Mulitiskalen Simulation zur Analyse und Optimierung der Chemical-Looping Vergasung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Maksym Dosta; Professor Dr.-Ing. Stefan Heinrich
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392123414

Biomasse ist in China eine bedeutende Energieressource, welche jedoch einen geringen spezifischen Energiegehalt besitzt, wodurch erhöhte Investitionskosten für Lagerung und Transport entstehen. Um dieses Problem zu vermeiden wird in den letzten Jahren intensiv pelletierte Biomasse verwendet. Pelletieren ermöglicht die Erzeugung von komprimierten und staublosen Produkten und somit eine effizientere Handhabung. Durch die schnelle Entwicklung der Technologie zum Pelletieren wird das heutige Konzept zur Biomassenutzung potentiell durch die Nutzung von Biomassepellets ersetzt. Chemical-Looping Vergasung (CLV) stellt dabei einen einzigartigen Entwurf zur Vergasung dar, welcher mit konventionellen Vergasungsprozessen direkt verwandt ist, sich jedoch erheblich von diesen unterscheidet. Im CLV Prozess wird die konventionelle Sauerstoffproduktion durch Luftzerlegung nicht benötigt, da stattdessen der benötigte Sauerstoff mittels Sauerstoffträgern in den Prozess eingebracht wird und somit bei minimalem Energieverlust eine erhöhte Biomassevergasung und Reformierung von Teer zu Synthesegas ermöglicht.Initiiert durch führende chinesische und deutsche Forschungsgruppen auf den Forschungsgebieten von Chemical-Looping Technologie und Partikeltechnik bringt unser multidisziplinäres Team zusammen, was zur Beantwortung von entscheidenden, zusammenhängenden, wissenschaftlichen Fragestellungen in Wirbelschichttechnik, Einzelpartikeltechnologie, chemischer Reaktionstechnik und Reaktor-/Prozessmodellierung auf der Spannweite von der Mikroskala bis zum Reaktor- und Prozessmaßstab bei der CLV Technologie von Biomassepellets notwendig ist. Die beantragte Grundlagenforschung konzentriert sich auf vier Aspekte: Fluidisierungsverhalten (1): Dynamik von Biomassepellets und Blasen in der Wirbelschicht. Einzelpellet (2): Die Entwicklung von mechanischen Festigkeitseigenschaften und Strukturänderungen von Biomassepellets während der Entgasung und Wärmeleitung innerhalb eines Einzelpartikels sowie Wärmetransfer zwischen Pellets und Bettmaterial. Auf Basis dieser Daten wird ein Modell zur Vergasung von Einzelbiomassepellets entwickelt. Chemische Reaktionstechnik (3): Vergasungskinetik von Biomassepellets und Reformierung von Teer mittels Sauerstoffträgern. Prozessoptimierung (4): Mithilfe der MP-PIC Methodik wird ein numerisches dreidimensionales Modell entwickelt. Die Strömungsdynamik von gekoppelten Wirbelschichten, die Fluidisierung von Pellets, das Mikroskalenmodell für Einzelpartikel, die Vergasungskinetik sowie Reformierung von Teer werden für die Simulation des gesamten CLV-Prozess zusammen gekoppelt. Dies soll im Hinblick auf die Charakteristiken von Gas-Feststoff Strömungen in gekoppelten Wirbelschichten und den Scale-up der Reaktoren geschehen.Mit der beantragten Forschungsarbeit können grundlegende Forschungsergebnisse erlangt werden, welche die Entwicklung und den Einsatz von CLV für eine effiziente Biomassevergasung signifikant beschleunigen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Dr. Laihong Shen; Professorin Dr. Jun Xiao