Optimierung der Hydrolyse und Salzabtrennung bei der hydrothermalen Vergasung von Biomasse

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: 102301

Schlüsselwörter (Deutsch)

Hydrothermale Vergasung, Biomasse, Methan, Salzabrennung, Verkokung

Schlussbericht (Deutsch)

Der PSI-Prozess der hydrothermalen Vergasung (300 bar, 300-500°C) ermöglicht die Umsetzung von nasser Biomasse zu synthetischem Erdgas (SNG) ohne vorhergehende Trocknung. Um die Vergasung nasser Biomasse in einem kontinuierlichen Prozess durchzuführen, ist es notwendig anorganische Salze auszuschleusen und die Koksbildung zu unterdrücken, um eine Verstopfung der Anlage zu verhindern. Ziel des Projektes „Optimierung der Hydrolyse und Salzabtrennung bei der hydrothermalen Vergasung von Biomasse“ war die Untersuchung von Wechselwirkungen zwischen organischen Molekülen untereinander und mit anorganischen Salzen im wässrigen (hydrothermalen) Medium. Der Schwerpunkt lag auf der Optimierung der Salzabscheidung im überkritischen Bereich, der Analyse der Koksbildung und der Unterdrückung der Koksbildung. In Batchversuchen konnte gezeigt werden, dass das Substrat Glyzerin im unterkritischen Milieu zur Teer- und Koksbildung neigt, wobei die höchsten Ausbeuten beider Produktgruppen bei Reaktionstemperaturen von 350-370°C und Verweilzeiten von 15-60 Minuten gemessen wurden. Überkritische Bedingungen und die Zugabe von NaOH unterdrückten die Teer- und Koksbildung. Der molare Kohlenstoffgehalt des stabilen Endproduktes Koks variierte zwischen 51.5 und 56% und nahm mit steigender Reaktionstemperatur und Verweilzeit zu. Parallel dazu nahm der Sauerstoffgehalt ab. Die Struktur des Kokses wurde durch 2-3 μm grosse Hohlkugeln bestimmt, die in Abhängigkeit von den Reaktionsbedingungen miteinander verknüpft oder verbacken waren. Der Koks enthielt funktionelle Gruppen wie Aldehyd-, Ether- und Alkoholfunktionen und zeigte teilweise aromatische Eigenschaften. In kontinuierlichen Versuchen konnte durch Druckerniedrigung, Temperaturerhöhung im Salzabscheider und baulichen Veränderungen am Salzabscheider der Salzabscheidegrad erhöht werden. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass die Salzkonzentration, die Temperatur im Erhitzer und die Verweilzeit im Salzabscheider nur minimalen oder keinen Einfluss auf den Abscheidegrad hatten. Bei ternären Salzmischungen konnte eine selektive Abscheidung von Salzen (Neukombination von Ionen) beobachtet werden. Untersuchungen an verschiedenen Rohglyzerin-Mustern ergaben, dass ihr Reaktionsverhalten sehr stark von ihrer genauen chemischen Zusammensetzung abhängig ist. Unter Berücksichtigung der Erkenntnisse aus den Versuchen mit Modellsubstanzen konnte eine Rohglyzerinlösung erfolgreich kontinuierlich katalytisch vergast werden, bei simultaner Salzabscheidung.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:


Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Müller,Johannes
Vogel,Frédéric

Zugehörige Dokumente

• Optimierung der Hydrolyse und Salzabtrennung bei der hydrothermalen Vergasung von Biomasse [PDF] 913 kB