Charakterisierung perowskitischer Hochtemperaturmembranen zur Sauerstoffbereitstellung für fossil gefeuerte Kraftwerksprozesse

Möbius, Sigrid Annett; Singheiser, Lorenz

doi:30204

Charakterisierung perowskitischer Hochtemperaturmembranen zur Sauerstoffbereitstellung für fossil gefeuerte Kraftwerksprozesse = Characterisation of perovskite-type high-temperature membranes used for oxygen supply in fossil fuelled power plant processes

Möbius, Sigrid Annett (Author)

2010

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Sigrid Anett Möbius

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2010

UmfangIII, 208 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2010

Zusammenfassung in dt. und engl. Sprache

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Singheiser, Lorenz (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2010-03-12

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-32254
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/51733/files/3225.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Werkstoffe der Energietechnik (FZ Jülich) (413410)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Perowskit (Genormte SW) ; Hochtemperaturwerkstoff (Genormte SW) ; Oxyfuel-Verfahren (Genormte SW) ; Carbon dioxide capture and storage (Genormte SW) ; Technik (frei) ; perovskite (frei) ; high-temperature material (frei) ; oxyfuel process (frei) ; carbon capture and storage (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 600

Kurzfassung
In der vorliegenden Arbeit wurden Mischionen leitende, perowskitische Materialien hinsichtlich ihrer thermochemischen Eigenschaften untersucht. Diese Werkstoffe sollen im Oxyfuel-Prozess als Gastrennmembranen zum Einsatz kommen, um den benötigten Sauerstoff möglichst energieeffizienter als durch die kryogene Luftzerlegung bereitzustellen. Für diese Trennaufgabe geeignete Hochtemperaturwerkstoffe müssen vor allem gasdicht sein, eine hohe Sauerstoffpermeation und ein moderates thermisches Ausdehnungsverhalten aufweisen sowie unter kraftwerksrelevanten Bedingungen langzeitstabil sein. Ziel dieser Arbeit ist es, das Materialverhalten besser zu verstehen und Rückschlüsse auf die Eignung des jeweiligen Materials für den Einsatz in Oxyfuel-Kraftwerken ziehen zu können. Hierfür muss vor allem der Einfluss der chemischen Zusammensetzung (Dotierungselemente und Stöchiometrie) des jeweiligen Perowskiten, der Temperatur und des Sauerstoffgehaltes im umgebenden Medium auf die thermochemischen Eigenschaften systematisch untersucht werden. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass das thermochemische Verhalten der potenziellen Membranmaterialien sehr stark von den genannten Einflussgrößen abhängig ist. Auch das Korrosionsverhalten (thermochemische Stabilität), das die Eignung eines Materials für eine praktische Anwendung im Kraftwerk maßgeblich beeinflusst, wurde untersucht. Hierbei wurde ebenfalls der Einfluss der chemischen Zusammensetzung der Perowskite, der Temperatur und des CO2-Gehaltes in trockener und feuchter Umgebung betrachtet. Hier zeigen die Ergebnisse, dass die thermochemische Stabilität stark von der Atmosphäre und von der chemischen Zusammensetzung des Materials abhängig ist.

In this thesis thermochemical properties of mixed conducting, perovskite-type materials were investigated. Those materials are assumed to be applicable as gas separation membranes in the oxyfuel process. Here, the materials should produce the required oxygen more energy-efficient than cryogenic air separation. High-temperature materials which are applicable for this purpose are gastight and exhibit a high oxygen permeation rate and a preferably low thermal expansion coefficient. Moreover, the materials are long-term stable under power plant relevant conditions. The aim of this work is a better understanding of the material behaviour. Furthermore, on the basis of the results it should be possible to draw conclusions concerning the suitability of the material for application in oxyfuel power plant processes. Therefor, the influence of the chemical composition (doping elements and stoichiometry) of the perovskites, the temperature and the oxygen content in the ambient atmosphere on the thermochemical properties are studied systematically. In the framework of this thesis it could be stated that the thermochemical behaviour of prospective membrane materials strongly depends on the above mentioned parameters. In addition, the degradation behaviour (thermochemical stability) of the materials was investigated. The degradation behaviour influences the suitability of the material to be used in oxyfuel power plant processes. Here, the influence of the chemical composition of the perovskites, the temperature and the CO2-concentration in dry and humid atmospheres was also studied. On the basis of the results it could be stated that the thermochemical stability strongly depends on the surrounding atmosphere and on the chemical composition of the perovskites.

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