Prozesssimulation

Die Entwicklung und Optimierung technischer Prozesse zur Erzeugung von Chemikalien oder Umwandlung von Energieträgern benötigen auf dem Weg zum finalen Prozess, zum finalen Reaktor oder zur finalen Anlage modellgestützte Hilfsmittel. Dabei sind Auslegung und Modellierung eines einzelnen Reaktors vergleichsweise einfach. Deutlich komplexer wird es bei der Berücksichtigung der Verschaltung von Reaktoren und der quantitativen Simulation der Ausbreitung von Volumenströmen im Gesamtsystem, um zu eruieren, welche Prozessparameter am Ende zu welchem Umsetzungsergebnis führen. Fragen nach resultierenden Emissionen müssen ebenso im Vorfeld beantwortet werden wie der omnipräsenten Forderung nach Kostenabschätzungen Rechnung getragen werden muss. Zur Entwicklung eines optimal an die Bedürfnisse angepassten Prozesses nutzen wir neben unserem Hardware-Portfolio, unserer Entwicklungserfahrung und unserem Fertigungs-Know-How eine Reihe von Tools.

Sie profitieren von:

• Einsatz von ProSIM als etablierte Simulations- und Optimierungssoftware
• Betrachtung der ökologischen Gesamtbilanz mit Hilfe von UMBERTO®
• Erfahrung in Kostenabschätzungen einschließlich Balance-of-Plant unter Einbeziehung externer Angebote

Anwendungsbeispiel „Dezentrale Bereitstellung von synthetischem Erdgas (SNG)“

Im Zuge eines Fraunhofer-internen Projekts wurde ein kostengünstiges, dezentrales und nachhaltiges Kraftstoffbereitstellungssystem auf der Basis von Biogaserzeugung, Gasaufbereitung und Methanisierung konzipiert. Das Kohlendioxid aus der Vergärung von Biomasse wird dabei unter Einsatz mikrostrukturierter IMM-Reaktoren durch einen katalytischen Prozess in Methan umgewandelt, der aktuell für die Hochskalierung vorbereitet wird. Der in diesem Prozess benötigte Wasserstoff wird regenerativ mittels eines PEM-Elektrolyseurs erzeugt.

Für die Modellierung des energetischen Wirkungsgrads des Gesamtprozesses der SNG-Erzeugung wurden Untermodelle aller verfahrenstechnischer Grundoperationen und Hilfsanlagen des Prozesses erstellt: dazu gehören die Biogaserzeugung, das Verfahren zur Entschwefelung, die Entfernung von Ammoniak mittels Normaldruckwasserwäsche, die katalytische Methanisierung von Biogas, die Erzeugung von Wasserstoff mittels eines PEM-Elektrolyseurs, Hilfsanlagen zur Aufbereitung von Wasser und Anlagen zur thermischen Behandlung von Gärresten aus der Biomassevergärung. Es wurde so ein energetischer Wirkungsgrad von ca. 30 Prozent und einen Kohlenstoff-Wirkungsgrad von ca. 27 Prozent abgeschätzt. Bei der Ökobilanzierung der Biogas Methanisierung ergaben sich bei der Nutzung von Windkraft zur Wasserstofferzeugung gerade für Schwellenländer vorteilhafte Werte für die CO2-Emissionen. Perspektivisch sinkende Investitionskosten für Elektrolyseure und auch für den katalytischen Methanisierungsprozess an sich bergen das Potenzial die Kosten für die SNG-Herstellung zu halbieren.