Regenerative Energietechnik II



                 Biomasse Teil 1
                      From trash to cash




Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Prinzipielle Pfade der Biomassekonversion



                     Thermal                              Biological                Physical


   Excess air           Partial air          No Air                     Anaerobe
                                                         Pretreatment   Vergärung


 Combustion          Gasification         Pyrolysis                                 Hydrolysis
                                                         Fermentation           (Heat & Pressure)




      Heat             Fuel Gases           Liquids       Ethanol        CH4         Liquids
                       (CO + H2)


                                                    H2



Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
World Energy Scenarios
                                    Energy Transitions
            % of Primary Energy
                   80%
                             Traditional
                             Traditional
                             Biomass
                                              Coal
                   60%


                                                            Oil
                   40%

                                                                                         New
                                                                           Gas           Renewables
                   20%

                                                         Hydro                          Biofuels

                    0%                                                                   Nuclear

                      1850   1875   1900   1925   1950   1975     2000   2025    2050

                                                                                          Quelle: Shell Nederland


Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Wirkungsgrade von Biokonversionsprozessen




Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Van Krevelen Diagramm
      Atomares H/C Verhältnis

                                1.8                                 Biomasse
                                1.6
                                                       Torf
                                1.4
                                1.2            Braunkohle                                     Holz
                                      Kohle                                                   Lignin
                                1.0                                                           Zellulose

                                0.8
                                0.6

                                0.4                                           Zunahme Heizwert

                                0.2   Steinkohle

                                  0            0.2            0.4       0.6             0.8
                                                       Atomares O/C Verhältnis



Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Trockensubstanzheizwerte verschiedener Stoffe




Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Abhängigkeit des unteren
                                                    Heizwerts HU von der
                                                    Feuchtigkeit verschiedener
                                                    Brennstoffe




Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Heizwert einiger feuchter Stoffe




Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Biomassefeuerung:
                                                    Durchbrandkessel




Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Biomassefeuerung: Unterbrandkessel




Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Hamburg: Müllverwertung Borsigstraße (MVB)




      • 320.000 t Siedlungsabfälle pro Jahr         • Produktion von Dampf für Fernwärmenetz
                                                      für 54.000 Haushalte

Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Biomassekraftwerk der MVV Energie AG in Mannheim




• Stromerlös: 8,7 Cent/kWh
• Volllaststunden: 8.000 h/a




 Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Vergasung von Biomasse



                                                         Methanol
                      Biomass and waste
                                                              DME


                         Gasification                         H2



                         Reforming            Synthesis Gas


                                                        Fischer
                                                              -Tropsch

                          Natural Gas




Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Gleichstrom- und Gegenstromvergaser




       • Gegenstromvergaser                         • Gleichstromvergaser
         (Updraft gasifier)                           (Downdraft gasifier)

Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Chemische Gleichgewichte bei der Vergasung




  < C + CO2 ? 2 CO                                  ? Ho = 172.6 kJ/mol

  < C + H2O ? CO + H2                               ? Ho = 131.4 kJ/mol

  < C + 2 H2 ? CH4                                  ? Ho = - 74.9 kJ/mol

  < C + O2 ? CO2                                    ? Ho = - 393.5 kJ/mol




Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Biomassevergasung
                                                    Imbert-Vergaser:
                                                    Festbettvergasung im
                                                    Gleichstrom




Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Vergasungsvorgänge im Gleichstromvergaser




Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Modularer Biomassevergaser der Grupo Guascor (Spanien)


                                FLYING ASH      TAR
                                 REMOVAL      REMOVAL
    BIOMASS
                                EQUIPMENT    EQUIPMENT
                                                                                     TORCH




                                                              Pressure, Humidity
                           BIOGAS                              & temperature
                                                     BIOGAS
                                                              condition module
                                                                                   GUASCOR ENGINE
  AIR /
  OXYGEN                                                                                FBLD 1MWE

                                    ASH        TAR


                CHAR



                                                                                      ENERGÍA
                                                                           ENERGÍA
    • Biomasse: 700 kg/h Holzschnitzel                                               ELÉCTRICA
                                                                           TÉRMICA

    • Elektrische Leistung: 700 kW


Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
International research centre in Värnamo in south Sweden




     The aerial photo shows the Värnamo Gasifier site with different biofuel
     qualities in store


Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Verwendungsmöglichkeiten für Synthesegas
                            Cat: Ni, Fe,
                                                                                             HYDROGEN
                              Cu-Zn
                                                      Cat: Cu-Zn,                            ETHANOL,
         BIOMASS                                        Cu-Co                                MIXED ALCOHOLS

                                                     Cat: Cu-ZnO
                                                                                             METHANOL, DME

                                                    Cat: H3PO4,
                                                      Cr2O3                                  OLEFINS
         FEED PREP

                                                                                             LPG
                                                       Cat: Fe
                                                                                             NAPHTHA
       GASIFICATION       Cat: Ni          SYNGAS                       FTL   UPGRADING
                                                                                             KEROSINE/DIESEL
                                                       Cat: Co/K                             LUBES
                                                                                             WAXES
                                                     Cat: Cu-ZnO       MeOH   Cat: Zeolite   GASOLINE
         CLEANUP

                                                    Cat: Mixed Bases                         OXOCHEMICALS
                                                         Na, Ca
                                                                                             e.g., KETONES

                                                         CaCN                                AMMONIA


                            Cat: Ni/Mg                                                       SNG

      Cat = Catalytic       Combined
                              Cycle                                                          CHP
     Conversion Process

                          Cofiring/Reburn                                                    CHP



Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Prinzipielle Pfade der Vergasung von Biomasse und Kohle




Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Vereinfachtes Verfahrensschema zur
                                                    Synthesegaserzeugung aus holz-
                                                    artiger Biomasse und Aufbereitung
                                                    auf Erdgasqualität




Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Verschiedene Arten von Wirbelschichten




Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Wirbelschichtvergasung:
                                                    Winkler-Generator




Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Wirbelschichtvergasung unter Druck: Rheinbraun-HTW-Verfahren




Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Flugstromvergasung: Koppers-Totzek-Verfahren




Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Flugstromvergasung
                                                    unter Druck:
                                                    Texaco-Verfahren




Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Zusammensetzung der
                                                    Pyrolyseprodukte als
                                                    Funktion von Pyrolyse-
                                                    temperatur und Aufheizrate




Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Produkte bei der Holzverkohlung von Buchenholz




Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Schema des Reichert-Holzverkohlungsverfahrens




Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Schema des Lurgi-Holzkohle-Verfahrens




Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Lurgi-Anlage zur Verkohlung
                                                    von Holz




Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Produkte der Holzverkohlung am Beispiel von Buchenholz




Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Holzverkohlungsanlage mit Destillation




Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Schema der destillativen Aufarbeitung von Holzteer




Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Eukalyptus-Plantage in
                                                    Brasilien




Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Räumen eines Holzkohle-Meilers in Brasilien




Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik

Vorlesung 2009 biomasse1