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M. Radulovic:
"Wärmeübergang von superkritischem CO2 anhand eines Beispiels in der Zementindustrie";
Supervisor: A. Werner; Institut für Energietechnik und Thermodynamik, 2016; final examination: 2016-01.

These days Carbondioxide is a gas that is often labelled as a harmful and unwanted greenhouse gas. In this work, a process is considered, in which CO2 is used as the working fluid to generate electricity. This interesting use of CO2 has a lot of potential for the future, because the physical properties of CO2 may contribute to a safe and thermo-economic power generation.
Data of a cement plant were taken as a basis for calculation. An ORC process is compared with a CO2 cycle. The ORC process seems to be better than a CO2 cycle because the CO2 compressor power is extremely high and affects the efficiency of the cycle dramatically. Nevertheless the high reliability of the CO2 cycle, the missing of intermediate cycles and the missing of expensive heat transfer fluids of an ORC cycle, provide an economic advantage for the CO2 cycle.
The design of heat exchangers for CO2 is influenced by the widely varying physical properties around the critical point. So a program was written, which divides the heat exchanger into smaller parts and the required heat exchange area for every part gets calculated. So it may happen that the calculated areas are significantly lower than that one which is calculated using the VDI Heat-Atlas.
To illustrate the fluctuating heat capacity of CO2 around the critical point, a scheme for a laboratory experiment has been established. This experiment is designed to bring this subject closer to students and others, who are interested to it.

Kohlenstoffdioxid ist ein Gas, welches in der heutigen Zeit oft nur als schädliches und ungewolltes Treibhausgas abgestempelt wird. In dieser Arbeit wird ein Prozess betrachtet, in welchem man CO2 als Arbeitsmedium zur Stromerzeugung benutzt. Diese interessante Verwendung von CO2 hat viel Zukunftspotenzial, denn die physikalischen Eigenschaften des CO2 können zu einer sicheren und thermoökonomischen Energieerzeugung beitragen.
Als Berechnungsgrundlage wurden die Daten eines Zementwerkes herangezogen. Dabei wird ein ORC-Prozess mit einem CO2 Kreislauf verglichen. Der CO2 Kreislauf scheint dem ORC-Prozess unterlegen, da die CO2-Verdichterleistung hoch ist und den Wirkungsgrad dramatisch beeinflusst. Trotzdem könnten, bei näherer Betrachtung, die hohe Betriebssicherheit des CO2 -Kreislaufes und der Verzicht auf Zwischenkreisläufe bzw. auf die teuren Wärmeübertragungsmedien eines ORC-Kreislaufes, einen ökonomischen Vorteil liefern.
Bei der Auslegung von Wärmetauschern für CO2 ist auf die sich stark ändernden physikalischen Eigenschaften um den kritischen Punkt zu achten. Um Abhilfe zu schaffen wurde ein Programm geschrieben, welches den Wärmetauscher in Bereiche unterteilt und für jeden Bereich die benötigte Wärmetauscherfläche berechnet. So kann es vorkommen, dass die so berechneten Flächen signifikant geringer sind als die, die man mit Hilfe des VDI-Wärmeatlas ermittelt.
Um die schwankende Wärmekapazität von CO2 um den kritischen Punkt zu veranschaulichen wurde noch ein Schema für einen Laborversuch erarbeitet, um so diese Thematik Studenten und anderen Interessierten näher zu bringen.

CO2 / superkritisch / Zementindustrie / Wärmerückführung

http://publik.tuwien.ac.at/files/PubDat_248017.pdf