Pre-Combustion-Verfahren
Das Pre-Combustion Verfahren ist eines der drei favorisierten Verfahren für die Abscheidung von CO2 aus Gasgemischen. Die beiden anderen sind: Post-Combustion und Oxyfuel.
Das Grundprinzip des Pre-Combustion-Verfahrens ist die CO2-Abscheidung vor der Verbrennung des Energieträgers. Der Energieträger ist ein wasserstoffreiches Synthesegas.
Das Synthesegas, auch Wassergas genannt, wird in einem vorgelagerten Vergasungsprozess aus dem Primärenergieträger Kohle gewonnen. Bei dem Vergasungsprozess wird Kohlenstoff in brennbare gasförmige Verbindungen überführt. Hauptbestandteile des Synthesegases sind H2, CO und CO2.
Weitere Bestandteile sind brennstoffbedingte Schadstoffe, auch Begleitstoffe genannt. Zu den Begleitstoffen zählen Staubpartikel aus Restkoks und Asche, flüchtige Schwermetalle, die Alkaliverbindungen Natriumchlorid (NaCl) und Kaliumchlorid (KCl), die Halogene Chlorwasserstoff (HCl) und Fluorwasserstoff (HF), die Stickstoffverbindungen Cyanwasserstoff (HCN) und Ammoniak (NH3) und die Schwefelverbindungen Schwefelwasserstoff (H2S) und Carbonylsulfid (COS).
Aus dem gewonnenen Synthesegas müssen vor allem Schwefelverbindungen, Stickstoffverbindungen und Staub entfernt werden, um die Reinheitsanforderungen der Gasturbinenhersteller und die gesetzlich vorgeschriebenen Emissionsgrenzwerte zu erfüllen.
Die Reinigung des Synthesegases erfordert die Verfahrensschritte: Entstaubung, Wasserwäsche, katalytische Hydrolyse des COS und Abscheidung des H2S. Die Verfahrensschritte sind unter Synthesegas-Aufbereitung näher beschrieben.
In einem zusätzlichen Verfahrensschritt, der CO-Shift-Reaktion, auch Wassergas-Shift-Reaktion genannt, wird das CO zusammen mit Wasserdampf zu CO2 und H2 umgewandelt. Die Konversion des CO vor der Entschwefelung wird als Sauergas-Shift bezeichnet. Das Sauergas-Shiftverfahren setzt schwefelresistente Katalysatoren im CO-Shiftreaktor voraus.
Als Alternative zur herkömmlichen CO-Shift-Konversion wird für das Pre-Combustion Verfahren die Entwicklung einer katalytischen Hochtemperatur-H2-Membran angestrebt.
Nach der Gasreinigung und CO-Umwandlung folgt die Abscheidung des CO2 aus dem Synthesegas. Auf Grund der günstigen Druckverhältnisse bieten sich physikalische Absorptionsverfahren wie die Rectisolwäsche, Selexolwäsche oder Purisolwäsche an. Es kommen aber auch chemische Absorptionsverfahren wie die Aminwäsche oder Membranverfahren in Frage.
Am Ende des Pre-Combustion Verfahrens besteht das gewonnene Synthesegas fast ausschließlich aus Wasserstoff. Dieser wird als Brenngas in einem nachgeschalteten Gas-und-Dampf-Kombiprozess zur Stromerzeugung eingesetzt.
Als Kohle-Vergasungsverfahren bietet sich u. a. die Flugstromvergasung an, die bei Drücken von ca. 30 bar arbeitet. Die Flugstromvergasung benötigt erhebliche Mengen an reinem Sauerstoff.
Der Stand der Technik für die Erzeugung von Sauerstoff ist die kryogene Luftzerlegung. Alternativen für die Sauerstofferzeugung werden in Membranverfahren gesehen.
Die Entwicklung und Realisierung einer Pre-Combustion Kraftwerkstechnik d. h. einer CO2-freien Kraftwerkstechnik auf Basis der Vergasungstechnik, wurde in Deutschland im Wesentlichen im Rahmen des COORETEC Programms verfolgt, z. B. mit dem Forschungsprojekt COORIVA.
Begriffssynonyme:
- Synonyme für Pre-Combustion: Pre-Combustion-Capture; CO2-Abscheidung vor dem Verbrennungsprozess; CO2-Abscheidung vor der Verbrennung; CO2-Abtrennung vor der Verbrennung; IGCC-Prozess mit CO2-Abscheidung
- Synonym für Synthesegas: Wassergas
- Synonyme für CO-Shift-Reaktion: Wassergas-Shift-Reaktion; CO-Konvertierung; CO-Shift-Konvertierung; CO-Shift-Conversion
- Synonym für Vergasung: partielle Oxidation
- Synonym für Begleitstoffe: Schadstoffe; Verunreinigungen
- Synonym für Cyanwasserstoff (HCN): Blausäure
- Synonym für Schwefelwasserstoff (H2S): Wasserstoffsulfid
Begriffserläuterung:
- Als Sauergas wird ein Gas bezeichnet, dass Anteile an H2S enthält.
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