Im Rahmen dieser Arbeit werden Konzepte für Gasaufbereitung in Kombikraftwerken mit integrierter Wirbelschichtvergasung und CO2-Abtrennung untersucht (IGCC-CCS). Dabei stehen die Konvertierung von Kohlenmonoxid (CO-Shift) und die Einbindung dieses Prozeß-schrittes in ein IGCC-CCS-Kraftwerk im Mittelpunkt. Ziel der Arbeit ist die energetische und wirtschaftliche Bewertung von Konzepten zur CO2-Abtrennung für ein ab 2015 baubares, grundlastfähiges IGCC-CCS-Kraftwerk der 800-MW-Klasse. Dazu werden neben den bekannten konventionellen, mehrstufigen Konzepten der Rohgas- und Reingas-Shift weitere alternative Ansätze zur Steigerung des Anlagenwirkungsgrades sowie zur Senkung der spezifischen CO2-Emission verfolgt. Die Ergebnisse der mit Hilfe von ASPEN Plus und EBSILON Professional durchgeführten Prozesssimulationen werden im Vergleich zu Dampfkraftwerken neuester Bauart wirtschaftlich bewertet.

Im Rahmen dieser Arbeit werden Konzepte für Gasaufbereitung in Kombikraftwerken mit integrierter Wirbelschichtvergasung und CO2-Abtrennung untersucht (IGCC-CCS). Dabei stehen die Konvertierung von Kohlenmonoxid (CO-Shift) und die Einbindung dieses Prozeß-schrittes in ein IGCC-CCS-Kraftwerk im Mittelpunkt. Ziel der Arbeit ist die energetische und wirtschaftliche Bewertung von Konzepten zur CO2-Abtrennung für ein ab 2015 baubares, grundlastfähiges IGCC-CCS-Kraftwerk der 800-MW-Klasse. Dazu werden neben den bekannten konventionellen, mehrstufigen Konzepten der Rohgas- und Reingas-Shift weitere alternative Ansätze zur Steigerung des Anlagenwirkungsgrades sowie zur Senkung der spezifischen CO2-Emission verfolgt. Die Ergebnisse der mit Hilfe von ASPEN Plus und EBSILON Professional durchgeführten Prozesssimulationen werden im Vergleich zu Dampfkraftwerken neuester Bauart wirtschaftlich bewertet.

Hochtemperatur-Konversionsprozesse sind ein wesentlicher Bestandteil von industriellen Produktionsprozessen, die maßgeblich den Prozesswirkungsgrad und die Produktionskosten beeinflussen. Die modellgestützte Optimierung ermöglicht eine gezielte Verbesserung verschiedener Parameter unter Berücksichtigung von prozesstechnischen, ökonomischen und ökologischen Aspekten. Bisher existiert in der Literatur kein Vergleich der Einsatzmöglichkeiten verschiedener Modellierungsmethoden zur modellgestützten, multikriteriellen Optimierung von Hochtemperatur-Konversionsprozessen. Daher werden in dieser Arbeit drei exemplarische Konversionsprozesse mit unterschiedlichen Modellierungsmethoden optimiert und anhand der Ergebnisse die Potenziale und Einsatzgrenzen für die modellgestützte Optimierung bewertet. Die Modellierung eines Wirbelschichtvergasers zeigt, dass detaillierte CFD-Modelle für komplexe mehrphasige Prozesse zu rechenaufwändig sind. Hingegen ist für einfache einphasige Prozesse wie ein Quench-Reaktor die Optimierung mit reduzierten CFD-Modellen realisierbar. Die Integration von Ersatzmodellen beschleunigt das Optimierungskonzept bei gleicher Ergebnisqualität, was die Optimierung von komplexen Prozessen für einfache Optimierungsprobleme ermöglicht. Die Optimierung der Partialoxidation von flüssigen Einsatzstoffen zur Methanolproduktion zeigt, dass sich Fließbildmodelle gut zur Optimierung von vollständigen Produktionsprozessen und komplexen Optimierungsproblemen eignen. Die Ergebnisse dieser Arbeit können als Basis für die Erstellung von Modellierungs- und Optimierungskonzepten für weitere Hochtemperatur-Konversionsprozesse genutzt werden.