Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Thermischen Konversion von Biomasse

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1 Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Thermischen Konversion von Biomasse Institute for Chemical, Environmental and Biological Engineering Dr. Stefan Müller Univ. Prof. Dr. Hermann Hofbauer Nachhaltige Energie aus Biomasse Optimierte Technologie Made in Austria I WKO,

2 Konversion von Biomasse - Überblick 2

3 Vom Ofen bis zur industriellen Anlage Pellets- und Scheitholzöfen Wirbelschichtanlagen Vergasung Biomasse-KWK Oberwart, 8 MW Herde Verbrennung Biomasse-KWK Heiligenkreuz, 45 MW 5-10 kw kw kw 3

4 Rückstände vom Reis- und Zuckerrrohranbau Reisanbau Vietnam Zuckerrohranbau in Thailand 4

5 Reisschalen und Zuckerrohrbagasse Reisschalen Zuckerrohrbagasse Reisschalenpellets, x 8mm Zuckerrohrbagassepellets, 5-20 x 8mm 5

6 Brennstoffanalysen und Verbrennungsrechnung 6

7 Reisschalenverbrennung im Raumheizer 7

8 Laborapparaturen für Wirbelschichtverbrennung und Wirbelschichtvergasung WS-Reaktor 8

9 Wirbelschichtvergasung von Reisschalen mit Luft 9

Charakteristische Temperaturen Erweichungstemperatur C

10 Ascheschmelzverhalten nach Norm Erhitzungsmikroskop Ergebnis für Reisschalen und Bagasse Temperatur Reisschalen Bagasse Charakteristische Temperaturen Erweichungstemperatur C Sphärsichtemperatur C Halbkugeltemperatur C Fließ- Temperatur C

11 Klein-KWK: Wirbelschichtverbrennung mit Stirlingmotor 11

12 Zukünftiges Potential der thermo-chemischen Umwandlung RESSOURCEN Waldhackgut biogene Reststoffe Industrieabfall Wärme Strom Wasserstoff PRODUKTE homogener Hausmüll Synthetisches Erdgas Klärschlamm Treibstoffe & Grundchemikalien 12

13 Zweibettwirbelschicht-Dampfvergasung - Die ZWS-Dampfvergasung ist eine Schlüsseltechnologie um minderwertige Brennstoffe in hochqualitative Gase überzuführen. - Das Produktgas ist vielseitig verwendbar. Wärme & Strom synthetisches Erdgas (SNG) Brennstoff Vergasung FT-Treibstoffe Methanol Wasserstoff Chemikalien 13

14 Neues Vergasungs-Systemdesign CaO as bed material: heat carrier and catalyst Increased contact time favoring increased conversion efficiency Source: Schmid

5 m - Base area: 35 m 2 per floor (2) - 105

15 100 kw th Gasification Pilot Plant at TU Wien - Height: 7.5 m - Base area: 35 m 2 per floor (2) Temperatures - 70 Pressures - 13 Volume/mass flows - 22 Values of gas analyses Source: Schmid

16 Beispiele für Brennstoffe aus den Tropen Palmenblätter Zuckerrohrbagasse Zuckerrohrreste leere Palmenfrüchte Bambus Weichholz Schilf Biomasse 16

17 Brennstoffanalysen Einheit Holz Palmenfrüchte Palmenblätter Zuckerr.- bagasse Zuckerr.- reste Schilf Weizenkleie Wassergehalt Gew.-% 6,11 18,38 17,52 11,52 15,85 7,95 6,65 Aschegehalt Gew.-% tr 0,29 8,59 6,53 5,89 5,94 9,3 9,13 Kohlenstoffgehalt Gew.-% waf 50,38 50,75 51,86 49,07 49,99 50,8 49,6 Wasserstoffgehalt Gew.-% waf 6,06 5,8 5,41 5,9 5,82 5,7 6,11 Stickstoffgehalt Gew.-% waf 0,05 1,14 1,22 0,4 0,98 0,66 3,14 Schwefelgehalt Gew.-% waf 0,005 0,13 0,1 0,03 0,07 0,11 0,21 Chlorgehalt Gew.-% waf 0,003 0,85 0,45 0,02 0,49 0,11 0,04 Sauerstoffgehalt Gew.-% waf 43,51 41,33 40,97 44,58 42,65 42,61 40,9 flüchtige Bestandteile Gew.-% tr 86,45 70,72 72,14 81,59 74,57 75,44 76,76 Tiegelkoks Gew.-% tr 13,55 29,28 27,86 18,41 25,43 24,56 23,24 Brennwert, H o kj/kg tr Heizwert, H u kj/kg tr sehr einheitliche Zusammensetzung 17

18 Ergebnisse der Dampfvergasungsversuche 18

19 Beispiele für weitere getestete Brennstoffe 19

20 Bestehende Großanlagen BMKW Güssing, AT 8 MWth / 2.0 MWel BMKW Oberwart, AT 8.5 MWth / 2.8 MWel η el = 31 % 20

21 Bestehende Großanlagen Villach, AT 15 MWth / 4 MWel CHP-Plant VILLACH Senden/Ulm, GE 15 MWth / 5 MWel Gas engine ORC Gasification CHP-Plant ULM / SENDEN Fuel Drying Fuel Storage Fuel Delivery 21

22 Prozess- und Technologieentwicklung concept idea cold flow model pilot plant demonstration plant commercial plant supported by process simulation first calculations, mass- & energy balances process development & data for basic engineering support of start-up procedures and plant optimization operationdata simulationmodels fuel analysis data experimental results plant parameters 22

23 Leistungsangebot der TU Wien Fuel analysis Gasification runs in pilot plant & design data Process flow sheet TU Wien Computer simulation & performance data Detailed engineering Procurement & fabrication of process steps Construction of plant Start up of plant Company Company + TU Wien 23

24 Kontaktdaten Contact: Head of modelling & process simulation within the project group GASIFICATION AND GAS CLEANING Dipl.-Ing. Dr. Stefan MÜLLER Web: Phone: Contact: Head of the research group FUTURE ENERGY TECHNOLOGY Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr. Hermann HOFBAUER hermann.hofbauer@tuwien.ac.at Web: Phone:

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