ISBN 9783843935586

978-3-8439-3558-6, Reihe Energietechnik

Ludwig Briesemeister
Flugstromvergasung hydrothermal karbonisierter Biomasse mit Luft

237 Seiten, Dissertation Technische Universität München (2018), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die thermochemische Vergasung ermöglicht die Umwandlung fester Biomasse in ein vielseitig nutzbares Produktgas. Für Biomasse werden dafür bisher hauptsächlich Festbett- und Wirbelschichtvergaser verwendet. Dabei ist das größte technologische Problem die Entstehung von Teeren, die im Produktgas vorliegen und kondensieren können. Bei der Vergasung im Flugstrom werden hingegen deutlich höhere Temperaturen erreicht, die zu einer thermischen Zersetzung der Teere führen. Die Flugstromvergasung wird bisher hauptsächlich zur Vergasung fossiler Kohlen in Verbindung mit Syntheseprozessen angewandt, wofür reiner Sauerstoff benötigt wird. Für die dezentrale Biomassevergasung ist hingegeben Luft als Vergasungsmedium zu bevorzugen, was zu einer Verringerung der Prozesstemperaturen führt. Dies kann zu einem unvollständigen Umsatz von Brennstoff und Teeren führen.

Im Rahmen dieser Arbeit wird sowohl das Umsatzverhalten des Brennstoffs als auch die Teerentstehung im Flugstromvergaser untersucht. Hierzu werden Pyrolyse- und Vergasungsversuche mit verschiedenen hydrothermal karbonisierten Biomassen in einem labormaßstäblichen Flugstromreaktor durchgeführt. Es werden Einflüsse von Temperatur, Stöchiometrie und Verweilzeit auf die Partikelmorphologie, den Umsatz und die Gaszusammensetzung analysiert. Die Teerbeladung wird mittels solid-phase-adsorption (SPA-Methode) untersucht. Um die Reaktionskinetik der Brennstoffe zu untersuchen, werden Pyrolysekokse mittels thermogravimetrischer Analyse (TGA) untersucht und Modellparameter zur Beschreibung der Koksreaktion mit CO2, H2O und O2 abgeleitet.

Neben den grundlegenden Untersuchungen werden Vergasungsversuche mit einem autotherm betriebenen Flugstromvergaser unter mit großtechnischen Anlagen vergleichbaren Reaktionsbedingungen durchgeführt. Das Betriebsverhalten des Vergasers wird bei Variation von Luft- und Dampfzugabe untersucht. Dabei werden brennstoffspezifisch optimale Betriebsparameter hinsichtlich des Umsatzes, des Kaltgaswirkungsgrades und der Teerbeladung bestimmt.

Mit den durch die experimentellen Arbeiten gewonnenen Koksanalysedaten werden einfache Modelle zur Oberflächen- und Dichteentwicklung des Kokses während der Vergasung validiert. Darauf aufbauend erfolgt ein Vergleich der Messdaten der autothermen Vergasung mit einem 1D-Einzelpartikelmodell. Mit dem Modell wird insgesamt eine gute Übereinstimmung von Messdaten und Simulation hinsichtlich Gaszusammensetzung und Umsatz erreicht.