A Tool-box for chemical process engineering: flowsheet models of fluegas cleaning topics

Abstract

Eine kommerzielle Software, die stationäre Fließbild-Simulationen auf Basis benutzer-definierter Modelle erlaubt, kommt zur Anwendung und wird anhand eines chemischen Prozesses von praktischer Relevanz evaluiert - dem Prozess der Rauchgasreinigung: der Ausgangspunkt ist die Entwicklung eines Werkzeuges für das ?Basic Engineering?, das zeitunaufwendige und transparente Vergleiche unterschiedlicher Prozess-Varianten erlaubt. Im zweiten Schritt wird ein Sub-System des Prozesses, die SO2 Absorption in einem Nasswäscher, untersucht. Gegenstände dieser Untersuchung sind der Abscheidegrad und die Zusammensetzung der Produktströme, zwei Faktoren von entscheidender Bedeutung für die Wasser- und Reststoffbilanzen des Gesamt-Prozesses.<br />Als drittes folgt die Darstellung eines weiteren Sub-Systems, der Phasengleichgewichte im Wäschersumpf zur Bestimmung der Gips-Löslichkeit in gemischten Elektrolytlösungen. Im Gegensatz zu einer integrativen Simulation, unter Verwendung eines modular-sequentiellen Ansatzes, werden hier separierte und dadurch transparentere Modelle auf Basis eines gleichungs-orientierten Ansatzes für jede Ebene entwickelt. Das Ergebnis der Arbeit sind Fließbild-Modelle für jede der drei Ebenen: die Frage nach der Gips-Löslichkeit führt zu einem neuen Konzept der Darstellung wässriger Elektrolytlösungen, das in Zukunft zu einem umfassenden ?Stoffdaten-Generator? ausgebaut werden könnte. Die Informationen aus dieser Ebene werden auf die Ebene der Grundoperation übertragen, wo idealisierte Reaktormodelle quantitative Daten zum Nass-Wäscher ergeben. Das Resultat auf Prozess-Ebene ist ein hoch flexibles Fließbild-Werkzeug zur Bilanzierung unterschiedlicher Rauchgasreinigungs-Prozesse, dessen Evaluierung in der industriellen Praxis erfolgt. Die Simulation dreier Prozesse zur Emissionsminderung nach Müllverbrennung und deren Vergleich anhand von Kostenbilanzen dient zur Demonstration des Werkzeuges.<br />

A commercial software for steady-state flowsheet simulation on base of user-defined models is applied and evaluated by means of a process of practical relevance, the fluegas cleaning process: firstly, a tool for supporting the basic engineering by enabling fast and transparent comparison of different process-schemes is sought for.<br />Secondly, a sub-system within these processes - the unit operation of SO2 absorption (scrubbing) - is investigated for its efficiency and output properties, which is decisive for the water and resource balances of the whole process. Thirdly, a further sub-system - the phase equilibria within the scrubber ? is analyzed, determining the gypsum solubility in mixed electrolyte solutions. In contrast to an integrated simulation by a modular-sequential approach, separate and thus more transparent and flexible models for each level are applied here, using the equation-oriented approach. The outcome of this thesis are flowsheet models for each level: the question for gypsum solubility leads to a new concept of depicting aqueous electrolyte solutions, which could yield a comprehensive property data generator in the future. The information gained on this level is transferred to the unit operation level, where idealized reactor models give quantitative data on the absorption unit.<br />The result on process level is a highly flexible flowsheet tool evaluated in industrial practice, for balancing different fluegas cleaning schemes. The simulation of three processes for emission reduction after waste incineration and the comparison of its performance serves for demonstration.