Optimierung und Bewertung von Anlagen zur Erzeugung von ...

Technologien 9
Beispiel für stationäre Wirbelschichtvergaser zur Vergasung von Biomasse ist u. a.
die Anlage am Standort Skive (Dänemark) [Bush 2008].
� Zirkulierende Wirbelschichtvergaser. In zirkulierenden Wirbelschichtvergasern tritt
das Vergasungsmittel mit höheren Geschwindigkeiten in den Vergasungsreaktor
ein (5 bis 10 m/s) als bei stationären Verfahren. Dadurch existiert keine klar
erkennbare Bettoberfläche mehr, die das Wirbelbett räumlich vom Freeboard
trennt. Durch die hohe Einströmgeschwindigkeit des Vergasungsmittels wird
zudem ein höherer Feststoffanteil mit dem Rohgas mitgerissen als bei stationären
Reaktoren. Dieser muss mit Hilfe eines Zyklons wieder vom Gas getrennt und in
den Vergasungsreaktor zurückgeführt werden (ein Teil der Feststoffphase
zirkuliert) [Knoef 2005], [Kaltschmitt 2009]. Ein Vorteil von zirkulierenden
Wirbelschichtvergasern ist der im Vergleich zu stationären Wirbelbetten hohe
Kohlenstoffkonversionsgrad. Ein Beispiel für ein zirkulierendes Wirbelschichtverfahren
zur Vergasung von Biomasse ist die Anlage am Standort Värnamo
(Schweden) [Ståhl 1999].
� Zweitbett-Wirbelschichtvergaser. Diese bestehen aus zwei Wirbelschichtreaktoren:
dem Vergasungsreaktor und der Brennkammer. Ähnlich wie beim zirkulierenden
Wirbelschichtvergaser wird das vom Gas ausgetragene Bettmaterial durch einen
Zyklon vom Rohgas abgetrennt und in den Vergasungsreaktor zurückgeführt. Auf
dem Weg zurück in die Brennkammer passiert das Bettmaterial die Brennkammer
und wird dort aufgeheizt. Auf diese Weise wird Wärme von der Brennkammer in
den Vergasungsreaktor transportiert und dadurch der Wärmebedarf der
endothermen Vergasungsreaktionen gedeckt. Aufgrund dieser allothermen
Wärmezufuhr in den Vergasungsreaktor kann Wasserdampf als Vergasungsmittel
verwendet und damit ein nahezu stickstofffreies Rohgas mit relativ hohem
Wasserstoffanteil erzeugt werden. Beispiele für Zweibett-Wirbelschichtverfahren
sind u. a. der Vergaser am Standort Güssing (Österreich) [Hofbauer 2002], der
Vergaser am Standort Petten (Niederlande) [van der Meijden 2008] und der
Vergaser am Standort Burlington (USA) [Paisley 2002].
2.1.2.3 Flugstromverfahren
In Flugstromvergasern werden feinkörnige Brennstoffpartikel bzw. Brennstofftropfen
innerhalb weniger Sekunden bei Temperaturen zwischen 1300 und 1600 °C und Drücken
bis etwa 60 bar vergast [Knoef 2005]. Als Vergasungsmittel wird meist Sauerstoff
verwendet. In Bezug auf viele Gasanwendungen erweist sich die Tatsache als vorteilhaft,
dass durch die Flugstromvergasung ein nahezu teerfreies Rohgas mit einem sehr geringem
Methangehalt bei hohen Kohlenstoffkonversionsraten (> 99 %) produziert wird. Da die
Brennstoffe zum Einsatz in Flugstromvergasern zerstäubbar/pumpbar sein müssen,
befinden sich für den Einsatz von Biomassen als Brennstoff thermo-chemische
Brennstoffvorbehandlungsmethoden (z. B. Pyrolyse, Torrefizierung) in der Diskussion.
Diese sind jedoch mit entsprechenden energetischen und prozesstechnischen
Aufwendungen verbunden. Neben dem hohen Prozessaufwand für die Produktion von
reinem Sauerstoff als Vergasungsmittel und für die Biomassevorbehandlung erweisen sich
zudem die extremen Prozessbedingungen (z. B. hohe Vergasungstemperaturen, hohe
Vergasungsdrücke) als nachteilig [Higman 2003]. Aus diesen Gründen wird der Einsatz
von Flugstromvergasern in erster Linie in Zusammenhang von Anlagenleistungen
mehrerer hundert Megawatt Feuerungswärmeleistung diskutiert [Knoef 2005],
[Fürnsinn 2008], [Meyer 2007]. Die Konversion von Biomasse in Flugstromvergasern
befindet sich derzeit in der Erprobung. Flugstromvergaser werden jedoch zur Vergasung
von Kohlen kommerziell angeboten [Hannemann 2007], [Abraham 2009].