Biomasse Flashcards
(Aus Probeklausur, 3P)
Benennen Sie die drei möglichen Umwandlungpfade/Prozesskategorien für die energetische Nutzung von Biomasse.
Biologische Prozesse (Fermentation –> Biogas, Alkoholische Gärung –> Ethanol)
Thermische Prozesse (Pflanzenöle/
|Scheitelholz, Häcksle etc.|Briketts, Pallets etc. –> Verbrennung|Vergasung|Verflüssigung, Umesterung)
Physikalische Prozesse (Verdichtung, Zerkleinerung, Abpressung –> Pflanzenöle|Scheitelholz, Häcksle etc.|Briketts, Pallets etc.)
(Aus Probeklausur, 4P)
Beschriften Sie die folgende vereinfachte Darstellung eines Gleichstromvergasers mit folgenden Daten, kennzeichnen Sie die Richtung der Stoffströme falls zutreffend mit einem Pfeil:
- Luft/Vergasungsmittel
- Brennstoff
- Produktgas
- Asche
- Trocknungszone
- Pyrolyse/Zersetzungszone
- Oxidationszone
- Reduktionszone
???
(Aus Probeklausur, 4P + 2P)
Beschreiben Sie die vier Phasen der Biogasgewinnung. Benennen Sie zusätzlich die verschiedenen Phasen im Fermenter.
a) Vier Phasen der Biogasgewinnung
1. Phase
- Anlieferung und Lagerung
- Aufbereitung und Vorbehandlung
(Sortierung, Zerkleinerung etc.)
- Einbringung
(Förderung, Dosierung)
- Phase
- Biogasgewinnung im Fermenter
* Hydrolyse
* Säurebildung
* Acetatbildung
* Methanbildung
–> Gärreste
–> Biogas - Phase
–> Gärreste
- Gärrestlagerung, Gärrestaufbereitung
(Fest-Flüssig-Trennung (optional) –> Flüssigdünger + Kompost
ODER
Ausbringung, Kompostierung ohne Fest-Flüssig-Trennung)
- Nachgärung
–> Biogas - Phase
–> Biogas
- Biogasaufbereitung (Trocknung, Entschwefelung)
- Biogasverwertung (Strom- u./o. Wärmeproduktion)
(Aus Klausur WS19/20, 3P)
Was sind die wesentlichen Schritte (ohne Trocknung), die ein Brennstoffpartikel in einem thermochemischen Umwandlungsprozess durchläuft?
Erläutern Sie den Unterschied in Temperatur und Luftzahl zwischen diesen Schritten.
(Pfeil von oben nach unten)
> 200°C Entgasung (Pyrolyse)
–> Luftzahl: ca. 0
> 600°C Vergasung
–> Luftzahl: 0 - 0,9
> 700°C Verbrennung
–> Luftzahl: > 0,9
(Je 0,5 P für Name, Temperatur und Luftzahl)
(Aus Klausur WS19/20, 8P)
Beschreiben Sie die Vergärung im Fermenter einer Biogasanlage in ihren vier Stufen. Benennen Sie die Stufen und die beteiligten Bakterien. Spezifizieren Sie die einzelnen Stufen anhand der notwendigen Bedingungen.
Gülle, Stallmist, Bioabfälle, NaWaRoS
- Kohlenhydrate, Fette, Eiweiße
–> Hydrolytische Bakterien
- Stufe: Aufspaltung der Makromoleküle
- Zucker, Fettsäuren, Aminosäuren, Basen
–> Fermentative Bakterien
- Stufe: Vergärung der Spaltprodukte
- Carbonsäure, Gase, Alkohole
–> Acetogene Bakterien
- Stufe: Bildung von methanogenen Substraten
- Essigsäure, Wasserstoff, Kohlendioxid
–> Methanogene Bakterien
- Stufe: Biogasbildung
- Methan, Kohlendioxid
Optimale Lebensbedingungen
- Hydrolytische + fermentative Bakterien
–> pH 4,5 - 6,3 (sauer)
–> ca. 30°
–> Unter Zuführung von Sauerstoff (aerob) - Acetogene + methanogene Bakterien
–> pH 6,5 - 7,5 (neutral)
–> ca. 40°
–> Strikt ohne Sauerstoff (anaerob)
(Aus Klausur WS19/20, 3P)
Benennen und beschreiben Sie einen Reaktortyp des Schnellpyrolyse Verfahrens. Falls nötig fertigen Sie eine Skizze an.
Stationäre Wirbelschicht
- Keine rotierenden oder bewegten Anlagenkomponenten
- Durch Förderschneck wird Biomasse eingebracht
- Fluidisierungs-/Permanentgas notwendig
- Feste Biomasse wird in dem 450-500°C heißem Sandbett der Wirbelschicht zersetzt
- Im Zyklon erfolgt Abscheidung von Koks/Sand
- Abkühlung des heißen Gases durch Quencher
Abbildung: s. Klausur
(Biomasse, Pyrolyse, Zyklon, Quenchkühler, Bioöl, Elektrostatischer Abscheider, Gas zur Rückfuhr, Abfuhr oder zum Abfackeln, Kreisgas, Koks zum Heizen oder zur Abfuhr, Kreisgaserhitzer und/oder Oxidationsmittel)
Zirkulierende Wirbelschicht
- Sehr hohe Durchsatzleistung zwischen 400 und 4000 kg/h
- Vorteil: extrem hohe Aufheizraten und sehr kurze Produktverweilzeiten realisierbar
- Produktöl besitzt mehr Feinkoks
- Biomasspartikel 1-3 mm
- Zwei Zyklone notwendig
- Abkühlung des heißen Gases durch Quencher zur Öl-Gewinnung
Abbildung: s. Klausur
(Biomasse, Pyrolyse, Zyklon, Quenchkühler, Bioöl, Elektrostatischer Abscheider, Gas zur Rückfuhr, Abfuhr oder zum Abfackeln, Kreisgas, Verbrenner (Luft, Asche, Abgas, Sand, Koks, heißer Sand), Kreisgaserhitzer und/oder Oxidationsmittel)
Reaktoren mit rotierendem Konus
- Benötigen Wärmeenergie wird durch eine mechanische Fluidisierung des Wärmeträgers Sand in einem Reaktor mit rotierendem Konus auf die Biomasse übertragen
- Durch die Zentrifugalkräfte wird das Gemisch an die heiße Innenwand gedrückt
- Auf dem Weg nach oben wird die Biomasse thermisch zersetzt
- Austrag des Sandes und Pyrolysekoks am äußeren Konus
- Abkühlung des heißen Gases durch Quencher zur Öl-Gewinnung
Abbildung: s. Klausur
Reaktoren mit Doppelschnecke
- Biomasse wird im Reaktor mit heißem quasi mechanisch fluidisiertem Sand als Wärmeträger gemischt
- Die entstehenden Pyrolysedämpfe und leichte Kokspartikel werden dabei aus dem Reaktor geblasen (Koksabscheidung in Zyklonen)
- Pyrolyse-Slurry: darunter ist ein GEmisch aus dem Pyrolyseöl und dem parallel dazu entstehenden Pyrolysekoks zu verstehen
Abbildung: s. Klausur
Reaktoren mit ablativer Wirkung
- Ablation bedeutet die Entfernung eines Materials durch Hitzeeinwirkung –> Biomassezersetzung durch Kontakt mit heißer Oberfläche
- Partikelgröße ist unwichtig
- Beim Anpressen der festen organischen Masse an eine heiße Oberfläche bildet sich an der Grenzfläche zunächst ein flüssiger Film aus
- Es ist kein Transportgas zur Entfernung der flüchtigen Pyrolyseprodukte notwendig
Abbildung: s. Klausur
