Titelaufnahme

Titel
Co-gasification of sewage sludge and wood in a dual fluidized bed steam gasifier / von Andreas Schabauer
VerfasserSchabauer, Andreas
Begutachter / BegutachterinHofbauer, Hermann ; Pfeifer, Christoph
Erschienen2009
UmfangIII, 94 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2009
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)Vergasung / Klärschlamm / Holz / Co-Vergasung / Wirbelschicht / Dampf
Schlagwörter (EN)gasifcation / sewage sludge / wood / Co-gasification / fluidized bed / steam
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-32244 Persistent Identifier (URN)
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Co-gasification of sewage sludge and wood in a dual fluidized bed steam gasifier [23.23 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Verwendung von Biomasse zur Energiegewinnung ist eine attraktive Technologie für eine nachhaltige Stromversorgung zukünftiger Generationen. Kombi-Prozesse mit integrierter Vergasung (Integrated gasification combined cycle - IGCC) wurden für eine effiziente Nutzung von festen Brennstoffen entwickelt. Meist wird dabei Kohle als Brennstoff verwendet, aber auch Biomasse kann auf diese Weise für die kombinierte Erzeugung von elektrischer Energie und Wärme (Kraft-Wärme-Kopplung) genutzt werden. Erfolgreiche Forschung in den letzten beiden Jahrzehnten ermöglichten den Bau von Pilotanlagen in industriellem Maßstab. Da der Brennstoff bei diesen Anlagen zur Zeit aber noch auf Holz beschränkt ist, wird der Anlagenbetrieb sehr von den saisonalen Schwankungen des Preises und der Verfügbarkeit beeinflusst.

Aus diesem Grund werden derzeit Möglichkeiten zur Erhöhung der Brennstoffflexibilität untersucht.

In dieser Diplomarbeit wird die Verwendbarkeit von getrocknetem Klärschlamm zur Co-Vergasung mit Holz untersucht. Die erforderlichen Versuche wurden am Zweibett-Wirbelschicht-Dampfvergaser der Universität von Canterbury in Christchurch, Neuseeland durchgeführt. In diesen Versuchsläufen wurde Graywacke Sand und eine Olivin/Calcit Mischung als Bettmaterial verwendet, die Versuchsbedingungen waren 750C Vergasungstemperatur bei Umgebungsdruck und ein Dampf-Brennstoffverhältnis von 0,89. Als Feed wurden Holzpellets, hauptsächlich aus Monterey-Kiefer, und granulierter, getrockneter Klärschlamm von einer kommunalen Kläranlage in Auckland, Neuseeland verwendet. Der Klärschlammanteil im Feed wurde schrittweise von 10 bis 100m% gesteigert und von jedem Versuchslauf die durchschnittliche Gaszusammensetzung und der Kaltgaswirkungsgrad bestimmt.

Es konnte gezeigt werden, dass Klärschlamm mit diesem Reaktor bei den oben genannten Prozessbedingungen vergast werden kann. Mit steigendem Anteil von Klärschlamm im Feed stieg der Anteil von Stickstoff im Produktgas stark, der Gehalt an Wasserstoff nahm moderat zu. Dagegen fielen die Werte für CO und CO_2 kontinuierlich, die Anteile von CH_4, C_2H_4 und C_2H_6 blieben etwa gleich. Obwohl sich die Produktgaszusammensetzung änderte, blieb der errechnete Heizwert des erhaltenen Gases nahezu konstant und fiel nur leicht. Höhere Anteile von Klärschlamm im Brennstoff bewirkten aber eine reduzierte Produktgasausbeute und dadurch einen geringeren Wirkungsgrad, dies lässt sich aufgrund des hohen Aschegehalts des Klärschlamms erklären.

Aus den Ergebnissen der vorliegenden Versuche lässt sich ableiten, dass Klärschlamm grundsätzlich zur Gaserzeugung in Wirbelschichtreaktoren und nach entsprechender Aufbereitung das erzeugte Produktgas z.B. für die Verwendung in Gasmotoren oder Turbinen zur Strom- und Wärmeerzeugung geeignet ist.

Zusammenfassung (Englisch)

Power generation from biomass is an attractive technology for a sustainable energy supply of future generations. Integrated gasification combined cycle (IGCC) power plants have been developed for more efficient usage of solid fuels. In most cases the fuel is coal but in the same way biomass can be used for combined heat and power production.

Research on gasification of wood was successfully done in the past two decades and pilot plants in industrial size were built. As the feedstock for these systems is actually limited to wood, seasonal fluctuations of the prize and availability affect the plant business. Therefore research activities on increasing fuel flexibility are underway.

In this thesis the usability of dried sewage sludge for co-gasification with wood was investigated. The required experiments have been carried out at the dual fluidized bed steam gasification pilot plant of the University of Canterbury in Christchurch, New Zealand. In these experiments bed material was graywacke sand and an olivine/calcite mixture, the operation conditions were 750C gasification temperature at atmospheric pressure and a steam to fuel ratio of 0.89. As feedstock wood pellets, mainly from radiata pine, and granulated dried sewage sludge form a municipal sewage treatment plant in Auckland, New Zealand were used. The ratio of sewage sludge in the feed was raised from 10wt% to 100wt%. From each run the average producer gas composition and the cold gas efficiency have been determined.

It was found that gasification of sewage sludge can be done in this type of reactor at regular gasification conditions. Increasing sewage sludge ratios in the feed caused higher nitrogen contents and also moderately higher hydrogen contents. On the other hand the percentages for CO and CO_2 dropped while the CH_4, C_2H_4 and C_2H_6 fractions in the producer gas remained nearly constant. Although the producer gas composition changed, the lower heating value of the achieved gas was nearly equal for all mixtures with just a slight tendency down. Higher sewage sludge percentages in the feed caused a decreasing producer gas yield and an also decreasing cold gas efficiency. The reason for this behavior is the high ash content of the sludge. Based on the observations during this experimental series it seems possible to use sewage sludge for gas generation in fluidized bed gasifiers. After appropriate gas cleaning the produced gas should be suitable for usage in gas engines or turbines for example in a combined heat and power plant.