Experimental investigation on SNG production from biomass gasification

Abstract

Da Erdgas (NG) keine unbegrenzte Ressource ist und die Treibhausgasemissionen kontinuierlich zunehmen, wird die Option, es durch synthetisches Erdgas (SNG) zu ersetzen, als interessant angesehen. Diese Arbeit wurde vollständig an der TU Wien (Österreich) durchgeführt und konzentriert sich auf die Untersuchung eines Konzepts für die SNG-Produktion durch thermochemische Vergasung biogener Rückstände und anschließende Methanisierung. Ergebnisse thermodynamischer Untersuchungen und experimenteller Tests werden vorgestellt. Verschiedene Produktgaszusammensetzungen (PG), die aus Vergasungsprozessen resultieren, werden einem intern zirkulierten Wirbelschichtreaktor (ICFB) im Labormaßstab zugeführt, in dem die Methanisierung stattfindet. Durch Untersuchungen zu Verfügbarkeit, Wirksamkeit und Preis wurde Ni/Al2O3 als optimaler Katalysator identifiziert und der Einfluss von Parametern wie Temperatur und Einlassdurchfluss auf die Methanisierungseffizienz analysiert. Die erhaltenen Ergebnisse zeigen, dass die CO-Methanisierung gegenüber CO2 und kombinierten Methanisierungen bevorzugt ist. Das gewünschte Temperaturniveau wurde dank der großen Wärmeübertragungsfähigkeit des Fließbettreaktors effizient gesteuert. Bei dieser experimentellen Untersuchung werden Methanausbeuten von bis zu 92% erhalten. Auf der Grundlage der erzielten Ergebnisse kann dieser Methanisierungsprozess zu einer etablierten Downstream-Technologie für das an der TU Wien entwickelte Vergasungskonzept des Dual Fluidized Bed (DFB) werden.

Since Natural Gas (NG) is not an unlimited resource and greenhouse gas emissions are continuously increasing, the option to replace it with Synthetic Natural Gas (SNG) is being considered interesting. This thesis has been fully carried out at TU Wien (Austria) and focuses on the study of a concept for SNG production by thermo-chemical gasification of biogenic residues and subsequent methanation. Results of thermodynamic investigation and experimental tests are presented. Different Product Gas (PG) compositions resulting from gasification processes are fed to a bench-scale Internally Circulated Fluidized Bed reactor (ICFB), where methanation takes place. By means of research on availability, effectiveness and price, Ni/Al2O3 has been identified as the optimal catalyst and the influence of parameters such as temperature and inlet flowrate on methanation efficiency has been analysed. The results obtained show that CO methanation is more favoured than CO2 and combined methanations. The desired temperature level was efficiently controlled thanks to the great heat transfer ability of the fluidized bed reactor. Methane yields up to 92 % are obtained in this experimental investigation. On the basis of the obtained results, this methanation process can become a well-established downstream technology for the Dual Fluidized Bed (DFB) gasification concept developed at the TU Wien.