Gasreinigung für teerarme Produktgase aus der gestuften Biomassevergasung

Kurzbeschreibung

Aufgrund des Effizienzvorteils (doppelte Stromausbeute) der Biomassevergasung mit Kraft-Wärme-Kopplung gegenüber auf Verbrennungssystemen basierenden KWKs im kleinen bis mittleren Leistungsbereich sind derartige Anlagen prädestiniert für den dezentralen Einsatz, in dem von der Wärmeabnahme her betrachtet das größte Realisierungspotential liegt.

Dieses Projekt setzt die grundlagenbasierte Technologieentwicklung der gestuften Biomassevergasung im kleinen und mittleren Leistungsbereich (< 500 kWel) am Institut für Wärmetechnik, TU Graz fort, durch welche ein teerarmes Produktgas (< 10 mg/Nm³ Teere) durch Primärmaßnahmen in der Gaserzeugung erreicht wurde. In diesem Verfahren liegt die Beladung mit organischen Schadstoffen somit bereits nach der Gaserzeugung im rohen Produktgas unter dem Grenzwert der gasmotorischen Nutzung (50 mg/Nm³). Ein Verzicht auf eine - im Allgemeinen kostenintensive - nasse Gasreinigung zur Teerabscheidung ist daher möglich und in Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit und auf eine erfolgreiche Markteinführung erstrebenswert. Die hohe Qualität und Reinheit des erzeugten Produktgases steigert auch die Anlagenverfügbarkeit und Betriebssicherheit, und die Schadstoffemissionen der Anlage werden erheblich gesenkt.

Die Funktionstüchtigkeit der gestuften Gaserzeugungs-Technologie wurde in ersten Projekten bereits erwiesen. Im vorliegenden Projekt sollen die offenen Fragestellungen für die Gesamtprozesskette fundiert bearbeitet und gelöst werden, wodurch das gestufte Verfahren in der Folge in einer Demonstrationsanlage umgesetzt und erprobt werden kann.

Diese Fragestellungen beziehen sich im Wesentlichen auf die Gaskühlung und Wärmeführung des Gesamtprozesses (Wärmerückführung in die gestufte Gaserzeugung) und auf die Gasreinigung der anorganischen Schadstoffe (Stickstoff-, Chlor- Schwefel-, und Alkalimetallverbindungen). Dies im Hinblick auf eine Prozesskette, die ohne eine nasse Gasreinigung und nachgeschalteter Abwasseraufbereitung auskommt. Bspw. führt Ammoniak zu hohen NOx-Emissionen im Motorabgas, Kalium zerstört den Oxidationskatalysator nach dem Motor, der die CO-Emission reduziert.

Schwerpunkte:

1. Theoretische Grundlagenstudien und deren intensive experimentelle Überprüfung im Bereich der Gaskühlung und trockenen Gasreinigung, u.a. hinsichtlich
   • einer effizienten Aersolabscheidung zur Vermeidung von Katalysatorschäden in der Abgasnachbehandlung,
   • der Depositions- und Korrosionseigenschaften anorganischer Schadstoffe,
   • der Abreinigung von Ammoniak zur Vorbereitung des Prozesses auf niedrigere Emissionsgrenzwerte
   • der Inhaltsstoffe im ggf. anfallenden Kondensat
   • deren prozessinternen Rückführungs- und Verwertungsmöglichkeiten und
   • dessen Einleitemöglichkeiten
   • Parametertests der konzipierten Gasreinigungsanlage innerhalb von Langzeit-Laborversuchen
2. Grundlagenstudien und Erweiterungen an der Versuchsanlage (50 kWel) der gestuften Gaserzeugung, u.a. hinsichtlich
   • der gezielten Verringerung von anorganischen Schadstoffen durch Primärmaßnahmen,
   • der Rückführbarkeit von Stoffströmen (Kondensatwasser),
   • der Weiterentwicklungen in der Verfahrenssimulation.

Mit den durchzuführenden Forschungsarbeiten kann die Gestufte Vergasung als eine betriebssichere, hocheffiziente und wirtschaftliche KWK-Technologie weiter in Richtung Demonstration entwickelt werden. Die Lösung der Probleme durch anorganischen Schadstoffe sichert erstens die Langzeitverfügbarkeit der Vergasungsanlage und zweitens die prinzipiell bessere Einhaltung von CO und NOx -Grenzwerten im Abgas des Gasmotors aufgrund der geringeren Schädigung der Motor- und Abgasnachbehandlungsapparate.

Projektleiter

Univ.-Ass. Dipl.-Ing. Dr.techn. Friedrich Lettner
Institut für Wärmetechnik, TU Graz
Inffeldgasse 25B, 8010 Graz
Tel.: +43 (316) 8737811
E-Mail: Friedrich.Lettner@TUGraz.at
Internet: www.iwt.tugraz.at

Kooperationspartner

• KWB - Kraft und Wärme aus Biomasse GmbH., St. Margarethen