Weiterentwicklung eines 1D-Modells und Parameterstudie zur Beschreibung eines industriellen Flugstromvergasers

Institut

Lehrstuhl für Energiesysteme

Typ

Masterarbeit /

Inhalt

theoretisch /  

Beschreibung

Thema: Weiterentwicklung eines 1D-Modells und Parameterstudie zur Beschreibung eines industriellen Flugstromvergasers

Hintergrund:
Um eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft in der chemischen Industrie sowie eine klimaneutrale Mobilität zu erreichen, sind neuartige Wertschöpfungsketten sowie innovative Technologien erforderlich. Eine vielversprechende Technologie ist die Hochtemperatur-Flugstromvergasung zur Umwandlung von Reststoffen in ein hochqualitatives Synthesegas (H₂ und CO). Damit können kostengünstige und CO₂-neutrale Chemikalien und Kraftstoffe produziert werden, allerdings sind dafür großtechnische Anlagen über 250 MW_th notwendig. Global wird die Flugstromvergasung bereits für fossile Brennstoffe bis zu 800 MW_th eingesetzt, allerdings ist die Umstellung auf Biomasse und Ersatzbrennstoffe mit großen brennstoffspezifischen Herausforderungen verbunden. Beispielsweise ist aktuell die Dimensionierung, Auslegung sowie die Vorhersage des Betriebsverhaltens unklar. Hier kann mit Hilfe eines digitalen Zwillings die Beschreibung des Betriebsverhaltens und Dimensionierung der Anlage verbessert werden. Ein zuverlässiges Modell ist dafür essenziell, um das Betriebsverhalten des industriellen Vergasers zu optimieren.

In dieser Arbeit soll ein bestehendes 1D-Modell, bestehend aus den Submodellen zur Flüchtigenfreisetzung, Koksreaktivität, Kokoberflächenentwicklung, Thermische Deaktivierung sowie Massentransport überprüft und weiterentwickelt werden. Anschlißend soll eine Parameterstudie zum Betriebsverhalten für biogene Reststoffe durchgeführt werden. Das Modell soll experimentelle Daten berücksichtigen und in der Lage sein, das Betriebsverhalten sowie die Effizienz des Vergasers vorherzusagen. Dabei beeinflussen verschiedene Betriebsparameter wie das Luftverhältnis, die Geometrie des Vergasers sowie die Zugabe von Dampf die Vergasertemperatur, die relevante Kenngrößen wie Umsatz, Kaltgaswirkungsgrad und Gaszusammensetzung (H₂, CO, CO₂, H₂O, CH₄). Optional können erste Validierungsdaten zur Verfügung gestellt und die Qualität des Modells überprüft werden. 

Aufgabenstellung:

• Einarbeitung in die Grundlagen der Flugstromvergasung und Modellierung

• Integration experimenteller Daten in das Modell anhand von Modellparametern

• Weiterentwicklung eines 1D-Modells zur Beschreibung des Vergasers

• Durchführung einer Parameterstudie zur Untersuchung des Einflusses verschiedener Betriebsparameter

• Bewertung der Modellgüte durch Vergleich mit experimentellen Daten

• Dokumentation der Ergebnisse und Ableitung von Optimierungspotenzialen

 

Die Arbeit kann auch ggf. in Kombination mit experimentellen/strukturellen Untersuchungen durchgeführt werden

 

Literatur

• A. Tremel, H. Spliethoff (2013): Gasification kinetics during entrained flow gasification – Part III: Modelling and optimisation of entrained flow gasifiers, Fuel 107, https://doi.org/10.1016/j.fuel.2013.01.062
• M. Steibel, S. Halama, A. Geißler, H. Spliethoff (2017): Gasification kinetics of a bituminous coal at elevated pressures: Entrained flow experiments and numerical simulations,  Fuel 196, https://doi.org/10.1016/j.fuel.2017.01.098
•  

Bei Interesse senden Sie bitte Ihre Bewerbung mit Lebenslauf und Notenübersicht an Weiss Naim (weiss.naim@tum.de).

 

Voraussetzungen

• Selbstständige, strukturierte Arbeitsweise und analytisches Denken

• Kenntnisse in Reaktionstechnik und Kinetik von Vorteil

• Erfahrung mit Programmiersprachen oder Simulationssoftware wünschenswert, aber nicht unbedingt erforderlich

Möglicher Beginn

sofort

Kontakt

Weiss Naim, M. Sc.
Raum: 3725
Tel.: (089) 289 16265
weiss.naimtum.de