Gaserzeugung aus Holz

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GASERZEUGUNG AUS
HOLZ
by
Ablinger Daniela
Aschl Thomas
Agenda
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Grundlagen
• Geschichte der Holzvergasung
• Phasen der Holzvergasung
Vergasungsanlagen und
Stand der Technik
• Vergaserbauarten
• Holzvergasungsanlagen
Aufbereitung des Gases
Gasnutzung
Wirtschaftlichkeit, Kosten
Geschichte der Holzvergasung
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1839 erster Holzvergaser von
Karl Bischof (Gegenstrom)
1880 industrielle Verwendung
der Vegaser, wurden später
durch Dampfmaschinen
ersetzt
1900 mobile Vergaser auf
Last- und Personenwagen
1918 Entwicklung
Gleichstromverfahren durch
G. Imbert und J. Pintsch
Durchbruch der
Holzgastechnik im 2. WK
Vergasung von Holz
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Bei der Vergasung findet eine unterstöchiometrische
Oxidation von Biomasse/Kohle statt
 Dabei entstehen brennbare Gase aus CO,H2 und in
geringen Mengen CH4 .
 Weiter befinden sich unverbrannte flüchtige KW im
Holzgas (z.B. Teer)

4 Phasen der Holzvergasung
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Trocknung
Pyrolyse
• Verdampfen des im Holz enthaltenem Wassers
• Zersetzung des Holzes
Oxidation
• Oxidation von C und H zur Deckung des Wärmebedarfs
der endothermen Teilprozesse der Holzvergasung
Reduktion
• Reduktion von CO2 und H2O , eigentliche
Holzgasentstehung
Trocknung / Pyrolyse
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Trocknung
•
•
•
10-30 %
Wassergehalt
Trocknung bei 200°C
Noch keine chemischen
Vorgänge
Pyrolyse
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
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Thermische Zersetzung
des Holzes
150-500 °C
Entstehung
gasförmiger
Kohlenwasserstoffe
und Pyrolysekoks
Oxidation / Reduktion
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Oxidation
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Bildet sich im Bereich
der Luftzufuhr
Spaltung von Koks und
Kohlen-wasserstoffen
Bildung kleinerer
gasförmiger Moleküle
(CO2, H2O, CO, CH4)
Reduktion
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


Entstehung des
Holzgases bei 650950°C
Bildung des Großteils
der brennbaren
Bestandteile
Reduktion von CO2 und
H2O zu H2, CO
Methanreaktion
Zusammensetzung von Holzgas
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Quelle: Biomasseverband OÖ
Reaktortypen bei der Holzvergasung
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Festbettvergaser - Gegenstrom
Festbettvergaser - Gleichstrom
Wirbelschichtvergaser
Flugstromvergaser
Festbettvergaser
Gleichstrom
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
+
+
+
+

−
−
Vorteile
Gute Gasqualität
Einfaches Konstruktionsprinzip
Geringer Teergehalt im Rohgas
(100 – 1.000mg/m³)
Weniger Kondensat in der
Gasreinigung
Nachteile
Geringere
Brennstoffvariabilität bezogen
auf Wassergehalt und
Stückigkeit
Hohe Temperatur des
Produktgases
Festbettvergaser
Gegenstrom
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
+
+
+

−
Vorteile
Verwendung von
Brennstoff mit Feuchte
bis zu 50 % möglich
Keine besonderen
Ansprüche an
Stückigkeit
Niedrige Temperatur
des Produktgases
Nachteile
Ablagerung von Teer im
Vergaser
Festbettvergaser
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
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Kleine Holzvergasungsanlagen meist mit
Festbettverfahren
Gegenstromvergaser mit hohem Teergehalt im
Holzgas (Energieverlust!)
Niedriger Holzgas-Teergehalt bei
Gleichstromvergasern
Wirbelschichtvergaser
zirkulierende Wirbelschicht
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
Funktionsweise
Einblasen von Luft/Dampf
(Fluidisierungsluft) in Kessel
•
Brennstoff und Quarzsand
durch Fluidisierungsluft
ausgetragen
•
Feststoff mittels Zyklon
rückgeführt
•
Wirbelschichtvergaser
stationäre Wirbelschicht
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
•
•
•
•
Funktionsweise
Einblasen von Luft/Dampf
(Fluidisierungsluft) in Kessel
Brennstoff und Quarzsand erreichen
max. Freeboard.
Kühlung des Bettes < 900°C
Abscheidung der Asche mittels
Zyklon
Wirbelschichtvergaser
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Vorteile
+
+
+
+
Nachteile
unempfindlich gegenüber
Qualitätsfluktuation des
Brennstoffes
−
Nutzung von Kalkstein im
Brennraum zur SO2
Abscheidung
−
Hohe Wärmeübertragungsraten an den
Heizflächen
Niedrige
Verbrennungstemperatur
daher keine thermische
NOx-Bildung
−
relativ hoher Verschleiß der
Heizflächen durch erosives
Bettmaterial
Hoher Energiebedarf für
Wirbelluftgebläse
Gefahr der
Ascheerweichung
Flugstromvergaser
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
•
Funktionsweise
Betrieb mit flüssigen, gas- und
staubförmigen Brennstoffen
•
Von außen geheizter Reaktor
•
Brennstoff:~0,1 mm feiner Staub
•
Mischung von Luft und Brennstoff
•
•
Umsetzung des Brennstoffs bei 0,3 bis 8
MPa und von 1200 bis 2000°C
Ascheerweichung bildet Schlackenmantel
(Schutz vor Korrosion)
Flugstromvergaser
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Vorteile
•
•
•
•
•
hohe Effizienz
flexibel bzgl. Einsatzstoff
auch für große Anlagen
geeignet
keine Teere im Abgas
Schwermetalle in Schlacke
eingebunden
Nachteile
•
•
aufwändige
Vorbehandlung des
Brennstoffs
Beherrschung hoher
Temperaturen schwierig
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Stand der Technik
Anlagenbeispiel Güssing
•
•
•
•
•
•
•
Seit dem Jahr 2001 wird in Güssing
Strom aus Biomasse erzeugt
Stündliche Produktion aus 2.300 kg Holz:
2.000 kWh Strom, 4.500 kWh
Fernwärme
Wirbelschicht- Dampf-Vergaser
Verwendung von Wasserdampf anstatt
Luft -> stickstofffreies, teerarmes
Produktgas
Kühlung des Produktgases, abfallende
Wärme dient der Fernwärmeerzeugung
Anschließend Entstaubung des
Produktgases mittels Gewebefilter
Gasmotor wandelt die chemische Energie
des Produktgases in elektrische
Weitere Anlagen
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Gegenstromvergaser von Babcock & Wilcox Volund seit
1993 (Dänemark)- Demonstrationsanlage
Festbettvergaser der DTU (Danish Technological
University) seit 2002
2012 geling es der Firma Xylogas einen
Festbettvergaser im industriellen Maßstab herzustellen
Firma Frölings Holzvergaseranlage steht 2014 breite
Markteinführung bevor
bioliq®-Pilotanlage in KarlsruheFlugstromvergaser
Gasreinigung
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
Gasreinigung durch bekannte Verfahrenstechnische
Komponenten:
 Zyklonabscheider
 Filterung
 Wäsche
(Abwasserproblematik bzw. Verbrauch von
Lsg-Mitteln)
Nutzung von Holzgas
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Energergetische Nutzung im BHKW
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Gasmotor
Gasturbine
Brennstoffzelle
Synthesegas aus Holz
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CO +H2= Synthesegas
Wasserdampfvergasung
Aufreinigung nötig
Güssing Methangas
aus Synthesegas
Erdgas ist billiger
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Warum Holzvergasung statt
Verbrennung
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Verbrennung
Wärme
Vergasung
Holzgas
Dampfturbine
Gasmotor
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ηel. = ca. 12%
ηWärme = ca. 55%
ηel. = ca. 23-30%
ηWärme = ca. 55%
Energetische Nutzung im BHKW
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Gasmotor
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Hoher el.
Wirkungsgrad
Holzgas muss gekühlt
werden
Staub und Teer
Abscheidung wichtig
Gasturbine
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Niedriger el.
Wirkungsgrad
Holzgas kann heis
eingespeist werden
Heizwert muss
ausreichend sein.
Überlegungen zur Wirtschaftlichkeit
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Grundlast/ Wirkungsgrad
Verfügbarkeit von Biomasse
Platzverhältnisse und Lagerkapazität
Wartung
Zugang Stromnetz
Abnehmer von Wärme
Personal
Kostenstruktur
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Quelle: Biomasserverband OÖ
Kostengegenüberstellung
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- Investitionskosten 4000 bis 7500 € pro KW el.
- Betriebskosten (Rohstoff,Wartung,Personal…)
+ Wärmerlöse
+ Ökostromgesetz  Einspeisetarif
Grundlastauslegung
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Trocknung von Hackgut im Sommer zur
Überbrückung von geringem Wärmebedarf
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WIR DANKEN FÜR DIE
AUFMERKSAMKEIT !!