Abteilung Mineralstoffsysteme (MS)

Das Verhalten mineralischer Bestandteile in Prozessen der Energieträgerwandlung (Vergasung, Verbrennung) ist aus technologischer Sicht von hohem Interesse. Insbesondere Prozessstörungen und der Verschleiß von Anlagenkomponenten hängen oftmals direkt mit dem Verhalten der sich aus den Einsatzstoffen bildenden Aschen/Schlacken zusammen. Unser Ziel ist die chemisch-mineralogische Charakterisierung der Mineralstoffkomponenten sowie die Ermittlung chemischer und physikalischer Stoffdaten, um darauf aufbauend das Verständnis des Asche-/Schlackeverhaltens in Prozessen der Energieträgerwandlung zu erweitern und neue verfahrenstechnische Lösungswege zu entwickeln. Neben den analytisch/experimentellen Untersuchungen wird auf Basis thermochemischer Berechnungen das Verhalten der Mineralstoffkomponenten in Hochtemperaturprozessen abgeschätzt.

Unser Forschungsgegenstand ist:

  • Chemisch-mineralogische Charakterisierung von Brennstoffen und Prozessproben (Aschebildner, Schlacken, Agglomerate, Ansätze), 
  • Viskosität, Dichte, Oberflächenspannung und Benetzungsverhalten von Schlacken, 
  • Experimentelle Untersuchung der Schlackebildung sowie der Wechselwirkungen zw. Fest-, Flüssig- und Gasphase bei hohen Temperaturen und unterschiedlichen Atmosphären (reduzierend/oxidierend),
  • Modellierung des Asche-/Schlackeverhaltens auf Grundlage des chemischen Gleichgewichtes (Aufschmelz- und Erstarrungsverhalten, Mobilisierung von Schad- und Störstoffen, Ansatzbildung).

Ausstattung analytisch/experimentell:

  • Elementaranalyse (RFA), 
  • Phasenanalyse (RDA, bis 1600 °C und 20 bar, unterschiedliche Atmosphären), 
  • Auflicht- und Durchlichtmikroskopie 
  • Raster-Elektronenmikroskope (Heizkammern bis 1600 °C, EDS, WDS, ESEM), 
  • HT-HP-Öfen (bis zu 1800 °C und 30 bar, verschiedene Atmosphären)
  • Quenchofen (bis 1600 °C oxidierend/reduzierend),
  • Kalorimeter (DSC, Einwurfkalorimetrie, bis 1700 °C), 
  • Viskosimeter (bis 1700 °C, oxidierend/reduzierend), 
  • Thermooptische Messsysteme (inert bis 2000 °C, oxidierend bis 1700 °C, Sessile Drop und Maximum Bubble Pressure Methode), 
  • TGA/DTA und TGA/DSC bis 1500 °C,
  • ICP-OES mit elektrothermischer Verdampfung.

Ausstattung Software:

  • FactSage 
  • SimuSage 

Aktuelle Projekte:

  • KORRISTENT: Grundlagenuntersuchungen und technologische Lösungsansätze zur korrosions- und verschlackungsarmen Fahrweise von Braunkohlekesseln der LEAG, Verbundprojekt mit IKGB und IAC der TU Bergakademie Freiberg sowie Lausitz Energie Kraftwerke AG, FKZ: 03ET7066A, Auftraggeber BMWi, 01/2016-12/2019 
  • SlagVis: Untersuchung der Einflussfaktoren auf die Schlackeviskosität für die Bedingungen der Flugstromvergasung, Verbundprojekt mit State Key Laboratory of Coal Conversion, Institute of Coal Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Projektnummer: 392218733,  Auftraggeber: DFG, 07/2017 – 06/2020 
  • OptiCon: Untersuchung von Hochtemperaturprozessen mit laserspektroskopischen Methoden, META-ZIK mit der Friedrich-Schiller-Universität Jena, Institut für Angewandte Physik, FKZ: 03Z22F513, Auftraggeber BMBF, 12/2017-11/2020
  • ZIK Virtuhcon II, Gruppe Stoff- und Prozessanalyse: Ermittlung von Prozess- und Stoffdaten, FKZ: 03Z22FN12, Auftraggeber: BMBF, 09/2016-08/2021
  • HotVeGas III: Grundlegende Untersuchungen zu Stoffwandlungsprozessen in Vergasungsreaktoren, Verbundprojekt u.a. mit LES Technische Universität München, IEK-2 Forschungszentrum Jülich, GTT Technologies GmbH, RWE Power AG, Air Liquide Forschung und Entwicklung GmbH, FKZ: 0327773J, Auftraggeber BMWi, 01/2016-12/2019

Abgeschlossene Projekte:

  • HITECOM I und II: Verbund-ZIK mit ZIK „ultra optict“, FSU Jena. Entwicklung experimenteller Methoden zur Untersuchung reaktiver Einzelpartikel, FKZ: 03Z2F511 und 03Z2F512, Auftraggeber: BMBF, 02/20014-01/2015 und 02/2015-01/2017 
  • FuE-Projekt „Verschmutzungsarme Feuerung Reichwalder Kohle“, Verbundprojekt mit Institut für Verfahrenstechnik und Umwelttechnik TU Dresden, Auftraggeber: VATTENFALL EUROPE GENERATION AG, 10/2015-10/2017 
  • Untersuchungen zur Flussmitteldosierung und zum Schlackeaustrag im Rahmen der FuE-Projekte „Schlackebadvergaser für die Nutzung schwieriger Brennstoffe“, FKZ: P100092007, Auftraggeber SMWA, Projektlaufzeit: 08/11 – 08/14 sowie „Brenngas-BGL – Optimierung der Teer-/Ölbildung in Festbettvergasern“, FKZ: 03ET7043, Auftraggeber BMWi, 01/15 – 12/17 
  • HotVeGas I und II: Grundlegende Untersuchungen zu Stoffwandlungsprozessen in Vergasungsreaktoren, FKZ: 0327773B und 0327773G, Auftraggeber BMWi, 09/2007-08/2011 und 09/2011-08/2015
  • FuE-Projekt “Experimental Studies and Numerical Modeling of Entrained-Flow Gasification”, Auftraggeber Synfuels China Ltd., 03/20014-02/2015
  • ZIK Virtuhcon I, Gruppe Multiphasige Stoffsysteme: Stoffdatengewinnung für Asche/Schlacke-Systeme sowie Umsatzkinetiken, FKZ: 03Z2FN12, Auftraggeber: BMBF, 11/2009-10/2014
  • Ansatzbildung im Heizkraftwerk Cottbus, Auftraggeber Stadtwerke Cottbus, 10/2010-02/2011 
  • TEIMAB: Entwicklung eines Abhitzedampferzeugers für den Siemens-Vergasungsprozess, FKZ: 0327797B, Auftraggeber BMWI, 09/2008-11/2011
  • Neue BGL-Vergasung/COORETEC: Weiterentwicklung der BGL-Schlackebadvergasung, Projektnummer: 4212/04-08, Auftraggeber SMWK, 06/2004 - 12/2006

Virtuhcontu-freiberg.de/virtuhcon/aktuelle-foerderphase/stoff-und-prozessanalyse

Team:

Abteilung MS

Abteilungsleiter:

Dr.-Ing. Stefan Guhl

Mitarbeiter (v.l.):

Caroline Hommel, M.Sc.
Dr.-Ing. Mathias Klinger
Dipl.-Ing. Juliane Schaefer
Dr.-Ing. Ronny Schimpke
Dr.-Ing. Markus Reinmöller
Marcel Laabs, M.Sc.
Jörg Zocher, M.Sc.
Dr.-Ing. Jörg Kleeberg
Dipl.-Ing. Felix Küster

Publikationen:

Vollständige Publikationsliste

Ausgewählte Publikationen

  • D. Schwitalla, M. Reinmöller, C. Forman, C. Wolfersdorf, M. Gootz, J. Bai, S. Guhl, M. Neuroth, B. Meyer. Ash and slag properties for co-gasification of sewage sludge and coal: An experimentally validated modeling approach. Fuel Processing Technology 175 (2018), 1–9. 
  • M. Reinmöller, M. Schreiner, S. Guhl, M. Neuroth, B. Meyer. Formation and transformation of mineral phases in various fuels studied by different ashing methods. Fuel 202 (2017), 641–649.
  • D. Schwitalla, A. Bronsch, M. Klinger, S. Guhl, and B. Meyer. Analysis of solid phase formation and its impact on slag rheology. Fuel 203 (2017), 932–941.
  • R. Schimpke, M.Klinger, S. Krzack, B. Meyer. Determination of the initial ash sintering temperature by cold compression strength tests with regard to mineral transitions. Fuel 194 (2017), 157-165.
  • D. Safronov, T. Förster, D. Schwitalla, P. Nikrityuk, S. Guhl, A. Richter, B. Meyer. Numerical study on entrained-flow gasification performance using combined slag model and experimental characterization of slag properties. Fuel Processing Technology 161 (2017), 62–75.
  • M. Reinmöller, M. Klinger, E. Thieme, B. Meyer. Analysis and prediction of slag-induced corrosion of chromium oxide-free refractory materials during fusion of coal and biomass ash under simulated gasification conditions. Fuel Processing Technology 149 (2016), 218-230.
  • M. Reinmöller, M. Klinger, M. Schreiner, H. Gutte. Relationship between ash fusion temperatures of ashes from hard coal, brown coal, and biomass and mineral phases under different atmospheres: A combined FactSage™ computational and network theoretical approach. Fuel 151 (2015), 118-123.
  • M.A. Duchesne, A. Bronsch, R.W. Hughes, P.J. Masset: Slag viscosity modeling toolbox. Fuel 114 (2013), 38-43.
  • E. Komarova, Z. Abosteif, S. Guhl, B. Meyer. Brown Coal Char CO2-Gasification Kinetics with Respect to the Char Structure. Part II: Kinetics and Correlations. The Canadian Journal of Chemical Engineering 97 (2019), 226-237.
  • Victor Gonzalez, Sascha Rußig, Martin Schurz, Steffen Krzack, Jörg Kleeberg, Stefan Guhl, Bernd Meyer. Experimental investigations on lignite char gasification kinetics using a pressurized drop tube reactor. Fuel 224 (2018), 348-356.
  • F. Küster, P. Nikrityuk, M. Junghanns, S. Nolte, A. Tünnermann, R. Ackermann, A. Richter, S. Guhl, B. Meyer. In-situ investigation of single particle gasification in a defined gas flow applying TGA with optical measurements. Fuel 194 (2017), 544-556.
  • E. Komarova, S. Guhl, B. Meyer. Brown coal char CO2-gasification kinetics with respect to the char structure. Part I: Char structure development. Fuel 152 (2015), 38-47.