Masterarbeit: CFD-basierte Entwicklung und Optimierung eines Quenchers zur schnellen Abkühlung von Synthesegas

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Job Description

Bei der Hochtemperatur-Co-Elektrolyse entsteht ein CO- und H₂-haltiges Synthesegas, das für nachgelagerte Prozesse auf deutlich niedrigere Temperaturen abgekühlt werden muss. Während der Abkühlung können thermodynamisch und kinetisch begünstigte Kohlenstoffbildungsreaktionen auftreten. Insbesondere das Boudouard-Gleichgewicht kann zur Bildung von festem Kohlenstoff führen, der sich an Rohrwänden oder Einbauten ablagert. Dadurch können sich der freie Strömungsquerschnitt verringern und der Druckverlust erhöhen. Im Extremfall kann es zu einer Verblockung der Quenchstrecke kommen. Um die Kohlenstoffbildung zu minimieren, ist eine möglichst schnelle und homogene Abkühlung des Synthesegases erforderlich.

Im Rahmen dieser Arbeit soll ein Quencher (Komponente zur schnellen Abkühlung heißer Gase) untersucht und optimiert werden, in dem heißes Synthesegas mit rezirkuliertem kaltem Synthesegas, Quenchdampf und eingespritztem Wasser vermischt wird. Mithilfe numerischer Strömungssimulationen (CFD) sollen Strömungsführung, Verdampfungsprozesse und Geometrie so gestaltet werden, dass eine schnelle Temperaturabsenkung bei möglichst geringem Bauraumbedarf erreicht wird.

Ihre Aufgaben

• Sie analysieren die verfahrenstechnischen Anforderungen an die Quenchkühlung von Synthesegas aus der Hochtemperatur-Co-Elektrolyse
• Sie vervollständigen und modellieren eine bestehende Konzeptgeometrie für einen Synthesegas-Quencher
• Sie entwickeln ein CFD-Simulationsmodell zur Untersuchung von Mehrphasenströmungen, Wärmeübertragung und Wasserverdampfung
• Sie analysieren Mischvorgänge zwischen heißem Synthesegas, rezirkuliertem Synthesegas, Quenchdampf und eingespritztem Wasser
• Sie bewerten den Einfluss von Geometrie- und Betriebsparametern auf Temperaturverteilung, Kühlgeschwindigkeit und Druckverlust
• Sie optimieren die Geometrie hinsichtlich kompakter Bauweise, homogener Temperaturverteilung und schneller Abkühlung
• Sie leiten Handlungsempfehlungen für die technische Umsetzung und Weiterentwicklung des Quenchers ab
• Sie arbeiten eng mit unseren Entwicklungsingenieuren zusammen und präsentieren Ihre Ergebnisse