Potential von biogenen Reststoffen und Abfällen für die DFB-Vergasung in Oberwart

Abstract

Diese Arbeit wurde in Zusammenarbeit mit dem Unternehmen Bio Brennstoff GmbH und dem Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und technische Biowissenschaften erstellt, Zurzeit findet die Wieder Inbetriebnahme der ehemals mit Biomasse betriebenen KWK Anlage Oberwart statt damit ein mittelkalorisches Produktgas aus alternativen Brennstoffen hergestellt werden kann. Dieses soll als Substituent für Erdgas in Form eines gasförmigen Energieträgers in einer Bindemittelanlage der Bio Brennstoff GmbH dienen. Gegenwärtig gibt es großtechnisch wenig Erfahrungen, welche alternativen Brennstoffe für den kommerziellen Betrieb der DFB Vergasung geeignet sind. Der Einsatz solcher Energieträger bringt Herausforderungen mit sich, weshalb es erforderlich ist, eine Vorselektion der Brennstoffe bezüglich der erbrennstoffspezifischen Daten zu tätigen. In der vorliegenden Arbeit sollen im Rahmen einer Studie alternative Brennstoffe hinsichtlich deren Eignung für die DFB-Vergasung anhand von ökologischen und ökonomischen Kriterien sowie der technischen Machbarkeit eruiert werden. Dafür wurden zunächst die Daten aller relevanten Versuche auf der neuartigen DFB-Pilotanlage der TU Wien in eine Datenbank zusammengeführt. Auf Grundlage dieser Daten konnten Korrelationen zwischen der elementaren Brennstoffzusammensetzung sowie brennstofftechnischer Eigenschaften und der Produktgaszusammensetzung erarbeitet werden. Unter Zuhilfenahme dieser Beziehungen wurden zu erwartende Produktgaseigenschaften für verschiedene Brennstoffe, die in der DFB-Anlage in Oberwart eingesetzt werden sollen, abgeleitet und die berechneten Daten mit dem Standardbrennstoff Rejekt verglichen. Dabei wird besonderes Augenmerk auf die Schadstoffemissionen im erzeugten Produktgas und dessen Heizwert gelegt. Für zwei ausgewählte Brennstoffe, Altholz und Hartkunststoffe aus der Elektronikschrottaufbereitung, wurden Brennstoffanalysen durchgeführt. Die Elementaranalyse der Brennstoffe stellt die notwendigen Eingangsparameter für die Berechnung der zu erwartenden Produktgasqualität zur Verfügung. Auf diesem Wege kann für geeignete, alternative Brennstoffe die Realisierbarkeit des großtechnischen Einsatzes bei kommerziellem Betrieb der Anlage aufgezeigt werden. Die Berechnung über das entwickelte Prognosemodell hat ergeben, dass der Heizwert des Produktgases, das aus der Vergasung der Brennstoffe, Altholz und Hartkunststoffe aus der Elektronikschrottaufbereitung, an der 100 kWth Pilotanlage der TU Wien hervorgehen würde, im Bereich von 14-15 MJ Nm-3tr zu erwarten wäre. Aus ökologischer Sicht kann die Hartkunststofffraktion wegen der hohen zu erwartenden HCl-Emissionen (1.718 ppmtr) nur im Rahmen einer Co-Vergasung eingesetzt werden. Aus der Vergasung der Altholzfraktion würden hohe NH3-Emissionen (16.354 ppmtr) hervorgehen, wobei sich der H2S- (zu erwarten: 183 ppmtr) und HCl-Gehalt (zu erwarten: 89 ppmtr) in Grenzen hält. Beide Brennstoffe weisen einen sehr hohen Aschegehalt auf, weswegen die Qualität der anfallenden Asche hinsichtlich der weiteren stofflichen Verwertung (Sekundärrohstoff) beziehungsweise Entsorgung (Kontamination) für die ökonomischen Aspekte von Bedeutung ist. Das Potential bei 7.500 Betriebsstunden ergibt sich für die Altholzfraktion zu 3,29-13,16 MWth, beziehungsweise jenes der Hartkunststofffraktion zu 3,18 MWth.

This thesis was created in collaboration with the company Bio-Brennstoff GmbH and the Institute of Chemical, Environmental and Bioscience Engineering.The restart of the combined heat and power plant in Oberwart, which was formerly operated with biomass, is currently in progress, so that a product gas with a medium calorific value can be produced from alternative fuels. It is planned as a substitute for natural gas in form of a gaseous energy carrier for a binder production plant of Bio-Brennstoff GmbH. At present there is few experience with alternative fuels in industrial scale plants for commercial operation of the DFB gasification. Due to the challenges associated with the use of alternative energy sources, it is necessary to make a preselection of these fuels regarding fuel-specific data.In the present thesis, alternative fuels are to be investigated with regard to their suitability for DFB gasification based on ecological and economic criteria as well as technical feasibility. Therefore the data of all relevant experiments at the novel DFB pilot plant at Vienna University of Technology were merged on a database. Based on these data, correlations between elemental fuel composition as well as fuel-specific properties and product gas composition could be elaborated. With the aid of these correlations, expected properties of the product gas for various fuels to be used in the DFB plant in Oberwart were derived and the calculated data compared to the standard fuel reject. Particular attention is paid to the pollutant emission in the produced gas and its calorific value. A fuel analysis was carried out for two selected fuels, waste wood and hard plastics from electronic scrap processing. The ultimate analysis of the fuels provides the necessary input parameters for the calculation of the expected product gas quality. Thus, the feasibility of industrial scale use in commercial operation of the plant can be demonstrated for suitable alternative fuels.The calculation using the developed forecast model has shown that the calorific value of the product gas, which would result from the gasification of the fuels, waste wood and hard plastics from electronic scrap processing, at the 100 kWth pilot plant of the Vienna University of Technology, is in the range of 14 15 MJ Nm 3tr Fr om anecological point of view the hard plastic fraction can due to the high expected HCl emissions (1.718 ppmtr onlybe used at c o gasification Whereas gasification of the waste wood fraction would entail high NH3 emissions (16.354 ppmtr), the H2S (expected: 183 ppmtr) und HCl concentration (expected: 89 ppmtr) would stay within the limits. Both fuels have a very high ash content, which is why the quality of the ash produced is important for the economic aspects with regard to further material recycling (secondary raw material) or disposal (contamination). The calculation of the potential at 7.500 operating hours yields for the waste wood fraction 3,29-13,16 MWth and that for the hard-plastic fraction 3,18 MWth.