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Bioenergie > Pyrolyse & HTC > Flashcards

Pyrolyse & HTC Flashcards

1
Q

Was sind Teere?

A

◼ Gemisch aus kondensierten aromatischen Kohlenwasserstoffen
◼ Monoaromatische und polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK)

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2
Q

Wie bilden sich Teere?

A

◼ Zersetzungs- (primäre und sekundäre Teere) und Syntheseprodukte (tertiäre Teere) der thermo-chemischen Konversion von fester Biomasse
◼ PAK bilden sich mit zunehmender Temperatur

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3
Q

Welche Eigenschaften von Biomassen ändern sich bei der Pyrolyse?

A

Masse (ca. Auf 20%), Volumen (ca. Auf 50%) und Heizwert (ca. Auf 200%)

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4
Q

Was passiert bei Pyrolyse bis 220 C?

A

◼ Bis ca. 220 °C: Aufheizung & Trocknung, erste Zersetzungsprodukte
◼ Wasserdampf, Spuren CO2, Essig- und Ameisensaure entweichen

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5
Q

Was passiert bei Pyrolyse bis 280 C?

A

◼ Bis ca. 280 °C: Beginn pyrolytische Zersetzung (endotherm)
◼ CO2, Essig- und Ameisensaure

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6
Q

Was passiert bei Pyrolyse bei 280-400 C?

A

◼ 280 bis 400 °C: heftig exotherme Reaktion mit ca. 880 kJ/kg Holzsubstanz
◼ Autotherme Temperaturerhöhung auf 400 °C
◼ CO, CH4, CH3OH (Methanol), C2H4O2 (Essigsäure), CH2O2 (Ameisensäure), CH2O (Formaldehyd), H2 gasen schnell aus
◼ Gasstrom reißt feinste Tröpfchen an kondensierbaren organischen Verbindungen mit sich; sie treten als Rauch aus
◼ Als Rückstand verbleibt Holzkohle, in der bis etwa 300 °C die fibrillare Struktur des Holzes erhalten bleibt; oberhalb 400 °C bildet sich die kristalline Struktur des Graphits aus

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7
Q

Was passiert bei Pyrolyse oberhalb von 400 C?

A

◼ Oberhalb von 400 °C (endotherm)
◼ Gasspaltung am gebildeten Koks
◼ →CO & H2

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8
Q

Was sind die exothermen Reaktionen, die zwischen 280-400 C stattfinden?

A
  • Methanisierung
  • Methanolbildung
  • Verkohlung
  • Homogene Wassergas-Reaktion
  • Vollständige Verbrennung, wenn O2 vorhanden
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9
Q

Wie läuft die Zersetzung von Biomassen qualitativ?

A
  • Lignin fängt erst an zu zersetzen, aber wird bis ca. 40% des Gewichts am Ende zersetzt
  • Hemicellulose fängt bisschen später an, zu zersetzen, aber macht das schneller. Es wird ca. 20% des Gewichts zersetzt
  • Cellulose fängt am spätestens an, zu zersetzen. Es wird fast vollständig zersetzt
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10
Q

Wie kann man Zersetzung von Hemicellulose und Cellulose in einem Gewichtsdiagramm unterscheiden?

A

Hemicellulosezersetzung findet erst statt und dann gibt es ein Schulter im Diagramm, dann Cellulose Zersetzung

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11
Q

Wann findet die größte Zersetzung und Erhöhung des Kohlenstoffgehalts statt?

A

Bei der exothermen Phase ab ca. 300 C bis 400 C. Dann geht es weiter

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12
Q

Was ist die Abhängigkeit zwischen Verweilzeit und Anteil des Karbonisats?

A

Je höher die Verweilzeit, desto höher der Karbonisatanteil

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13
Q

Was ist die Abhängigkeit zwischen Verweilzeit und Anteil des Organiks (flüssig)?

A

Je höher die Verweilzeit, desto niedriger der Organikanteil

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14
Q

Was ist die Abhängigkeit zwischen Verweilzeit und Anteil des Gases?

A

Je höher die Verweilzeit, desto niedriger der Gasanteil

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15
Q

Warum gibt es eine größere Massenausbeute bei Druckerhöhung?

A

Druckerhöhung → Erhöhung Karbonisatbildung durch „Secondary Char“

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16
Q

Was sind die Eigenschaften von einer kontinuierlichen Prozessführung (für Pyrolyse und HTC)?

A

◼ Fließ- oder Durchlaufbetrieb
◼ Stationäre Bedingungen: Temperatur, Druck, Konzentration örtlich verschieden, zeitlich konstant
◼ hohe Ansprüche an die Zuverlässigkeit
◼ Vorteil:
- hoher Automatisierungsgrad
- hohe Arbeitsproduktivität

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17
Q

Was sind die Eigenschaften von einer diskontinuierlichen Prozessführung (für Pyrolyse und HTC)?

A

◼ Chargen- oder Batchbetrieb, (Befüllen, Konversion, Entleeren)
◼ Instationäre Bedingungen: Temperatur, Druck, Konzentration im Reaktor (in etwa) gleich
◼ Aufheizen und Abkühlen der Apparate → Energieverluste
◼ Vorteil:
- geringen Produktionsmengen
- häufigem Wechsel der Edukte
- schwer förderfähigen Einsatzstoffen

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18
Q

Was ist das Zielprodukt von konventioneller Pyrolyse?

A

Karbonisat, Nebenprodukt (Kondensat, z.B. Essigsäure, Aromen)

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19
Q

Welche Reaktoren sind für die konventionelle Pyrolyse benutzt?

A

◼ Drehrohr (kontinuierlich)
◼ Retorten-Verfahren (Batch-Befüllung)

20
Q

Was sind die Eigenschaften von Drehrohr Reaktor?

A

◼ Transport durch Gravitation
◼ Beheizung:
- indirekt über die Wand und Einbauten
- direkt mit Abgas

21
Q

Zündpunkt und Heizwert von Holzkohle?

A
  • 200-250 C
  • 29-33 MJ/kg
22
Q

Was sind die Eigenschaften von Industrielle Holzkohleherstellung nach Degussa-Verfahren?

A

◼ Reaktor: Reichert-Retorte
◼ Batch-Prozess, 12 – 18 h Garzeit
◼ direkt beheiztes Verfahren

23
Q

Wie sind die Produkte im Degussa-Verfahren behandelt?

A
  • Karbonisat (Holzkohle) wird im Kühlbunker gekühlt
  • der flüssige Teil geht durch Teerwäscher und dann ein Kondensator
  • Gas geht durch Gaswäscher und wird wieder beheizt, un im Prozess zu nutzen
24
Q

Was ist das Pyreg-Verfahren?

A

◼ Ziele: Holzkohle | „phosphathaltiges Düngemittel“ aus Klärschlamm
◼ Klärschlamm geht durch einen Doppelschneckenreaktor
◼ Abgas wird direkt im Brennkammer verbrannt und rückgeführt

25
Q

Was ist das Verfahren von EuPhoRe?

A

◼ Ziel: „phosphathaltiges Düngemittel“ aus Klärschlamm
◼ Klärschlamm zusammen mit Salze, z.B. Chloride im Drehrohr zugegeben
◼ Die Schwermetalle reagieren mit Chloride, um nährstoffreiches Düngemittel zu bekommen
◼ Im Oxidationszone wird Abgas mit Rauchgaszufuhr von Müllverbrennungsanlage verbrannt und in der Richtung von Klärschlamm zurückgeführt

26
Q

Was ist Aktivkohle?

A

◼ Poröse Struktur, große innere Oberfläche
◼ Adsorption eines breiten Substanzspektrums

27
Q

Was sind die Arten von Aktivkohle Herstellung?

A

◼ Chemische Aktivierung:
vorher nicht karbonisierter Biomasse wird mit chemischer Substanz, gemeinsame Karbonisierung
◼ Physikalische Aktivierung:
aus vorverkokten Biomassen, mit Dampf u. CO2

28
Q

Was sind die unterschiedlichen Porenradien?

A

◼ Mikroporen: 1 – 2 nm
◼ Mesoporen: 2 – 50 nm
◼ Makroporen: > 50 nm

29
Q

Wie funktioniert chemische Aktivierung?

A

◼ Verwendung von dehydratisierenden (wasserentziehenden) Zusatzstoffen bei 400 °C – 600 °C
◼ Aktivierungsmittel verhindern bzw. reduzieren Teerbildung

30
Q

Wie funktioniert die physikalische Aktivierung?

A

◼ Karbonisierung → Koks
◼ Vergrößerung der verengten Porenstruktur: Einwirkung von Dampf (CO2/Dampf mit O2) bei 900 – 1100 °C: heterogene Wassergas Reaktion oder Boudouard Reaktion
C + H2O → CO + H2
C + 2 H2O → CO2 + 2H2
C + CO2 → 2 CO
◼ Energiebereitstellung über parallele Oxidation von CO, H2.
Hinweis: C-Oxidation unerwünscht (Reduktion Ausbeute)

31
Q

Was ist die richtige Temp. Für physikalische Aktivierung?

A

◼ Temperatur < 900 °C → RG zu gering
◼ Temperatur > 900 °C → Diffusionslimitierung→Reaktion an Partikelaußenseite → Kornverkleinerung

32
Q

Welche Reaktoren sind für die physikalische Aktivierung benutzt?

A

◼ Drehrohröfen
◼ Etagenöfen
◼ Wirbelschichtöfen

33
Q

Wie ist Aktivkohle verwendet?

A

◼ Katalysator, Katalysatorträger
◼ Adsorptionsmittel

34
Q

Wie kann man Biomasse mit Kohle verbrennen?

A
  • Parallele Mitverbrennung, wobei die separat zerkleinert und verbrannt werden, und dann zusammen aus die Wärme Dampf erzeugen
  • indirekte Mitverbrennung, wobei Kohle zerkleinert wird und Biomasse vergast wird, und dann zusammen verbrannt werden
  • direkte Mitverbrennung, dabei werden sie entweder zusammen zerkleinert (Biomasse sollte dann vorher torrifiziert oder pyrolysiert werden) und verbrannt, oder separat zerkleinert aber zusammen verbrannt
35
Q

Was sind die Prozessbedingungen für Flash-Pyrolyse?

A
  • Temp.: ca. 500 C
  • niedriges Wassergehalt (ca. 5%)
  • kleine Partikelgröße (1 mm)
  • VWZ von Gase max. Bis 1s (normalerweise ca. 0,5s)
36
Q

Wie viel Öl kann durch Flash-Pyrolyse produziert werden?

A

60-75%

37
Q

Wie läuft Flash-Pyrolyse im stationären Wirbelschicht?

A

▪ Thermische Zersetzung der Biomasse im Wirbelbett
▪ Abscheidung von Koks/Sand im Zyklon
▪ Schlagartige Abkühlung des verbleibenden Gasstroms mittels Quench oder Strahlwäscher
▪ Abscheidung der in Gasphase verbleibenden Ölbestandteile durch Elektrofilter
▪ Sammlung des Öls
▪ Rückführung von Teilen des Gases als Wirbelgas möglich

38
Q

Wie läuft Flash-Pyrolyse im zirkulierenden Wirbelschicht?

A

▪ Biomasse sehr fein aufgemahlen (Korngröße 1-3mm)
▪ Kontinuierliche Entfernung des Bettmaterials und des entstandenen Kokses
▪ Getrennte Abscheidung von Koks und Sand in Multizyklonsystemen und Rückführung des Sandes
▪ Kondensation der im Gutstrom befindlichen Produkte mittels konventioneller Verfahren (vgl. stationäre Wirbelschicht)

39
Q

Wie läuft Flash-Pyrolyse im Doppelschneckenreaktor?

A

▪ Mischung der Biomasse mit heißem, mechanisch fluidisiertem Sand
▪ Aufheizung, pyrolytische Umsetzung und Kondensation der Pyrolysedampfe binnen Sekunden
▪ Pyrolysegas (nicht kondensierbar) kann verbrannt werden und so Sand oder Biomasse vorheizen

40
Q

Unter welcher Temp. Und Druck wird HTC durchgeführt?

A

150-300 C und 15-30 bar

41
Q

Was sind die potentielle Einsatzstoffe für HTC?

A

◼ Land-, Forstwirtschaftliche Reststoffe
◼ Gewerbliche, industrielle Reststoffe
◼ Kommunale Abfälle (Biotonne)
◼ Klärschlamm

42
Q

Wie sind die Prozesse (Konversionen), die während HTC stattfinden?

A
  • Oligo- & Polysaccharide in der Biomasse disintegrieren, zerlegen und herauslösen durch Hydrolyse in Hexosen & Pentosen und organische Säuren
  • Dann finden weitere Zersetzung und Umwandlung durch Dehydratisierung (-H2O) und Decarboxylierung (-CO2) in Furfurale
  • Dann bilden Polyfurfurale (Makromoleküle) durch Polymerisation
  • Endlich Bildung von Biomassekarbonisate durch fortschreitende Polyreaktion
  • Vereinfachung: Abspaltung von Wasser, O2 Gehalt sinkt signifikant
43
Q

Was sind die Bilanzierung von C in HTC Produkt?

A
  • 7% ins Prozessgas
  • 75% ins Karbonisat
  • 18% ins Prozesswasser
44
Q

Was sind die Reaktortypen für HTC?

A

◼ Rührkessel
◼ liegender gerührter Prozess
◼ stehender Rührreaktor
◼ Rohrreaktor

45
Q

Was sind die Verwendungsmöglichkeiten von HTC?

A

◼ „CO2-neutrales Substitut“ für fossile Kohle
◼ Energierohstoff
◼ Weitgehend „inerte“ Lagerform für festen Kohlenstoff

46
Q

Warum wird HTC nicht praktisch verwendet?

A

◼ Hohe Aschegehalt bedeutet, dass es keine gute Brennstoff ist
◼ Abwasser:
- Anaerobe Behandlung nötig
- refraktärer CSB
◼ Abluft/-gas Nachbehandlung

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