HotSpot: Hochtemperaturverhalten von potentiell toxischen und korrosiven Spurenstoffen in thermischen Vergasungssystemen

• Antragsteller: Dr. Marc Bläsing
• Fachliche Zuordnung: Technische Chemie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 264256142

Die thermochemische Nutzung kohlenstoffstämmiger Brennstoffe stellt eine signifikante anthropogene Emissionsquelle für potentiell umweltschädigende und korrosive, anorganische Spurenstoffe, u.a. Schwermetalle und Arsen dar. In der Anlage selbst können Spurenstoffe vergiftend auf Katalysatoren wirken, Membranen inaktivieren und generell die Effizienz von nachgeschalteten Prozessen, z.B. Herstellung von Methan und flüssigen Treibstoffen, sowie von Basischemikalien und Düngemitteln, empfindlich verringern. Desweiteren sind verschiedene Spurenstoffe, u.a. Vanadium, Chlor und Schwefel, wesentlich an anlagenschädigenden Korrosionsprozessen beteiligt. Fortschrittliche hocheffiziente Kraftwerksprozesse, wie die integrierte Vergasung von Biomasse mit Kohle in einem Kombiprozess, benötigen deshalb eine effektive Heißgasreinigung. Jedoch ist das Transformationsverhalten von Spurenstoffen und damit die Grundlage für die Heißgasreinigung gerade für Vergasungssysteme kaum systematisch erforscht worden.Das Forschungsvorhaben dient der Aufklärung der Freisetzungsmechanismen von Arsen, Blei, Zinn und Vanadium, ihrer Gasphasenchemie, sowie ihres Kondensationsverhaltens als unabdingbare Grundlage für die effektive Gasreinigung und den Korrosionsschutz. Es werden spezifische thermochemische Daten in Abhängigkeit wesentlicher Vergasungsparameter (Temperatur, Wasserdampfgehalt) und kritischer Spurengase (HCl und H2S) experimentell ermittelt. Einen wesentlichen Schwerpunkt bildet die Quantifizierung des Ausmaßes des Einflusses der jeweiligen Parameter in Kondensationsversuchen unter Vergasungsbedingungen. Dies ist insofern wichtig, um für die Modellbildung eine Gewichtung der Parameter durchführen zu können. Das generierte Wissen verbreitert die Datenbasis für die Modellierung wesentlich, da bisher vornehmlich Verbrennungsvorgänge untersucht wurden. Einen zweiten methodischen Schwerpunkt bildet die Bestimmung von Gasphasenspezies im Heißgas mittels Molekularstrahlmassenspektrometer. Weltweit erstmalig im Themengebiet werden für die Transformationsprozesse entscheidende Spezies online im Heißgas bestimmt. Somit wird es nun möglich sein, theoretische Transformationsmechanismen vor dem Hintergrund der Identifizierung signifikanter Gasphasenspezies zu prüfen und gegebenenfalls veränderte oder neue Mechanismen zur Diskussion zu stellen.Abschließend soll ein thermodynamisches Modell zur Freisetzung und Kondensation der ausgewählten Spurenstoffe aufgestellt werden. Das Modell soll in der Lage sein, die Transformationsprozesse in ihren wesentlichen Eigenschaften abzubilden und für veränderte Prozessparameter voraussagen zu können. In weiterführenden Projekten können anschließend a) weitere kritische Spurenstoffe, z.B. Quecksilber, Cadmium, untersucht werden und b) die Versuchsparameter angepasst werden, um weitere Anwendungsfälle, z.B. Zementindustrie, thermische Müllbehandlung, zu erschließen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen