Modellierung der thermischen Umsetzung von Brennstoffen in einem Schachtreaktor durch Kontakt mit einem festen Wärmeträger

Stipendiatin/Stipendiat: Dr. Steffen Weil

Zur Vergasung von Biomassen werden häufig innovative, mehrstufige Anlagenkonzepte ausgeführt. Zu diesen mehrstufigen Vergasungsverfahren zählt das IPV-Verfahren®. Beim IPV-Verfahren® wird durch die räumliche Trennung der Brennstoffentgasung und Verbrennung des dabei entstehenden Restkokses in einem zweiten Reaktor ein heizwertreiches Gas erzeugt. Die resultierende Wärme aus der Koksverbrennung wird durch die umlaufende Asche in den Entgasungsreaktor eingekoppelt. Die Vorteile dieses Verfahrensansatzes sind ein hoher Heizwert des Produktgases sowie beim Einsatz von Wasserdampf als Vergasungsmittel ein hoher Wasserstoffanteil im Gas, wodurch dieses Verfahren Potential bietet, neben der Stromerzeugung aus Biomasse regenerativen Wasserstoff bzw. synthetische Kraftstoffe zu erzeugen.Die Funktionsweise des IPV-Verfahrens® konnte erfolgreich im Technikumsmaßstab erprobt werden. Zielsetzung des Stipendiums ist die Erstellung eines mathematischen Modells, das die Abläufe während der Trocknung und Pyrolyse des Brennstoffs in einem Schachtreaktor sowie die Verbrennung des bei der Pyrolyse entstehenden Restkokses in einer blasenbildenden Wirbelschicht beschreibt. Das Simulationsmodell kann bei der Auslegung neuer Anlagen und beim Scale-up als unterstützendes Werkzeug den Einfluss von Betriebsparametern auf die komplexen verfahrenstechnischen Zusammenhänge beschreiben und wichtige Hinweise für den optimalen Betrieb der Anlage liefern. Der Schwerpunkt des Stipendiums liegt in der Beschreibung der komplexen Vorgänge während der Pyrolyse von festen Brennstoffen in einem Schachtreaktor unter Berücksichtigung von Wärmeübertragung, chemischen Reaktionen und den Strömungsverhältnissen im Reaktor. Dabei ist insbesondere der Wärmeübergang vom Wärmeträger an das Brennstoffpartikel sowie die Partikelbewegung des zugeführten Brennstoffs in der Festbettschüttung von Interesse. Die Bewegung und die daraus resultierende Verweilzeit des Brennstoffpartikels in der Schüttung haben entscheidenden Einfluss auf das Entgasungsverhalten des Brennstoffs. Daher wurde zur Untersuchung der Brennstoffbewegung ein Strömungskaltmodell aufgebaut, mit dem die Vorgänge im Schachtreaktor untersucht werden und das Strömungsverhalten im Reaktor im Simulationsmodell berücksichtigt werden soll.

Förderzeitraum:
01.01.2004 - 31.12.2006

Institut:
Universität Siegen

Institut für Energietechnik

Betreuer:
Prof. Dr. Wolfgang Krumm

E-Mail: E-Mail schreiben

URL: www.evm.de