MoGaTEx: Modellgestützte Auslegung von Adsorptionskolonnen für die Gastrennung auf Basis kleinskaliger Experimente
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Hintergrund
Die rigorose Auslegung von Adsorptionskolonnen für die Gastrennung ist eine sehr komplexe Aufgabe: Neben benötigten Adsorptionsgleichgewichtsstoffdaten sind insbesondere Informationen über die Adsorptionskinetik von Gasgemischen nur aufwendig zu ermitteln. Darüber hinaus stehen für die Nutzung dieser Daten für die Kolonnenauslegung kaum spezialisierte Softwaretools zur Verfügung. Dadurch sind die rigorose, simulationsgestützte Auslegung und Optimierung sehr zeit- und kostenintensiv, und werden nur für sehr große Anlagen von Firmen mit vorhandenem Simulations-Knowhow durchgeführt.
Zielsetzung
An diesem Punkt setzt das Projekt MoGaTEx an: Ziel ist die Entwicklung einer durchgängigen Werkzeugkette zur rigorosen Auslegung und Optimierung von Adsorptionskolonnen ohne umfassendes Simulations-Knowhow des Anlagenbauers. Dennoch fließen sowohl die Adsorptionskinetik als auch die dynamische Anlagensimulation in die Auslegung mit ein. Dadurch können die finanziellen und technischen Hürden für die modellgestützte Auslegung insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) gesenkt werden.
Eine rigorose Auslegung von Adsorptionskolonnen hat den Vorteil, dass Anlagen mit deutlich geringerem Sicherheitsaufschlag dimensioniert werden können. Durch die reduzierten Sicherheitsaufschläge lassen sich im Betrieb über die gesamte Lebensdauer der Kolonne schätzungsweise 15% des Energiebedarfs einsparen: Bei einem typischen 24 h Betrieb an 300 Tagen pro Jahr ergibt sich eine weltweite Energieeinsparung von allein 2,7 TWh pro Jahr für bestehende Anlagen deutscher Hersteller. Ähnliche Einsparpotenziale ergeben sich für Neuanlagen, da sich deren Auslegung mit der gleichen Werkzeugkette optimieren lässt. Zudem kann für Neuanlagen auch der Investitionsaufwand durch die vermiedene Überdimensionierung verringert werden.
Mit dem Praxisbeispiel „Direct Air Capture“ zur Demonstration der Werkzeugkette wird zudem eine Technologie beleuchtet, die zukünftig einen immensen Einfluss auf die CO2-Bilanz haben kann. Mit Hilfe von „Direct Air Capture“-Technologien kann CO2 aus der Umgebung entfernt und so der globalen Erwärmung entgegengewirkt werden.