Abteilung Vergasungssysteme (GS)

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:

  • VERENA: Optimierung der Technikumsanlage COORVED-Vergaser für biogene Einsatzstoffe und Skalierung auf industrielle Größe auf Basis fortschrittlicher CFD-Modelle, Verbundprojekt mit TU Darmstadt, TU München, Forschungszentrum Jülich, RWE Power AG, Air Liquide F&E GmbH, GTT, Arvos GmbH, GKN Sinter Metals Filters GmbH, Clariant Produkte GmbH, SUEZ Deutschland GmbH, VER Verfahrensingenieure GmbH; FKZ: 03EE5044C, Auftraggeber BMWE, 10/2020-09/2024
  • VeRa: Untersuchung und Bewertung des Ansatzbildungspotentials beim Ersatz von Regelbrennstoffen mit biogenen Ersatzbrennstoffen in Kraftwerkskesseln, Verbrundprojekt mit TU Stuttgart, Forschungszentrum Jülich, Recom Services GmbH, RWE Power AG, Clyde Bergemann GmbH, EnBW Energie Baden-Württemberg AG, RWE Generation SE, LEAG; FKZ: 03EE5064C, Auftraggeber BMWE , 02/2021-01/2025
  • 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

Abgeschlossene 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
  • 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
  • HITECOM I und II: Verbund-ZIK mit ZIK „ultra optics“, FSU Jena. Entwicklung experimenteller Methoden zur Untersuchung reaktiver Einzelpartikel, FKZ: 03Z2F511 und 03Z2F512, Auftraggeber: BMBF, 02/20014-01/2015 und 02/2015-01/2017 

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Ausgewählte Publikationen

Schwitalla, D. H.; Bronsch, A. M.; Klinger, M.; Guhl, S.; Meyer, B. (2017): Analysis of solid phase formation and its impact on slag rheology. In: Fuel (203), S. 932–941. DOI: 10.1016/j.fuel.2017.04.092.

Küster, F.; Nikrityuk, P.; Junghanns, M.; Nolte, S.; Tünnermann, A.; Ackermann, R., Richter, A.; Guhl, S.; Meyer, B. (2017): In-situ investigation of single particle gasification in a defined gas flow applying TGA with optical measurements. In: Fuel 194 (2), S. 544–556. DOI: 10.1016/j.fuel.2016.12.069.

Gonzalez, V.; Rußig, S.; Schurz, M.; Krzack, S.; Kleeberg, J.; Guhl, S.; Meyer, B. (2018): Experimental investigations on lignite char gasification kinetics using a pressurized drop tube reactor. In: Fuel 224, S. 348–356. DOI: 10.1016/j.fuel.2018.03.018.

Komarova, E.; Abosteif, Z.; Guhl, S.; Meyer, B. (2019): Brown coal char CO2 ‐gasification kinetics with respect to the char structure. Part II. Kinetics and correlations. In: Can. J. Chem. Eng. 97 (1), S. 226–237. DOI: 10.1002/cjce.23329.

Rußig, S.; Gonzalez, V.; Schurz, M.; Krzack, S.; Kleeberg, J.; Guhl, S.; Meyer, B. (2019): Particle residence time measurement in a pressurized drop-tube reactor with radioactive tracer. In: Fuel 252, S. 37–46. DOI: 10.1016/j.fuel.2019.03.134.

Gehre, P.; Preisker, T.; Brachhold, N.; Guhl, S.; Wöhrmeyer, C.; Parr, C.; Aneziris, C. G. (2020): Thermodynamic calculation and microscopic examination of liquid phase formation in MgO–C refractories contain calcium magnesium aluminate. In: Materials Chemistry and Physics 256, S. 123723. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2020.123723.

Xuan, W.; Wang, H.; Guhl, S.; Zhang, J.; Meyer, B. (2020): Different Roles of Iron Species in the Network Structure and Viscosity of Silicate Melts. In: Energy Fuels 34 (11), S. 13698–13706. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.0c02425.

Schwitalla, D. H.; Guhl, S.; Körner, J.; Laabs, M.; Bai, J.; Meyer, B. (2021): Meta-study on the effect of P2O5 on single phase slag viscosity and the effect of P2O5 induced liquid phase immiscibility on dispersion viscosity. In: Fuel 305, S. 121501. DOI: 10.1016/j.fuel.2021.121501.

Schwitalla, D. H.; Guhl, S.; Laabs, M.; Reinmöller, M.; Bai, J.; Meyer, B. (2021): Thermochemical and analytical approach to describe secondary slag phase formation and local process conditions in a full-scale BGL gasifier. In: Fuel Processing Technology 217 (Part 1), S. 106833. DOI: 10.1016/j.fuproc.2021.106833.

An, F.; Küster, F.: Ackermann, R.; Guhl, S.; Richter, A. (2021): Heat and mass transfer analysis of a high-pressure TGA with defined gas flow for single-particle studies. In: Chemical Engineering Journal 411 (17), S. 128503. DOI: 10.1016/j.cej.2021.128503.

Shi, W.; Laabs, M.; Reinmöller, M.; Bai, J.; Guhl, S.; Kong, L.; Li, H.; Meyer, M.; Li, W. (2021): In-situ analysis of the effect of CaO/Fe2O3 addition on ash melting and sintering behavior for slagging-type applications. In: Fuel 285, S. 119090. DOI: 10.1016/j.fuel.2020.119090.

Hommel, C.; Hassler, J.; Matschat, R.; Vogt, T.; Detcheva, A. K.; Recknagel, S. (2021): A fast and robust direct solid sampling method for the determination of 27 trace, main and minor elements in soda-lime glass based on ETV-ICP OES and using a gaseous halogenating modifier. In: Journal of Analytical Atomic Spectrometry 36 (8), S. 1683–1693. DOI: 10.1039/d1ja00081k.

Reinmöller, M.; Sieradzka, M.; Laabs, M.; Schreiner, M.; Mlonka-Mędrala, A.; Kopia, A.; Meyer, B.; Magdziarz, A. (2021): Investigation of the thermal behaviour of different biomasses and properties of their low- and high-temperature ashes. In: Fuel 301. DOI: 10.1016/j.fuel.2021.121026.

Reinmöller, M., Kong, L., Laabs, M., Ge, Z., Hommel, C., Farid, M. M.,  Shi, W., Schreiner, M., Cao, X., Guhl, S., Bai, J., Meyer, B. (2022): Methods for the determination of composition, mineral phases, and process-relevant behavior of ashes and its modeling: A case study for an alkali-rich ash. In: Journal of the Energy Institute 100, S. 137–147. DOI: 10.1016/j.joei.2021.11.001.

Laabs, M.; Schwitalla, D. H.; Ge, Z.; Kong, L.; Bai, J.; Guhl, S.; Meyer, B.  (2022): Comparison of setups for measuring the viscosity of coal ash slags for entrained-flow gasification. In: Fuel 307, S. 121777. DOI: 10.1016/j.fuel.2021.121777.

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