Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Techn. Biowissenschaften
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G-volution II - Zweibettwirbelschicht Biomasse-Dampfvergaser der zweiten Generation, Bau einer neuen 100 kWth Technikumsanlage

Fig.1: Novel gasification reactor system, points of product gas sampling (Source: Schmid et al. EUBCE 2016)




Die effiziente Nutzung von Biomasse als Energieträger verringert den Ausstoß von klimawirksamen Gasen, trägt zu einer Verkürzung der Transportwege für Energie bei und verringert die Abhängigkeit von Energieimporten. Die wesentliche Herausforderung dabei ist, Nutzungsbereiche für Biomasse abseits der reinen Wärmenutzung zu erschließen. Hier hat die an der TU Wien entwickelte und erstmals in Güssing großtechnisch, im Leistungsbereich von 8 MWth, erfolgreich demonstrierte Wirbelschicht-Dampfvergasungstechnologie für holzartige Biomasse neue Maßstäbe gesetzt. Durch Umwandlung des Festbrennstoffes in ein hochwertiges Synthesegas, stehen eine Reihe von interessanten Verwertungsmöglichkeiten zur Verfügung. Von der einfachen Umwandlung zu Strom und Wärme in Gasmotoren oder Gasturbinen über die gekoppelte Erzeugung von erneuerbarem, synthetischem Erdgas oder Wasserstoff hin zur Bereitstellung hochwertiger flüssiger Kraftstoffe über die Fischer-Tropsch Synthese. Durch die gestiegene Nachfrage aus der Industrie nach Erdgasersatztechnologien, sowie nach einer Erweiterung des Brennstoffspektrums in Bezug auf Korngrößenverteilung und Zusammensetzung (Klärschlamm, Hausmüll, Sägespäne, Rinde, Abfallholz, etc.) rückt das eigentliche Herzstück der Technologie, der Gaserzeuger, wieder ins Zentrum des Interesses.

Im klassischen System Güssing ist der Gaserzeuger als stationäre (blasenbildende) Wirbelschicht ausgeführt. Dabei findet der für den Wärmeübergang und für die Teerabbaureaktionen wesentliche Gas-Feststoffkontakt im Wirbelbett statt, während im darüber liegenden Freiraum die Feststoffkonzentration stark abgesenkt ist. Diese Aufteilung in Wirbelbett und Freiraum kann speziell bei inhomogenen Brennstoffen zu Problemen führen, da feinkörnige Anteile in den Freiraum ausgetragen werden und nur unvollständig reagieren. Dies kann dann zu Teerbildung und Ablagerungen im Produktgasweg führen und die Verfügbarkeit einer Anlage deutlich einschränken.

Untersuchungen an Zweibett-Wirbelschichtsystemen in verwandten Gebieten (Chemical Looping Prozesse) haben kürzlich gezeigt, dass eine Erhöhung der Fluidisierungsgeschwindigkeit in den Bereich der turbulenten bis schnellen Wirbelschicht hinein den spezifischen Gas-Feststoffkontakt wesentlich verbessern kann. Die Änderung der Fluidisierungsbedingungen im Gaserzeuger lässt Vorteile in Bezug auf den Brennstoffumsatz und dem Teerabbau erwarten.

Ziel von G-volution II ist, den beschriebenen, vielversprechenden Ansatz im Technikumsmaßstab aufzubauen und damit die Grundlage für eine großtechnische Demonstration zu schaffen. Als Basis für das vorliegende Projekt dienen die vielversprechenden Ergebnisse des Projektes G-volution (Neue Energien 2020, FFGProjektnummer: 821954)

Im ersten Arbeitspaket wird eine neue 100kW Technikumsanlage geplant welche dann im Zuge des zweiten Arbeitspaketes aufgebaut und in Arbeitspaket drei in Betrieb genommen wird. Versuche mit der vorangegangenen Generation der 100 KWth Versuchsanlage bilden ebenfalls eine wichtige Basis für die Planung der neuen Anlage. Anhand von Versuchen wird der Arbeitsbereich des neuen Gaserzeugerdesigns ermittelt. Die fluiddynamische Funktionalität wird nachgewiesen. Im ersten Arbeitspaket wird zusätzlich ein Kaltmodell des G-volution Gaserzeugers dimensioniert, in Betrieb genommen und umfangreichen Messungen unterzogen. Die Daten der Kaltmodellierung dienen direkt der Auslegung der Heißanlage. Arbeitspaket 4 umfasst die begleitende Modellierung und Simulation, die einerseits eine akkurate Auswertung der experimentellen Ergebnisse erleichtert und andererseits als anhand von Messdaten validiertes Parametermodell für das Basic Engineering zukünftiger Anlagen zur Verfügung steht.

Fig.2: Time course of temperatures in the gasification reactor for a typical gasification test run with a variation of the fuel input power (Source: Schmid et al. EUBCE 2016)
Fig.3: Temperature variation, gasification of wood with pure olivine sand as bed material (Source: Schmid et al. EUBCE 2016)
Fig.4: Tar reduction and impact on the gaseous product gas comonents due to the upper countercurrent gasification reactor (Source: Schmid et al. EUBCE 2016)
Fig.5: Pressure profile of the dual fluidized bed gasification reactor system (Source: Pasteiner 2015)
Fig.6: product gas comosition - calcium oxide as bed material for the gasification of soft wood, sugar cane bagasse and lignite (Source: Benedikt, Schmid & Hofbauer, Minisymp.VT 2017)
Fig.7: Tar content - calcium oxide as bed material for the gasification of soft wood, sugar cane bagasse and lignite (Source: Benedikt, Schmid & Hofbauer, Minisymp.VT 2017)

Industriepartner & finanzielle Unterstützung

Dieses Projekt wurde aus Mitteln des Klima- und Energiefonds gefördert und im Rahmen des Programms "Neue Energien 2020" durchgeführt.

Weblink zusätzliche Projektinformationen:

Kontakt:

Univ.Ass. Dipl.-Ing.(FH) Dr.techn. Johannes Schmid

Mitarbeiter:

Walter Tesch

Christina Hafner

Kristina Sternig

Alexandre Pazos Costa

Klaus Jörg

Roland Diem

Maximilian Kolbitsch

Stefan Müller

Michael Fuchs

Hermann Hofbauer

Michael Weitzer

Martin Hammerschmid

Herbert Pasteiner

Stefan Koppatz

Christoph Pfeifer

Projektstatus:

Abgeschlossen, Endbericht publiziert