VGB

Pow

erTe

ch -

All

right

s re

serv

ed -

Alle

Rec

hte

vorb

ehal

ten

- ©

201

7

>>> VGB DIGITAL <<<

VGB

Pow

erTe

ch -

All

right

s res

erve

d -

Alle

Rec

hte

vorb

ehal

ten

- ©

201

7

43

OASE® blue – Optimierte CO2-AbtrenntechnikVGB PowerTech 1/2 l 2018

Autoren

Abstract

OASE® blue – Optimized CO2 capture technology as a result of the 10-year development program of BASF, Linde and RWE Power at the Coal Innovation Center in Niederaußem, Germany

OASE blue – Optimised CO2 capture tech-nology as a result of the 10-year development program of BASF, Linde and RWE Power at the Coal Innovation Center in Niederaußem. After completion of the 10-years joint development program of BASF, Linde and RWE Power on the optimisation of the CO2 capture technology and its testing under real operating conditions of a power plant at the Coal Innovation Center at Niederaussem the OASE blue post-combustion capture technology is ready for large-scale ap-plication, with a 30 % lower specific energy demand (2,5 GJ/tCO2) and a 75 % lower sol-vent consumption (< 0,3 kg/tCO2) compared to the existing benchmark technology based on monoethanolamine (MEA). An outstanding to-tal testing time of more than 55,000 hours and an availability of the post-combustion capture pilot plant of 97 % underlines the reliability of

OASE blue – Optimierte CO2-Abtrenntechnik als Ergebnis des 10-jährigen Entwicklungsprogramms von BASF, Linde und RWE Power im Innovationszentrum Kohle in Niederaußem Peter Moser, Georg Wiechers, Sandra Schmidt, Knut Stahl, Gerald Vorberg und Torsten Stoffregen

Dr. rer. nat. Peter MoserLeiter EmissionsminderungstechnikenDipl.-Ing. Georg WiechersReferent EmissionsminderungstechnikenDr.-Ing. Sandra SchmidtReferentin EmissionsminderungstechnikenDipl.-Ing. Knut StahlReferent Emissionsminderungstechniken F&E RWE Power AG, Essen, DeutschlandDipl.-Ing. Gerald VorbergOASE® Gas Treating Excellence BASF SE, Ludwigshafen, DeutschlandDipl.-Ing. Torsten StoffregenLeiter Process Design Linde AG, Engineering Division, Dresden, Deutschland

OASE blue – Optimierte CO2-Abtrenntechnik

Einleitung

Die Europäischen Union hat sich entspre-chend des Pariser Klimaschutzabkom-mens das Ziel gesetzt, bis zum Jahr 2050 die Treibhausgas-Emissionen gegenüber 1990 um 80 bis 95 % zu senken. Mit dem Klimaschutzplan 2050 hat die letzte Bun-desregierung im Jahr 2016 diesen bereits vorher für Deutschland formulierten Ziel-korridor bestätigt. Selbst ein kompletter, sich über alle Sektoren und Anwendungen erstreckender Verzicht auf die Nutzung von Braun-, Steinkohle und Erdgas in Deutschland würde nicht ausreichen, die Einsparungsziele zu erreichen. Zusätzlich müsste innerhalb der noch verbleibenden gut 30 Jahre auch noch ein Großteil der aus der Nutzung von Erdöl stammenden CO2-Emissionen vermieden werden. Vor dem Hintergrund des Kernenergieaus-stiegs und des geringen Beitrags der Wind-kraft und Photovoltaik zur Abdeckung des Primärenergieverbrauchs von bisher nur 3,1 % (416 PJ von insgesamt 13.451 PJ) trotz mehr als 90 GWel installierter Leis-tung bleibt es unklar, wie die Klimaschutz-ziele erreicht werden sollen ohne die Nut-zung von CCU/CCS (Carbon Capture and Usage/and Storage) [1]. Auch die IEA kommt in ihren Energiever-sorgungs- und Klimaschutzszenarien zum Schluss, dass die Anwendung der CCS-Tech-nologien etwa 14 % der global bis 2050 not-

wendigen CO2-Emissionsreduzierungen er-bringen kann, bis 2060 sogar 32 %. Mit den Klimaschutztechnologien CCU/CCS könn-ten nicht nur die bei der Stromerzeugung aus fossilen Energieträgern anfallenden CO2-Emissionen vergleichsweise schnell deutlich reduziert werden, sondern auch in anderen CO2-intensiven Wirtschaftszwei-gen – wie insbesondere der Zement-, und Stahlproduktion sowie der Petrochemie – könnten CCU/CCS zur Anwendung gelan-gen. Das BMWi schätzte 2014 ab, dass sich die CO2-Emissionen in Deutschland aus diesen Industrieprozessen in Höhe von ca. 80 Mio. t CO2/a nur mit CCS-Technologien signifikant reduzieren lassen [2].Die auf wässrigen Lösungen von Aminen basierende CO2-Wäsche-Technik nimmt unter den CO2-Abscheidetechnologien auf Grund ihrer im Vergleich zu anderen CO2-Abtrenntechniken einfachen Nach-rüstbarkeit und Anpassbarkeit an die zu behandelnden Gasströme eine besondere Rolle ein und steht, nicht zuletzt nach dem erfolgreichen Abschluss des 10-jährigen Entwicklungsprogramms von BASF, Lin-de und RWE Power im Jahr 2017, für den großtechnischen Einsatz zur Verfügung. Für Kraftwerksbetreiber sind die entschei-denden technisch-wirtschaftlichen Kenn-daten einer CO2-Wäsche gegeben durch einen möglichst niedrigen Energiebedarf, einen geringen Waschmittelverbrauch, niedrige Emissionen, niedrige Investi-tions- und Wartungskosten und eine hohe Anlagenverfügbarkeit. Von den Projekt-partnern wurde am Start des Entwick-lungsprogramms das Ziel definiert, eine entsprechend dieser Kriterien optimierte CO2-Abtrennungstechnik für Kraftwerke kommerziell verfügbar zu machen, die auf einer wässrigen Aminlösung basiert und über verbesserte Anlagentechnik und ein optimiertes Integrationskonzept verfügt. Der neue CO2-Abtrennprozess zeichnet

the technique. So far, no other new-generation capture technology has been tested so long and intensively under real operating conditions. The developed technology limits the efficiency loss of a lignite fired power plant that applies CO2 capture to below 10 %-points (calculated value including the CO2 compression for pipe-line transport) and to reduce the CO2-capture costs below 30 €/t CO2. The latter key perfor-mance indicator is fostered by the decline of the power price. l

VGB

Pow

erTe

ch -

All

right

s re

serv

ed -

Alle

Rec

hte

vorb

ehal

ten

- ©

201

7

>>> VGB DIGITAL <<<

VGB

Pow

erTe

ch -

All

right

s res

erve

d -

Alle

Rec

hte

vorb

ehal

ten

- ©

201

7

44

OASE® blue – Optimierte CO2-Abtrenntechnik VGB PowerTech 1/2 l 2018

sich insbesondere durch einen Wirkungs-gradverlust von weniger als 10 %-Punkten (berechneter Wert inklusive der CO2-Kom-pression) und durch CO2-Abtrennkosten unter 30 €/tCO2 aus.

Entwicklungsprogramm

Bereits vor dem eigentlichen Start des Ent-wicklungsprogramms im Oktober 2007, das sich in drei Phasen unterteilte (siehe B i l d 1 ), hatte BASF ein Screening von über 400 möglichen Amin-Komponenten für das neue CO2-Waschmittel gestartet. Rund 140 Amine wurden mittels Laborun-tersuchungen bezüglich ihrer chemisch-physikalischen Eigenschaften charakteri-siert und detailliert auf ihre Eignung für ei-nen kommerziellen Einsatz hin überprüft. Schließlich wurden rund 20 interessante Kandidaten in dem sogenannten „Mini Plant“, einer kleinen CO2-Wäsche-Testein-richtung bei BASF in Ludwigshafen mit synthetischem Rauchgas untersucht. Die hier erzielten Ergebnisse waren zusam-men mit einer Vorbewertung hinsichtlich Wirtschaftlichkeit, betrieblichen Aspekten und Umwelteigenschaften die Basis für die Festlegung der vielversprechendsten Ami-ne für die Erprobung in der Pilotanlage in Niederaußem. Die Pilotanlage wurde parallel zur Waschmittelentwicklung von Linde ausgelegt und im Braunkohlenkraft-werk Niederaußem errichtet. Im Juli 2009 wurde sie als erste Pilotanlage zur Post-Combustion Capture-Technik (PCC) an einem Kohlekraftwerk in Deutschland in Betrieb genommen.Das Testprogramm startete zunächst mit einem rund halbjährigen Untersuchungs-programm zum Referenz-CO2-Waschmittel Monoethanolamin (MEA), um die Anla-gen-, Betriebs- und Prozessleistungsmerk-male zu testen sowie die, wie sich zeigte, ausgezeichnete Vorhersagegenauigkeit der Prozesssimulationen im Anlagentest zu be-stätigen [3]. Hierbei gelang es erstmalig an einer CO2-Wäsche den Waschmittelver-brauch, die Waschmittelzersetzung und die Verluste über gasförmige und flüssige Prozessströme konsistent zu bilanzieren. Zudem war die CO2-Wäsche-Pilotanlage in Niederaußem eine der ersten Anlagen für die Emissionsdaten zu einem unter realen Bedingungen an einem Kraftwerk betrie-

benen CO2-Wäscheprozesses veröffentlicht wurden [4]. Die für MEA ausgearbeitete Untersuchungsmethodik konnte erfolg-reich für den Test der neuen Waschmittel-kandidaten genutzt werden. Die Arbeiten zum Testprogramm mit MEA der Co-Au-torin dieses Artikels wurden im Jahr 2013 mit dem Heinrich-Mandel-Preis der VGB Forschungsstiftung ausgezeichnet [5].Im direkten Anschluss wurden zwei neue, von BASF entwickelte CO2-Waschmittel für jeweils ein halbes Jahr getestet [6]. Im April 2011 wurde das beste der beiden Waschmittel anhand technischer, wirt-schaftlicher, ökologischer und betriebli-cher Kriterien ausgewählt und mit der Pro-duktbezeichnung OASE blue von BASF in den Produktkatalog aufgenommen. Auf Grund der positiven Ergebnisse wurde Phase II des Entwicklungsprogramms in 2011 gestartet, um insbesondere das Lang-zeitverhalten der Abtrenntechnik bis Ende 2013 zu untersuchen. Auslöser hierfür war, dass in Niederaußem zwar im Vergleich zu

anderen Testanlagen ein sehr niedriger MEA-Verbrauch erzielt wurde (0,3 kg MEA pro Tonne abgetrenntes CO2 gegenüber einem Waschmittelverlust zwischen 1,4 und 2,4 kg MEA/tCO2 an der CO2-Wäsche am Steinkohlenkraftwerk Esbjerg), doch die über rund ein halbes Jahr beobachte-te MEA-Degradation verlief zeitlich nicht linear, sondern zeigte einen S-förmigen Verlauf. Einige Pilotanlagenbetreiber gehen davon aus, dass eine Testzeit von 3.000 Stunden zur Charakterisierung der Waschmittelperformance ausreicht. Die drei Projektpartner sehen jedoch eine solch kurze Untersuchungsdauer als viel zu gering an, um belastbare Ergebnisse zu erzielen. Um die Vorteile der neu entwi-ckelten Abtrenntechnik bezüglich Degra-dations-, Emissions- und Korrosionsver-halten sowie Energiebedarf zu bestätigen, wurden in Phase II ausgedehnte Langzeit-versuche durchgeführt. Zudem wurden verschiedene Prozessoptimierungsschrit-te umgesetzt und Untersuchungen zur Emissionsminderung von PCC-Anlagen durchgeführt. Hierfür erfolgten in 2011 zunächst Umbauarbeiten an der Pilotan-lage, die im Wesentlichen den Einbau neu entwickelter, für CO2-Wäschen optimierter strukturierter Packungen in den Absor-ber umfassten, mit denen auf Grund der Reduzierung des Kolonnendurchmessers die Investitionskosten von Großanlagen gesenkt werden können. Darüber hinaus wurde das Emissionsminderungssystem um eine Saure Wäsche am Absorberkopf inklusive zusätzlicher Online-Messtechnik auf Basis der Infrarotspektroskopie (FTIR) zur Bestimmung der Amin- und Ammoni-

Entwicklungsprogramm2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017

PHASE I PHASE II PHASE III

Waschmittel-Screening, Mini Plant Tests

Pilotanlage Niederaußem Engineering, Bau

MEA Benchmark, Test 2 neuer Waschmittel

OASE® blue Langzeittest, Emissionsminderung,Komponentenoptimierung, Messtechnik

OASE® blue Optimierung Anlagentechnik undBetrieb, Emissionsminderung, Reclaiming

Werkstoffuntersuchungen

Scale-Up für Großanlagen

Bild 1. Die drei Phasen des Entwicklungsprogramms zur Optimierung des CO2-Abtrennprozesses.

CouponsPassstückeBeton-PP-ModulDichtungen

Werkstofftests MesstechnikAmine (THC,FTIR, PTR-MS)Aerosole (FMPS,WELAS, REM)

Saure WäschePackungenAerosolmodulReclaiming

betrieblichtechnischwirtschaftlichökologisch

Braunkohle-KWTBK-KWSteinkohle-KWGas-KW

Komponententest Optimierung Scale-up

Saure Wäschezur Emissions-minderung

Einbau 2011

InnovativestrukturiertePackungen

Einbau 2011

Testmodul fürAerosol-untersuchungen

Einbau 2016

Reclaimingmit Ionen-tauscher

Einbau 2017

Bild 2. Das Entwicklungsprogramm an der CO2-Wäsche im Innovationszentrum Kohle in Nieder-außem folgte einem ganzheitlichen Ansatz, der Werkstofftests, Messtechnikerprobung, Komponententests und Langzeitversuche unter realen Versuchsbedingungen umfasste, um die Abtrenntechnik zu optimieren und verlässliche Daten für die Auslegung von Großanlagen zu erhalten. In den Jahren 2011 bis 2017 wurden im Rahmen der vier wichtigsten Umbaumaßnahmen innovative Komponenten zur Optimierung der technisch-wirtschaftlichen Performance und Minderung von Emissionen installiert.

VGB

Pow

erTe

ch -

All

right

s re

serv

ed -

Alle

Rec

hte

vorb

ehal

ten

- ©

201

7

>>> VGB DIGITAL <<<

VGB

Pow

erTe

ch -

All

right

s res

erve

d -

Alle

Rec

hte

vorb

ehal

ten

- ©

201

7

45

OASE® blue – Optimierte CO2-AbtrenntechnikVGB PowerTech 1/2 l 2018

ak-Konzentrationen hinab bis zu 1 ppm im CO2-armen Rauchgas und im Produkt-CO2 erweitert (siehe B i l d 2 ).Durch die Langzeittests konnten die positi-ven Eigenschaften der neuen Abtrenntech-nik bestätigt und zudem ein erheblicher Wissensgewinn zur PCC-Technik erzielt werden. Auf Basis der Ergebnisse wurden weitere Optimierungsansätze erarbeitet, die in der 2014 gestarteten Phase III unter-sucht bzw. umgesetzt wurden. So wurde die Zusammensetzung des Waschmittels variiert und die Auswirkungen auf die Per-formance betrachtet. Ein Schwerpunkt der letzten Phase des Entwicklungsprogramms war die Untersuchung und Vermeidung von aerosolbedingten Emissionen. Hierfür wurde ein flexibles Aerosol-Testmodul in 2016 in die Pilotanlage integriert, das es z.B. in der Konfiguration als Sprühwäscher erlaubt, die Aerosolkeimanzahl gezielt zu manipulieren und die Auswirkungen auf die Emissionen über den CO2-armen Rauchgasstrom zu beobachten. Zudem erfolgte Ende 2016 die Anbindung einer mobilen Reclaiming-Anlage auf Basis ei-nes Ionenaustauschers, mit der die über die Zeit im Waschmittel akkumulierenden und im Waschmittel ionisch vorliegenden Amin-Zersetzungsprodukte und über das Rauchgas eingeschleppten Spurstoffe aus dem Waschmittel entfernt werden können. Dem ganzheitlichen Ansatz zur techni-schen und wirtschaftlichen Optimierung der CO2-Wäsche-Technik folgend, wurden in Niederaußem neben dem Test neuer Komponenten und Subsysteme umfang-reiche Langzeit-Werkstoffuntersuchungen durchgeführt, um kostengünstige und gleichzeitig robuste Materialkonzepte für Großanlagen zu erarbeiten [7]. Insbeson-dere im Bereich der Emissionsminderung wurden spezielle Messtechniken eingesetzt bzw. auf ihre Anwendbarkeit hin erprobt, so z.B. zur Bestimmung der Eigenschaften von Aerosolen [8].

CO2-Wäsche-Pilotanlage – Teil des Innovationszentrums Kohle

Technische Voraussetzung für die erfolg-reiche Durchführung des Entwicklungspro-gramms waren die einzigartigen Testmög-lichkeiten an der CO2-Wäsche-Pilotanlage in Niederaußem, die Teil des Innovations-zentrums Kohle ist. Hier kann die Pilotanla-ge wahlweise mit Rauchgas des braunkoh-legefeuerten Kraftwerksblocks BoA1 ver-sorgt werden (965 MWnet, 70 bis 100 % der Feuerungswärmeleistung durch Einsatz von Rohbraunkohle und bis zu 30 % durch Trockenbraunkohle aus der von RWE Power entwickelten Wirbelschichttrocknungsan-lage mit interner Abwärmenutzung: WTA), das in der konventionellen Rauchgasent-schwefelungsanlage (REA) oder alternativ in einer Hochleistungs-REA (REAplus) ent-schwefelt wurde. Teil der REAplus-Anlage ist zudem ein Nasselektrofilter (NEF), der

sich im Zusammenhang mit Untersuchun-gen zur Bildung von aerosolbedingten Emissionen und Maßnahmen zu deren Vermeidung als außerordentlich wichtig erwies (siehe B i l d 3 ). In das Rauchgas wurden phasenweise Spurstoffe (SO2, SO3, Flugstaub, Herdofenkoks (HOK) und ande-re Aktivkohlen) injiziert, insbesondere um die Auswirkungen auf das Emissionsverhal-ten zu beobachten. In einer weiteren Test-kampagne wurde durch Zumischung von Luft zum Rauchgasstrom vor Eintritt in die CO2-Wäsche der Sauerstoffgehalt soweit angehoben und der CO2-Gehalt abgesenkt, dass die Performance der CO2-Abtrennung mit dem Abgas einer Gasturbine simuliert werden konnte. In der Pilotanlage können bis zu 7,2 t CO2 pro Tag aus einem Teilstrom des Kraftwerks-rauchgases (1.550 mN

3/h) abgetrennt wer-den (vgl. Ta b e l l e 1 ). Das Rauchgas wird alternativ durch ein Aerosoltestmodul oder direkt in eine Feinwäsche geführt, wo es auf ca. 40 °C gekühlt und mittels Natronlauge vom Rest-SO2-Gehalt gereinigt wird. Zur Prozessoptimierung und in Abhängigkeit von der Schnelligkeit mit der das CO2 von dem Amin im Absorber chemisch gebunden wird, kann das Waschmittel auf verschie-denen Höhen in den Absorber eingeleitet werden und mittels eines Zwischenküh-lers variabel entnommen, gekühlt und zurückgespeist werden. Im Desorber wird das CO2-beladene Waschmittel auf etwa 120 °C erhitzt, wobei das gebundene CO2 freigesetzt wird. Der hierfür nötige Nieder-druckdampf wird mittels eines elektrischen Dampferzeugers bereitgestellt, der über die verbrauchte elektrische Energie eine

zusätzliche Bestimmung des Wärmever-brauches des Wäscheprozesses erlaubt. Die Anlagenkomponenten, die im Zusammen-hang mit den Untersuchungen zur Emissi-onsminderung von CO2-Wäschen stehen, sind (grün hinterlegt in B i l d 3 ): Aero-soltestmodul, Feinwäsche, trockenes Bett, Wasserwäsche und Saure Wäsche. Neben der üblichen Emissionsminderung durch die Wasserwäsche am Kopf des Absorbers, mit der sich ebenso wie mit der nachge-schalteten Sauren Wäsche (in dieser erfolgt eine Ansäuerung des Umlaufwassers mit H2SO4, um die alkalisch reagierenden Ami-ne und Ammoniak auszuwaschen) dampf-druckbedingte Emissionen effektiv senken lassen, wurden zwei spezielle Anlagenkon-figuration im Rahmen des Entwicklungs-programms in Niederaußem entdeckt, die insbesondere zu einer signifikanten Redu-zierung der aerosolbedingten Aminemis-sionen führen. Bei der als „trockenes Bett“ bezeichneten Fahrweise wird auf die obers-te Absorberpackung kein Waschmittel auf-gegeben. Die Packung des trockenen Bettes wird nur durch geringe Mengen Wasser aus der Wasserwäsche benetzt. Dadurch wird das trockene Bett als Wasserwäsche in reinem Gegenstrombetrieb gefahren, was zu einer signifikanten Reduktion der Aminemissionen um eine Zehnerpotenz gegenüber dem Standardbetrieb der Was-serwäsche mit Waschwasserzirkulation führt. Zudem lassen sich die Emissionen durch eine spezielle Vorbehandlung des Rauchgases senken, bei der Aerosolkeime aus dem Rauchgasstrom entfernt werden. Ausgiebige Tests hierzu wurden u.a. in dem Aerosoltestmodul durchgeführt.

Kraftwerk Rauchgasbehandlung

RohbraunkohleKonventionelle REA

CO2-Wäsche

WTA®

REAplus Nasselektrofilter

Staub SO2/SO3 HOK

CO2-armes Rauchgas

Fein-wäsche

Aerosol-testmodul

Wasser

Kondensat NaOHaq Kondensat Waschmittel

Absorber

SaureWäsche

Wasser-Wäsche

Wasser Wasser

Desorber

KondensatTrock.Bett

Luft

H2SO4 CO2

Bild 3. Als Teil des Innovationszentrums Kohle kann der CO2-Wäsche-Prozess mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Rauchgasqualitäten geprüft werden, um die Technik für eine ganze Bandbreite unterschiedlicher Brennstoffzusammensetzungen, Kraftwerkstypen (Kohle und Gas) und Rauchgasbehandlungstechniken (z.B. HOK-Eindüsung zur Quecksilberemissions-minderung) für den heutigen und zukünftigen Kraftwerksbetrieb zu erproben.

VGB

Pow

erTe

ch -

All

right

s re

serv

ed -

Alle

Rec

hte

vorb

ehal

ten

- ©

201

7

>>> VGB DIGITAL <<<

VGB

Pow

erTe

ch -

All

right

s res

erve

d -

Alle

Rec

hte

vorb

ehal

ten

- ©

201

7

46

OASE® blue – Optimierte CO2-Abtrenntechnik VGB PowerTech 1/2 l 2018

Die Pilotanlage verfügt über rund 275 Messstellen und Online-Analysatoren mit denen der Prozess überwacht und seine Leistungsfähigkeit analysiert wird. Für die Entnahmen von Proben der Gas- und Flüs-sigkeitsströme bestehen eine Vielzahl von Optionen, so dass auch alle für die stoffli-che Bilanzierung interessierenden Punkte erfasst werden. Im Rahmen des Werkstofftestprogramms wurden Materialproben in Form von Pass-stücken (Flansch-Rohr-Flansch-Bauteile, in B i l d 3 an den Positionen A1 und A3-A7) oder Coupons (an den Positionen B1-B10) aus Stahl und Kunststoffen unter-sucht. Zudem wurde ein Beton-Modul mit Kunststoff-Inliner (Position A2) als Option zur Kostensenkung beim Bau des Absorbers getestet, der teuersten Komponente einer CO2-Wäsche-Anlage, ebenso wie verschie-dene Dichtungsmaterialien für Flansche und Wärmetauscher. Die Proben wurden so in der Anlage angeordnet, dass die Werk-stoffe unter allen im Prozess auftretenden korrosiven Bedingungen erprobt werden.Die Pilotanlage in Niederaußem wird durchgehend im 24/7-Modus betrieben. Für die Bewertung der Waschmittelperfor-mance hinsichtlich Zersetzung und Korro-sionsstabilität der Werkstoffe ist der An-lagenbetrieb auch ohne CO2-Abtrennung aber mit Aufrechterhaltung des Waschmit-telkreislaufs unter Warmhaltung (z.B. bei kurzem Abfahren des Kraftwerksblockes) maßgeblich. Insgesamt wurde die neu entwickelte CO2-Wäschetechnik mehr als 55.000 Stunden getestet. Es kann davon ausgegangen werden, dass weltweit keine andere CO2-Abtrenntechnik der neuesten Generation eine derartig lange und um-fangreiche Erprobung durchlaufen hat, wie OASE blue. Es wurden hierbei mehr als 10.000 t CO2 abgetrennt. Die Pilotanlage hat eine ausgezeichnete Verfügbarkeit von 97 % erreicht.

Ergebnisse

Für die energetische Performance einer PCC-Technik wird meist der spezifische Wärmebedarf für die Regeneration ange-

geben. Er ist ein wichtiger technisch-wirt-schaftlicher Bewertungsfaktor zur Einord-nung einer PCC-Technik, sofern beim Per-formancevergleich die gleiche Bezugsbasis verwendet wird. Insbesondere wenn „ver-steckte Verbraucher“ vorhanden sind, wie etwa eine mechanische Brüdenverdichtung oder eine externe Strippdampfquelle, sagt der Wert allerdings wenig aus, da beide Komponenten den spezifischen Wärmebe-darf für die Regeneration des Waschmit-tels senken, wobei jedoch gleichzeitig der elektrische Eigenbedarf bzw. der Gesamt-dampfverbrauch des Systems Kraftwerk-PCC-Anlage steigt. In der CO2-Wäsche-Pilotanlage in Niederaußem wurde daher auf vergleichbare Randbedingungen beim Einsatz verschiedener CO2-Waschmittel geachtet. Das neue CO2-Waschmittel hat mit 2,8 GJ/tCO2 einen um 20 % niedrige-ren spezifischen Energiebedarf als MEA für die Waschmittelregeneration bei einer Abtrennrate von 90 % des im Rauchgas enthaltenen CO2 (siehe B i l d 4 ). Zusätz-lich kann die Regeneration bei deutlich niedrigeren Waschmittelumlaufraten und dadurch mit niedrigerer elektrischer Pum-penleistung erfolgen. Durch ein weiter-entwickeltes Desorberdesign („Advanced Stripper Design“ mit einem Low-Pressure-Flash), das jedoch nicht in Niederaußem realisiert wurde, lässt sich ein spezifischer Energiebedarf für die Waschmittelregene-ration von nur noch 2,5 GJ/tCO2 erzielen. Die nötigen zusätzlichen Investitionskosten für dieses Konzept sind gering. Gegenüber

dem konventionellen Prozessansatz wird das CO2-beladene Waschmittel nicht in ei-nem Schritt in einem regenerativen Wasch-mittel-Waschmittel-Wärmeübertrager er-wärmt und dann unter Druckentlastung in den Desorber eingeleitet (Stripper-Flash), sondern Wärmeübertrager und Desorber werden geteilt und die CO2-Desorption er-folgt zweistufig.

Neben den energetischen Vorteilen, die ei-nen großen Hebel zur Senkung der CO2-Ver-meidungskosten darstellen, zeichnet sich die entwickelte Abtrenntechnik auch durch sehr niedrige Verlustraten für das Wasch-mittel aus. Hierbei ist zunächst zwischen zwei unterschiedlichen Verlustpfaden – Zersetzung des Waschmittels (oxidativ und thermisch) und Emissionen (dampfdruck-getrieben und aerosolbedingt) – zu unter-scheiden. Bei der Zersetzung bilden sich sogenannte Hitze-Stabile-Salze (HSS: Heat Stable Salts), die nicht einfach durch Des-tillation von dem Waschmittel abgetrennt werden können und sich im Waschmittel akkumulieren. Abgesehen von der Gefahr durch mögliches Fouling der Wärmeüber-trager, über das von einigen CO2-Wäsche-anlagen berichtet wurde, werden mit der Zeit immer mehr inaktive Komponenten im Waschmittelkreislauf mitgeschleppt, was die energetische Performance senkt. Zudem sind die Zersetzungsprodukte (ty-pischerweise Acetate und Formiate) auch für die Korrosivität des Waschmittels von Bedeutung. Sie lassen sich jedoch mit ver-schiedenen Aufreinigungsprozessen (Rec-laiming) oder durch kontinuierlichen oder teilweisen Waschmittelaustausch aus dem Kreislauf entfernen, um die Performance der CO2-Wäsche stabil zu halten und be-triebliche Probleme zu vermeiden.

Die für das neu entwickelte Waschmittel verwendeten Amine sind wesentlich oxida-tionsstabiler als MEA und es treten kaum thermische Zersetzungsprodukte auf (siehe B i l d 5 ). Dies ist von erheblicher Bedeu-tung nicht nur bezüglich der Betriebskos-ten, sondern auch im Zusammenhang mit den Emissionen und dem Aufwand für das Reclaiming. Der spezifische Verbrauch für das neue Waschmittel lag mit <300 g/tCO2 ca. 75 % unter den in der Literatur genann-ten Werten für MEA [7].

Tab. 1. Auslegungsdaten und Betriebsparameter.

Rauchgasstrom [mN3/h] 1.550

CO2–Abtrennrate (bei CO2-Abtrennung <90 %) [tCO2/Tag] <7,2

Rauchgastemperatur (nach REA) bei Betrieb des Kraftwerks mit 100 % Rohbraunkohle

[°C] 63

CO2-Konzentration im Rauchgas (am Absorbereintritt) [Vol.-%trocken] 14,2

O2-Konzentration im Rauchgas (am Absorbereintritt) [Vol.-%trocken] 5,0

SO2-Konzentration im Rauchgas (nach REAplus) [mg/mN3,trocken] <10

Reinheit abgetrenntes CO2 [Vol.-%trocken] >99.98

Anzahl Online-Analysatoren >275

Pilotanlagen-Verfügbarkeit [%] 97

Versuchszeit mit OASE® blue-Varianten [h] >55.000

Gesamtmenge abgetrenntes CO2 [t] >10.000Sp

ezifi

sche

r Ene

rgie

beda

rfin

MJ/

t CO

2

4.000

3.800

3.600

3.400

3.200

3.000

2,800

2.600

2.400

-20 %

MEA

OASE® blue

Waschmittelumlauf

Fortschrittliches Desorber-KonzeptStripper-Flash

Bild 4. Spezifischer Energiebedarf – Durch das neue Waschmittel und das optimierte Desorberde-sign lässt sich ein spezifischer Wärmebedarf für die Waschmittelregeneration von 2,5 GJ/tCO2 erreichen, bei deutlich niedriger Waschmittelumlaufrate als bei einer MEA-Wäsche.

VGB

Pow

erTe

ch -

All

right

s re

serv

ed -

Alle

Rec

hte

vorb

ehal

ten

- ©

201

7

>>> VGB DIGITAL <<<

VGB

Pow

erTe

ch -

All

right

s res

erve

d -

Alle

Rec

hte

vorb

ehal

ten

- ©

201

7

47

OASE® blue – Optimierte CO2-AbtrenntechnikVGB PowerTech 1/2 l 2018

Da sich auf Grund der hohen Oxidations-stabilität des neuen CO2-Waschmittels erst nach langer Betriebszeit ausreichend hohe Konzentrationen an organischen Zerset-zungsprodukten und aus dem Rauchgas abgeschiedene anorganische Komponenten ansammeln, um die Wirkung einer Reclai-mingtechnik bewerten zu können, wurde gegen Ende des Entwicklungsprogramms ein Reclaimer auf Basis eines Ionentau-schers getestet. Der Gehalt des Waschmit-tels an organischen Säuren und unkalib-rierten Komponenten (organische Verbin-dungen, die analytisch normalerweise nicht weiter spezifiziert werden, aber detektier-bar sind) konnte hierbei effektiv gesenkt werden. Das Reclaiming bringt deutliche Vorteile für den Großanlagenbetrieb. Die CO2-Beladungskapazität des Waschmittels bleibt durch den konstant niedrigen Gehalt an Degradationsprodukten auf einem ho-hen Niveau, wodurch ein dauerhaft niedri-ger spezifischer Energiebedarf erzielt wird.

Beim Start des Programms lag der Fokus der weltweiten Forschungsaktivitäten zur CO2-Wäsche-Technik auf besseren CO2-Waschmitteln als das damalige Bench-mark-Waschmittel MEA. Doch in den ver-gangenen fünf Jahren wurde die Redukti-on von Emissionen von CO2-Wäschen ein immer wichtigeres Thema, insbesondere als die Bedeutung der Aerosolbildung auf das Niveau der Emissionen klar wurde. So wurde in einigen Testanlagen beobachtet, dass die Amin-Konzentrationen im CO2-armen Rauchgas durch Aerosole um zwei Größenordnungen höher sein können, als sie durch den Dampfdruck des Amins er-klärbar sind und zu inakzeptabel hohen Lösungsmittelverlusten führen. Dabei wurden zunächst nur durch SO3/H2SO4-Aerosole verursachte Verluste untersucht. Sonst übliche Maßnahmen zur Senkung der dampfdruckgetrieben Emissionen, wie Wasserwäsche oder Saure Wäsche am Ab-sorberkopf, sind zur Aerosolminderung we-

nig effektiv. Hauptursache hierfür ist, dass die Abscheidung von Aerosolpartikeln ein größenabhängiges Übergangsregime mit einem Minimum zwischen 0,1 und 1,0 μm für den Partikeldurchmesser aufweist, das durch den Wechsel von einem diffusions-gesteuerten Mechanismus für ultra-kleine Partikel zu einem trägheitsbeherrschten Prozess für größere Partikel entsteht. Des-halb wurden im Entwicklungsprogramm Untersuchungen zu grundlegenden Me-chanismen der Emissionsbildung in einer CO2-Wäsche sowie zur Performance ver-schiedener emissionsmindernder Kompo-nenten und ihrer Betriebsweisen durchge-führt. Der Prozess der Aerosolbildung und das weitere Verhalten der Aerosole auf dem Weg des Rauchgases durch die verschiede-nen Rauchgasreinigungsschritte (E-Filter, REA, SO2-Feinwäsche/Rauchgaskühler (DCC: Direct Contact Cooler), Gebläse, CO2-Absorber, Wasserwäsche, Saure-Wä-sche) mit sehr unterschiedlichen physi-kalisch-chemischen Randbedingungen ist hochgradig komplex (siehe B i l d   6 ).Der Beginn des Aerosoltropfenwachstums und die Wachstumsgeschwindigkeit der Aerosoltropfen hängt von deren Zusam-mensetzung und Durchmesser ab, ebenso wie die Abscheidungswahrscheinlich-keit der Tropfen auf dem Weg durch die Rauchgasreinigungsschritte. Die Konden-sationsgeschwindigkeit von Wasser oder von Aminkomponenten im CO2-Absorber hängt zudem von Temperatur, Amin-, CO2- und Wasser-Gehalt des Rauchgases ab. Um die chemisch-physikalischen Randbe-dingungen der Aerosolbildung sowie von Schrumpf-, Wachstums- und Abscheide-

Konz

entra

tion

orga

nisc

her S

äure

[-]

Konz

entra

tion

orga

nisc

her S

äure

[-]

MEA

OASE® blue

Betriebszeit Betriebszeit

Reclaiming

Organische SäurenUnkalibrierte Komponenten

Bild 5. Waschmittelverbrauch und Reclaiming – Durch das neue Waschmittel kann der Wasch- mittelverbrauch um mehr als 75 % gesenkt werden im Vergleich zu einer MEA-Wäsche (links) und die sich mit der Zeit akkumulierenden ionischen Zersetzungsprodukte können effektiv durch einen Reclaiming-Prozess auf Basis eines Ionentauschers aus dem Wasch- mittel entfernt werden.

– Partikelabscheidung– SO3-Bildung

E-Filter NEF Gebläse Saure Wäsche

– Partikelabscheidung– Aerosolbildung– SO3-Bildung Zwischenkühler und

Waschmittelzulauf

– Erwärmung Rauchgas– H2O-Untersättigung

– Kühlung Rauchgas – Abscheidung basischer Komponenten

– Kühlung/H2O Sättigung– SO2/SO3-Abscheidung– Partikelabscheidung

– Kühlung Rauchgas– SO2/SO3-Abscheidung

– Erwärmung/Kühlung– organ. Verbindungen

– Kühlung, Abscheidung organ. Verbindungen

REA DCC Absorber Wasserwäsche

Rauchgas-vorbehandlung

Aerosol-testmodul

Trockenes Bett

NaOHGips

Rauchgas

Braunkohle

MühlenNassasche

Verbrennungsluft

Luftvor-wärmer

Luftvorwärmer„BypassEconomizer“ Rauchgas-

kühler

FlugstaubSaugzug

E-Filter

Nass-elektrofilter

Rauchgas-entschwefelungs-anlage

Rauchgas-kühlungundSO2-Fein-wäsche

(DCC)

SaureWäsche

Gebläse

AbsorberZwischen-kühler

Wasserwäsche

Bild 6. Auf seinem Weg durch die Rauchgasbehandlungsstufen eines Kraftwerks mit CO2-Wäsche durchlaufen Aerosolkeime unterschiedliche Komponenten, die die Aerosolpartikelgrößenverteilung und die Partikelanzahl teils stark verändern können. Der Einfluss der neun dargestellten Prozessabschnitte wurde ebenso wie die Wirkung von drei in Niederaußem entwickelten Techniken zur Emissionsminderung (A: Rauchgasvorbehandlung, B: Trockenes Bett, C: Aerosoltestmodul) im Rahmen des Entwicklungsprogramms untersucht.

VGB

Pow

erTe

ch -

All

right

s re

serv

ed -

Alle

Rec

hte

vorb

ehal

ten

- ©

201

7

>>> VGB DIGITAL <<<

VGB

Pow

erTe

ch -

All

right

s res

erve

d -

Alle

Rec

hte

vorb

ehal

ten

- ©

201

7

48

OASE® blue – Optimierte CO2-Abtrenntechnik VGB PowerTech 1/2 l 2018

vorgänge an den Aerosolpartikeln zu erfas-sen, müssten eigentlich an den verschiede-nen Prozessabschnitten des Rauchgaswegs (siehe B i l d 6 ) gleichzeitig Partikelgrö-ßenverteilung, Partikelanzahlkonzentra-tion und die Partikelzusammensetzung neben verschiedenen Prozessparametern (insbesondere Temperatur, Druck, relati-ve Feuchte, Rauchgaszusammensetzung) gemessen werden. Der hierfür notwendi-ge apparative Aufwand ist aber praktisch nicht leistbar. Deshalb wurde durch Ein-zelmessungen an den unterschiedlichen Prozessstellen versucht, die dynamischen Prozesse an den Aerosolpartikeln Schritt für Schritt nachzuvollziehen. Dank der umfassenden Untersuchungen im Rahmen des Entwicklungsprogramms in Niederaußem konnte ein tieferes Verständ-nis der Bildungsmechanismen von Aeroso-len erarbeitet werden und wirkungsvolle Gegenmaßnahmen entwickelt werden. So wurde mit Messungen mittels eines la-seroptischen Systems (WELAS) und insbe-sondere mittels eines Fast Mobility Particle Sizer (FMPS) sowie durch Untersuchungen mittels Rasterelektronenmikroskop/Ener-giedispersiver Röntgenanalyse (REM/EDX) festgestellt, dass neben SO3 im Rauchgas, das als Aerosolkeim dient, auch feste Na-nopartikel mit einem Partikeldurchmesser <300 nm, die in Niederaußem weitest-gehend aus Na2SO4 bestehen, die Aero-solkonzentration und damit die Höhe der Emissionen bestimmen. Dieses wichtige Ergebnis wurde mittlerweile auch an ande-ren PCC-Anlagen bestätigt [9 bis 11]. Die Partikelgrößenverteilung ist im Rauchgas in Niederaußem normalerweise bimodal mit charakteristischen Teilchendurchmessern zwischen 7 und 50 nm und 50 bis 300 nm. Auf dem Weg des Rauchgases durch die PCC-Anlage liegen die Partikel aber nicht notwendigerweise als feste Partikel sondern als Aerosol-Tröpfchen vor. Übersteigt die Anzahlkonzentration der Aerosolokeime am Eintritt des Absorbers Werte von ca. 1 x 105 Partikel pro cm3, können die Emissionen um den Faktor 30 ansteigen (siehe B i l d 7 ).

Die kritische Partikelanzahlkonzentration im Rauchgas liegt damit in der Größe der Konzentration innenstädtischer Außenluft und kann nicht einfach anhand der Mess-daten der in Kraftwerken üblichen Staub-messungen im Roh- bzw. Reingasstrom vor und nach der REA ermittelt werden (einerseits weil die meist optischen Mess-systeme die sehr kleinen Partikel nicht er-fassen können und andererseits weil der Anteil der Aerosolkeime gewichtsbezogen (<<1 mg/m3) bedeutungslos ist).Entscheidend für die im Rahmen des Entwicklungsprogramms erzielten Fort-schritte zur Emissionsminderung von CO2-Wäschen waren zwei Randbedingun-gen bzw. Phänomene. Zum einen treten normalerweise mit dem Rauchgas in Nie-deraußem keine aerosolbedingten Emissi-onsverluste auf. Zum anderen wurde fest-

gestellt, dass der Nasselektrofilter (NEF) unter bestimmten Umständen Aerosole erzeugen kann (siehe Bild 7 unten links). Zwar wird durch die elektrostatische Ab-scheidung der Anteil von Aerosolkeimen im Rauchgas mit einer Größe zwischen 50 bis 300 nm gesenkt, es entsteht aber eine um zwei bis drei Größenordnungen hö-here Anzahl an Partikeln mit einer Größe <50 nm pro Volumeneinheit. Die gezielte Produktion von Aerosolen mit dem NEF war für das Testprogramm sehr nützlich, um Gegenmaßnahmen reproduzierbar auf ihre Wirksamkeit untersuchen zu können.In umfangreichen Untersuchungskampag-nen wurden in Niederaußem fünf verschie-dene Prozesskonfigurationen zur Senkung der durch Aerosole erzeugten Emissionen und ihre Kombinationen getestet: „Rauch-gasvorbehandlung“, „trockenes Bett“, „er-höhte Temperatur der Wasserwäsche am Absorberkopf“, „erhöhte Temperatur des unbeladenen Waschmittels am Absorber-eintritt“ und „Nasselektrofilter“. Es zeigte sich, dass die Rauchgasvorbehandlung zur Entfernung der Aerosolkeime vor Eintritt in den Absorber die beste Wirkung hat, gefolgt von der Fahrweise mit trockenem Bett, die zudem etwas langsamer wirkt. Die Erhöhung der Temperatur in der Wasser-wäsche und des Waschmittelzulaufs führt ebenfalls zu einer Senkung der aerosol-bedingten Eimissionen, allerdings steigen durch die erhöhte Temperatur die dampf-ruckbedingten Emissionen an. Der Nasse-lektrofilter kann aerosolbedingte Emissio-nen sogar erzeugen bzw. verstärken.

Großanlagenstudie

Durch den Langzeittest konnten sehr wert-volle Erfahrungen für die Auslegung einer Großanlage gewonnen werden. So konn-ten die CO2-Vermeidungskosten während der Projektlaufzeit durch Verbesserungen der Technologie und des Anlagenkonzep-tes auf Basis realer Testergebnisse redu-ziert werden. Dabei konnten sowohl die Investitions- als auch die Betriebskosten gesenkt werden. Vor dem Hintergrund des in den vergangenen Jahren massiven Ver-falls des Strompreises (um rund 50 %), hat die Senkung der Investitionskosten für die Optimierung der CO2-Vermeidungskosten an Bedeutung gewonnen.

Bezüglich der Einsatzfähigkeit der Werk-stoffe für den Anlagenbau der CO2-Wäsche erwiesen sich alle getesteten Edelstähle als einsatzfähig. Die Kunststoffproben zeig-ten, dass die entsprechenden Materialien an den getesteten Prozessabschnitten mit niedrigen Prozesstemperaturen eingesetzt werden können.

Das für die Auslegung der PCC-Großanlage angenommene Basiskraftwerk wurde un-verändert in dem Entwicklungsprogramm verwendet (Trockenbraunkohlenkraftwerk mit einer Leistung von 1.100 MWel,brutto), um die sich aus der Entwicklung der CO2-Wäschetechnik ergebenden und die an der Pilotanlage gewonnenen Validierungser-gebnisse direkt mit den entsprechenden bisherigen Werten vergleichen zu kön-nen. Mittels der Eigenverbrauchsdaten

Wasserwäsche Saure Wäsche TrockenesBett

RauchgasVorbehandlung

Nasselektrofilter

Absorber Absorber Absorber Absorber Absorber

WasserWasserWasserWasserWasser

WasserSäure

Rauch-gas

Rauch-gas

Rauch-gas

Rauch-gas

Rauch-gas

Bild 7. oben: Wasserwäsche und Saure Wäsche sind effektiv zur Senkung dampdruckbedingter Emissionen einsetzbar, zeigen aber kaum Wirkung bei aerosolbedingten Emissionen. Hierzu sind aber die in Niederaußem entwickelte Rauchgasvorbehandlung und das Trocke-ne Bett sehr gut geeignet, hingegen kann der Nasselektrofilter (NEF) Aerosole erzeugen. unten links: Anstieg der Aminemissionen um den Faktor 30 durch Aerosolbildung bei Akti-vierung des Nasselektrofilters gegenüber dem Normalbetrieb und Senkung der Emissionen durch die Aktivierung der Gegenmaßnahmen Rauchgasvorbehandlung und Trockenes Bett. unten rechts: Bimodale Partikelgrößenverteilungen der für die Aerosolbildung maßgebli-chen Na2SO4-Partikel im Rauchgas am Eintritt des CO2-Absorbers, jede Farbe entspricht einem dreißigminütigen Messintervall im Gesamtmesszeitraum von 16 h; REM-Aufnahme eines Aerosolkeims.

VGB

Pow

erTe

ch -

All

right

s re

serv

ed -

Alle

Rec

hte

vorb

ehal

ten

- ©

201

7

>>> VGB DIGITAL <<<

VGB

Pow

erTe

ch -

All

right

s res

erve

d -

Alle

Rec

hte

vorb

ehal

ten

- ©

201

7

49

OASE® blue – Optimierte CO2-AbtrenntechnikVGB PowerTech 1/2 l 2018

der Abtrennungsanlage (Stromverbrauch für Pumpen, CO2-Kompressoren, Brüden-verdichter und Gebläse und Minderleis-tung durch den ND-Dampf-Verbrauch für die Waschmittelregeneration) wurden verschiedene Varianten des integrierten Abtrennungsprozesses simuliert und be-wertet (Details der Optionen zur Wärme-integration wurden in [5] beschrieben). Die PCC-Anlage besteht aus zwei paralle-len Strängen, die jeweils die Komponen-ten Absorberkolonne (inklusive Kühlung), Desorberkolonne, den zur Desorption nöti-gen Reboiler für Dampf, alle Komponenten zur regenerativen Wärmenutzung, CO2-Trocknung auf 100 ppmv Restgehalt Feuch-te, CO2-Kompression, Schaltanlage und Waschmitteltanks umfassen. Je nach Vari-ante bezüglich der regenerativen Wärme-nutzung und der Rauchgasvorbehandlung besteht je Strang ein Flächenbedarf von bis zu 17.710 m2 (55 m x 322 m; siehe B i l d 8 ).Die neue Abtrenntechnik ermöglicht es, den mit der Anwendung der CO2-Abtren-nung und Kompression verbundenen Wirkungsgradverlust für ein Braunkoh-lenkraftwerk auf unter 10 %-Punkte zu reduzieren (Verlust von 9,7 %-Punkten in-klusive der CO2-Kompression auf 110 bar; elektrischer Nettowirkungsgrad des Kraft-werks mit PCC 38,2 %) und die CO2-Ab-trennkosten auf unter 30 €/tCO2 zu senken. Letzteres wird allerding durch den Verfall der Strompreise begünstigt.

Zusammenfassung

Mit der neu entwickelten CO2-Abtrenn-technik wurde für die beiden wichtigsten Performance-Kennzahlen – spezifischer Energiebedarf für die CO2-Waschmittelre-generation und spezifischer CO2-Wasch-mittelverbrauch – ein großer technischer und wirtschaftlicher Fortschritt erzielt. Durch die beiden in Niederaußem entwi-ckelten Emissionsminderungstechniken trockenes Bett und die spezielle Vorbehand-

lung des Rauchgases lassen sich zudem die Emissionen von PCC-Anlagen effektiv kont-rollieren. Dass diese Ziele erreicht wurden, ist insbesondere auf die enge, interdiszip-linäre Zusammenarbeit von Waschmittel- und Prozessentwickler, Engineering- und Anlagenbauspezialist und Kraftwerksbe-treiber zurückzuführen sowie den ganz-heitlichen Optimierungsansatz, der das Gesamtsystem Kraftwerk mit integrierter PCC-Anlage, CO2-Kompression, Werkstoff-untersuchungen, Komponententests, in-novative Messtechniken und Langzeittests und realen Anwendungsbedingungen um-fasste. Viele für den kommerziellen Einsatz wichtige Effekte können nur im Pilotan-lagentest mit „echtem“ Rauchgas und erst nach längeren Betriebszeiten unter den harten Bedingungen des Dauerbetriebs so-wie bei jeder Witterung, unterschiedlichen Lastzuständen und schwankenden Rauch-gaseigenschaften beobachtet werden. Nach 55.000 Betriebsstunden unter realen Kraftwerksbedingungen ist die entwickelte Technik für den kommerziellen Einsatz in Kohle- und Gaskraftwerken sowie Indust-rieanlagen bereit.Während in den vergangenen Jahren in Nordamerika, Australien und China sowie in Europa insbesondere in Norwegen und jüngst in den Niederlanden das Thema CCU/CCS vorangetrieben wurden, ist die Umsetzung von Demonstrationsprojekten in Deutschland ins Stocken geraten. Es muss daher abgewartet werden, wie sich der Widerspruch zwischen Klimaschutzam-bitionen und technischen Optionen zu ihrer Erreichung in der Zukunft auflösen lässt.

Danksagung

Die hier beschriebenen Arbeiten fanden im Rahmen des dankenswerterweise durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Entwicklungs-programms der Firmen BASF, Linde und RWE Power statt (Fördernummer 0327793

A bis F). Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung tragen die Autoren.

Langzeitverhalten / Stabilität

Waschmitteleigenschaften getestet

Apparate getestet

Nachprüfung des Designs abgeschlossen

Performance(spez. Energiebedarf, zyklische Kapazität, Umlaufrate)Einfluss reales Rauchgas (Verunreinigung, Schäumen)Waschmittelverlust(Degradation, O2-Stabilität, Emissionen)

Packungen (Höhe, Druckverlust)

Emissionsvermeidung(Konstruktion, Performance-Optimierung)Wärmetauscher und deren Performance

Bauteil-Werkstoffe (Apparate, Rohre, Dichtungen)

Überprüfung der Prozess-SimulationAuslegung auf Basis von Test-ErgebnissenDesign Tools für Scale-up entwickelt

MinimierungScale-up Risiko

Bild 8. Auf Basis der im Pilotanlagentest validierten Prozessdaten, Betriebserfahrungen, Auslegungs-tools und des Werkstoffkonzepts erfolgte die Auslegung der PCC-Anlage mit CO2-Kompressi-on für ein 1.100 MWel Trockenbraunkohlenkraftwerk (rechts 3D-Modell-Ansichten).

Literatur[1] Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen e.V.,

Auswertungstabellen zur Energiebilanz Deutschland 1990-2016, Stand September 2017.

[2] http://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Ar-tikel/Industrie/weitere-entwicklung-ccs-technologien.html.

[3] Moser, P., Schmidt, S., Sieder, G., Garcia, H., Stoffregen, T.: Performance of MEA in a long-term test at the post-combustion cap-ture pilot plant in Niederaussem. Int. J. of Greenhouse Gas Control 5 (2011) 620–627.

[4] Moser, P., Schmidt, S., Stahl, K.: Investiga-tion of trace elements in the inlet and outlet streams of a MEA-based post combustion capture process – Results from the testing programme at the pilot plant Niederaussem. Energy Procedia 4 (2011) 473-479.

[5] Schmidt, S., Moser, P.: CO2-Abtrennung mit Monoethanolamin für braunkohlegefeu-erte Kraftwerke. VGB PowerTech, 12, 2013, 35-41.

[6] P. Moser, S. Schmidt, S. Wallus, G. Sieder, J. Garcia Palacios, T. Stoffregen, D. Mi-hailowitsch: Enhancement and long-term testing of optimized post-combustion cap-ture technology – Results from the second phase of the testing programme at the pilot plant Niederaussem. Energy Procedia 37 ( 2013 ) 2377 – 2388.

[7] P. Moser, S. Schmidt, R. Uerlings, G. Sied-er, J.-Th. Titz, , A. Hahn, T. Stoffregen: Material testing for future commercial post combustion capture plants – Results from the testing programme at the pilot plant Niederaussem. Energy Procedia 4 (2011) 1317-1322.

[8] F. Rösler, T. Stoffregen , P. Moser, T. Gins-berg, I. Clausen, G. Lozano: Erste Ergebnis-se der Untersuchungen zur Emissionsminde-rung an der PCC Pilotanlage in Niederau-ßem. Kraftwerkstechnisches Kolloquium Dresden 2013.

[9] P. Moser, G. Wiechers, S. Schmidt, K. Stahl, G. Vorberg, G. A. Lozano, T. Stoffregen: The wet electrostatic precipitator as a cause of mist formation – Results from the amine-based post-combustion capture pilot plant at Niederaussem. International Journal of Greenhouse Gas Control (2015), 41, 229-238.

[10] P. Moser, G. Wiechers, K. Stahl, T. Stof-fregen, G. Vorberg, G. A. Lozano: Solid Particles as Nuclei for Aerosol Formation and Cause of Emissions – Results from the Post-combustion Capture Pilot Plant at Niederaussem. GHGT-13 conference, 14th-18th November 2016, Lausanne, Schweiz, Energy Procedia (2017), 114C, 1000-1016.

[11] K. Fujita: Effect of number concentration of aerosol formation in flue gas upstream of the absorber on mist based emissions from PCC plant. 4th Post Combustion Capture Conference Birmingham, Alabama, USA, 5.-8.9.2017. l

International Journal for Electricity and Heat Generation

Please copy >>> fill in and return by mail or fax

Yes, I would like order a subscription of VGB PowerTech.The current price is Euro 275.– plus postage and VAT.Unless terminated with a notice period of one month to the end of the year, this subscription will be extended for a further year in each case.

Return by fax to

VGB PowerTech Service GmbHFax No. +49 201 8128-302

or access our on-line shop at www.vgb.org | MEDIA | SHOP.

Name, First Name

Street

Postal Code City Country

Phone/Fax

Date 1st Signature

Cancellation: This order may be cancelled within 14 days. A notice must be sent to to VGB PowerTech Service GmbH within this period. The deadline will be observed by due mailing. I agree to the terms with my 2nd signature.

Date 2nd Signature

Vo lu me 89/2009 · ISSN 1435-3199

K 43600

In ter na tio nal Edi ti on

Focus: Power Plants in Competiton

New Power Plant Projects of EskomQuality Assurance for New Power PlantsAdvantages of Flexible Thermal Generation

Market Overview for Imported Coal

In ter na tio nal Jour nalfor Elec tri ci ty and Heat Ge ne ra ti on

Pub li ca ti on ofVGB Po wer Tech e.V.www.vgb.org

Vo lu me 89/2009 · ISSN 1435-3199

K 43600

In ter na tio nal Edi ti on

Focus: VGB Congress

Power Plants 2009

Report on the Activities

of VGB PowerTech

2008/2009

EDF Group Reduces

its Carbon Footprint

Optimising Wind Farm

Maintenance

Concept for Solar

Hybrid Power Plants

Qualifying Power Plant Operators

In ter na tio nal Jour nal

for Elec tri ci ty and Heat Ge ne ra ti on

Pub li ca ti on of

VGB Po wer Tech e.V.

www.vgb.org

Con gress Is sue

Vo lu me 89/2009 · ISSN 1435-3199

K 43600

In ter na tio nal Edi ti on

Focus: Furnaces, Steam Generators and Steam TurbinesUSC 700 °C Power Technology

Ultra-low NOx Combustion

Replacement Strategy of a Superheater StageEconomic Post-combustion Carbon Capture Processes

In ter na tio nal Jour nalfor Elec tri ci ty and Heat Ge ne ra ti onPub li ca ti on ofVGB Po wer Tech e.V.www.vgb.org

Vo lu me 90/2010 · ISSN 1435-3199

K 43600

In ter na tio nal Edi ti on

Fo cus: Pro Quality

The Pro-quality

Approach

Quality in the

Construction

of New Power Plants

Quality Monitoring of

Steam Turbine Sets

Supply of Technical

Documentations

In ter na tio nal Jour nal

for Elec tri ci ty and Heat Ge ne ra ti on

Pub li ca ti on of

VGB Po wer Tech e.V.

www.vgb.org

V

00634 K

9913-5341 NSSI · 5002/58 emulo

International Edition

Schwerpunktthema:

Erneuerbare Energien

Hydrogen Pathways

and Scenarios

Kopswerk II –

Prevailing Conditions

and Design

Arklow Bank

Offshore Wind Park

The EU-Water

Framework Directive

International Journal

for Electricity and Heat Generation

Publication of

VGB PowerTech e.V.

www.vgb.org

Vo lu me 89/2009 · ISSN 1435-3199

K 43600

In ter na tio nal Edi ti on

Focus: Maintenance

of Power Plants

Concepts of

IGCC Power Plants

Assessment of

Generators for

Wind Power Plants

Technical Data for

Power Plants

Oxidation Properties

of Turbine Oils

In ter na tio nal Jour nal

for Elec tri ci ty and Heat Ge ne ra ti on

Pub li ca ti on of

VGB Po wer Tech e.V.

www.vgb.org

PowerTech-CD/DVD!Kontakt: Gregor Scharpey Tel: +49 201 8128-200mark@vgb.org | www.vgb.org

Ausgabe 2016: Mehr als 1.100 Seiten Daten, Fakten und Kompetenz aus der internationalen Fachzeitschrift VGB PowerTech

(einschließlich Recherchefunktion über alle Dokumente)98,- Euro (für Abonnenten der Printausgabe), 198,- Euro (ohne Abonnement), incl. 19 % MWSt. + 5,90 Euro Versand (Deutschland) / 19,90 Euro (Europa)

Jetzt auch als

Jahres-CD 2016

mit allen Ausgaben

der VGB PowerTech

des Jahres: ab 98,– €

Fachzeitschrift: 1990 bis 2016

Diese DVD und ihre Inhalte sind urheberrechtlich geschützt.© VGB PowerTech Service GmbH

Essen | Deutschland | 2016

· 1990 bis 2016 · · 1990 bis 2016 ·

© S

erge

y N

iven

s - F

otol

ia

VGB PowerTech DVD 1990 bis 2016: 27 Jahrgänge geballtes Wissen rund um die Strom- und Wärmeerzeugung Mehr als 27.000 Seiten Daten, Fakten und Kompetenz

Bestellen Sie unter www.vgb.org > shop