Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-8614
Main Title: Exergetische Untersuchung einer Carbon Black Anlage
Subtitle: Einsatz exergiebasierter Methoden zur Identifizierung wettbewerbsvorteilhafter Effizienzmaßnahmen
Translated Title: Exergetic examination of a carbon black plant
Translated Subtitle: Utilization of exergy based methods to identify competitive efficiency measures
Author(s): Mergenthaler, Pieter
Referee(s): Tsatsaronis, George
Schinkel, Arndt
Erdmann, Georg
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: de
Abstract: In der vorliegenden Arbeit werden exergiebasierte Methoden angewandt, um eine Carbon Black Anlage auf Grundlage verschiedener Bewertungskriterien zu untersuchen. Dabei werden Material- und Energieströme exergetisch, exergoökonomisch und exergoökologisch bewertet. Für die Anwendung der exergoökonomischen Analyse wird die Methodik der konventionellen Kostenanalyse erweitert, sodass neben der Kostenminimierung ebenfalls die Maximierung von Erlösen oder Deckungsbeiträgen als Ziel definiert werden kann. So lässt sie sich auf real existierende Kuppelprozesse zur Ableitung unternehmerisch motivierter Maßnahmen zur Steigerung der Ressourceneffizienz im wettbewerbsorientierten Umfeld anwenden. Die größten Potentiale zur Effizienzverbesserung des Bestandssystems lassen sich je nach Bewertungskriterium in unterschiedlichen Anlagenbereichen identifizieren. Ein hoher Anteil der insgesamt aufgewandten Exergie wird in den Reaktoren vernichtet. Dies ist ein Grund, warum der Fokus bei der Suche nach Verbesserungspotentialen auf diese Komponentengruppe gelegt wird. Aus der exergoökonomischen Erlösanalyse der Anlage geht hervor, dass in den Reaktionszonen der Reaktoren besonders hohe Erlös- und Deckungsbeitragsströme durch Irreversibilitäten vernichtet werden. Eine Maßnahme zur Verbesserung der Exergieeffizienz der Reaktionszonen besteht darin, das Temperaturniveau der Prozessluft anzuheben. Es stellt sich heraus, dass sich der Prozess durch eine elektrische Luftvorwärmung nicht nur wirtschaftlich sondern auch exergetisch und ökologisch verbessern lässt. Es sollten weitere Möglichkeiten untersucht werden, wie elektrischer Strom dazu benutzt werden kann, die Reaktoren bei der Herstellung des Carbon Blacks zu unterstützen.
In this work, exergy-based methods are used to investigate a carbon black plant on the basis of different evaluation criteria. Thereby, material and energy flows are evaluated exergetically, exergoeconomically, and exergoecologically. For the application of the exergoeconomic analysis, the conventional cost analysis has been extended, so that besides minimization of costs, the maximization of revenues or contribution margins can also be defined as an objective of this method. In this way, it can be applied to existing cogeneration processes in order to derive entrepreneurially motivated design changes from it and to increase the resource efficiency within a competitive environment at the same time. The greatest potentials for improvements in efficiency can be identified depending on the evaluation criterion in different plant areas. A high proportion of exergy is destroyed in the reactors. This is one reason why the focus in the search for improvements is placed on this component group. From the exergoeconomic revenue analysis it is clear that in the reaction zones of the reactors particularly high revenues and contribution margins are destroyed by irreversibilities. One suggestion to improve the exergy efficiency of the reaction zones is to raise the temperature level of the process air. It turns out that the process can be improved by electric air preheating, not only from the economical, but also from the exergetical and ecological point of view. Further ways should be explored of how electricity can be used to assist the reactors in the production of the carbon black.
URI: https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/9569
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-8614
Exam Date: 14-Sep-2018
Issue Date: 2019
Date Available: 5-Aug-2019
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Exergie
Exergoökonomie
exergy
exergoeconomics
License: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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