Ersatz von Erdgas durch gasförmige Energieträger aus der thermischen Biomassevergasung

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1 Ersatz von Erdgas durch gasförmige Energieträger aus der thermischen Biomassevergasung Fachworkshop Erneuerbare Energieträger in der Baustoff- und Dämmstoffproduktion Univ. Prof. Dr. Hermann Hofbauer Institute of Chemical Engineering: Prof. Hermann Hofbauer

2 Inhalt Grundlagen der Vergasung Prinzip der Zwei-Bett-Wirbelschicht-Dampfvergasung (Dual-Fluid-Vergasung) Stand der Technik bei Dual-Fluid-Anlagen Anwendung als Brenngas für Öfen Erzeugung von BioSNG (Synthetisches Erdgas) Einsetzbare Brennstoffpalette

3 Vorgänge bei der Vergasung Trocknung C Entgasung C Vergasung C Wärme Vergasungsmittel Biomasse Koks Asche Dampf Flüchtige Produktgas

4 Wärmezufuhr Vergasungsmittel Heizwert N 2 im Gas H 2 im Gas

5 Wirbelschichtvergasung: Vergleich Luft/Dampf-Vergasung (trocknes Gas) Luftvergasung Dampfvergasung Heizwert MJ/m H 2 % CO % CO 2 % CH 4 % N 2 % <1

6 Zweibett-Wirbelschicht-Dampfvergasung (DUAL-Fluid, TU Wien) Rauchgas Zyklon Produktgas Rauchgas Produktgas Brennkammer Vergaser Bettmaterial + Wärme Zusatzbrennstoff Luft Biomasse Dampf Siphon Fluid. Luft Fluid. Rinne Dampf Fluid. Bettmaterial + Biomassekoks

7 Stand der Technik Brenngas Für Industrie Biomass Biomass Gasification Strom (Motor, Turbine) Synthetisches Erdgas (SNG) FT-Diesel Gemischte Alkohole Hydrogen

8 Fließbild der KWK-Anlage in Güssing Strom Wärme

9 Daten zur Anlage in Güssing Baubeginn September 2000 Inbetriebnahme Jänner 2002 Brennstoff 2,2 to/h (Hackgut) Wassergehalt 15 % (35 %) Brennstoffwärmeleistung 8 MW Elektrische Leistung 2 MW Thermische Leistung 4,5 MW Elektrischer Wirkungsgrad 25 % Gesamt-Nutzungsgrad 80 %

10 Industrielle KWK-Anlagen mit Zweibett-Wirbelschicht-Dampfvergasung (DUAL-FLUID-Vergasung) Ulm/Senden Oberwart Güssing Villach

11 BMKW Güssing, A 8 MWth / 2.1 MWel BMKW Oberwart, A 8.5 MWth / 2.7 MWel

12 Villach, A. 15 MWth / 5 MWel BMKW-Anlage VILLACH Senden/Ulm, D 15 MWth / 4.2 MWel Gas engine ORC Gasification BMKW-Anlage ULM / SENDEN Fuel Drying Fuel Storage Fuel Delivery

13 Brenngas Für Industrie Biomass Biomass Gasification Strom (Motor, Turbine) Synthetisches Erdgas (SNG) FT-Diesel Gemischte Alkohole Hydrogen

14 Anlagen zur Bereitstellung von Brenngas - Kennzeichen Geringere Komplexität Im Vergleich zu KWK-Anlagen sind Anlagen zur Bereitstellung von Brenngas einfacher im Aufbau. Einfache Gasreinigung - Produktgas kann ohne wesentliche Gasreinigung (nur Entstaubung) verwendet werden. Hohe Energieausnutzung - Chemische + thermische Energie im Produktgas kann genutzt werden. Geringerer Betriebsmittelverbrauch - Wegfall von Betriebsmitteln (z.b. Wäscherflüssigkeit) bzw. geringere Anforderungen (z.b. Bettmaterial, Eigenverbrauch an Energie) ergeben deutliche wirtschaftliche Vorteile.

15 Fließbild der Anlage in Güssing zur Erzeugung von Brenngas

16 Variante: Keine Produktgaskühlung Institute of Chemical Engineering

17 Chemische Umwandlungszahl (%) (feuchter Brennstoff: 50 % Wassergehalt getrockneter Brennstoff: 20 % Wassergehalt) PG-Kühlung 200 C PG-Kühlung 450 C Keine PG-Kühlung Bez. trockener Brennstoff Bez. feuchter Brennstoff

18 Chemische Umwandlungszahl [%] (chem. Produktgasleistung bezogen auf ungetrocknete Biomasseleistung bei 53 Gew-% Wassergehalt) Leistungsdiagramm für 16,5 MW Produktgasnennleistung - keine Produktgaskühlung und Gasreinigung mit Multizyklon 0 Gew-% 5 Gew-% 10 Gew-% 15 Gew-% 20 Gew-% 25 Gew-% 30 Gew-% 35 Gew-% Brennstoffwassergehalt 40 Gew-% nach Trocknung 45 Gew-% 50 Gew-% 10,5 21 MW 11,5 23 MW 12,5 25 MW 6 m/s 13,5 27 MW 7 m/s 8 m/s 9 m/s 14,5 29 MW Gasgeschwindigkeit im Riser 10 m/s 11 m/s 12 m/s 15,5 31 MW 16,5 33 MW MW Chemische Leistung Produktgas 35 MW 17,5 MW Heizwert Produktgas (feucht): 10,9 MJ/Nm ,5 5 5,0 10 7, , , ,0 30 Ungetrocknete Brennstoffmenge [t/h]

19 Brenngas Für Industrie Biomass Biomass Gasification Strom (Motor, Turbine) Synthetisches Erdgas (SNG) FT-Diesel Gemischte Alkohole Hydrogen

20 Methanierung (Produktion von synthetischem Erdgas, BioSNG) Methanierung (BioSNG) Wirbelschichtreaktor Temperatur C Druck 1-5 bar Versuchsanlage ~ 10 Nm³/h Katalysator Nickel CO + 3 H 2 = CH 4 + H 2 O Biomasse Vergasung Biomasse BioSNG-Produktion

21 1MW BioSNG EU-Demonstration Plant

22 Energetische Effizienz des BioSNG Prozesses Biomasse 100 % Vergaser Gas CH Metha % % nierung Heat Heat

23 H 2 Methanisierung Syngas Nach Gasreinigung und Nach Nach Vergaser Methanierung Gasaufbereitung Bio-SNG % ,8 CO % ,1-0,4 0,1 CO 2 % ,3 CH 4 % >C 2 % 2-4 0,1-2,0 0,7 N 2 % Schwefel ppm 100 < 0,1 n.d. H 2 0 % < 0,01 Rel. Density GCV - kwh/m 3 H-Gas Quallität η > 60 % 0,57 10,61 Wobbe Index kwh/m 3 14,00

24 Götheborg, SE 33 MWth / 20 MW BioSNG

25 Pilotanlage TU Wien Brennstofftests Übertragung der Ergebnisse auf industrielle Anlagen möglich Leistung 100 kw Bst.Menge ca kg/h Leipzig, September 2010 Folie 25

26 Auswahl von getesteten Brennstoffen Institute of Chemical Engineering Holzpelletts Hackgut Altholz Rinde Schilfpellets Zuckerrohr-Bagasse Palmölrückstände 1cm PA+PE PP+PE PS+PE PET+PE Mischgranulat

27 100 kwth Pilotanlage Institute of Chemical Engineering Erfolgreich getestete Brennstoffe Hackgut (Pilot- + Großanlage) Holzpellets Rinde Altholz Grünschnitt Strohpellets Mischpellets (Holz+Stroh) Rapsextaktionsschrot Getreide Weizenkleie Schilf Laubpellets Palmölrückstände (EFB, Fronds) Zuckerrohrbagasse Klärschlamm Braunkohle Steinkohle (Pilot- + Großanlage) Tiermehl Kunststoffe (Reinstoffe + Mischung) Kuststoffgranulat (Autorecycling)..

28 product gas [Vol %dr] Beispiel: Co-Vergasung von Holz und Kohle Wasserstoff Kohlenmonoxid Kohlendioxid 0 Methan 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% used wood ratio H2 CH4 CO2 CO

29 Zusammenfassung KWK Anlagen mit Dual-Fluid-Vergasung sind am Markt eingeführt Dual-Fluid-Vergasung hat großes Potential Hohe Produktgasqualität Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten Brennstoffflexibilität ist vorhanden Anwendung der DUAL-FLUID-Vergasung als Brenngas in Öfen kann rasch umgesetzt werden, da wesentlich einfacher und effizienter als KWK-Anlagen Direkt als Produktgas direkt Nach Umwandlung zu SNG (Synthetisches Erdgas)

30 Besten Dank für Ihre Aufmerksamkeit

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