RENEWBILITY „Stoffstromanalyse nachhaltige Mobilität im Kontext ...

Institut für Verkehrsforschung
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Biomassevergasung
Bei der anschließenden Vergasung wird die Biomasse (Vergasungsstoff) in
hochkalorisches Gas umgewandelt. Dabei wird ein sauerstoffhaltiges Vergasungsmittel
unterstöchiometrisch zugeführt. Dazu können prinzipiell Sauerstoff, Wasserdampf
und/oder Kohlenstoffdioxid verwendet werden – der Einsatz von Luft als
Vergasungsmittel wird im Fall der Produktion synthetischer Kraftstoffe wegen der
hohen Inertgasanteile im Produktgas ausgeschlossen. Ähnliches gilt – wenn auch in
vermindertem Maße – für Kohlenstoffdioxid, weshalb zumeist Sauerstoff oder
Wasserdampf bzw. Gemische aus beiden Vergasungsmitteln eingesetzt werden.
Der Vorgang der Vergasung lässt sich grob in vier verschiedene Bereiche aufteilen.
Zunächst findet eine Aufheizung und Trocknung des Brennstoffs statt. Anschließend
erfolgt die pyrolytische Zersetzung. In der anschließenden Oxidation erfolgt die
Aufspaltung des Kokses. Bei der nachfolgenden Reduktion werden die während der
Oxidation entstehenden Verbrennungsprodukte und Wasserdampf mit festem
Kohlenstoff reduziert. Im Ergebnis entsteht ein Rohgas, das hauptsächlich
Kohlenstoffmonoxid, Kohlenstoffdioxid, Wasserstoff, Methan sowie Wasserdampf
enthält.
Vergasungsverfahren werden wesentlich von der Reaktorart, der Art der Wärmebereitstellung
und dem Druckniveau beeinflusst. Für die Biokraftstofferzeugung sind
dabei die folgenden Reaktorbauarten relevant /1//11//12//17//19/:
� Wirbelschichtverfahren (d. h. Ausbildung einer stationären oder zirkulierenden
Wirbelschicht durch das von unten in den Reaktor strömende
Vergasungsmittel). Durch eine homogene Brennstoffverteilung im gesamten
Reaktionsraum können sich keine unterschiedlichen Reaktions- und
Temperaturzonen ausbilden, und die verschiedenen Teilreaktionen laufen bei
einer gut regelbaren Temperatur von 700 bis 900 °C parallel ab.
Verfahrensbedingt sind damit im Vergleich zu Festbettverfahren bessere
Wärme- und Stoffübertragungen zwischen Gas und Feststoff und damit ein
verbesserter Durchsatz bei kompakten Anlagengrößen erreichbar. Wirbelschichten
haben sich in der stationären wie auch in der zirkulierenden
Ausführung großtechnisch bewährt.
� Sonderverfahren (d. h. Einsatz einer mehrstufigen Technik unter örtlicher
Trennung der genannten Teilschritte der Vergasung, z. B. mittels pyrolytischer
Zersetzung in einem Drehrohrreaktor und anschließender
Flugstromvergasung). Bei den Flugstrom-Druckvergasungsverfahren wird
Vergasungsstoff geringer Partikelgröße bei hohen Temperaturen (1.200 bis
2.000 °C) innerhalb weniger Sekunden vergast. Drücke von bis zu 100 bar sind
möglich. Hohe Kohlenstoffumsätze sind realisierbar (> 99 %).
Flugstromvergaser sind für viele Brennstoffe geeignet, die allerdings in
pumpfähiger Form vorliegen müssen. Das erzeugte Produktgas ist teerfrei und
methanarm, die Asche wird flüssig abgezogen. Von einstufiger Vergasung wird
gesprochen, wenn fein gemahlener oder flüssiger Brennstoff direkt vergast
Endbericht, Teil 1
Dezember 2009