Grundlegende Aspekte der Schlackeviskosität in schlackenden Vergasungsprozessen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Stefan Guhl
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392218733

In China leistet die Vergasungstechnologie auf Basis von Kohle einen wesentlichen Beitrag zur Erzeugung von Grundchemikalien und Kraftstoffen. Deutschland ist ein traditioneller Entwicklungsstandort für Vergasungsverfahren und Anlagenbau.Zur stofflichen Kohlenutzung haben sich Flugstromverfahren durchgesetzt. Die Schlackeviskosität ist eine wesentliche Stoffeigenschaft für den praktischen Vergaserbetrieb. Aus wissenschaftlicher und praktischer Perspektive ist jedoch die Wirkung von viele Einflussgrößen auf die Schlackeviskosität unverstanden. Daraus resultiert eine verminderte Anlagenverfügbarkeit aufgrund von Störungen im Schlackeaustragssystem. Im beantragten Verbundvorhaben werden die folgenden Schwerpunkte und Ziele adressiert: (1) Der Einfluss von Temperaturprogramm und Atmosphäre auf die Viskosität wird systematisch analysiert. Die Messprozedur wird dahingehend weiterentwickelt, dass die Messungen unter Vergasungsbedingungen durchgeführt werden und somit direkt übertragbar sind. (2) Die Korrelation zwischen optisch beobachteten Fließverhalten und Viskosität wird erforscht. Daraus ergibt sich ein besseres Verständnis für den praktischen Vergaserbetrieb. (3) Partielle Kristallisation und Eisenausfällungen können zur Verlegung des Vergasers mit hochviskoser Schlacke führen. Die komplexen Einflussfaktoren auf die Kristallisation sowie Eisenausfällungen und letztlich deren Wirkung auf die Viskosität werden mit Methoden wie in-situ RDA, DTA, Erhitzungsmikroskop und REM-EDS/WDS detailliert untersucht. Auf Basis einfacher Kennzahlen werden die gefundenen Zusammenhänge praktisch anwendbar gemacht. (4) Die Wirkung der für die Co-Vergasung wichtigen Schlackekomponenten Nickel und Vanadium (Petrolkoks) sowie Phosphor (Biomassen) auf die Viskosität wird unter vergasungsrelevanten Atmosphären aufgeklärt. (5) Mit der Schlacke ausgetragenen Restkoks-Partikel haben einen bisher nicht verstandenen Einfluss auf das Viskositätsverhalten. Das Benetzungsverhalten sowie ablaufende Nebenreaktionen werden mittels thermooptischer Methoden, REM und in-situ RDA charakterisiert. Der Einfluss der Wechselwirkungen zwischen Koks und Schlackekomponenten auf die Viskosität wird abgeschätzt.Das Verbundprojekt soll theoretische und praktisch nutzbare Erkenntnisse hervorbringen. Das erweiterte Verständnis der komplexen Einflussfaktoren auf die Viskosität erlaubt eine effiziente Prozessführung und ist die Basis für die Optimierung und Neuentwicklung effizienter Vergasungsverfahren. Neben den wissenschaftlichen Zielen legt das Verbundprojekt das Fundament zur dauerhaften Etablierung einer Kooperation zwischen den Projektpartnern. Das Projekt trägt zur Qualifizierung von Wissenschaftlern bei, befördert deren Austausch zwischen China und Deutschland und ermöglicht den Ausbau des internationalen Forschungsnetzwerks.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Mitverantwortliche: Professor Dr.-Ing. Bernd Meyer; Dr. Marcus Schreiner
• Kooperationspartner: Professor Dr. Jin Bai