Beeinflussung des Ascheschmelzverhaltens biogener Reststoffe durch Laugung und Additivierung

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Irmgard Raske
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Wissenschaftskongress Abfall- und Ressourcenwirtschaft in Stuttgart 22.03.

1 Beeinflussung des Ascheschmelzverhaltens biogener Reststoffe durch Laugung und Additivierung 3. Wissenschaftskongress Abfall- und Ressourcenwirtschaft in Stuttgart Dipl.-Ing. Kathrin Weber Lehr- und Forschungsgebiet Technologie (TEER), Leitung: Prof. Dr.-Ing. Peter Quicker 1

2 Übersicht I. Motivation und Zielsetzung II. III. IV. Projekte Methodik Laugung V. Additivierung VI. Fazit 2

3 I. Motivation & Zielsetzung 3

4 I. Motivation Ausbau regenerativer Energien Preisentwicklung konkurrierender Energieträger [CARMEN 2013] 4

thermischen Nutzung: Niedrige Energiedichte Hohe Emissionen

5 I. Zielsetzung Erschließung problematischer Biomassen für den Einsatz in Kleinfeuerungsanlagen Probleme bei der thermischen Nutzung: Niedrige Energiedichte Hohe Emissionen Korrosionserscheinungen Ascheerweichung [Deventer 2006, Quicker 2006] 5

6 II. Projekte 6

Herstellung von Brennstoffpresslingen Laugung und Additivierung Stroh-Energie.

7 II. Projektbeschreibung Brennstoffpresslinge aus Problematischen Biomassen zum Einsatz in Kleinfeuerungsanlagen: Landschaftspflegematerial, MNP, Miscanthus Herstellung von Brennstoffpresslingen Laugung und Additivierung Stroh-Energie.NRW Weizenstroh Herstellung von Brennstoffpresslingen und Anpassung der Feuerungstechnik Additivierung 7

8 III. Methodik 8

9 III. Methodik Vorgehen: Mechanische Aufbereitung: Zerkleinern, Pelletieren Chemische Aufbereitung: Laugung, Additivierung Feuerungsmodifikationen Analytik und Bewertung: Immediate-Bestimmung Elementaranalyse Bestimmung des Ascheschmelzverhaltens RFA-Messungen zur Bestimmung der Aschezusammensetzung Verbrennungsversuche 9

III. Methodik Bestimmung der charakteristischen Temperaturen nach Vornorm DIN CEN/TS 15370-1 (Feste Brennstoffe - Verfahren zur Bestimmung des

10 III. Methodik Bestimmung der charakteristischen Temperaturen nach Vornorm DIN CEN/TS (Feste Brennstoffe - Verfahren zur Bestimmung des Schmelzverhaltens der Asche - Teil 1: Verfahren zur Bestimmung charakteristischer Temperaturen) Erhitzungsmikroskop EM201 von Hesse Instruments [Hesse 2013] 10

11 III. Methodik Charakteristische Temperaturen: 1. Sinterbeginn 2. Erweichungstemperatur 3. Halbkugeltemperatur 4. Fließtemperatur 11

12 IV. Laugung 12

IV. Laugung biogener Reststoffe mit Wasser

in destilliertem Wasser bei Raumtemperatur

13 IV. Laugung biogener Reststoffe mit Wasser Verminderung des Gesamtascheanteils, Kaliumgehalts, Chlorgehalts Vorgehen: Zerkleinerung des Probenmaterials Laugung in destilliertem Wasser bei Raumtemperatur für 10 Minuten Trocknung des gelaugten Materials 13

14 IV. Laugung biogener Reststoffe mit Wasser Verminderung des Ascheanteils: Verminderung des Ascheanteils um 44 % bei Heu Verminderung des Ascheanteils um 42 % bei Grasschnitt Kaum Auswirkungen auf MNP und Grünschnitt 14

15 Anteil [Gew-%] Technologie IV. Laugung biogener Reststoffe mit Wasser Verminderung verschiedener Komponenten: Verminderung des Gesamtascheanteils Chlorgehalts um 79 % Kaliumgehalts Verminderung des Chlorgehalts Kaliumgehalts um 75 % 15

16 IV. Laugung biogener Reststoffe mit Wasser Erhöhung charakteristischer Temperaturen Gesamtascheanteils Kaliumgehalts Chlorgehalts 16

17 V. Additivierung 17

18 V. Additivierung mit Kaolin 18

19 V. Additivierung mit Kaolin Vorgehen: Zerkleinerung des Reststoffe Veraschung bei 550 C im Muffelofen Mischen mit Kaolin Pressen des Probenkörpers Erhitzen auf der Ascheschmelzbank 19

20 Erhöhung der charakteristischen Temperaturen [%] Technologie V. Additivierung mit Kaolin Ergebnisse der Additivierung von Weizenstroh: Sinterbeginn Erweichung Halbkugeltemperatur Fließtemperatur ,00% 0,50% 1,00% 1,50% 2,00% 2,50% 3,00% -10 Kaolingehalt (im Brennstoff) 20

21 VI. Fazit 21

22 VI. Fazit Verbesserung der Eigenschaften biogener Reststoffe durch die chemischen Aufbereitungsverfahren Laugung und Additivierung Auswaschung schmelzpunkterniedrigender Bestandteile und Verminderung des Aschegehalts führen zu einer Erhöhung der Erweichungstemperatur um bis zu 280 C Mit zunehmendem Anteil an Kaolin im Reststoff kann die Erweichungstemperatur um über 70 % erhöht werden. Weiteres Vorgehen Pelletrezeptur und -produktion (ca. 40 t) Brennkammermodifikation Holzpelletfeuerung Verbrennungsversuche 22

23 VII. Literatur [CARMEN 2013] Centrales Agrar- Rohstoff- Marketing- und Energie-Netzwerk URL: Stand: [Davidsson 2002] Davidsson, K. (2002) The effects of fuel washing techniques on alkali release from biomass. In: Fuel 81, S [Dayton 1999] Dayton, D. et al. (1999) Release of Inorganic Constituents from Leached Biomass during Thermal Conversion. In: Energy and Fuels 13, S [Deventer 2006] Deventer, D., Mockenhaupt, T.: Messungen an kleinen Feuerungsanlagen zur Verbrennung von Stroh-Pellets bzw. Getreide, Abschlussbericht zum FNR-Projekt FZK , Köln 2006 [DIN 15370] DIN CEN/TS ; Feste Biobrennstoffe Verfahren zur Bestimmung des Schmelzverhaltens der Asche Teil 1: Verfahren zur Bestimmung der charakteristischen Temperaturen; Vornorm [Hesse 2013] Hesse Instruments, URL: Stand: [Llorente 2008] Llorente, M. et al. (2008) The effect of the addition of chemical materials on the sintering of biomass ash. In: Fuel 87, S [Quicker 2006] Quicker, P. Bühl, R.: Energie aus Getreide: Ethik Recht Technik, C.A.R.M.E.N.-Fachgespräch Energie aus Biomasse - Eine Einkommensalternative? Kulturschloss Theuern, 13. November 2006 [Werkelin 2010] Werkelin, J. et al. (2010) Chemical forms of ash-forming elements in woody biomass fuels. In: Fuel 89, S

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt: Dipl.-Ing. Kathrin Weber; Dipl.-Chem. Harald Gerhards; Prof. Dr.-Ing. Peter Quicker Lehr- und Forschungsgebiet Technologie (TEER) Wüllnerstraße 2 52062 Aachen (0)241 80 96 574 weber@teer.

24 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt: Dipl.-Ing. Kathrin Weber; Dipl.-Chem. Harald Gerhards; Prof. Dr.-Ing. Peter Quicker Lehr- und Forschungsgebiet Technologie (TEER) Wüllnerstraße Aachen (0) weber@teer.rwth-aachen.de (0) gerhards@teer.rwth-aachen.de (0) quicker@teer.rwth-aachen.de Fax: (0) Web: 24

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