Kommt nach der Verbrennung die Vergasung von Biomasse?

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1 Kommt nach der Verbrennung die Vergasung von Biomasse? Prof. Dr.-Ing. Matthias Gaderer , FH Kufstein 1

2 Thermochemische Konversion von Biomasse Holzartige und lignozellulosehaltige Biomassen Holz, Pellets, Stroh, landwirtschaftliche Abfälle, biogenen Reststoffe, Klärschlamm Torrefizierung Hydrothermale Karbonisierung Direkte thermochemische Verbrennung Thermochemische Vergasung CO, CO 2, H 2, H 2 O, O 2, N 2 Feuerung Mitverbrennung im Kraftwerk Methanisierung CO & CO 2 + x H 2 <=> y CH 4 + z H 2 O Fischer-Tropsch (-CH 2 -), Methanol (CH 3 OH) Strom & Wärme und Kraft-Wärme-Kopplung Synthetisches Methangas Substitute Natural Gas(SNG) Synthetische Kraftstoffe und chemische Produkte 2

3 Grundlagen der Vergasung C s +CO 2 2 CO CO+H 2 O CO 2 +H 2 CO+ 1 2 O 2 CO 2 CH 4 +H 2 O CO+3 H 2 3

4 Kondensation von Teeren Teer im Gas [g/m³] ,1 0,01 0,00 1 Benzol Toluol Phenol Naphtalin Anthracen Pyren Temperatur [ C] 4

5 Teere - kondensierte Teere - gasförmige Teere - Wäscher Wasser: Teere nur teilweise löslich und Abwasserproblem Gasreinigung des Produktgases Rapsöl, Biodiesel löst Teere, und kann im Vergaser verbrannt werden - Katalysatoren,> 800 C, teuer, Standzeit Partikel - Aschepartikel - Restkoks - Rußpartikel - kondensierter Teere Chlor, Schwefel - Zyklon - Keramikfilter (T > 600 C) - Metallfilter (T > 200 C) - Gewebefilter (T < 200 C) - Adsorbentien (Zn, Na, Al) im Festbett 5

6 Beispiel für Teere und Partikel, Rapsölwäscher mit Elektrofilter Gastemperatur < 60 C Ziele für Gasmotor: Für die Reinigung des Produktgas aus einem Festbettvergaser für die Verwendung in einem Gasmotor mit 500 kw el. Teere Zielsetzung < 10 mg/nm³ Partikel Zielsetzung < 10 mg/nm³ Druckstoßfeste Ausführung & Druckentlastung APF, Advanced Particle Filters, Salzburg 6

7 Beispiel Partikelfilter PTFE-beschichteter Glasgewebefilter < 250 C Metallgewebefilter < 450 C Faserkeramikfilter < 450 C Sintermetallfilter < 700 C Kornkeramikfilter < 800 C Koeb, Oskar Winkel Glosfume, England GKN Pall, Schumacher, Schumalith Herding GmbH Filtertechnik, ALPHA, Amberg Glosfume, England 7

8 Drei wesentliche Typen von Vergasern Festbett Wirbelschicht Flugstrom Biomasse Produktgasgemisch Biomasse Luft/O2 Trocknung Freeboard Luft Pyrolyse Oxidation Reduktion Luft Produktgas Produktgas Asche/ Schlacke Brennstoff mm mm µm Wasser < 20% < 30% < 30 % Temp C C C Teere mg mg <50 mg 8

9 Festbettvergaser Gegenstromvergaser Gas aufsteigend Biomasse Gleichstromvergaser Gas absteigend mit Beheizung der Trocknungs- und Pyrolysezone Biomasse Trocknung Produktgas Teer Staub Trocknung = Pyrolyse Reduktion Luft Pyrolyse Oxidation Luft Luft Oxidation Reduktion Asche und Restkoks C Produktgas Teer Asche und Restkoks Staub 9

10 Festbettvergaser Gegenstrom - Gas aufsteigend hoher Teergehalt, daher Wäscher Biomasse Staub Teer Wasser oder RME/Bioöl- Wäscher RME /Bioöl- Nasselektrofilter Luft Gasmotor & Generator Motor- und Ölkühlung Luft Trocknung Pyrolyse Reduktion Oxidation Restkoks und Asche Zyklon Restkoks RME oder Bioöl Wäscher Wasser Einstufiger Festbett-Gegenstromvergaser mit hohem Teergehalt im Produktgas. Abgasreinigung mit Zyklon, Wäscher und Elektrofilter, Verstromung mit Gasmotor und nachgeschaltetem Organic Rankine Cycle RME oder Bioöl Abgas ORC Abgas Turbine & Generator Luftkondensator Heiznetz 10

11 Festbettvergaser Gleichstrom - Gas absteigend RES Regenerative hoher Staubgehalt, daher Schüttbettfilter Teer Staub 30-iger Jahre 11

12 Festbettvergaser Gleichstrom - Gas aufsteigend 180 Drehung des Gleichstromvergasers Gas aufsteigend mit Beheizung der Trocknungs- und Pyrolysezone Luft Reduktion Oxidation Produktgas * Teer Staub * Lambda Staub Teer Pyrolyse Trocknung Biomasse Konzentration Teer/Staub 12

13 Festbettvergaser Zweistufiger Gleichstrom - Gas aufsteigend Zweistufiger Gleichstromvergaser - Gas aufsteigend mit Beheizung der Trocknungs- und Pyrolysezone Motorgasabwärme Biomasse Produktgas Reduktion Oxidation Luft Trocknung Pyrolyse Zweistufige Ausführung ermöglicht verbesserte Reaktionsabläufe, Regelung und Wärmemanagement 13

14 Festbettvergaser Zweistufiger Gleichstrom - Gas aufsteigend geringer Teergehalt, hoher Staubwert. möglichst nur Gewebefilter Zweistufiger Festbett-Gleichstromvergaser mit geringem Teergehalt im Produktgas. Abgasreinigung mit Kaltgasfilter (Gewebefilter), Verstromung mit Gasmotor und nachgeschaltetem Organic Rankine Cycle Abgas 14

15 Wirkungsgrade Realisierte KWK-Anlagen Anlage Technik η, [%] η, [%] η, [%] Oberwart Güssing Wirbelschicht-Vergaser, Gas-Otto Motor, ORC Güssing Güssing Wirbelschicht-Vergaser, Gas-Otto Motor, ORC Ulm Güssing Wirbelschicht-Vergaser, Gas-Otto Motor, ORC Burkhardt, Syncraft, Xylogas, Urbas, Festbettvergaser, Gas-Otto Motor oder Zündstrahlmotor (< 500 kw el ) Bauart Toblach Rostfeuerung (keine Vergasung), ORC, Abgaskondensation Bauart Leipzig Wirbelschichtfeuerung (keine Vergasung), Dampfturbine

16 Hersteller Festbettvergaser Gegenstrom Gleichstrom absteigend Gleichstrom aufsteigend Wirbelschicht Ligento 130 (Viking Vergaser/DTU F&E, 20 ) Stadtwerke Rosenheim (>50) 2 Repotec/Güssing >2.000 (Pyroformer F&E,2 ) Spanner Re <45 GTS Syngas <130 Sülzle Kopf Syngas 600 Fröling 50 Burkhardt >165 GTS Syngas <130 Syncraft 1,2 >180 Urbas >150 A.H.T Werner 185 Xylogas 220 Kuntschar <150 Mothermik der Wirbelschicht ähnlich/schwebebett Cleanstgas A.H.T Zweistufige Vergasung F&E Forschungsvergaser AB z z elektrische Leistung 16

17 Zusammenfassung für Festbettvergaser Sehr wenige Verstromungstechniken für Holz im Bereich < 500 kw el verfügbar. Vergasung ist daher interessant für Eigenstromerzeugung. Einige (wenige) Hersteller von Festbettvergasern mit ausreichend positiver Erfahrung im kommerziellen Betrieb. Für Vergasung gut Brennstoffqualität (w < 20%) erforderlich. Technik für Festbettvergaser durch zweistufige Vergasung und z. B. Gleichstrom aufsteigend verbessert. Restkoksanfall bei Festbettvergasers, weitere Nutzung offen? Reduktion der Investitionskosten primär durch möglichst geringen Aufwand bei der Gasreinigung möglich. D.h. entsprechender Vergaser. Betriebssicherheit geht vor Wirkungsgraden. Nun auch relativ positive Erfahrungen von einigen (nicht allen) Produkten vorhanden. 17

18 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit Prof. Dr.-Ing. Matthias Gaderer 18