Biom2 (Phys. + Therm. Prozesse, 2.VL) Flashcards

Question 1

Q

Umwandlungspfade für energetische Biomassennutzung: Welche physikalische Prozesse gibt es im Wesentlichen? (3)

Answer

A

Verdichtung

Zerkleinerung

Abpressung

Question 2

Q

Umwandlungspfade für energetische Biomassennutzung: Physikalische Prozesse wie Verdichtung, Zerkleinerung und Abpressung werden zur Erzeugung welcher Produkte eingesetzt? (3)

Answer

A

Pflanzenöl

Scheitholz, Häcksel etc.

Briketts, Pellets etc. (unser Fokus)

(allgemeine dienen sämtliche physikalische Prozesse eigentlich im späteren zur Nutzung in thermochemischen Prozessen)

Question 3

Q

Allgemein dienen eigentlich sämtliche physikalische Prozesse dazu Produkte zu erzeugen, die dann in ?(1)? Prozessen genutzt werden können.

So werden Scheitholz, Häcksel, Briketts, Pellets etc. in der ?(2)? eingesetzt.

Pflanzenöle können sowohl in der ?(3)? als auch in der ?(4)? und ?(5)? eingesetzt werden

Answer

A

(1) thermochemischen

(2) Verbrennung

(3) Verbrennung

(4) Vergasung

(5) Verflüssigung, Umesterung

(siehe slide 2)

Question 4

Q

?? sind mit oder ohne Bindemittel bzw. Presshilfsmittel aus zerkleinerter fester Biomasse gepresste Biobrennstoffe zu verstehen, bei denen es sich meist um ein Schüttgut handelt
–> haben gewöhnlich eine zylindrische Form mit einem Durchmesser von in Europa üblicherweise 6 bzw. 8mm und weisen gebrochene Enden auf (DIN ISO 16559)

Question 5

Q

?? sind mit oder ohne Bindemittel aus zu Partikeln aufgearbeiteter fester organischer Masse gepresste Biobrennstoffe in quaderförmiger oder zylindrischer Form
–> Einheiten bei denen es sich überlicherweise um ein Stückgut handelt
–> gelegentlich kommen auch andere, z.B. achteckige Querschnittsformen vor

Question 6

Q

Pellets –> meist Schüttgut oder Stückgut?

Briketts meist Schüttgut oder Stückgut?

Answer

A

Pellets –> meist Schüttgut

Briketts –> meist Stückgut

Question 7

Q

Blockfließbild einer Holzpelletproduktion
–> slide 4

Question 8

Q

Holzpelletproduktion

Im ?? will man verschiedene Größen im Hackgut voneinander abtrennen (Klassierung).

Answer

A

Übergrößensieb

Question 9

Q

Holzpelletproduktion

Im Übergrößensieb will man verschiedene Größen des Hackguts voneinander abtrennen (Klassierung).

Welche Verfahren können hier zur Klassierung bspw. verwendet werden?

Answer

A

Prinzip eines horizontalen Querstrom-Windsichters
–> siehe slide 5

Siebverfahren (Plansiebverfahren, Trommelsiebverfahren, Scheibensiebverfahren, Sternsiebverfahren)
–> siehe slide 6

Question 10

Q

Erkläre das Prinzip eines horizontalen Querstrom-Windsichters zur Klassierung!

Answer

A

Ein horizontaler Luftstrom wird verwendet um schwergutfreies Material von Schwergut zu trennen.

Schwergutfreies Material wird vom Luftstrom mitgerissen, während schwere Partikel durch den Luftstrom hindurchfallen und als Schwergut aussortiert werden

-> siehe slide 5

(Es gibt allgemein sowohl Querstrom- als auch Gegenstromwindsichter)

Question 11

Q

Holzpelletproduktion

Plansiebverfahren (Horizontalsieb) zur Klassierung
–> Zunahme der Siebweiten entgegen der Materialflussrichtung.
–> siehe slide 7!!

Question 12

Q

Holzpelletproduktion

Trommelsiebverfahren zur Klassierung
–> Zunahme der Siebweite in Materialflussrichtung
–> siehe slide 7!!

Question 13

Q

Beim Trommelsiebverfahren nimmt die Siebweite in Materialflussrichtung ab.

Wahr/Falsch?

Answer

A

FALSCH

Zunahme der Siebweite in Materialflussrichtung

Question 14

Q

Beim Plansiebverfahren (Horizontalsieb) nehmen die Siebweiten entgegen der Materialflussrichtung zu.

Wahr/Falsch?

Question 15

Q

Wenn bei der Palettierung Siebe eingesetzt werden, dann würde bspw. beim Plansiebverfahren lediglich ein Sieb verwendet werden, weil nur die groben von den feinen Materialien abgetrennt werden sollen. Genauso würde auch beim Trommelsiebverfahren nur eine Lochgröße verwendet werden mit der das gröbste Material aus der Trommel ausgetragen wird und das feine Material unterhalb der Trommel (also nachdem es durch Löcher hindurch gefallen ist) von Laufbändern abgetragen wird.

Question 16

Q

Holzpelletproduktion

Nachdem das Hackgut durch das Übergrößensieb (Siebverfahren oder Windsichter) klassiert wurde, können die Übergrößen in der ?(1)? verwendet werden, die später für die ?(2)? benötigt wird, während das restliche Gut in den ?(3)? kommt und erneut klassiert wird.

Answer

A

(1) Feuerung

(2) Trocknung

(3) Magnetabscheider und/oder Allmetallabscheider kommt

Question 17

Q

Holzpelletproduktion

An einem gefällten Baum könnten sich noch Metalle befinden. Diese Metalle würden bei weiteren Zerkleinerungen im späteren Prozessverlauf zu einer erheblichen Beschädigung der eingesetzten Maschinen beitragen.

Aus diesem Grund muss sichergestellt werden, dass keine Metalle im Stoffstrom mehr vorhanden sind.

Dies kann auf zwei Arten sichergestellt werden: ??

Answer

A

Magnetabscheider

und/oder

Allmetallabscheider (mit z.B. Druckluftseparierung)

Question 18

Q

Magnetabscheider (Klassierung)

Es gibt einen Magnet oberhalb des Förderbandes mit Stoffstrom, über den wiederum selbst ein Förderband läuft.

Die magnetischen Stoffe im Stoffstrom auf dem unteren Förderband werden vom Magneten angezogen und aufgrund des oberen Förderbandes (um den Magneten) abtransportiert und neben dem Förderband mit Stoffstrom herabgelassen und aufgesammelt. Auf dem Förderband mit Stoffstrom verbleibt das Fe-Metall-freie Material.
–> siehe slide 8!!

Question 19

Q

Allmetallabscheider (mit Druckluftseparierung) (Klassierung)

Sobald ein Metalldetektor ein Metallstück im Stoffstrom detektiert, steuert er z.B. ein nachgelagertes Ausblas-System an.

Da die Wegstrecke und Laufgeschwindigkeit des Stoffstroms bekannt ist, kann der Druckstoß des Ausblas-Systems relativ genau angesteuert werden.

Der Druckstoß stößt dann die Metallverunreinigungen aus dem Material heraus.
–> Es kann natürlich vorkommen, dass direkt neben den Metallverunreinigungen auch ein nicht-metallischer Partikel ist, welcher dann ebenfalls mit angestoßen wird.
–> siehe slide 8

Question 20

Q

Holzpelletproduktion

Nach der erneuten Klassierung im Metallabscheider kommt das überbleibende Material in die ?(1)?, welche mithilfe der ?(2)? vollzogen wird. Zur ?(2)? können wiederum die zuvor aussortierten ?(3)? oder ggf. auch die zuvor bei der ?(4)? abgetrennte ?(5)? als Brennstoff genutzt werden.

Answer

A

(1) Trocknung

(2) Feuerung

(3) Übergrößen

(4) Entrindung

(5) Rinde

–> siehe Ablaufschema nochmal auf slide 7

Question 21

Q

Holzpelletproduktion

Nach der Trocknung gelangt das Material in ein ?(1)?.

Es kann auch sein, dass der Prozess der Holzpelletierung erst hier beginnt, nur dann muss eine ständige Anlieferung und Ablagerung der ?(2)? erfolgen.

Answer

A

(1) Trockenspanlager

(2) Hobelspäne

Question 22

Q

Holzpelletproduktion

Nach der Trockenspanlagerung kommt die ?(1)?.

Hier werden Mühlen genutzt. Diese kommen meist dann zum Einsatz, wenn die Zielkorngröße im Bereich von weniger als ?(2)? liegt.

Je nach Ausgangsmaterial und Verwendungszeck werden unterschiedliche Prinzipien angewendet: ?(3)? oder ?(4)?

Answer

A

(1) Trockenvermahlung

(2) 10mm

(3) Die Schlagzerkleinerung (bei Hammermühlen)

(4) Die schneidende Zerkleinerung (bei Schneidmühlen)

Question 23

Q

Holzpelletproduktion - Trockenvermahlung - Schneidmühle (schneidende Zerkleinerung)

Das (getrocknete) Material wird über ein Förderband in die Schneidmühle hineingegeben und bewegt sich dann in der Schneidemühle.

Es gibt an den Armen befestigte Schneidewerkezeuge. Dieses Schneidewerkzeug läuft nicht direkt am Boden/Außenhülle lang, sondern bewahrt einen gewissen Abstand. Dieser Abstand definiert im Wesentlichen dann die gewünschte ?(1)?. Der Abstand kann entsprechend vorab eingestellt werden.

Der jeweilige Arm treibt das Material vor sich her und schneidet es entsprechend mit dem Schneidewerkzeug ab. Im unteren Teil der Schneidemühle befindet sich eine Art Matrix, durch die das Material hindurchfällt, sobald es klein genug geschnitten ist. Ist es noch nicht klein genug bleibt es in der Mühle und wird vom nächsten Arm bearbeitet.

Answer

A

(1) Zielkorngröße

–> siehe slide 10!

Question 24

Q

Holzpelletproduktion - Trockenvermahlung - Hammermühle (Schlagzerkleinerung)

Das (getrocknete) Material wird über ein Förderband in die Hammermühle hineingegeben und bewegt sich dann darin.

Es liegt hier keine schneidende, sondern eine schlagende Zerkleinerung vor.

Die Hammer laufen auf der Matrix unten lang und schlagen das Material durch die Matrix hindurch.

Wenn das Material durch einen Hammer noch nicht ausreichend zerkleinert wurde, um durch die Matrix hindurchgeschlagen zu werden, bleibt es in der Mühle und wird vom nächsten Hammer weiter bearbeitet.

–> siehe slide 10

Question 25

Q

Nach der Trockenvermahlung, kommt die ?(1)?, wo ein Eintrag von ?(2)? und ?(3)? erfolgen kann.

Answer

A

(1) Konditionierung

(2) Wasser

(3) Additiven

Question 26

Q

Holzpelletproduktion - Konditionierung

Vor der eigentlichen Pressung muss das zerkleinerte Material konditioniert werden. Diese Konditionierung dient wozu?

Answer

A

Dient der Einstellung des gewünschten Wassergehaltes, der Mischung bzw. der Homogenisierung von Rohstoff und den ggf. zugegebenen Presshilfsmittel(n) sowie den möglicherweise zugemischten Additiven (zur Beeinflussung der verbrennungstechnischen und damit der chemisch-stofflichen (Brennstoff-)Eigenschaften)

Question 27

Q

Holzpelletproduktion

Nach der Konditionierung gelangt das bearbeitete Material wo?

Answer

A

In den Pressen

Question 28

Q

Beschrifte den Ablauf auf slide 4!!

Question 29

Q

Holzpelletproduktion - Presse

Arbeitsprinzip einer Kollergangpresse mit Fachmatrize

Material wird über eine Förderschnecke hinzugeführt. Es fällt auf die Koller oder zwischen diese auf die Flachmatrize. Die Walze rotiert sodass auch die Koller rotieren.

Das Material verdichtet sich und wird weiter zerkleinert (wenn es noch nicht klein genug war)

Koller treiben Material vor sich her und wenn das Pressmaterial ausreichend verdichtet wurde, gelangt es durch die Öffnungen der Matrize hindurch. Dabei wird das Material durch das Hindurchpressen durch die Kanäle stark verdichtet.

Durch die Verdichtung kommt es auch zu einem Temperaturanstieg des Materials, weshalb vorab in der ?(1)? das Wasser hinzugefügt wurde. Das Wasser verdampft und entweicht. Dies führt zu einer leichten Abkühlung, die ausreicht, um eine Entzündung des Materials zu vermeiden.

Answer

A

(1) Konditionierung

–> slide 14

Question 30

Q

Prinzip einer Produktionsanlage für Holzpellets
–> hier nur Prozess, der mit bereits zerkleinertem Rohmaterial startet
–> Beschrifte slide 15!

Question 31

Q

Holzpelletproduktion - Produktionsanlage

Wenn man mit bereits zerkleinerten und getrockneten Rohstoffen startet (z.B. Sägemehl), dann ist der spezifische Verbrauch an Energie, die für die Palettierung benötigt wird nur ?(1)? % des Energiegehaltes welcher sich in den Pallets befindet.
–> Die Energie wird hierbei hauptsächlich durch die Palletierpresse verursacht

Wenn allerdings der gesamte Prozess ab der Entrindung betrachtet wird, dann wird recht viel Energie für die Trocknung aufgewandt, wodurch der Energieverbrauch insgesamt deutlich ansteigt und der Energieverbrauch der gesamten Anlage ungefähr ?(2)? % des Energiegehalts in den Pallets ausmacht.

Answer

A

(1) 1,5

(2) 14%

Question 32

Q

Brikettierung ist im wesentlichen der gleiche Prozess wie bei der Pelletierung. Bei der Brikettierung werden einfach nur größere Presseinheiten geformt.

Question 33

Q

Nenne Vorteile der Brikettierung und Pelletierung! (6)

Answer

A

Eine hohe volumetrische Energiedichte und die damit verbundenen logistischen Vorteile

Günstige Fließ- und Dosiereigenschaften

Ein geringer Wassergehalt im Brennstoff und deshalb eine hohe Lagerstabilität (d.h. kein bzw. kaum biologischer Abbau)

Die einfache Möglichkeit zur Verwendung von Zuschlagstoffen zur Veränderung der chemisch-stofflichen und/oder physikalisch/mechanischen Brennstoffeigenschaften

Eine geringe Staubentwicklung bei Umschlagsprozessen

Eine hohe Brennstoffhomogenität (d.h. Normung bzw. Standardisierung bestimmter Brennstoffparameter ist vergleichsweise einfach möglich)

Question 34

Q

Umwandlungspfade der energetischen Biomassenutzung:

In welche Prozesse können Thermochemische Prozesse grundlegend unterschieden werden? (3)

Answer

A

Verbrennung

Vergasung

Verflüssigung, Umesterung

Question 35

Q

Umwandlungspfade der energetischen Biomassenutzung
–> Beschrifte slide 18

Question 36

Q

Konversion von Biomasse
–> siehe slide 19!!

Question 37

Q

Thermochemische Konversionsverfahren - Aufbau von Holz

-> slide 20

Question 38

Q

Thermochemische Konversionsverfahren zur Biomassennutzung

1) Durch Verbrennung können welche Produkte entstehen?

2) Durch Vergasung können welche Produkte entstehen?

Answer

A

1) elektrischer Strom, Nutzwärme, Abgas, Asche

2)
–> Nutzwärme, Reststoffe, elektrischer Strom, Nutzwärme
–> Brenn-, Kraft- und Chemierohstoffe; sekundäre Wertstoffe

Question 39

Q

Thermochemische Konversionsverfahren zur Biomassennutzung

Beschrifte slide 21!!

Question 40

Q

Thermochemische Konversionsverfahren

Bei der thermischen Umsetzung von festen, organischen Brennstoffen laufen immer die folgenden Prozesse ab: ?? (4)

Answer

A

Trocknung (100°C)

Pyrolyse/Entgasung (> 200°C)

Vergasung (> 600°C)

Verbrennung (> 700°C)

-> siehe Abb. slide 24

Question 41

Q

Thermochemische Konversionsverfahren - thermische Umsetzung von festen, organischen Brennstoffen

Beschreibe den Prozess der Trocknung!

Answer

A

Durch Erwärmung wird dem feuchten Brennstoff das Wasser entzogen.

Die Umwandlung des im Brennstoff enthaltenen Wassers benötigt Energie (2,257 kj/kg Wasser)

Question 42

Q

Thermochemische Konversionsverfahren - thermische Umsetzung von festen, organischen Brennstoffen

Die für den Prozess der Trocknung benötigte Energie stammt oft woher?

Answer

A

Oft von hintergelagerten Prozessen

(z.B. stellt die Verbrennung einen Teil der Energie für die Trocknung da)

Question 43

Q

Thermochemische Konversionsverfahren - thermische Umsetzung von festen, organischen Brennstoffen

1) Beschreibe den Prozess der Pyrolyse/Entgasung!

2) Welche festen Rückstände fallen an?

Answer

A

1) Bei weiterer Erwärmung (also nach Trocknung und bei >200°C) werden flüchtige Verbindungen ausgetrieben, es kommt zur Bildung von Schwelgasen, die auch toxisch aromatische Kohlenwasserstoffverbindungen enthalten können.

2) Koks und mineralische Reststoffe

Question 44

Q

Thermochemische Konversionsverfahren - thermische Umsetzung von festen, organischen Brennstoffen

Beschreibe den Prozess der Vergasung!

Answer

A

Bei weiterer Erwärmung (bei > 600°C) wird der aus dem Entgasungsprozess (Pyrolyse) zurückbleibende feste Kohlenstoff (Koks) mit dem vorhandenen Wasserdampf und Kohlendioxid zu brennbaren Gasen umgesetzt.

Question 45

Q

Thermochemische Konversionsverfahren - thermische Umsetzung von festen, organischen Brennstoffen

Beschreibe den Prozess der Verbrennung!

Answer

A

Oxidation der Brenngase zu Abgas unter Freisetzung von Wärme (bei > 700°C)

Question 46

Q

Thermochemische Konversionsverfahren - Unterschiede Verbrennung, Vergasung und Pyrolyse

Wie ist der Verlauf des Biomassenanteils?

Answer

A

Bei der Trocknung wird ein Teil der Biomasse in Form von Wasser reduziert, welches verdampft.

Bei der pyrolytischen Zersetzung entgasen die flüchtigen Bestandteile. Hier findet die größte Reduktion des Biomasseanteils statt.

Bei der Vergasung wird ein Teil der Biomasse in Restkoks umgesetzt.

Übrig bleibt die Asche

–> Die Oxidation (Prozess der Verbrennung) beinhaltet sowohl die pyrolytische Zersetzung als auch die Vergasung. Nach Beendigung der Oxidation ist Biomasse vollständig umgesetzt

slide 25!!

Question 47

Q

Thermochemische Konversionsverfahren - Unterschiede Verbrennung, Vergasung und Pyrolyse

Welche Menge an Sauerstoff (Luft) ist erforderlich für eine vollständige Oxidation (Verbrennung)?

Answer

A

Stöchiometrische Menge

Question 48

Q

Thermochemische Konversionsverfahren - Unterschiede Verbrennung, Vergasung und Pyrolyse

Stöchiometrische Menge an Sauerstoff (Luft) erforderlich für vollständige Oxidation (Verbrennung)

Bei unterstöchiometrischer Zufuhr anderer Reaktionsverlauf.

1) Wie berechnet man lambda?

2) Wie groß muss Lambda für eine vollständige Oxidation (Verbrennung) sein?

3) Wie groß ist Lambda bei der Pyrolyse?

4) Wie groß ist Lambda bei der Vergasung?

Answer

A

1) lambda = msubeff / msubstöch

mit:
- msubeff: effektive Luftmenge
- msubstöch: stöchiometrische Luftmenge

2) lambda > 1

3) lambda = 0

4) 0 < lambda < 1

Question 49

Q

Thermochemische Konversionsverfahren - Unterschiede Verbrennung, Vergasung und Pyrolyse

Pyrolyse: thermische Zersetzung ?? Vergasungsmittel

Vergasung: unterstöchiometrische Umsetzung ?? Vergasungsmittel

Verbrennung: überstöchiometrische Umsetzung ?? Vergasungsmittel

Answer

A

Pyrolyse: thermische Zersetzung OHNE Vergasungsmittel

Vergasung: unterstöchiometrische Umsetzung MIT Vergasungsmittel

Verbrennung: überstöchiometrische Umsetzung MIT Vergasungsmittel

–> slide 13 ansehen + beschriften!

Question 50

Q

Thermochemische Konversionsverfahren - Pyrolyse

1) Als Pyrolyse werden alle Prozesse bezeichnet, welche?

2) Werden externe Reaktionsmittel zugegeben?

3) Was sind die Endprodukte der Pyrolyse?

Answer

A

1) Nach dem Verfahrensschritt der Pyrolyse abgebrochen werden

2) Nein! (Im Gegensatz zur Vergasung keine Zugabe von externen Reaktionsmitteln)

3) Pyrolysekoks, Pyrolyseöl, Pyrolysegas

Question 51

Q

Thermochemische Konversionsverfahren - Pyrolyse

Wovon hängt die Reaktionskinetik ab? (3)

Answer

A

Ausgangsstoff
–> therm. Leitfähigkeit von Holz, spezifische Wärmekapazität, Wassergehalt

Aufheizgeschwindigkeit (Heizrate)

Reaktortemperatur

Question 52

Q

Thermochemische Konversionsverfahren - Pyrolyse

Der heterogene Aufbau der Biomasse (Zellulose, Hemizellulose und Lignin) bewirkt komplizierte Pyrolysereaktion aufgrund?

Answer

A

unterschiedlicher Bindungsenergien

Question 53

Q

Thermochemische Konversionsverfahren - Pyrolyse Zusammensetzungsabhängigkeit

Zersetzungsgrad unterschiedlicher im Holz befindlicher Stoffe (Cellulose, Hemicellulose, Lignin)

Beschreibe den Zersetzungsgrad der drei Stoffe in Abhängigkeit zur Temperatur!

Answer

A

Die Zersetzung von Lignin beginnt als erstes. (Bereits bei unter 200°C) Die Zersetzungsrate ist im Temperaturverlauf allerdings relativ langgezogen und bei 500°C sind nur ca. 50% des Lignin umgesetzt.
–> aufgrund der sehr hohen Druckstabilität nur schwierig zu zersetzen

Die Zersetzung von Hemicellulose setzt bei ungefähr 200°C ein und findet sehr rapide statt. Bei 500°C ist die Hemicellulose zu 100% umgesetzt.

Die Zersetzung der Cellulose beginnt als letztes und findet ebenfalls sehr rapide statt. Bei 500°C ist ca. 95% der Cellulose umgesetzt.

–> slide 31 ansehen!!

Question 54

Q

Warum unterscheidet sich die Pyrolyse einer Holzart von der einer anderen Holzart?

Answer

A

Da jede Holzart eine andere Zusammensetzung der Holzbestandteile Cellulose, Hemicellulose, Lignin aufweist.

Question 55

Q

Thermochemische Konversionsverfahren - Pyrolyse Zusammensetzungsabhängigkeit

Bis ca. 300°C Erhalt der ?(1)? Struktur.

Ab ca. 400°C Ausbildung von? ?(2)?

Answer

A

(1) fibrillaren

(2) kristalline Graphitstruktur

Question 56

Q

Thermochemische Konversionsverfahren - Pyrolyse

Nenne zwei unterschiedliche Pyrolysearten mit denen wir uns beschäftigt haben?

Answer

A

“Langsame Pyrolyse”

“Flash-Pyrolyse” (Schnelle Pyrolyse)

Question 57

Q

Thermochemische Konversionsverfahren - “Langsame Pyrolyse”

Ausgangsstoff: Festbrennstoff (z.B. Holz)

1) Was stellt den 1.Schritt dar?

2) Was stellt den 2.Schritt dar?

3) Welche Produkte werden mit der “Langsamen Pyrolyse” erzeugt und welcher Verteilung liegen sie vor?

Answer

A

1) Trocknung (ca. 100°C)

2) Thermische Zersetzung (ca. 300 - 600°C)

3)
Pyrolysegas (ca. 81%)
Pyrolyseöl (ca. 0 - 5%)
Pyrolysekoks (ca. 14%)

Question 58

Q

Thermochemische Konversionsverfahren - “Flash-Pyrolyse” (Schnelle Pyrolyse)

Ausgangsstoff: Festbrennstoff (z.B. Holz)

1) Was stellt den 1.Schritt dar?

2) Was stellt den 2.Schritt dar?

3) Welche Produkte werden mit der “Flash - Pyrolyse” erzeugt und welcher Verteilung liegen sie vor?

Answer

A

1) Entgasung (ca. 475°C)

2) Verflüssigung (durch schnelle Gasabkühlung)

3)
Pyrolysegas (ca. 15-20 %)
Pyrolyseöl (ca. 65 - 75 %)
Pyrolysekoks (ca. 10 - 15 %)

Question 59

Q

Thermochemische Konversionsverfahren - Pyrolyse Reaktionspfade

Insgesamt werden 3 verschiedene Reaktionspfade unterschieden. (k1, k2, k3)

1) Festbrennstoff (z.B. Holz) –> k1 –> Produkte?

2) Festbrennstoff (z.B. Holz) –> k2 –> ?? –> k4 –> Produkte??

3) Festbrennstoff (z.B. Holz) –> k3 –> Produkte??

4) Wie unterscheiden sich die Aktivierungsenergien der jeweiligen Reaktionen? (E1,E2,E3)

Answer

A

1) –> k1 –> (Holz-)Kohle + CO2 + H2O

2) –> k2 –> Flüssigkeit (schweres Heizöl) –> k4 –> Gase (CO + H2 + CH4)

3) –> k3 –> Gase (CO, H2, CH4 etc.)

4) E1 < E2 < E3
(k4 sehr langsam bei Temperaturen < 650°C)

–> siehe slide 33!

Question 60

Q

Thermochemische Konversionsverfahren - Pyrolyse Reaktionspfade

1) Welche Reaktion dominiert bei niedrigen Temperaturen? Was ist dabei das Hauptprodukt?

2) Welche Reaktion dominiert bei mittleren Temperaturen? Welche Produkte bilden sich vorwiegend?

3) Welche Reaktion bei hohen Temperaturen? Wozu führt die Reaktion vorwiegend?

Answer

A

1) Reaktion 1 (k1) (konventionelle Pyrolyse)
–> Hauptprodukt: Holzkohle

2) Reaktion 2 (k2)
–> Bildung vorwiegend flüssiger Produkte
–> Gasbildung (k4) durch sek. Crack-Reaktion möglich

3) Reaktion 3
–> führt vorwiegend zur Bildung von Gasen

Question 61

Q

Thermochemische Konversionsverfahren - Schnelle/Flash-Pyrolyse

Sehr schnelle bis mittelschnelle ?(1)? der Biomassepartikel (Heizrate bis ?(2)?) auf 450 bis 600°C

?(3)? Aufenthaltsdauer der Pyrolyseprodukte in der heißen Reaktionszone

Schnelle Entfernung von ?(4)?
–> Heißes ?(4)? wirkt katalytisch
–> sonst entstehen unerwünschte Sekundärreaktionen (?(5)?reaktionen) der Produkte zu ?(6)? und ?(7)?

Schnelles ?(8)? der heißen Dämpfe um Ausbeute zu erhöhen

Nebenprodukte ?(9)? und ?(10)? lassen sich im Prozess nutzen - Trocknung Wassergehalt des Holzes sollte unter 10% liegen.

Answer

A

(1) Aufheizung

(2) 1000°C/s

(3) Kurze (1 bis 3s)

(4) Koks

(5) Crackreaktionen

(6) Wasser

(7) Kohlenstoffdioxid

(8) Abkühlen

(9) Koks

(10) Gas

Question 62

Q

Thermochemische Konversionsverfahren - Schnelle/Flash-Pyrolyse

Hat in der Regel folgende drei Stufen: ??

Answer

A

Vorbehandeln
–> Ganze Biomasse: Asche entfernen, Imprägnieren
–> Biomasse trennen: Pulping, Bioraffinerie

Pyrolysieren
–> Prozessparameter: Temp., Druck, Atmosphäre
–> Zugabe von Katalysatoren

Veredeln:
–> Physikalisch: gestufte Kondensation, Extraktion
—> Chemisch: Derivatisierung, Hydrodeoxygenierung, Vergasung

siehe slide 36!!

Question 63

Q

Thermochemische Konversionsverfahren - Schnelle/Flash-Pyrolyse

Welche Parameter beeinflussen das Hauptprodukt (Öle)? (5)

Answer

A

Beeinflussung der Ölqualität durch:
- Auswahl und Vorbehandlung der Biomasse
- Auftrennung der Biomasse in unterschiedliche Fraktionen
- Anpassung Prozessparameter
- Einsatz von Katalysatoren
- Physikalische und chemische Nachbehandlungsverfahren

Question 64

Q

Thermochemische Konversionsverfahren - Reaktortypen für die Schnellpyrolyse

Die Reaktoren ermöglichen im Allgemeinen was? (3)

Answer

A

eine schnelle Reaktion
eine gute Wärmeübertragung
einen schnellen Abtransport der Produkte

Answer 48

A

Da es sich um sehr kurze Reaktionszeiten handelt.

Answer 49

A

Da der erhitzte Sand die Wärmeübertragung an die fein gemahlenen Biomassepartikeln verbessert.

Answer 50

A

Gas fluidisierte Reaktortypen
–> mit stationärer Wirbelschicht
–> mit zirkulierender Wirbelschicht

mechanisch fluidisierte Reaktortypen
–> mit Drehkonus
–> mit Doppelschnecke

flächenbeheizte Reaktortypen
–> mit ablativer Pyrolyse
–> mit Vakuumpyrolyse

Answer 51

A

(1) Fluidisierungs-/Permanentgas

(2) Wirbelschicht

(3) Zyklon

(4) Quencher

Answer 52

A

Koks zum Heizen oder zur Abfuhr

Gas zur Rückfuhr, Abfuhr oder zum Abfackeln

Bioöl

Answer 53

A

(1) Durchsatzleistungen

(2) extrem hohe Aufheizraten und sehr kurze Produktverweilzeiten realisierbar

(3) Zyklone

(4) Quencher

(5) Öl-Gewinnung

-> slide 40 ansehen + beschriften!

Answer 54

A

Da aufgrund der hohen Durchstromraten nicht nur ein Austrag der Gase, des Koks und des Öls stattfindet, sondern auch ein Austrag des Bettmaterials (also des Sandes)

Nur lesen:

Der erste Zyklon wird also benötigt, um die gasförmigen und flüssigen Produkte von sämtlichen festen Materialien zu trennen (Pyrolysegas und -öl strömen in den Quencher zur Kühlung, während die festen Produkte (Sand und Koks) in den zweiten Zyklon strömen.

Im zweiten Zyklon wird der heiße Sand zurückgeführt und das Koks abgetrennt. ODER (wie in Abb. auf slide 40) es wird Luft hinzugefügt, sodass der Koks direkt verbrannt wird und nur noch der heiße Sand hineinbefördert wird.

Answer 55

A

Die Wärmeübertragung zwischen den Biomassepartikeln und dem Sand ist nochmal wesentlich besser(!)

Answer 56

A

1) Die starke Verwirbelung in der zirkulierenden Wirbelschicht führt zu einem größeren Abrieb und damit zu kleineren Partikeln.

2) Manche Partikel im ersten Zyklon werden mitgerissen und befinden sich im Produkt aus Öl und Gas. (Es sind daher weitere Abtrennungsschritte notwendig)

Answer 57

A

(1) Sand

(2) rotierendem (inneren) Konus
–> der auf einer Welle von einem Motor angetrieben wird

(3) Biomasse

(4) Zentrifugalkräfte

(5) Pyrolyseprozess

(6) Biomasse

(7) Oberseite

(8) Quenchkühler

(9) Sand

(10) Pyrolysekoks

–> siehe slide 41!!

Answer 58

A

Lösen Aerosole aus dem Gas heraus und führen es dem Biogas zu.
-> siehe slide 40!

Answer 59

A

Die Entfernung des Material durch Hitzeeinwirkung
–> Biomassezersetzung durch Kontakt mit heißer Oberfläche

Answer 60

A

Wahr (z.B. auch Hackgutzufuhr)

Answer 61

A

Transportgas

-> slide 43+44!!

Answer 62

A

heißem, quasi mechanisch fluidisiertem Sand

(2) Pyrolysedämpfe

(3) Kokspartikel

(4) Zyklonen

(5) Pyrolyse-Slurry

–> slide 42!

Answer 63

A

Flüssige Stoffe aus dem Gas herausfiltern, um diese dem eigentlichen Produktstrom (dem Öl) noch zuführen zu können.

(((Aerosole: Mischungen von festen oder flüssigen Partikeln („Schwebeteilchen“) in einem Gas oder Gasgemisch))

Answer 64

A

(1) ungeladene Partikel

(2) elektrischen Feldes

(3) Niederschlagselektroden

(4) Reingas

–> siehe slide 44!

Answer 65

A

Verkohlung
–> vollständige Pyrolyse
–> zur Gewinnung von Biomassekoks/Holzkohle

Torrefizierung
–> Ist eher eine Trocknung und langsame partielle Pyrolyse

Answer 66

A

(1) Wärme

(2) leichtflüchtige Bestandteile

(3) Holzkohle

Answer 67

A

Energetische Verwendung zur Zubereitung von Speisen (größter Teil der weltweit produzierten Holzkohle)

Verwendung als Reduktionsmittel für die Herstellung von Roheisen

Verwendung als Aktivkohle zur Filterung (innere Oberfläche stark wird dabei im Vergleich zu herkömmlicher Holzkohle stark vergrößert)

Answer 68

A

Gewicht: Holzkohle nur noch 20% des Holzgewichtes

Volumen: 50% geringer ggü. des Holzes

Heizwert: Verdopplung ggü. des Holzes

Answer 69

A

(1) Unvollständige

(2) Aufheizgeschwindigkeit (< 50°C/min)

(3) Reaktorverweilzeiten im Minutenbereich (<60min)

(4) Biomasse für die weitere Konversion vorzubereiten

-> siehe slide 34!

Answer 70

A

Hemizellulose

Answer 71

A

Erhöhten Heizwert / Erhöhte Energiedichte durch Zunahme des Kohlenstoffgehaltes

Verbesserte Mahlbarkeit

hydrophobe Eigenschaften (d.h. deart behandelte Biomasse nimmt kaum noch Wasser auf <5%)

keine biologische Aktivität durch eine quasi “Sterilisation”

(siehe Tabelle slide 51)

Answer 72

A

…nach dem Verfahrensschritt der Vergasung abgebrochen werden.

Answer 73

A

Geringerer Teil an Wärme als bei der Verbrennung

Gasförmiger Brennstoff (Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Methangas, Kohlendioxid und Wasserdampf)

Je nach Vergasungsmittel (reiner Sauerstoff, Luft, Wasserdampf etc.) ist auch ein erheblicher Teil an Stickstoff enthalten

Answer 74

A

Sauerstoff (1/2 O2)
–> Produktgas: CO

Wasserdampf (H2O)
–> Produktgas: CO + H2

Kohlenstoffdioxid (CO2)
–> Produktgas: 2CO

(…)
–> Überblick siehe slide 54

Answer 75

A

autotherme Vergasungen

allotherme Vergasungen

–> siehe slide 55

Answer 76

A

(1) exotherme

(2) endotherme

Answer 77

A

(1) 1000°C (?)

(2) endotherme

Answer 78

A

Art des Kontakts zwischen Vergasungsmittel und Biomasse (Festbett, Wirbelschichten, Flugstrom)

Art der Wärmebereitstellung (autotherm oder allotherm)

Eingesetzte Vergasungsmittel

Druckverhältnisse im Vergasungsreaktor (atmosphärischer oder erhöhter Druck)

Anzahl der Stufen

Answer 79

A

Der Flugstromvergaser benötigt kein Bettmaterial

Answer 80

A

Festbettvergaser
-> Gegenstromvergaser
-> Gleichstromvergaser

Wirbelschichtvergaser
-> stationäre Wirbelschicht
-> zirkulierende Wirbelschicht

Flugstromvergaser

–> siehe Abb. auf slide 57-59!!

Answer 81

A

(1) Strömungsgeschwindigkeiten

(2) groß

Answer 82

A

FALSCH

–> kleinere

Answer 83

A

Ein Bettmaterial (wie z.B. Sand), welches eine bessere Wärmeübertragung ermöglicht!

Answer 84

A

Bettmaterial

–> Aufbau slide 57

Answer 85

A

(1) Aufheizungs- und Trocknungszone

(2) Pyrolytischen Zersetzungszone

(3) Gase und Dämpfe

(4) Koks

(5) Reduktionszone

(6) CO, Methan (CH4) und H2

(7) Oxidationszone

(8) Verbrennung

(9) CO2 und H2O

(10) Wärme

(11) Asche

(12) Produktgas

Answer 86

A

Aufheizungszone- und Trocknungszone

Pyrolytische Zersetzungszone

Reduktionszone

Oxidationszone

(Asche)

Answer 87

A

Vorteil:
Das Produktgas, welches in der Reduktionszone erzeugt wurde durchläuft die beiden Zonen darüber und dient dazu diese aufzuheizen. Hierdurch kühlt sich das Produktgas ab und hat beim Auslass “nur noch” 100-200°C, was den Gegenstromvergaser relativ effizient macht, weil man einen Großteil der Temperatur intern noch nutzen konnte.

Answer 88

A

Entgegengesetzte

Answer 89

A

Gleichströmung

Answer 90

A

(1) Wasserentzug

(2) Pyrolytischen Zersetzungszone

(3) Gase und Dämpfe

(4) Koks

(5) Oxidationszone

(6) Einlass des Oxidationsmittels (Luft)

(7) CO2 und H2O.

(8) Reduktionszone

(9) Asche

(10) Vergasungszone

(Abb. slide 60)

Answer 91

A

Aufheizungs- und Trocknungszone

Pyrolytische Zersetzungszone

Oxidationszone

Reduktionszone

(Asche)

Answer 92

A

Hoher Wirkungsgrad, da geringe Abgastemperatur

Geringer Partikelgehalt (keine Asche, kein Flugkoks) im Abgas

Flexibel in der Bestückung (Korngröße, Wassergehalt)

Answer 93

A

Hoher Teergehalt (Gas geht durch Pyrolysezone)
–> Gasreinigung aufwendig

Hoher H2O-Gehalt (Gas läuft durch Trocknungszone)

Answer 94

A

Geringer Teergehalt im Abgas
–> Gasreinigung einfach

Answer 95

A

Geringer Wirkungsgrad (hohe Abgastemperatur und schlechte Einkopplung der Wärme in Pyrolysezone)

Hohe Anforderungen an Stückigkeit und Wassergehalt (gleichmäßige Temperaturverteilung)

Höhere Gefahr der Schlackebildung

Notwendigkeit einer gasdruchlässigen Koksschicht

Answer 96

A

Einsatz mehrstufiger Vergaser
-> kontrollierbare Zustände in den einzelnen Stufen möglich

Einsatz von katalytisch aktiven Materialien direkt im Vergaser

Answer 97

A

Einsatz von Zyklonen

Einsatz von Gewebefiltern

Absorption durch z.B. Wäscher oder Nassabscheider

Elektroabscheider

Answer 98

A

alle vier Verfahrensstufen (Trocknung, Pyrolyse, Oxidation) vollständig durchlaufen werden.

–> Endprodukte:
- Wärme
- Abgas (Kohlendioxid, Wasserdampf)

(slide 67)

Answer 99

A

Festbettverbrennung

stationäre Wirbelschichtfeuerung

zirkulierende Wirbelschichtfeuerung

Flugstromfeuerung

–> Die Reaktoren arbeiten genauso wie bei der Vergasung oder der Pyrolyse nur das jetzt noch die Verbrennung stattfindet!

–> siehe slide 69!!

Answer 100

A

Biogas wird trotz des deutlich geringeren Wirkungsgrades (bei Verstromung) genutzt, weil Biogas nicht nur zur Stromerzeugung genutzt werden kann, sondern auch noch als alternativer Treibstoff oder in einem BHKW oder in einer Gastherme zur Erzeugung von Wärme zum Heizen.

Answer 101

A

Autotherme

Answer 102

A

Nur dann wenn reiner Sauerstoff bereits zur Verfügung steht
–> z.B. als Abgasprodukt eines Prozessschrittes wie es beispielsweise bei der Herstellung von Wasserstoff mittels Elektrolyse der Fall ist

Warum?
–> Weil die Produktion von reinem Sauerstoff deutlich mehr Energie erfordert als durch den höheren Heizwert bei der Verwendung von Sauerstoff statt Luft gewonnen werden könnte!

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Biom2 (Phys. + Therm. Prozesse, 2.VL) Flashcards

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