Vorlesung 2009 biomasse1

Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik

Regenerative Energietechnik II

Biomasse Teil 1From trash to cash


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


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


Wirkungsgrade von Biokonversionsprozessen


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


Trockensubstanzheizwerte verschiedener Stoffe


Abhängigkeit des unteren Heizwerts HU von der Feuchtigkeit verschiedener Brennstoffe


Heizwert einiger feuchter Stoffe


Biomassefeuerung: Durchbrandkessel


Biomassefeuerung: Unterbrandkessel


Hamburg: Müllverwertung Borsigstraße (MVB)

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


Biomassekraftwerk der MVV Energie AG in Mannheim

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


Synthesis Gas

Natural Gas

Gasification

Reforming

Fischer-Tropsch

Methanol

Biomass and waste

H2

DME

Vergasung von Biomasse


Gleichstrom- und Gegenstromvergaser

• Gegenstromvergaser(Updraft gasifier)

• Gleichstromvergaser(Downdraft gasifier)


< 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


Biomassevergasung

Imbert-Vergaser: Festbettvergasung im Gleichstrom


Vergasungsvorgänge im Gleichstromvergaser


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


International research centre in Värnamo in south Sweden

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


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


Prinzipielle Pfade der Vergasung von Biomasse und Kohle


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


Verschiedene Arten von Wirbelschichten


Wirbelschichtvergasung: Winkler-Generator


Wirbelschichtvergasung unter Druck: Rheinbraun-HTW-Verfahren


Flugstromvergasung: Koppers-Totzek-Verfahren


Flugstromvergasung unter Druck:

Texaco-Verfahren


Zusammensetzung der Pyrolyseprodukte als Funktion von Pyrolyse-temperatur und Aufheizrate


Produkte bei der Holzverkohlung von Buchenholz


Schema des Reichert-Holzverkohlungsverfahrens


Schema des Lurgi-Holzkohle-Verfahrens


Lurgi-Anlage zur Verkohlung von Holz


Produkte der Holzverkohlung am Beispiel von Buchenholz


Holzverkohlungsanlage mit Destillation


Schema der destillativen Aufarbeitung von Holzteer


Eukalyptus-Plantage in Brasilien


Räumen eines Holzkohle-Meilers in Brasilien

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