißgasumwälzgebläses zur Aufrechterhaltung des Heißgasmassenstroms innerhalb des Gesamtsystems. Darüber hinaus müssen für die beiden weiteren Turbokomponenten, Luftverdichter und Stickstoffturbine, die erforderlichen Auslegungsparameter definiert werden, so dass im nächsten Schritt eine geeignete Bauweise festgelegt werden kann. 2) Umwälzgebläse: Definition der Auslegungsparameter, Konzeptstudien für Auslegungsparameter, Auslegungsstudien für kritische Bauteile, Erarbeitung eines Lagerungskonzepts. Luftverdichter/Stickstoffturbine: Definition der Auslegungsparameter, Auswahl der Bauweise. 3) Die Ergebnisse dienen als Grundlage für die Auslegung der Turbokomponenten sowie zur Erarbeitung eines Konzeptvorschlages für eine Pilotanlage, die in einem Folgevorhaben erstellt werden soll.
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