biomassevergasung wiese tuhh (6.377 KB)

gewinnen insbesondere zweistufige Vergasungsreaktoren an Bedeutung.
4.2. VERGASUNGSREAKTOR
In einem ersten Reaktor wird die Biomasse getrocknet und pyrolysiert. Im nachfolgenden
Reaktor wird das erzeugte, teerhaltige Pyrolysegas bei Temperaturen von mindestens 1350 K
partiell oxidiert. Die dabei entstehenden heißen Gase werden an den festen, kohlenstoffhaltigen
Pyrolyseprodukten reduziert. Diese Prozessführung ermöglicht die Erzeugung eines teerfreien
Rohgases, da die bei der Pyrolyse entstandenen, aromatischen Kohlenwasserstoffverbindungen
in der feststofffreien Brennkammer bei Temperaturen von über 1350 K vollständig thermisch
aufgespalten werden.
4.2.3 Teerbildung
Da die Gasaufbereitung bei motorischer Gasnutzung auf die im Rohgas vorhandenen Teere
und deren Konzentration abgestimmt werden muss, werden im Folgenden die im gesamten
Vergasungsreaktor ablaufenden Teerbildungsmechanismen und die darauf einwirkenden Einflussgrößen
beschrieben.
Bei der Erhitzung der Biomasse bilden sich aus Cellulose und Lignin bei Temperaturen bis
670 K primäre Teere. Dies sind im Wesentlichen Aldehyde, Alkohole, komplexe Phenole und
Furane. Durch weiteres Erhitzen zerfallen diese Verbindungen zu phenolischen Etheren (770 K),
heterozyklischen Etheren (970 K) und schließlich zu polyzyklischen, aromatischen Kohlenwasserstoffen
(PAK, 1170 K) [52], [26]. Bei Temperaturen über 1350 K zerfallen die Teere bei
ausreichender Verweilzeit zu kleinen Molekülen mit weniger als sechs C-Atomen.
Der Teergehalt im Rohgas wird maßgeblich von der maximalen Temperatur, auf die das teerhaltige
Gas erhitzt wird, bestimmt. Mit steigender Temperatur nimmt der Teergehalt ab. Der Zusammenhang
zwischen dem in einer Wirbelschichtvergasungsanlage gemessenen Rohgas-Teergehalt
und der Vergasungstemperatur ist in Abbildung 4.6 dargestellt. Unter Teer-II werden dabei alle
Kohlenwasserstoffverbindungen verstanden, die bei Temperaturen oberhalb von 400 K bei Umgebungsdruck
kondensieren. Kohlenwasserstoffe mit bis zu drei Benzolringen werden als Teer-I
bezeichnet [24].
Durch die Erhöhung der Vergasungstemperatur von 1020 K auf 1155 K kann der Gehalt an
Teer-II-Verbindungen um 70 % reduziert werden (Abbildung 4.6). Zur Anhebung der Vergasungstemperatur
wird vermehrt Luft in den Vergasungsreaktor gegeben (λ steigt). So wird mehr
Biomasse im Vergasungsreaktor zu CO2 und H2O oxidiert, sodass mit steigender Temperatur
im Reaktor der Heizwert Hu des erzeugten Gases sinkt. Da durch die Temperaturanhebung von
1020 K auf 1050 K Teer-II-Verbindungen vermehrt aufgespalten werden, nimmt der Gehalt an
Teer-I-Verbindungen zunächst zu. Erst bei einer weiteren Temperaturerhöhung überwiegen die
Zerfallsreaktionen der Teer-I-Verbindungen gegenüber der Neubildung aus Teer-II-Verbindungen.
Eine Temperaturerhöhung über 1150 K ist aufgrund der Ascheerweichungstemperatur im Wirbelschichtvergasungsreaktor
nicht möglich. Der Einfluss des Luftverhältnisses, des Wassergehaltes
der Biomasse, der Biomassezusammensetzung und des Einsatzes von Dampf als Vergasungsmedium
auf den Teergehalt im Rohgas ist verglichen mit dem Einfluss der maximalen Temperatur
gering [28], [76].
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