BMWi-Projekt: KonditorGas

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BMWi-Projekt: KonditorGas – Industrielle Prozesswärmeerzeugung durch katalytische Konditionierung von Synthesegasen

Dieses Projekt soll einen neuartigen Weg aufzeigen, die bisher überwiegende Bereitstellung von (Hochtemperatur-) Prozesswärme durch fossile Brennstoffe mit klimafreundlichen biogenen Synthesegasen aus der thermo-chemischen Vergasung von Biomasse bwz. biogenen Rest- und Abfallstoffen zu substituieren.

Förderkennzeichen: 03EI5417A

Laufzeit: 01.09.2020 – 31.08.2023

PtJ

Projektträger Jülich

bmwi

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

energetische-biomassenutzung

Förderprogramm Energetische Biomassenutzung

Aus wirtschaftlichen Gründen und zur Minderung von CO2-Emissionen ist für viele energieintensive Prozesse eine Substitution von Erdgas durch Energie aus biogenen Einsatzstoffen erwünscht. Besonders vor dem Hintergrund der CO2-Besteuerung ab 2021 wird dies besonders für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) wichtig, auf alternative Verfahren zur Gewinnung von Energie für die Produktionsprozesse zu setzen. Die direkte Verbrennung von Biomasse kommt dabei für viele     Schmelz-, Brenn- und sonstige Hochtemperaturprozesse meist nicht in Frage, da notwendige adiabate Verbrennungstemperaturen nicht erreicht werden und die Regelung von Feststofffeuerungen nicht hinreichend schnell und flexibel realisierbar ist und Flugaschen das Produkt beeinträchtigen können. Aufbereitete biogene Synthesegase der Vergasung könnten dagegen mit geringen Modifikationen in existierenden Brennern und Ofenanlagen eingesetzt werden. Ideal für solche Prozesse ist die Erzeugung von Substitute Natural Gas (SNG) aus fester Biomasse. Dabei wird Biomasse zunächst thermo-chemisch vergast und das entstehende Synthesegas anschließend durch eine katalytische Methanisierung und Gasaufbereitung auf geltende Erdgasstandards aufbereitet.

Prozessketten zur Erzeugung von Erdgassubstituenten aus Festbrennstoffen

Abbildung 1: Prozessketten zur Erzeugung von Erdgassubstituenten aus Festbrennstoffen

 

Für viele industrielle Prozesse ist es allerdings nicht notwendig, das bei der Biomassevergasung entstehende Synthesegas auf Erdgasqualität aufzubereiten. Stattdessen kann bereits durch eine Teilmethanisierung die Gasqualität an die Bedürfnisse industrieller Prozesse und Brenner individuell angepasst werden. Daraus ergibt sich eine deutliche technische und wirtschaftliche Vereinfachung der Prozesskette von Gasaufbereitung und Synthese gegenüber der Erzeugung von einspeisefähigem SNG (vgl. Abbildung 1).

100 kW Heat-Pipe-Reformer am EVT

Abbildung 2: 100 kW Heat-Pipe-Reformer am EVT

Um Anlagenherstellern und -betreibern die Motivation zur Realisierung dieser Prozesse zu liefern, soll im Projekt die vollständige Prozesskette aus Vergasung von Biomasse, der Aufbereitung des Synthesegases und die Verbrennung in kommerziell weit verbreiteten Brennersystemen demonstriert werden. Es werden zwei verschiedene Prozessketten realisiert. Zum einen soll Synthesegas über die allotherme Vergasung mittels einem 100 kW Heatpipe-Reformer (vgl. Abbildung 2) am Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik produziert werden, während beim Projektpartner DBFZ Leipzig (Deutsches Biomasseforschungszentrum) das Prozessgasgas autotherm über einen Festbettvergaser gewonnen wird.

Dabei sollen jeweils durch eine der Vergasung nachgeschaltete (Teil-)Methanisierung die Gaseigenschaften wie Heizwert, Wobbeindex etc. des Gases an die jeweilige Applikation angepasst werden, um stets ausreichend hohe Prozesstemperaturen sicherzustellen. Entscheidend für die Eignung biogener Gase für die jeweiligen Prozesse sind neben Heizwerten und der adiabaten Verbrennungstemperatur vor allem auch Zündgrenzen und laminare Flammengeschwindigkeiten.

Aus den Ergebnissen der Analyse der entstehenden Prozessgase wird der Projektpartner E-Flox einen Gasbrenner zur Verfügung stellen, welcher an die Eigenschaften des produzierten Prozessgases angepasst ist. Des Weiteren wird die Firma TestNet die Auslegung und Konzeption der benötigten Heisgasregelstrecke für die geplante Prozesskette übernehmen und diese komplettieren. Nach erfolgreichen Versuchskampagnen im Labormaßstab am EVT sowie am DBFZ soll der Proof-of-Concept mit einem kommerziellen kleintechnischen Biomassevergaser im Feldtest erfolgen.

Das Gesamtziel des Vorhabens liefert somit einen Beitrag zur CO2-Reduktion in der industriellen Hochtemperaturwärmenutzung, für die derzeit kaum Technologien zur Nutzung von Biomasse verfügbar sind.

 

Ansprechpartner:

Christian Wondra, M. Sc.

Department Chemie- und Bioingenieurwesen (CBI)
Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik