biomassevergasung wiese tuhh (6.377 KB)

KAPITEL 4. BESCHREIBUNG EINES VHKW
Im Bereich von 620 K bis 670 K liegt die höchste Teerbildungsrate. Die Neubildung von Teeren
verläuft in diesem Temperaturbereich schneller als die Umsetzungsgeschwindigkeit der Teere mit
Kohlenstoff und Wasserdampf zu kürzeren Kohlenwasserstoffverbindungen.
Oxidation
Die entstandenen Kohlenstoff- und Wasserstoffverbindungen werden mit dem dem Vergasungsreaktor
zugeführten und dem bei der Zersetzung der Biomasse frei werdenden Sauerstoff bei Temperaturen
von 1000 K bis 2300 K exotherm aufoxidiert. Durch die entstehende Reaktionswärme
werden bei autothermen Vergasungsreaktoren der Energiebedarf der endothermen Vergasungsreaktionen
und die Wärmeverluste gedeckt. Die wichtigsten Oxidationsreaktionen und deren Reaktionsenthalpien
(bezogen auf p=1,013 bar und T=298,15 K) sind:
Reduktion
C + O2 → CO2 ∆H = −393, 5 kJ/mol (4.1)
C + 1/2O2 ↔ CO ∆H = −110, 5 kJ/mol (4.2)
CO + 1/2O2 ↔ CO2 ∆H = −283, 0 kJ/mol (4.3)
H2 + 1/2O2 ↔ H2O ∆H = −286, 0 kJ/mol (4.4)
Die Produkte der Oxidationsreaktionen wie Kohlendioxid und Wasserdampf reagieren bei Temperaturen
von mehr als 850 K mit dem festen Kohlenstoff. Die wesentlichen heterogenen Reaktionen
sind die Boudouard-Reaktion (4.5) und die Wassergas-Reaktion (4.6). Das Reaktionsgleichgewicht
dieser Reaktionen verschiebt sich mit steigender Temperatur und fallendem Druck
zugunsten von CO bzw. von CO und H2.
C + CO2 ↔ 2CO ∆H = 159, 9 kJ/mol (4.5)
C + H2O ↔ CO + H2 ∆H = 118, 5 kJ/mol (4.6)
Parallel dazu findet die homogene Wassergasreaktion (4.7) statt, deren Gleichgewicht sich mit
steigender Temperatur zugunsten von CO und H2O verschiebt. Des Weiteren wird gemäß Gleichung
4.8 Methan gebildet, wobei mit steigender Temperatur die Methanbildung abnimmt [78].
CO + H2O ↔ CO2 + H2 ∆H = −42, 0 kJ/mol (4.7)
C + 2H2 ↔ CH4 ∆H = −87, 5 kJ/mol (4.8)
4.2.2 Vergasungsreaktorbauarten
Abhängig von der Bewegung der Biomassepartikel werden die Vergasungsreaktoren in unterschiedliche
Gruppen aufgeteilt. So unterscheidet man zwischen Festbett-, Fließbett- und
Flugstromvergasungsreaktoren. Festbettvergasungsreaktoren lassen sich anhand der Gasführung
in Gegen- und Gleichstromvergasungsreaktoren unterteilen. Bei Fließbettvergasungsreaktoren
bildet sich in Abhängigkeit von der Gasströmungsgeschwindigkeit eine stationäre oder eine
zirkulierende Wirbelschicht aus. Die Fest- und Fließbettvergasungsreaktoren stellen den größten
Teil der gebauten Biomassevergasungsreaktoren dar. Neben diesen und den Flugstromvergasungsreaktoren
gibt es noch eine Reihe von weiteren Vergasungsreaktortypen wie mehrstufige
Vergasungsreaktoren oder Drehtrommelvergasungsreaktoren.
Auch lassen sich die Vergasungsreaktoren nach der Art der Wärmebereitstellung zur Deckung
der endothermen Vergasungsreaktionen einteilen. Wird diese Wärme durch im Vergasungsreaktor
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