Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die Vergasung von Biomassen mit anschlie\u00dfender Nutzung des Gases in einem Gasmotor oder einer Gasturbine bietet die M\u00f6glichkeit einer dezentralen, weitgehend CO2-neutralen Energieversorgung. F\u00fcr den Leistungsbereich 1 – 20 MWel ist ein atmosph\u00e4rischer Wirbelschichtvergaser die derzeit aussichtsreichste Technologie, wobei bis 5 MWel die Koppelung an einen Motor (BHKW) und dar\u00fcber die Koppelung an eine Gasturbine mit Abhitzenutzung sinnvoll erscheint.
\nEin Hauptproblem dieser Technik sind die bei der Vergasung entstehenden Teere, die zu starken Verschmutzungen in Rohrleitungen und Aggregaten f\u00fchren und damit einen kontinuierlichen Anlagenbetrieb unm\u00f6glich machen. Von den heute verf\u00fcgbaren Vergasern werden die zul\u00e4ssigen Werte f\u00fcr den Teergehalt des Gases bei weitem \u00fcberschritten, so da\u00df eine aufwendige Gasreinigung erforderlich wird.
\nIm Vorhaben soll das Wissen \u00fcber die Teerbildungsmechanismen bei der Vergasung in der Wirbelschicht vertieft werden und die M\u00f6glichkeiten der Teerreduktion durch geeignete Betriebsbedingungen und Zuschlagstoffe untersucht werden. Ziel ist die Produktion eines nahezu teerfreien Gases (Teergehalte < 100 mg\/m\u00b3), das ohne weitere Behandlung in Motoren oder Turbinen eingesetzt werden kann.\n\n\nDarstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Versuchsanlage am IVD erm\u00f6glicht es, die Betriebsparameter in einem weiten Bereich unabh\u00e4ngig voneinander zu variieren und somit die jeweiligen Einfl\u00fcsse auf Teerbildung und -zusammensetzung systematisch zu ermitteln.\nIm einzelnen wurde der Einflu\u00df der Bettemperatur, der Luftzahl, der Brennstoffaufbereitung und der Biomassenart untersucht. Des weiteren wurde versucht, durch gezielte Eingriffe in die Proze\u00dff\u00fchrung und durch den Einsatz von Additiven eine m\u00f6glichst weitgehende Verminderung des Teergehalts zu erreichen. Als Katalysatoren wurden dabei Dolomit und Kalkstein eingesetzt.\nAls erster Schritt wurde die am Institut bestehende Teerprobennahme weiter verbessert, so da\u00df eine sichere und einfache Bestimmung der Gesamtteermenge m\u00f6glich ist. Zur Bestimmung der Teerbestandteile wurden die Teere gaschromatographisch untersucht.\nAnschlie\u00dfend wurde der Einflu\u00df der Proze\u00dfparameter f\u00fcr drei ausgew\u00e4hlte Biomassen bestimmt. Die zweite Phase widmete sich dem Teerminderungspotential durch Katalysatoren. Abschlie\u00dfend wurden anhand der gewonnenen Erkenntnisse Versuche mit den optimierten Proze\u00dfparametern durchgef\u00fchrt.\n\n\nErgebnisse und Diskussion\n\nDie Versuche haben gezeigt, da\u00df f\u00fcr alle untersuchten Brennstoffe die Vergasung in der Wirbelschicht mit hohem Brennstoffumsatz m\u00f6glich ist. Hinsichtlich des Heizwertes, des Kaltgaswirkungsgrades und des Kohlenstoffumsatzes konnten bei Temperaturen ab 800 \u00b0C durchweg befriedigende Ergebnisse erzielt werden (Kaltgaswirkungsgrade von bis zu 80 % und Heizwerte im Bereich von 5.5 MJ\/m\u00b3). Die zirkulierende Wirbelschicht erbrachte gegen\u00fcber der station\u00e4ren keine nennenswerten Vorteile hinsichtlich der Gasqualit\u00e4t, allerdings ist der Kohlenstoffumsatz deutlich h\u00f6her.\nHinsichtlich des Teergehalts konnten bei den Versuchen mit einem Sandbett keine ausreichend niedrigen Werte erzielt werden, die einen direkten Betrieb des Motors ohne Gasreinigung erlauben w\u00fcrden. Die Steigerung der Temperatur durch Erh\u00f6hung der Luftzahl f\u00fchrt zwar zu einer ganz erheblichen Verringerung der Teerbildung, allerdings sind hierf\u00fcr in der Wirbelschicht beim Einsatz von Biomassen Grenzen gesetzt, da es oberhalb von 900 \u00b0C zur Versinterung des Bettmaterials kommt. Nachteilig ist auch, da\u00df sich durch die Erh\u00f6hung der Luftzahl der Heizwert des Gases verringert. Bei Holz lagen die mit Quarzsand erzielten Bestwerte (bei 920 \u00b0C, Luftzahl 0.35) mit rund 4 g\/m\u00b3 \u00fcber einer Gr\u00f6\u00dfenordnung \u00fcber dem Zielwert. Bei Kl\u00e4rschlamm konnte bei 900 \u00b0C (Luftzahl 0.45) immerhin ein Teergehalt von 1.5 g\/m\u00b3 erzielt werden.\nAls \u00e4u\u00dferst wirksam hat sich der Einsatz von katalytischem Bettmaterial, insbesondere von Dolomit, erwiesen. Beim Optimum mit Dolomitbett bei 920 \u00b0C und einer Luftzahl von 0.35 ergeben sich Werte von 250 mg\/m\u00b3. Obwohl damit der Zielwert von 100 mg\/m\u00b3 auch mit Dolomitbett nicht erreicht werden konnte, d\u00fcrfte der direkte Einsatz in Verbrennungsmotoren m\u00f6glich sein. Hauptproblem ist die geringe Abrasions-festigkeit des gebrannten Dolomits. Um den daraus resultierenden Verlust an Bettmaterial auszugleichen, mu\u00df st\u00e4ndig etwas Bettmaterial zugegeben werden. Es ergeben sich daraus zus\u00e4tzliche Betriebskosten von rund 4,50 DM pro Tonne Brennstoff.\n\n\n\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation\n\n(Ver\u00f6ffentlichungen)\n\nMoersch O., Spliethoff H., Hein K.R.G. (1997) A new system for tar sampling and analysis, in Kaltschmitt M. and Bridgewater AV (Editors): Biomass Gasification and Pyrolysis, CPL Press, Newbury UK\nMoersch O., Spliethoff H., Hein K.R.G.(1997): Quasi-kontinuierliche Online-Messung des Teergehalts in Gasen aus der Biomassevergasung, 6. Symposium Biobrennstoffe und Umweltfreundliche Energietechnik, Regensburg, 17\/18.11.1997\nMoersch O., Spliethoff H. und Hein K.R.G. (1998): Vergleich verschiedener Methoden zur Bestimmung des Teergehalts in Gasen aus der Holzvergasung, DGMK-Tagung, Velen, 20.-22.4.1998\nMoersch O., Spliethoff H. und Hein K.R.G. (1998): Tar Formation in Fluidized Bed Gasification of Biomass, Combustion Meeting of the Italian Section of the Combustion Institute, Ravello, Italien, 26.-28-5.1998 \nMoersch O., Spliethoff H., Hein K.R.G.(1998): Quasi Continuous Tar Quantification with a new Online Analyzing Method, Proceedings of the 10th European Conference and Technology Exhibition Biomass for Energy and Industry, W\u00fcrzburg, 8-11 June 1998\n\n\nFazit\n\nDurch die Wirbelschichtvergasung von Biomassen l\u00e4\u00dft sich bei Temperaturen oberhalb 800 \u00b0C ein Gas erzeugen, da\u00df die Anforderungen von Motoren und Turbinen an den Heizwert erf\u00fcllt. Der Kaltgaswirkungsgrad erreicht dabei Werte gr\u00f6\u00dfer 70 %. Bei Einsatz von Quarzsand als Bettmaterial reicht eine Optimierung der Proze\u00dfparameter allein nicht aus, um hinsichtlich des Teergehalts auf Werte zu kommen, bei denen keine weitere Gasreinigung mehr erforderlich ist. Die untersuchten Betriebsparameter lassen sich hinsichtlich ihres Einflusses auf den Teergehalt im Gas in folgende Reihenfolge bringen:\n\nDolomitbett >> Kalkbett >> Luftzahl > Temperatur > ZWS > Dolomiteind\u00fcsung > Brennstoffaufbereitung > Brennstoffart > Gasgeschwindigkeit > Feuchte <\/p>\n
Durch den Einsatz von Dolomit als Bettmaterial werden Teergehalte von 250 mg\/m\u00b3 erzielt, bei denen ein direkter Einsatz in einem Gasmotor denkbar ist. Wegen der geringen Festigkeit des Dolomits mu\u00df allerdings kontinuierlich Bettmaterial zugegeben werden. Die dadurch entstehenden zus\u00e4tzlichen Kosten d\u00fcrften jedoch durch die Einsparungen bei der Gasreinigung mehr als aufgewogen werden.
\nF\u00fcr aschearme Brennstoffe, wie z.B. Holz, ist damit ein Weg aufgezeigt, durch Biomassevergasung Strom und W\u00e4rme mit gutem Wirkungsgrad zu erzeugen.
\nWeitere Forschung ist auf dem Gebiet der Katalysatoren erforderlich, um ein Material zu finden, da\u00df bei m\u00f6glichst niedrigem Preis die guten katalytischen Eigenschaften des Dolomits mit den mechanischen Eigenschaften von Quarzsand verbindet.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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