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SynGas

Vielseitige Energielösungen mittels Klärschlammvergasung

Pascal Ackermann, 22. Juni 2017, 10. KlärschlammTage, Würzburg

1 2016 | © KOPF Syngas GmbH & Co. KG |

Inhalt der folgenden Folien… Vielfältige Energielösungen mittels Klärschlammvergasung

1. Aktuelle Bedeutung der thermischen Aufbereitung von Klärschlamm in Europa

2. Unterschiede zwischen Verbrennung, Pyrolyse und Vergasung

3. KOPF SynGas Technologie: bedarfsgerechte Energieanlagen zur thermischen Schlammbehandlung


Entsorgung von Klärschlamm in Europa heute Bedeutung der thermischen Aufbereitung

Noch 2013 wurden 57% des Klärschlamms im Ackerbau und auf Feldern ausgetragen!

- Problem: Verunreinigung der Böden mit Schwermetallen und anderen Giften sowie Viren, Bakterien und hormonell wirksamen Substanzen

Schon zur biologischen Entgiftung ist thermische Behandlung unerlässlich

Das Ende der breiten Verwendung in der Landwirtschaft ist abzusehen → Thermische Behandlung mit Phosphor-Rückgewinnung als politisches Ziel auch in Europa

- In der Schweiz ist die Ausbringung in der Landwirtschaft bereits seit 2006 verboten

- In Deutschland wurden entsprechende Beschlüsse 2013 gefasst und aktuell umgesetzt

- Ähnliche Entwicklungen sind auch in Österreich, Großbritannien und Benelux zu erwarten

Daher werden in den kommenden Jahren hohe Kapazitäten zur thermischen Behandlung benötigt

Quelle: Simone Brandt: „Nutzung von Klärschlamm als Rohstoffquelle“, Universität Rostock

41%

17%

20%

13%

10%

LandwirtschaftLandschaftsbauThermische BehandlungDeponierung


Zunehmende Bedeutung der Monoverwertung aufgrund der künftigen Phosphor – Rückgewinnungspflicht

Erzeugung von brennbarem Synthesegas

Methoden der thermischen Aufbereitung Verfügbare Technologien zur Behandlung von Klärschlamm

Wirbelschichttechnologie ca. 75 %

Thermochemische Aufspaltung organischer Bestandteile ohne Sauerstoff

Staubfeuerung

Drehrohrofen

Rostfeuerung

Thermische Behandlung von

Klärschlamm

Monoverwertung

Verbrennung λ > 1

Vergasung 0 < λ < 1

Pyrolyse λ = 0

Mitverbrennung

Kohlekraftwerk

Zementfabrik

Müllverbrennung


Der Verbrennungsprozess unter der Lupe “Anatomie” einer vollständigen Verbrennung

Grundlegende Schritte in einem vollständigen Verbrennungsprozess

Trocknung Pyrolyse Vergasung Verbrennung Reinigung

Umwelt

Wärme 250-800°C

Wärme Luft (O2) 0 < λ < 1

Luft (O2) λ > 1

H2O (Dampf)

Trocken-brennstoff

Feuchter Brennstoff Feststoff

(Kohle) Holzkohle/Asche

Asche

Flüchtige Stoffe

(Pyrolyse- gas)

CO, H2, CH4, CO2,

N2, … Rauchgas

Wasser Biomasse

Asche


Verbrennung / Pyrolyse / Vergasung? Prozess der Verbrennung

Verbrennung von (entwässertem) Schlamm

- Alle Schritte finden in einer einzigen Kammer statt – der Brennkammer

- Die Verbrennung von feuchtem Schlamm erfolgt

– entweder durch Mitverbrennung eines

zweiten, Energieträgers (z.B. Erdgas)

– oder selbsterhaltend nach vorheriger

Trocknung in einem externen Trockner

(45-60 % DS)

- Das Ergebnis ist heißes, inertes Rauchgas

– Stromerzeugung z.B. mittels Dampfkreislauf

– Hinreichende Effizienz nur mit großen Anlagen zu erzielen

– Kohlenstoffarme Asche, mit

aufkonzentriertem Phosphor


Umgebung

Luft λ > 1

H2O (Dampf)

Trocken-brennstoff

Fest-Stoff


Flüchtige Stoffe

(Pyrolyse- Gas)

CO, H2, CH4, CO2, N2, … Rauchgas

Wärme

T

Feuchter Brennstoff

Externe Trocknung

Co-Feuer-ung oder Asche

Asche


Verbrennung / Pyrolyse / Vergasung? Prozess der Pyrolyse

Pyrolyse: Thermische Zersetzung von (entwässertem) Klärschlamm

- Die Vergasungsstufe entfällt, daher:

– Keine vollständige thermische

Umwandlung des Schlamms (nur flüchtige

Bestandteile des Ausgangsmaterials)

– Der nichtflüchtige Anteil hingegen (Kohle)

verbleibt als Rückstand

- Die Trocknung findet im wesentlichen extern statt

– Dies zieht allerdings einen recht hohen

Bedarf an zuzuführender Energie nach sich

- Das Ergebnis ist heißes, inertes Rauchgas

– Als Wärmequelle zur Pyrolyse und

Trocknung

- Zur Stromerzeugung bleibt keine Energie übrig

Kohle

Externe Wärmezufuhr

Umgebung

H2O (Dampf)

Trocken-brennstoff

Fest-Stoff

(Kohle)

Flüchtige Stoffe

(Pyrolyse- Gas)


Feuchter Brennstoff

Externe Trocknung


Luft λ > 1


Verbrennung / Pyrolyse / Vergasung? Prozess der Vergasung

Asche


Umgebung

H2O (Dampf)

Trocken-brennstoff

Fest-Stoff


Flüchtige Stoffe

(Pyrolyse- Gas)


Feuchter Brennstoff

Asche

Syn

gas

Ver

wer

tun

g

Luft 0 < λ < 1

Luft λ > 1

Bei Stromerzeugung teilweise externe

Energiezufuhr

Vergasung von (entwässertem) Schlamm

- Der thermische Umwandlungsprozess zerfällt in drei Schritte, die räumlich voneinander getrennt sind: Trocknung, Erzeugung von Synthesegas und Verwendung des Synthesegases

- Das Ergebnis bildet heißes, brennbares Synthesegas, das sich vielfältig und effizient verwenden lässt

- Der Schlamm ist extern nahezu vollständig zu trocknen (~90%DS)

- Restprodukt ist eine kohlenstoffarme Asche mit aufkonzentriertem Phosphor (gleich wie beim Verbrennungsvorgang)


Klärschlammvergasung von KOPF SynGas Eine Technologie mit zahlreichen Anwendungen

Trockner

En

twä

sse

rte

r

Sch

lam

m

Trocken- Schlamm

Asche (nur noch ca. 8% des entwässerten Materials)

Syngas SynGas Anlage

oder

(Thermische Ausbeute)

Elektrische Ausbeute +

Energie optimiert im Hinblick auf:

Reines Synthesegas

oder

Thermische Ausbeute

BHKW-Modul

Heat-Modul

Stützfeuerung


Das KOPF SynGas BHKW-Modul Nutzung von Synthesegas im Kraft-Wärme-Kopplungs-Prozess

Optimiert auf maximale Stromausgabe:

- Höchster verfügbarer Wirkungsgrad auf dem Markt!

- Teerfreies Synthesegas durch patentierte, zweistufige Vergasung

- Referenzprojekt Koblenz kurz vor Inbetriebnahme:

850 –

880 °C

Sauberes Synthesegas

CHP

Staub

Asche- granulat

Phosphor -

Rückgewinnung

Düngemittel

Inerter Füllstoff

Synthesegas im Rohzustand

Stufe I

Nasswäscher

80o - 140oC Wärme

Strom

850 – 880 °C

Luft

Stufe II

3. Verwertung

2. Reinigung 1. Vergasung

Ko

hle

filt

er-

Ele

me

nte

Staub


Die thermisch autarke Lösung:

- Keine zusätzliche Energie zur Schlammtrocknung nötig

- Einfacher und stabiler Prozess

- Kosteneffizient

- Basierend auf der Erfahrung von über 60.000 Betriebsstunden in Balingen und Mannheim

- 750 – 15.000 t/a DS

- Auch im Containerdesign erhältlich

Schnell installiert (System wird

vormontiert geliefert)

Das kompakte SynGas Wärmemodul Direkte Verbrennung des Synthesegases in einer Brennkammer

SCR

Kohle- filter

Aschen- granulat

850 – 880 °C

Luft Harnstoff

Wä

sch

er

Wärme

Trockner

1. Vergasung 2. Verbrennung

4. Reinigung

Ve

rga

sers

tufe

3. Wärme- Gewinnung

Phosphor -

Rückgewinnung

Düngemittel

Inerter Füllstoff


Einfachste Lösung mit externer Synthesegas-Verwendung

- Mitverbrennung von Klärschlamm bei gleichzeitiger Abtrennung der Asche

- Klärschlamm damit langfristig als Sekundärenergiequelle nutzbar

- Maximaler Nutzen bei kleinstmöglichem Aufwand

- Im existierenden Kraftwerk sind kaum Änderungen an der Infrastruktur erforderlich

- Einfaches und bewährtes Konzept

- Niedrige Investitions- und Betriebskosten

- Einfache Installation

SynGas-Kompaktmodul zur Stützfeuerung Verwendung des Synthesegases in einer externen Feuerungsanlage

Wirbelschicht – Vergaser

Aschen- granulat

850 – 880 °C

Müllverbrennung Kohlekraftwerk Zementfabrik

…

1. Vergasung 2. Externe Verwendung

Klärschlamm-Mitverwendung UND dennoch 100% reine Asche!

Phosphor -

Rückgewinnung

Düngemittel

Inerter Füllstoff


Zusammenfassung

1. Europaweit werden kurz- bis mittelfristig hohe Kapazitäten an Klärschlamm-Monoverwertungsanlagen erforderlich sein

2. Klärschlammvergasung ist der Monoverbrennung hinsichtlich der Endprodukte sehr ähnlich, bietet aber mehr Möglichkeiten und eine höhere Effizienz in Bezug auf die Energierückgewinnung bei kleineren Anlagen

3. Die Lösungen von KOPF SynGas öffnen heute den Weg für eine dezentrale und dennoch effiziente, thermische Klärschlammverwertung


Fragen und Diskussion

Weitere Fragen?

Wir antworten gerne!

Pascal Ackermann Dipl.- Ing [email protected] Tel. +49 7071 54 9 54-62

Niederlassung Tübingen Derendinger Straße 40 72072 Tübingen Deutschland

Tel. + 49 7071 54954 – 50 Fax + 49 7071 54954 – 60 Mail [email protected] Web kopf-syngas.de

Eoin Butler BE (Hons), PhD [email protected] Tel. +49 7071 54 9 54-56

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