Experimentelle und numerische Betrachtung der Vorgänge bei der Demineralisierung eines festen Energieträgers Buchkatalog

Die Energieversorgung unserer Gesellschaft stellt die politischen, gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Strukturen in Deutschland und Europa für absehbare Zeit vor große Probleme. Den vielfältigen und teilweise gegenläufigen Forderungen nach CO2-armer Versorgung bei gleichzeitigem Ausstieg aus der Kernenergie sowie der Forderung nach hoher Versorgungssicherheit bei niedrigen Energiepreisen muss durch verstärkte Bemühungen im Bereich der Erforschung wirkungsgradsteigernder Technologien Rechnung getragen werden. Zur Erfüllung der genannten Anforderungen scheint es unabdingbar die Primärenergieversorgung auf einem breiten Energiemix aus erneuerbaren und fossilen Energien aufzubauen. In Bezug auf die Stromversorgung in Deutschland bergen die Braunkohlevorkommen das Potential einer hohen Versorgungssicherheit in den nächsten beiden Jahrhunderten. Allerdings sind Braunkohlen aufgrund der hohen Gehalte an Wasser und anorganischen Bestandteilen schwierig zu handhabende Brennstoffe. Es erscheint daher für den Anlagenwirkungsgrad und die Verfügbarkeit der Kraftwerke sinnvoll diese Bestandteile vor einer Verbrennung aus der Kohle zu entfernen. Ein Verfahren welches dieses vereinend ermöglicht ist die in dieser Arbeit betrachtete kombinierte Demineralisierung und Mechanisch/Thermische Entwässerung. Für die Verringerung der Wassergehalte sind bei dem genannten Verfahren Werte von 25 Gew.-% erreichbar, was in einem Kraftwerksprozess bei hohen Wassergehalten der Rohkohle eine Steigerung von bis zu 20 % des ursprünglichen Wirkungsgrads ausmachen kann. Zur effizienten Demineralisierung ist eine genaue Kenntnis der dabei ablaufenden Stofftransportvorgänge notwendig. Dazu sind im Rahmen dieser Arbeit experimentelle und numerische Untersuchungen vorgenommen worden. Wie vorangegangene Arbeiten zudem gezeigt haben, ist die poröse Struktur von Braunkohlen in verschiedene charakteristische Porenabmessungen zu unterteilen. Um der Morphologie darin gerecht zu werden ist hier ein mehrskaliges Diffsionsmodell entwickelt worden, welches zusätzlich die stofftransporthemmenden Eigenschaften durch die Ionenaustauschkapazität von Braunkohlen berücksichtigt. Der Umsatz der Demineralisierung kann hier durch verschiedene Größen beeinflusst werden. Im Gegensatz zur Temperatur, bei der sich der Umsatz dazu gleichlaufend verhält, ist der Einfluss von Partikelgröße und pH-Wert eher gegenläufig.