Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik

Regenerative Energietechnik II

Biomasse Teil 1From trash to cash

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Thermal Biological Physical

Combustion Gasification Pyrolysis

Heat Fuel Gases (CO + H2)

Liquids

Pretreatment

Fermentation

Ethanol

Hydrolysis

(Heat & Pressure)

Liquids

No AirPartial airExcess air AnaerobeVergärung

CH4

H2

Prinzipielle Pfade der Biomassekonversion

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World Energy ScenariosEnergy Transitions

% of Primary Energy

Coal

Nuclear0%

20%

40%

60%

80%

1850 1875 1900 1925 1950 1975 2000 2025 2050

Oil

GasNewRenewables

BiofuelsHydro

Traditional

Quelle: Shell Nederland

TraditionalBiomass

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Wirkungsgrade von Biokonversionsprozessen

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0.40 0.2 0.80.6

0.2

0.4

1.0

1.2

1.4

1.8

0.8

0.6

1.6

Atomares O/C Verhältnis

Ato

mar

esH

/C V

erh

ältn

is

HolzLigninZellulose

Biomasse

Torf

BraunkohleKohle

Steinkohle

Zunahme Heizwert

Van Krevelen Diagramm

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Trockensubstanzheizwerte verschiedener Stoffe

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Abhängigkeit des unteren Heizwerts HU von der Feuchtigkeit verschiedener Brennstoffe

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Heizwert einiger feuchter Stoffe

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Biomassefeuerung: Durchbrandkessel

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Biomassefeuerung: Unterbrandkessel

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Hamburg: Müllverwertung Borsigstraße (MVB)

•320.000 t Siedlungsabfälle pro Jahr •Produktion von Dampf für Fernwärmenetz für 54.000 Haushalte

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Biomassekraftwerk der MVV Energie AG in Mannheim

• Stromerlös: 8,7 Cent/kWh• Volllaststunden: 8.000 h/a

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Synthesis Gas

Natural Gas

Gasification

Reforming

Fischer-Tropsch

Methanol

Biomass and waste

H2

DME

Vergasung von Biomasse

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Gleichstrom- und Gegenstromvergaser

• Gegenstromvergaser(Updraft gasifier)

• Gleichstromvergaser(Downdraft gasifier)

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< C + CO2 ? 2 CO ? Ho = 172.6 kJ/mol

< C + H2O ? CO + H2 ? Ho = 131.4 kJ/mol

< C + 2 H2 ? CH4 ? Ho = - 74.9 kJ/mol

< C + O2 ? CO2 ? Ho = - 393.5 kJ/mol

Chemische Gleichgewichte bei der Vergasung

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Biomassevergasung

Imbert-Vergaser: Festbettvergasung im Gleichstrom

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Vergasungsvorgänge im Gleichstromvergaser

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BIOMASS

AIR / OXYGEN

CHAR

BIOGASPressure, Humidity

& temperature condition module

TAR

BIOGAS

ENERGÍAELÉCTRICAENERGÍA

TÉRMICA

FLYING ASH REMOVAL

EQUIPMENT

TAR REMOVAL

EQUIPMENT TORCH

GUASCOR ENGINEFBLD 1MWE

ASH

Modularer Biomassevergaser der Grupo Guascor (Spanien)

•Biomasse: 700 kg/h Holzschnitzel

•Elektrische Leistung: 700 kW

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International research centre in Värnamo in south Sweden

The aerial photo shows the Värnamo Gasifier site with different biofuelqualities in store

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Verwendungsmöglichkeiten für Synthesegas

MeOH

BIOMASSBIOMASS

Cofiring/Reburn

CombinedCycle

Cat: Ni/Mg

Cat: Mixed BasesNa, Ca

CaCN

Cat: Cu-ZnO Cat: Zeolite

HYDROGEN

ETHANOL,MIXED ALCOHOLS

METHANOL, DME

OLEFINS

FTL

LPG

NAPHTHA

KEROSINE/DIESEL

LUBES

WAXES

GASOLINE

OXOCHEMICALSe.g., KETONES

AMMONIA

SNG

CHP

CHP

SYNGAS

FEED PREP

GASIFICATION

CLEANUP

Cat = Catalytic Conversion Process

Cat: Ni, Fe, Cu-Zn

Cat: Ni

Cat: Cu-Zn,Cu-Co

Cat: Cu-ZnO

Cat: H3PO4, Cr2O3

Cat: Fe

Cat: Co/K

UPGRADING

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Prinzipielle Pfade der Vergasung von Biomasse und Kohle

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Vereinfachtes Verfahrensschema zur Synthesegaserzeugung aus holz-artiger Biomasse und Aufbereitung auf Erdgasqualität

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Verschiedene Arten von Wirbelschichten

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Wirbelschichtvergasung: Winkler-Generator

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Wirbelschichtvergasung unter Druck: Rheinbraun-HTW-Verfahren

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Flugstromvergasung: Koppers-Totzek-Verfahren

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Flugstromvergasung unter Druck:

Texaco-Verfahren

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Zusammensetzung der Pyrolyseprodukte als Funktion von Pyrolyse-temperatur und Aufheizrate

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Produkte bei der Holzverkohlung von Buchenholz

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Schema des Reichert-Holzverkohlungsverfahrens

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Schema des Lurgi-Holzkohle-Verfahrens

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Lurgi-Anlage zur Verkohlung von Holz

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Produkte der Holzverkohlung am Beispiel von Buchenholz

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Holzverkohlungsanlage mit Destillation

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Schema der destillativen Aufarbeitung von Holzteer

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Eukalyptus-Plantage in Brasilien

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Räumen eines Holzkohle-Meilers in Brasilien