Biomasse Flashcards

1
Q

(Aus Probeklausur, 3P)

Benennen Sie die drei möglichen Umwandlungpfade/Prozesskategorien für die energetische Nutzung von Biomasse.

A

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.)

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2
Q

(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
A

???

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3
Q

(Aus Probeklausur, 4P + 2P)

Beschreiben Sie die vier Phasen der Biogasgewinnung. Benennen Sie zusätzlich die verschiedenen Phasen im Fermenter.

A

a) Vier Phasen der Biogasgewinnung
1. Phase
- Anlieferung und Lagerung
- Aufbereitung und Vorbehandlung
(Sortierung, Zerkleinerung etc.)
- Einbringung
(Förderung, Dosierung)

  1. Phase
    - Biogasgewinnung im Fermenter
    * Hydrolyse
    * Säurebildung
    * Acetatbildung
    * Methanbildung
    –> Gärreste
    –> Biogas
  2. Phase
    –> Gärreste
    - Gärrestlagerung, Gärrestaufbereitung
    (Fest-Flüssig-Trennung (optional) –> Flüssigdünger + Kompost
    ODER
    Ausbringung, Kompostierung ohne Fest-Flüssig-Trennung)
    - Nachgärung
    –> Biogas
  3. Phase
    –> Biogas
    - Biogasaufbereitung (Trocknung, Entschwefelung)
    - Biogasverwertung (Strom- u./o. Wärmeproduktion)
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4
Q

(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.

A

(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)

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5
Q

(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.

A

Gülle, Stallmist, Bioabfälle, NaWaRoS
- Kohlenhydrate, Fette, Eiweiße

–> Hydrolytische Bakterien

  1. Stufe: Aufspaltung der Makromoleküle
    - Zucker, Fettsäuren, Aminosäuren, Basen

–> Fermentative Bakterien

  1. Stufe: Vergärung der Spaltprodukte
    - Carbonsäure, Gase, Alkohole

–> Acetogene Bakterien

  1. Stufe: Bildung von methanogenen Substraten
    - Essigsäure, Wasserstoff, Kohlendioxid

–> Methanogene Bakterien

  1. 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)
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6
Q

(Aus Klausur WS19/20, 3P)

Benennen und beschreiben Sie einen Reaktortyp des Schnellpyrolyse Verfahrens. Falls nötig fertigen Sie eine Skizze an.

A

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

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