Sven Meyer

Tag der mündlichen Prüfung: 08.08.2017

Entwicklung und Bewertung von Verfahrensansätzen zur Erzeugung von thermischer und elektrischer Energie in regenerativen thermischen Abgasreinigungseinrichtungen

Zusammenfassung

Die Thermische Nachverbrennung stellt ein Abgasreinigungsverfahren dar, das in vielen Industriebranchen zum Standard gehört. Insbesondere die Regenerative Thermische Oxidation (RTO) ist dabei durch geringe Betriebsmittelkosten gekennzeichnet, da sich einerseits ein autothermer Betrieb schon bei geringen Beladungen an organischen Lösemitteln realisieren lässt und andererseits durch den heißen Bypass Prozesswärme ausgekoppelt werden kann. Untersuchungen und Berechnungen haben gezeigt, dass bei bestimmten verfahrenstechnischen Randbedingungen die Prozesswärmeerzeugung durch eine Heißgasauskopplung effizienter ist als die separate Erzeugung in einem direktbefeuerten Kessel.

Diese Erkenntnis lässt Überlegungen lohnenswert erscheinen, verschiedene Verfahrensalternativen zur Integration eines Kreisprozesses mit der Erzeugung elektrischer Energie in den heißen Bypass einer RTO zu diskutieren und hinsichtlich ihrer Effizienz zu bewerten.

Der Clausius‐Rankine‐Prozess stellt einen klassischen Dampfkraftprozess dar, bei dem ein System aus Economizer, Verdampfer und Überhitzer in den heißen Bypass integriert werden kann.

Der Joule‐Prozess als offener Gasturbinenprozess kann als eine denkbare Alternative verstanden werden. Hier wird die Brennkammer der Gasturbine durch einen Wärmeübertragungsapparat im heißen
Bypass ersetzt.

Zusammenfassend ergeben sich auf der Basis von Parametervariationen durch Simulationsrechnungen
folgende weiterführende Erkenntnisse:

  • Die erzeugte Menge an elektrischer Energie ist im Dampfkraftprozess erheblich größer als im Gasturbinenprozess. Dafür muss die benötigte Prozesswärme in einem direktbefeuertenKessel separat bereitgestellt werden. Somit eignet sich diese Verfahrensalternative eher für Produktionen mit einem kleineren bis mittleren Wärmebedarf und hohen spezifischen Kosten für elektrische Energie.
  • Die Integration einer Gasturbine in den heißen Bypass einer RTO ermöglicht die parallele Erzeugung von elektrischer und thermischer Energie. Hier sind jedoch technische Herausforderungen zur Integration des Wärmeübertragungsapparates zu beachten.

Die Betrachtung der einzelnen Szenarien zeigt, dass die organischen Lösemittel einen Wertstoff darstellen, der – sofern es technisch und wirtschaftlich möglich ist – primär zurückgewonnen werden sollte, um im Produktionsprozess erneut eingesetzt zu werden. Durch die Lösemittelrückgewinnung wird der größte Nutzen für die CO2‐Bilanz erzielt. Die Stromerzeugung ist jedoch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine große Preisdifferenz zwischen den Bezugspreisen für elektrische Energie und Erdgas gegeben ist. Zugehörige Entwicklungen können sich kurz- bis mittelfristig als Folge energiepolitischer Rahmenbedingungen mit Blick auf den Ausbau erneuerbarer Energien ergeben.

Dr. Sven Meyer zusammen mit Prof. Dr. rer. nat. habil. H.-J. Gursky, Prof. Dr.-Ing. Bernd Sankol (Mitberichterstatter, HAW Hamburg) und Prof. Dr.-Ing. Otto Carlowitz (Hauptberichterstatter)
Umzug durch Clausthal mit Zwischenstopp auf dem Kronenplatz
Vor dem TU-Hauptgebäude
Doktorhut mit (fast) funktionstüchtiger RTO und integrierter Erzeugung von elektrischer Energie
Gruppenbild beim Umzug (Danke an R. Rotschiller)
 
 

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