Untersuchung des Abscheideverhaltens ausgewählter Teerkomponenten aus der Biomasse-Dampfvergasung im Produktgaswäscher

Abstract

Es wurde im Technikumsmaßstab ein Versuchswäscher mit Produktgas aus dem Biomasseheizkraftwerk Güssing betrieben. Es wurden vier 120h Anreicherungsversuche bei Temperaturen von 0°C bis 40°C durchgeführt, um das Abscheideverhalten zu untersuchen. Die bei den Versuchen betrachteten Teerkomponenten waren Benzol, Toluol und Xylol. Sie wurden ausgewählt, da sie die am schwersten abzutrennende Teerfraktion sind. Während der Anreicherungsversuche wurden sämtliche Parameter möglichst konstant gehalten, einzig die Temperatur des Wäschermediums wurde variiert. Neben einer kontinuierlichen Datenaufzeichnung wurden 0:15h, 1h, 5h, 25h und 120h nach Versuchsstart Teerproben vor und nach dem Versuchswäscher genommen. Diese Probenahme liefert Messpunkte, um die Effizient des Versuchswäschers zu beurteilen. Durch ein exponentielles Modell wurden die ermittelten Daten in eine kontinuierliche Funktion des Abscheidegrades umgerechnet. Um die Vergleichbarkeit mit ähnlichen, mit dem gleichen Lösungsmittel betriebenen Wäscher zu gewährleisten, wurde das durch den Wäscher gereinigte Produktgasnormvolumen in eine Beladung des Lösungsmittels umgerechnet. Somit erhält man einen Zusammenhang zwischen dem Abscheidegrad und der Beladung des Lösungsmittels. Die Ergebnisse liefern für die Teerkomponenten Toluol und Xylol einen eindeutig erkennbaren Zusammenhang zwischen Lösungsmitteltemperatur und Abscheidegrad. Benzol zeigt diesen Zusammenhang ohne ausführliche Fehlerbetrachtung nicht. Bei geringer Beladung des Lösungsmittels kann ein Abscheidegrad von 100% für alle betrachteten Komponenten erreicht werden, mit steigender Beladung nimmt der Abscheidegrad für alle Komponenten jedoch stark ab. Die Ergebnisse zeigen des Weiteren, dass sich mit steigender Lösungsmitteltemperatur der Abscheidegrad bei gleicher betrachteter Teerkomponente verschlechtert. Diese Gegebenheiten deuten darauf hin, dass Absorptionsprozesse für die Teerabscheidung in einem Biodieselwäscher verantwortlich sind und Kondensation eine untergeordnete Rolle spielt. Ein Vergleich mit dem Kraftwerkswäscher zeigt, dass dieser die beobachteten Teerkomponenten nur zu einem geringen Teil abscheidet.

In the described case, the dust and ash particles are removed in a product gas filter. A scrubber with packed bed was used to clean the product gas from the tar components. The solvent of the scrubber was RME (rapeseed methyl ester), a biodiesel. RME is used because of its good tar separating characteristics. To investigate these tar separation characteristics of RME and the separation efficiency of the scrubber, four enrichment experiments were carried out during this work. These experiments took place at the 'Technikum' nearby the biomass steam gasification plant Güssing. There, a pilot-scale scrubber and product gas from the gasification plant were used to perform the enrichment experiments. The four experiments are long term experiments with duration of approximately 120 hours each to obtain comparable results, it is necessary to make sure most of parameters are constant during the experiments. Only the RME temperature was changed from 0°C in the first experiment to 40°C in the last experiment. The task of this master thesis was to investigate the removal efficiency of the scrubber for the tar components benzene, toluene and xylene from the gas. During the enrichment experiments, a continuing data recording was fulfilled and in addition discontinuous tar sampling was accomplished. The discontinuous tar samples were taken 0:15h, 1h, 5h, 25h, 120h after the start of the experiments. The tar samples were analyzed in a laboratory and the results give the opportunity to evaluate the efficiency of the scrubber to eliminate benzene, toluene and xylene from the product gas. Using an exponential model, the results were fitted as scrubber efficiency as function of dry product gas volume at standard pressure and temperature. The results give good information about the behavior of toluene and xylene, because they show a good correlation between the temperature of RME and the separation efficiency. The results of benzene do not show this clear correlation. The results show, that, if fresh RME is used, a very good, nearly 100% tar separation is possible. Comparing the results to the CHP's scrubber, it can be concluded, that only a very little fraction of the tar components, which were investigated in this work, are actually removed there.