Wissenschaft und Technologie der Ammoniakverbrennung
Dieses Papier konzentriert sich auf die mögliche Verwendung von Ammoniak als kohlenstofffreier Brennstoff und behandelt die jüngsten Fortschritte bei der Entwicklung der Ammoniakverbrennungstechnologie und ihrer zugrunde liegenden Chemie. Die Erfüllung des COP21-Übereinkommens von Paris erfordert die Dekarbonisierung der Energieerzeugung durch die Nutzung klimaneutraler und insgesamt kohlenstofffreier Kraftstoffe aus erneuerbaren Quellen. Wasserstoff ist einer dieser Brennstoffe, der ein potenzieller Energieträger zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen ist. Der Versand über große Entfernungen und die Lagerung über lange Zeiträume stellen jedoch Herausforderungen dar. Ammoniak hingegen besteht zu 17,8 Massenprozent aus Wasserstoff und kann aus erneuerbarem Wasserstoff und aus luftgetrenntem Stickstoff hergestellt werden. Darüber hinaus ähneln die thermischen Eigenschaften von Ammoniak denen von Propan in Bezug auf Siedetemperatur und Kondensationsdruck, was es als Wasserstoff- und Energieträger attraktiv macht. Ammoniak ist für die letzten 100 Jahre als Düngemittel, chemischer Rohstoff und Kühlmittel produziert worden und verwendet worden. Ammoniak kann als Brennstoff verwendet werden, aber es gibt mehrere Herausforderungen bei der Ammoniakverbrennung, wie z. B. geringe Entflammbarkeit, hohe NOx-Emission und geringe Strahlungsintensität. Die Bewältigung dieser Herausforderungen erfordert weitere Forschungen zur Dynamik und Chemie von Ammoniakflammen. Dieses Papier diskutiert die jüngsten erfolgreichen Anwendungen von Ammoniak Kraftstoff, in Gasturbinen, co-befeuert mit pulverisieren Kohle, und in Industrieöfen. Diese Anwendungen wurden im Rahmen des japanischen ‘Cross-ministerial Strategic Innovation Promotion Program (SIP): Energy Carriers’ implementiert. Darüber hinaus werden grundlegende Aspekte der Ammoniakverbrennung diskutiert, einschließlich der Eigenschaften von laminaren Vormischflammen, Gegenstrom-Doppelflammen und turbulenten Vormischflammen, die durch einen Düsenbrenner bei hohem Druck stabilisiert werden. Darüber hinaus werden in diesem Beitrag Details zur Chemie der Ammoniakverbrennung im Zusammenhang mit der NOx-Produktion, Verfahren zur Reduzierung von NOx und die Validierung mehrerer Modelle der Ammoniakoxidationskinetik erörtert. Schließlich werden die Ergebnisse für einen gasturbinenähnlichen Drallbrenner vorgestellt, um NOx-arme Einzelbrennstoff-Ammoniak-Gasturbinenbrennkammern zu entwickeln.
