Pyrolysereaktionen und Reaktionen von Pyrolyseprodukten bei der sorptionsunterstützten Biomasse-Vergasung in einem Calcium-Looping System
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Wie bereits im Pilotmaßstab demonstriert werden konnte, ermöglicht die sorptionsunterstützte Vergasung (SEG) von Biomasse durch in-situ CO2-Abscheidung die Erzeugung von Synthesegasen mit, im Vergleich zu anderen Vergasungsverfahren, hohen H2 Gehalten. In vorangegangenen Arbeiten konnte außerdem gezeigt werden, dass sich die Produktgaszusammensetzung aus diesem Zwei-Bett-Wirbelschichtverfahren durch geschickte Betriebsführung auf die nachgeschaltete Synthesegasnutzung zuschneiden lässt. Für die Bereitstellung von regenerativem H 2, synthetischen Kraftstoffen und anderen Grundchemikalien kann SEG von Biomasse daher die Grundlage bieten und dazu beitragen die gegenwärtige Abhängigkeit von fossilem Öl und Gas zu verringern. Trotz erfolgreicher Demonstration der Funktion von SEG blieben bislang einige Fragen zur Biomasseumwandlung unter den sehr speziellen Reaktionsbedingungen offen. Da die Vergasungstemperatur bei SEG zur in-situ CO2-Abscheidung vergleichsweise niedrig gewählt werden muss, spielen primäre und sekundäre Pyrolysereaktionen eine wichtige Rolle bei der Produktgasbildung. Sie wurden daher in PyroSEG mithilfe eines Makro-TGA Systems und an einer blasenbildenden Wirbelschichtanlage im Labormaßstab experimentell untersucht. Auf Basis der Makro-TGA-Ergebnisse konnten massenspezifische Umsatzraten gut mit einem Potenzansatz beschrieben werden. Eine Diversifizierung in einzelne Produktgaskomponenten konnte dabei leider aufgrund fehlender Gasanalyse nicht durchgeführt werden. Im Zuge der Untersuchungen an der blasenbildenden Wirbelschichtanlage wurde einer solchen Gasanalyse aber verstärkt nachgegangen. Parallel zu gängiger Onlinemesstechnik für Permanentgase aus Vergasungs- und Verbrennungsprozessen wurde eine zeitaufgelöste Produktgasanalyse mittels FTIR durchgeführt. Neben der für die Beschreibung von SEG wichtigen Erfassung von H2 im Produktgas wurden dadurch weitere Produktspezies, wie H2O und Teere, erreichbar. Gleichzeitig hat sich aber auch gezeigt, dass dafür die Charakterisierung, Modellierung und Invertierung des Verweilzeitverhaltens in der Gasmessstrecke nötig ist. Obwohl das Problem der Invertierung in diesem Zusammenhang nicht abschließend geklärt werden konnte, so machen die auch ohne Betrachtung von Verweilzeitverhalten ableitbaren Permanentgasausbeuten die an der Wirbelschichtanlage durchgeführten Batch-Versuche zu einer vielversprechenden Methode, um die Makrokinetik von thermochemischen Umwandlungsprozessen in der Wirbelschicht zu untersuchen. Denn so ließen sich schon qualitative Aussagen zum Einfluss der Temperatur und der Gasgeschwindigkeit auf die Biomassepyrolyse ableiten. In Untersuchungen zur Hydrodynamik der SEG-Wirbelschicht in einem Kaltmodell wurde außerdem gezeigt, dass Segregationseffekte bezüglich Biomassekoks im Kalksteinbett nur bei niedrigen Fluidisierungsgeschwindigkeiten in deutlichem Maße auftreten. Eine umfassende Ableitung von Modellen für den SEG-Prozess auf Basis der gewonnenen empirischen Daten sowie detaillierte Simulationsstudien zur Verbesserung des Verfahrens konnte zeitlich bedingt nicht erfolgen. Ein 1D-Reaktormodell, welches dafür als Grundlage dienen kann, wurde aber in MatlabTM implementiert. Diesbezügliche Folgeuntersuchungen, wie auch eine Erweiterung der Datengrundlage mithilfe der an der blasenbildenden Wirbelschichtanlage entwickelten Vorgehensweise sind also lohnenswert für die Weiterentwicklung von SEG.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Influence of temperature on products from fluidized bed pyrolysis of wood and solid recovered fuel. Fuel, 283, 118922.
Santamaria, Laura; Beirow, Marcel; Mangold, Felix; Lopez, Gartzen; Olazar, Martin; Schmid, Max; Li, Zhenshan & Scheffknecht, Günter
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Development of an empirical method for determining macro-kinetics of pyrolysis of biogenic and waste derived fuels in a SEG environment. In: Proceedings of the 24th International Conference on Fluidized Bed Conversion. Gothenburg, Sweden.
Mangold, Felix; Schmid, Max & Scheffknecht, Günter
