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IECInstitut für Energieverfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen
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Synthetische Biokraftstoffe-Techniken, Potentiale, Perspektiven -
3. und 4. November 2004in der Autovision in Wolfsburg
Prof. Dr.-Ing. B. Meyer, Dr.-Ing. St. Krzack, Dr. rer. nat. W. RadigTU Bergakademie Freiberg
Stand der Entwicklungder Synthesegasproduktion aus Biomasse
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Zielrichtungen der Biomassevergasung
Erzeugung eines Brenngases zur energetischen Nutzung in Heizkesseln
Erzeugung eines Brenngases für die Kraft-Wärme-Kopplung in motorischen BHKW oder Gasturbinen
Erzeugung eines Synthesegases für die chemische Weiterverarbeitung zu Chemierohstoffen und Flüssigkraftstoffen
Erzeugung eines wasserstoffreichen Synthesegases zur Wasser-stoffgewinnung für chemische Synthesen oder Brennstoffzellen
Synthesegas = brennbares Gas mit den Hauptbestandteilen CO und H2 zum Einsatz in Synthesen
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Prozesskettezur Synthesegaserzeugung aus Biomasse
Biomasse inausreichenderMenge & Qualität
Synthesegasin ausreichenderMenge & Qualität
Biomasseaufbereitung/Konditionierung
Vergasung
Gasreinigung
CO-Konvertierung
CO2-Abtrennung
Nebenprodukt-behandlung
Medien-bereitstellung
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Besonderheitender Synthesegaserzeugung aus Biomasse
dezentraler Biomasseanfall zentrale Biomassekonversion
VielstufigkeitZentralisierungsprinzip
Minimierung von Verlusten Optimierung der Zeitverfügbarkeit Entkopplung von Prozessstufen
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Kommerzielle Festbettvergasungsverfahren (Beispiele)
Lurgi BGL
Quelle: SVZ
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Kommerzielle Wirbelschichtvergasungsverfahren (Beispiele)
HTW KRW
Quelle: Rheinbraun, KRW
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SCGP GSP
Wasserquench
Rohgas
Vergasermantelmit Kühlrohren
BrennstoffVergasungsmittel
Kommerzielle Flugstromvergasungsverfahren (Beispiele)
Quelle: Shell, SVZ
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Vergleich der Vergasungsprinzipien
Festbett Wirbelschicht Flugstrom
Einsatzstoff grobkörnig feinkörnig staubförmig
Aufbereitungsaufwand ggf. Agglomeration gering Mahlung
Sauerstoffbedarf gering/mittel mittel hoch
Kohlenwasserstoffzersetzung kaum überwiegend vollständig
C-Vergasungsgrad 80-90 % 80-95 % > 95 %
Raum-Zeit-Ausbeute niedrig/mittel mittel/hoch sehr hoch
Regelbarkeit gut sehr gut sehr gut
Typische Vertreter Lurgi, BGL HTW, KRW, IGT
U-Gas Texaco, SCGP, GSP,
Destec, Prenflo
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Ausgewählte Projekte mit Biomasse-Festbettvergasung zur energetischen Nutzung
Ort/Land therm. Leistung
in MW Brennstoff Prinzip Anwendung Status
Gazel/Belgien 0,15 Hackschnitzel
(Kurzumtrieb) Gleichstrom Elektrizität
seit 2000
3000 h/a
Eckenförde/ Deutschland
0,18 Hackschnitzel 2-Zonen-
Gleichstrom Elektrizität seit 2001
Legnano/Italien 1 Gleichstrom KWK im Bau
Rossano/Italien 3,8 Oliventrester Gegenstrom KWK kurz vor Inbe- triebnahme
Herning/ Dänemark
0,4 Hackschnitzel Gleichstrom KWK 7000 h
Wiener Neustadt/ Österreich
2 Hackschnitzel Gleichstrom KWK seit 2004
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Nachteile der Festbettvergasung
Erzeugung eines teerhaltigen Rohgases träges Regelverhalten bei Lastwechseln Nachteile bei der Anlagenautomatisierung fehlende Scale-up-Fähigkeit in Leistungsbereiche von mehreren Hundert
MW (th)
Erfolg versprechend ist der Einsatzin KWK-Anlagen bis 5 MW (th)
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Ausgewählte Projekte mit Biomasse-Wirbelschichtvergasung zur energetischen Nutzung
Ort/Land therm. Leistung in MW Brennstoff Prinzip Anwendung Status
Burlington/ USA
60 Hackschnitzel SilvaGas-Verfahren,
allotherm Zufeuerung
seit 2000
Lahti/
Finnland 70
Waldrestholz, feuchte Biomasse
Foster-Wheeler-Vergaser
Zufeuerung KWK
seit 1998
Värnamo/ Schweden
7 Waldrestholz
druckaufgeladene
Luftvergasung mit
Heißgasreinigung
IGCC nach Demo stillg.
Arbre, Yorkshire/UK
9 Hackschnitzel atmosphärische
Luftvergasung IGCC
seit 1999
Güssing/ Österreich
8 Hackschnitzel allotherm BHKW seit
2001
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Ausgewählte Projekte mit Biomasse-Flugstromvergasung zur energetischen Nutzung
Ort/Land therm. Leistung in MW Brennstoff Prinzip Anwendung Status
New Bern/ USA
60 Black Liquor Luftvergasung Wärme Dampf
seit 1997
Freiberg/ Deutschland
1 Pyrolyseprodukte
(Koksstaub)
Carbo-V-Verfahren,
2-stufige O2/Dampf-Vergasung
KWK Methanol Synfuels
Versuchs-kampagnen
Freiberg/ Deutschland
3 Bioöl/Koks-Slurry GSP-Verfahren,
druckaufgeladene O2/Dampf-Vergasung
Syngas Versuchs-
kampagnen
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Anpassungsanforderungen an Biomasse und Vergasung
Biomassevorkonditionierung hinsichtlich Stückigkeit/Körnung, Konsistenz und Wassergehalt
wärmetechnische Integration der Biomassevorkonditionierung biomassegerechte Eintragstechnologien hohe Alkaligehalte, insbesondere bei halmgutartigen Brennstoffen mit
erniedrigten Ascheschmelzpunkten und höherem Aschegehalt brennstoffinhärenter Wasserstoffmangel (Wasserdampfzugabe bei
Vergasung und/oder Konvertierung oder allothermer Betrieb) ggf. zusätzlicher Gasreinigungsaufwand zur Entfernung von Teer,
Partikeln, organischen und anorganischen Hetero- und Halogenverbindungen.
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Hauptentwicklungslinien für die Synthesegaserzeugung aus Biomasse
mehrstufige Verfahrenmit thermochemischer Konditionierung der Biomasse
- Carbo-V®-Verfahren / CHOREN - Schnellpyrolyse mit Flugstromvergasung / FZK - Gestufte Reformierung / Dr. Mühlen
einstufige Verfahrenohne thermochemische Konditionierung der Biomasse
- ZDWS-Vergasung / ENC - ZAWS-Vergasung / CUTEC - AER-Verfahren - HTW (PHTW) - Vergasung / IEC
Flugstrom-vergasung
Wirbelschicht-vergasung
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Anforderungen an die Synthesegasqualität
mehrstufige Gasreinigung erforderlich
Komponente Rohgas Synthesegas
CO2 , N2 20-70 vol% < 5 vol%
H2S, COS, CS2 76-152 mg/m³ < 0,1 ppm
NH3, HCN 20-1.500 mg/m³ < 1 ppmv
HCl, HBr, HF < 10 ppbv
Alkali-Verbindungen < 10 ppb
Staub, Asche, Ruß < 20-10.000 mg/m³ 0
Organische Verbindungen, Teere < 50-12.000 mg/m³ unter Taupunkt
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Gasreinigungssysteme
Staub und Asche:Keramikfilter, Gewebefilter, elektrostatische Abscheider, Zyklone Stand der Technik
Halogen-, S- und N-Verbindungen:physikalische Wäschen mit Wasser, Laugen oder organ. Lösungsmitteln
Adsorber mit Aktivkohle oder ZnO
Stand der (Groß)Technik
in der Entwicklung
Kohlenwasserstoffe/Teer:Abscheider, Wäscher, Teercracker, katalytisch aktive Bettmaterialien
Stand der (Groß)Technik
in der Entwicklung
-„saubere“ Vergasungstechnik erforderlich zur Minimierung des Gasreinigungsaufwandes- nur großtechnisch wirtschaftlich betreibbar
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Bewertung des Entwicklungsstandes der Synthesegaserzeugung aus Biomasse
mehrstufige Verfahren zur Synthesegaserzeugungmit thermochemischer Konditionierung der Biomasse
- entwickelt teilweise bis Pilotmaßstab von 1 MW (th)- am weitesten: Carbo-V® -Verfahren
einstufige Verfahren zur Synthesegaserzeugungohne thermochemische Konditionierung der Biomasse
- entwickelt teilw. bis Demomaßstab (HTW: 150 MWth Torf Oulu/Finnland, 50 % Biom. / 50 % Kohle
Berrenrath) daher
- schlüssiges Konzept unter Verwendung großtechnisch erprobter Vergasungstechnik (140 bzw. 200 MW th): BTL-Konzept des IEC
Biomassevergasung zur energetischen Nutzung
- entwickelt bis kommerzieller Maßstab
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Kriterien für die weitere Vorgehensweise
Zukunftsfähigkeit (next generation – Anlagen)für sich ändernde Randbedingungen:
Non regret - Technologien Scale up - Fähigkeit Synergiefähigkeit (Entwicklungspartnerschaften)
Schlüssigkeit (first of its kind – Anlagen)für gegebene Randbedingungen:
Rohstoffbereitstellung Logistik Technik Produkte
Zukunftsfähigkeit steht vor Schlüssigkeit
zukunftsfähiges und schlüssiges BTL- Gesamtkonzept
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Nachhaltigkeits - Kriterienfür die Synthesegaserzeugung aus Biomasse
verlustarme Biomasse-Vorkonditionierung Vergasung unter erhöhtem Druck (Erhöhung der Raum-Zeit-Ausbeute,
Einsparung der Zwischenkompression, gute Abtrennbarkeit von CO2) Autotherme Vergasung (Prozessvereinfachung, höhere energetische
Wirkungsgrade) Dampf/Sauerstoff-Vergasung (Minimierung der Rohgasverdünnung,
hoher C-Umsatz und niedrige Teergehalte durch hohe Temperaturen 100 % C-Umsatz (BtL-Kraftstoffausbeute) hohe Brennstoffvariabilität (Synergie mit alt. Entw.route COORETEC) scale-up-Fähigkeit (≥ 100 MWth) hohe Anlagenverfügbarkeit
Wirbelschichtvergasung (insbesondere die hochexpandierte, druckaufgeladene stationäre Wirbelschicht bzw. deren Derivate)
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Nächster Schritt
Planung und Realisierung einer für den industriellenMaßstab relevanten BtL-Pilotanlage zur Erzeugung vonBTL-Kraftstoff in Deutschland unter Beteiligung der führenden Industriepartner