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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

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