Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Bei der thermischen Verwertung von Biomassen wird im Hinblick auf eine effizientere Nutzung der Vergasungstechnik ein h\u00f6heres Potenzial als der Verbrennung einger\u00e4umt. Die \u00dcbertragung bekannter einstufiger Verfahren in kommerzielle Anwendungen scheiterte bisher daran, dass die erzeugten Gase er-hebliche Mengen kondensierbarer h\u00f6herer Kohlenwasserstoffe enthalten, die mittels aufwendiger Gasreinigung entfernt werden m\u00fcssen. Verwendet man zur Vergasung Luft als Sauerstofftr\u00e4ger, wird auf-grund des hohen Anteils Stickstoff ein Schwachgas mit geringem Heizwert erzeugt. Durch den Einsatz von technischem Sauerstoff zur Erzeugung eines Gases mit ausreichend hohem Heizwert sind selbst gro\u00dfe Anlageneinheiten i.d.R. nicht mehr wirtschaftlich darstellbar. Ziel dieses Projektes ist die Demonst-ration der Nutzung von Biomasse unter Anwendung des IPV-Verfahrens (Integrierte Pyrolyse u. Verbren-nung), das mittels einfacher verfahrenstechnischer Komponenten ein hochwertiges Produktgas ohne Verwendung von technischem Sauerstoff liefert.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenBei dem zu demonstrierenden IPV-Verfahren handelt es sich um ein mehrstufiges Verfahren, bei dem durch Zerlegung in Teilprozesse eine prozessinterne Minimierung des Gehalts an h\u00f6heren Kohlenwas-serstoffen erm\u00f6glicht wird. Durch die Auftrennung in Teilprozesse k\u00f6nnen einfache und verf\u00fcgbare Anlagenkomponenten eingesetzt werden. Die in einen Schachtreaktor eingebrachte Biomasse wird durch Kontakt mit hei\u00dfer Asche pyrolysiert. Das entstehende Asche\/Koksgemisch wird in eine Wirbelschicht gef\u00f6rdert, in der durch Verbrennung des Kokses die Asche aufgeheizt wird und wieder zur\u00fcck in den Schachtreaktor gelangt. Die noch im Pyrolysegas enthaltenen h\u00f6heren Kohlenwasserstoffe werden durch eine hei\u00dfe Schicht aus Asche geleitet und dort unter Zugabe von Dampf gecrackt.
\nZun\u00e4chst werden zur Ermittlung ben\u00f6tigter Auslegungsdaten Untersuchungen zur Feststoffzirkulation zwischen Wirbelschicht und Schachtreaktor mit Hilfe eines Kaltmodells durchgef\u00fchrt. Anschlie\u00dfend erfolgt Konstruktion, Fertigung, Aufbau und der Betrieb der Demonstrationsanlage, wobei die Erzeugung eines hochwertigen Produktgases gezeigt und die f\u00fcr die Projektierung von Anlagen im technischen Ma\u00dfstab erforderlichen Auslegungsdaten gewonnen werden sollen.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Ben\u00f6tigte Daten zu den str\u00f6mungstechnischen Fragestellungen, wie Feststofftransport mit der blasenbildenden Wirbelschicht, Verhalten einer blasenbildenden Wirbelschicht bei Feststoffzufuhr, Verhalten eines hohen Wirbelbettes im blasenbildenden Betrieb, Gestaltung des Siphons und Feststofftransport und gasseitige Trennung zweier Reaktoren mittels Siphon wurden vor Auslegung der Reaktoren in Kaltmodellen ermittelt. Basierend auf diesen Erkenntnissen erfolgte die anschlie\u00dfende Auslegung und Fertigung der Reaktoren. An der IPV-Technikumsanlage sind eine Vielzahl von Versuchsfahrten durchgef\u00fchrt worden.
\nEin w\u00e4hrend des Betriebs der IPV-Technikumsanlage aufgezeichneter Messschrieb zeigt exemplarisch f\u00fcr die vielen Versuche den Verlauf eines Versuchsbetriebs. W\u00e4hrend der Aufheizphase werden beide Reaktoren bei zirkulierendem Aschetransport durch Zugabe von hei\u00dfer Luft aufgeheizt. Nach Erreichen der Betriebstemperatur wird der Pyrolysereaktor mit hei\u00dfem Stickstoff inertisiert. Sobald der Reaktor sauerstofffrei ist, wird Brennstoff und zeitverz\u00f6gert Dampf zugegeben. W\u00e4hrend des Versuchszeitraums wurden die Betriebsparameter konstant gehalten. Bei den hier eingestellten Werten werden durchschnittlich Wasserstoffkonzentrationen von rd. 44 Vol.-% (trockenes + N2 freies Gas) erzielt. Die Gasprobe wird kontinuierlich hinter dem Gasw\u00e4scher abgezogen und f\u00fcr analytische Zwecke getrocknet. Zur einheitli-chen Darstellung wurde der zum Sp\u00fclen der Dichtungen und der Brennstoffschleuse ben\u00f6tigte Stickstoff aus den Messwerten herausgerechnet. In Schaubildern sind die mit der Technikumsanlage erzielten Pro-duktgaskonzentrationen, getrennt nach Brennstoffen bei verschiedenen Pyrolysetemperaturen dargestellt. Es ist augenscheinlich, dass mit zunehmender Pyrolysetemperatur ein deutlicher Anstieg der Wasserstoffkonzentration erkennbar ist. Erg\u00e4nzend zu den im Projektantrag definierten Aufgaben zum Aufbau und zur Demonstration des Verfahrens wurden am Lehrstuhl f\u00fcr Energie- und Umweltverfahrens-technik parallel Untersuchungen zu Einsatzm\u00f6glichkeiten und zu verschiedenen Anlagenkonzeptionen auf Basis des IPV-Verfahrens\u00ae mit Hilfe mathematischer Modelle vorgenommen. Au\u00dferhalb des von der DBU gef\u00f6rderten Projektumfangs (Vergasung von Biomassen) wurden im Auftrag von Herhof-Umwelttechnik GmbH, Solms-Niederbiel Untersuchungen zur Vergasung des Sekund\u00e4rbrennstoffs Tro-ckenstabilat\u00ae durchgef\u00fchrt. Die Ergebnisse werden mit freundlicher Genehmigung von Herhof-Umwelttechnik GmbH zur Verf\u00fcgung gestellt, um diese den Ergebnissen mit Biomassen gegen\u00fcberzu-stellen. Die Ergebnisse zeigen insgesamt, dass das IPV-Verfahren\u00ae sowohl f\u00fcr Biomasse als auch f\u00fcr Sekund\u00e4rbrennstoff Trockenstabilat\u00ae geeignet ist. Die Zweistr\u00e4ngigkeit des Verfahrens erm\u00f6glicht den Betrieb der Feuerungsseite als definierte Schadstoffsenke, was im Vergleich zu anderen Vergasungs-verfahren einen Vorteil bietet, da auf der Feuerungsseite eine Rauchgasreinigung nach Stand der Technik verwendet werden kann. Weitere Vorteile sind im Betrieb z. B. des Pyrolys ereaktors zu erwarten. Die vorliegende Gestaltung des Pyrolysereaktors als Festbett liefert Vorteile beim Einsatz von, wie bei Se-kund\u00e4rbrennstoffen h\u00e4ufig der Fall, fluffigen Material. Dar\u00fcber hinaus kann eine optimierte Temperaturf\u00fchrung des Pyrolyseschachtreaktors zu einer Anreicherung unerw\u00fcnschter Substanzen im Koks f\u00fchren, der die Substanzen dann wie gew\u00fcnscht auf die Feuerungsseite transportiert.
\nDas im Rahmen dieses Projektes untersuchte zweistufige und zweistr\u00e4ngige IPV-Verfahren\u00ae erlaubt den Betrieb einer teer- und abwasserfreien Vergasungsanlage. Vorteil des Verfahrens ist, dass mit einfacher Anlagentechnik ein unverd\u00fcnntes, wasserstoffreiches Produktgas in einem autothermen Verfahren produziert werden kann. Weiterhin wurde gezeigt, dass ein Siphon ein verl\u00e4ssliches und betriebsicheres Bauteil f\u00fcr den Transport der hei\u00dfen Wirbelschichtasche sowie zur gasseitigen Trennung der beiden Re-aktoren ist.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Wesentlicher Bestandteil der \u00d6ffentlichkeitsarbeit war die Pr\u00e4sentation des Verfahrenskonzeptes und der experimentellen Ergebnisse auf Fachtagungen.
\n–\tH. Hasselbach, S. Hamel, W. Krumm, D. Lotter, C. Mertens: Gasification of biomass and waste by combining pyrolysis and combustion process, 5th Int. Symposium on Coal Combustion, Nanjing, PR China, 2003
\n–\tS. Hamel, H. Hasselbach, S. Weil, W. Krumm, D. Lotter, C. Mertens:Synthesis Gas from Biomass and Waste Derived Fuels by Integrated Pyrolysis and Combustion, 20th Annual International Pittsburgh Coal Conference, September 15-19, Pittsburgh, USA, 2003
\n–\tS. Hamel, H. Hasselbach, W. Krumm, D. Lotter, C. Mertens: Betriebsergebnisse der IPV-Technikumanlage, DGMK-Fachtagung Energetische Nutzung von Biomassen Velen VI, 19.-21. Ap-ril 2004, in: DGMKTagungsbericht 2004-1, S. 65-72, ISBN 3-936418-16-0
\nDar\u00fcber hinaus fand Berichterstattung in Fachbl\u00e4ttern, in der Lokalpresse und im Fernsehen statt. West-falenpost, Westf\u00e4lische Rundschau, Siegener Zeitung, Holzzentralblatt, 3sat, nano, 9.4.2003, WDR, 1.5.2003, SWR, Rasthaus, 28.6.2003<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Das hier vorgestellte zweistufige und zweistr\u00e4ngige IPV-Verfahren\u00ae erlaubt den Betrieb einer teer- und abwasserfreien Vergasungsanlage. Vorteil des Verfahrens ist, dass mit einfacher Anlagentechnik ein unverd\u00fcnntes, wasserstoffreiches Produktgas in einem autothermen Verfahren produziert werden kann. Weiterhin wird gezeigt, dass ein Siphon ein verl\u00e4ssliches und betriebsicheres Bauteil f\u00fcr den Transport der hei\u00dfen Wirbelschichtasche sowie zur gasseitigen Trennung der beiden Reaktoren ist.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens Bei der thermischen Verwertung von Biomassen wird im Hinblick auf eine effizientere Nutzung der Vergasungstechnik ein h\u00f6heres Potenzial als der Verbrennung einger\u00e4umt. Die \u00dcbertragung bekannter einstufiger Verfahren in kommerzielle Anwendungen scheiterte bisher daran, dass die erzeugten Gase er-hebliche Mengen kondensierbarer h\u00f6herer Kohlenwasserstoffe enthalten, die mittels aufwendiger Gasreinigung entfernt werden m\u00fcssen. […]<\/p>\n","protected":false},"author":0,"featured_media":0,"template":"","meta":{"footnotes":""},"categories":[],"tags":[47,65,51,52,53],"class_list":["post-21620","projektdatenbank","type-projektdatenbank","status-publish","hentry","tag-klimaschutz","tag-nordrhein-westfalen","tag-ressourcenschonung","tag-umweltforschung","tag-umwelttechnik"],"meta_box":{"dbu_projektdatenbank_az_ges":"17175\/01","dbu_projektdatenbank_medien":"","dbu_projektdatenbank_pdfdatei":"A-17175.pdf","dbu_projektdatenbank_bsumme":"559.353,32","dbu_projektdatenbank_firma":"Universit\u00e4t Siegen\nNaturwissenschaftlich-Technische Fakult\u00e4t\nDepartment Maschinenbau, Energietechnik\nLehrstuhl f\u00fcr Energie- und Umweltverfahrenstechnik","dbu_projektdatenbank_strasse":"Paul-Bonatz-Str. 9 - 11","dbu_projektdatenbank_plz_str":"57068","dbu_projektdatenbank_ort_str":"Siegen","dbu_projektdatenbank_p_von":"2001-01-01 00:00:00","dbu_projektdatenbank_p_bis":"2004-06-30 00:00:00","dbu_projektdatenbank_laufzeit":"3 Jahre und 6 Monate","dbu_projektdatenbank_telefon":"0271\/740-2634","dbu_projektdatenbank_inet":"www.et.mb.uni-siegen.de","dbu_projektdatenbank_bundesland":"Nordrhein-Westfalen","dbu_projektdatenbank_foerderber":"29","dbu_projektdatenbank_ab_bericht":"","dbu_projektdatenbank_ist_nachbewilligung_von":"","dbu_projektdatenbank_hat_nachbewilligung":"","dbu_headerimage_cover":"","dbu_submenu":"","dbu_submenu_position":"","dbu_submenu_entry":[]},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/21620","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/projektdatenbank"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/21620\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":34623,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/21620\/revisions\/34623"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=21620"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=21620"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=21620"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}