TY - BOOK

T1 - Stofftransportmodell der Abgasentschwefelung auf Hochseeschiffen mit gepackten Wäschern

AU - Schlager, Marcus

N1 - nicht gesperrt

PY - 2024

Y1 - 2024

N2 - Zur Senkung der Schwefeloxid-Emissionen von Hochseeschiffen werden in vielen Fällen nachgeschaltete Abgasreinigungsanlagen installiert. Diese Anlagen wurden zunächst hauptsächlich als Sprühwäscher ausgeführt, die Verwendung gepackter Wäscher bietet durch deren kompaktere Bauweise jedoch Potential für Prozessoptimierungen. Die vorliegende Dissertation widmet sich der Entwicklung und Validierung eines Stofftransportmodell zur Beschreibung der Abscheidung von SO2 in Meerwasser mittels gepackter Wäscher. Zur Modellierung der Abscheidung von SO2 in Meerwasser werden die chemischen Reaktionen in der Flüssigphase durch ein vereinfachtes Reaktionssystem berücksichtigt, um so zunächst die Gleichgewichtsmolalität von SO2 in Meerwasser zu berechnen. Darauf aufbauend wird durch axiale Diskretisierung der untersuchten Kolonnenpackung die Abscheidung von SO2 aus der Gasphase in die Waschflüssigkeit berechnet. Als wesentliche Modellparameter dienen die volumetrischen Stofftransportkoeffizienten (kGa und kLa) der jeweils betrachteten Kolonnenpackung. Zur Bestimmung der kGa- und kLa-Werte der untersuchten Kolonnenpackungen werden geeignete Messmethoden implementiert. Die Messung von kGa erfolgt mittels Absorption von SO2 in NaOH, die Messung von kLa erfolgt mittels Desorption von CO2 aus Wasser. Die Vergleichbarkeit der gewonnenen Messdaten mit Resultaten anderer Forschungsgruppen wird gezeigt. Die experimentelle Validierung des Stofftransportmodells erfolgt durch Messung der Abscheidung von SO2 in synthetisches Meerwasser. Dazu werden 5 strukturierte Packungen und 1 regelloser Füllkörper an zwei Versuchsanlagen (Innendurchmesser 150 bzw. 422 mm) untersucht. Modellvorhersagen für den SO2-Abscheidegrad sind in sehr guter Übereinstimmung mit Messdaten. Die mittleren und maximalen Abweichung betragen −0,97 %/12,14 % (150 mmKolonne) bzw. −2, 77 %/−16, 01 % (422 mm Kolonne). Das entspricht einer nur geringfügigen Unterschätzung des tatsächlich gemessenen SO2-Abscheidegrades durch das Modell.Abschließend wird das nun validierte Modell verwendet, um während der Abscheidung von SO2 in Meerwasser im Packungsinneren ablaufende Vorgänge aufzuklären und die wichtigsten Einflussfaktoren auf die Abscheidung von SO2 in Meerwasser zu untersuchen.

AB - Zur Senkung der Schwefeloxid-Emissionen von Hochseeschiffen werden in vielen Fällen nachgeschaltete Abgasreinigungsanlagen installiert. Diese Anlagen wurden zunächst hauptsächlich als Sprühwäscher ausgeführt, die Verwendung gepackter Wäscher bietet durch deren kompaktere Bauweise jedoch Potential für Prozessoptimierungen. Die vorliegende Dissertation widmet sich der Entwicklung und Validierung eines Stofftransportmodell zur Beschreibung der Abscheidung von SO2 in Meerwasser mittels gepackter Wäscher. Zur Modellierung der Abscheidung von SO2 in Meerwasser werden die chemischen Reaktionen in der Flüssigphase durch ein vereinfachtes Reaktionssystem berücksichtigt, um so zunächst die Gleichgewichtsmolalität von SO2 in Meerwasser zu berechnen. Darauf aufbauend wird durch axiale Diskretisierung der untersuchten Kolonnenpackung die Abscheidung von SO2 aus der Gasphase in die Waschflüssigkeit berechnet. Als wesentliche Modellparameter dienen die volumetrischen Stofftransportkoeffizienten (kGa und kLa) der jeweils betrachteten Kolonnenpackung. Zur Bestimmung der kGa- und kLa-Werte der untersuchten Kolonnenpackungen werden geeignete Messmethoden implementiert. Die Messung von kGa erfolgt mittels Absorption von SO2 in NaOH, die Messung von kLa erfolgt mittels Desorption von CO2 aus Wasser. Die Vergleichbarkeit der gewonnenen Messdaten mit Resultaten anderer Forschungsgruppen wird gezeigt. Die experimentelle Validierung des Stofftransportmodells erfolgt durch Messung der Abscheidung von SO2 in synthetisches Meerwasser. Dazu werden 5 strukturierte Packungen und 1 regelloser Füllkörper an zwei Versuchsanlagen (Innendurchmesser 150 bzw. 422 mm) untersucht. Modellvorhersagen für den SO2-Abscheidegrad sind in sehr guter Übereinstimmung mit Messdaten. Die mittleren und maximalen Abweichung betragen −0,97 %/12,14 % (150 mmKolonne) bzw. −2, 77 %/−16, 01 % (422 mm Kolonne). Das entspricht einer nur geringfügigen Unterschätzung des tatsächlich gemessenen SO2-Abscheidegrades durch das Modell.Abschließend wird das nun validierte Modell verwendet, um während der Abscheidung von SO2 in Meerwasser im Packungsinneren ablaufende Vorgänge aufzuklären und die wichtigsten Einflussfaktoren auf die Abscheidung von SO2 in Meerwasser zu untersuchen.

KW - Abgasreinigung

KW - Luftreinhaltung

KW - Entschwefelung

KW - Absorption

KW - gepackte Kolonne

KW - flue-gas treatment

KW - clean air technology

KW - desulfurization

KW - absorption

KW - packed column

M3 - Dissertation

ER -