Influence of fluid dynamics on the gasification in a dual fluidized bed

Abstract

Durch den steigenden Verbrauch an Energie und den damit verbundenen Verbrauch an fossilen Rohstoffen, stellt sich die Frage nach Alternativen zu Erdöl und Erdgas. Trotz neuer Funde wird der Vorrat an Erdöl und Erdgas zur Neige gehen. Damit kommende Generationen nicht auf Erdölprodukte verzichten müssen, wird an der technischen Universität Wien an der Weiterentwicklung der Verwendung von Biomasse als Alternative gearbeitet. In der Arbeitsgruppe für "Zukunftsfähige Energietechnik" von Professor Hofbauer wird unter anderem auch an einem 100 kW Zweibettwirbelschichtvergaser geforscht.<br />Diese Technologie ist mittlerweile in ganz Europa und auch über dessen Grenzen hinweg verbreitet, zum Beispiel: Neuseeland, Deutschland, Vereinigte Staaten von Amerika, Schweden, Portugal, Frankreich, nicht nur um Strom und Wärme sondern auch ein für andere Zwecke verwendbares Synthesegas zu erzeugen. Es ist ein erklärtes Ziel der Arbeitsgruppe, diese Technologie zu verbessern und somit für industrielle Anwendungen interessant zu machen. Es gibt bereits einige industrielle Großanlagen wie zum Beispiel in Güssing in Österreich. Um dieses Ziel zu erreichen, werden an der technischen Universität Wien laufend Versuche gemacht. Es wird auch auf den Kontakt zu anderen Universitäten und den Austausch von Ergebnissen großer Wert gelegt.<br />Im Zuge dieses Austausches wurde diese Diplomarbeit verfasst, um die fluiddynamischen Eigenschaften der Zweibettwirbelschichten in Christchurch, Neuseeland, und Wien, Österreich zu untersuchen. In einem 3 monatigen Aufenthalt in Christchurch wurden Daten für diese Diplomarbeit gesammelt. Um eine Vergleichsbasis zu schaffen, wurden ähnliche Bettmaterialien verwendet, deren katalytische Wirkung auf Grund ihrer Zusammensetzungen ähnlich ist. In Christchurch wurde der dort übliche Grauwacke Sand verwendet und in Wien Quarzsand. Für einen Vergleich beider Anlagen wurden im Rahmen dieser Diplomarbeit Berechnungen für signifikante Größen zur Beschreibung der Wirbelschicht gemacht. Die Ergebnisse dieser Berechnungen haben ergeben, dass die Anlagen in Christchurch und Wien im Grunde auf die gleiche Art und Weise betreiben werden. Unterschiede finden sich jedoch in der Geometrie und in der Betriebsweise durch einen Unterschied in der Korngröße des Bettmaterials und der Vergasungstemperatur. Diese Unterschiede haben natürlich einen Einfluss auf andere Betriebsparameter und erschweren den Vergleich.<br />Wichtige Kennzahlen für die Wirbelschichtvergasung wie z.B. die Archimedes Zahl oder die Leerrohrgeschwindigkeit sind davon nicht ausgeschlossen. Diese Parameter beeinflussen das Produktgas. Es gibt plausible Begründungen für die signifikanten Unterschiede in der Zusammensetzung des Produktgases.

Our increasing demand of energy requires the construction of new power plants. Although new deposits of oil and natural gas are found, our supply of fossil fuels is limited. The working group of Professor Hofbauer "Future Energy Technology" at the Institute of Chemical Engineering at the Vienna University of Technology is conducting research with a 100 kW dual fluidized bed gasifier. Alternative fuels and catalytic bed materials are not the only materials that are investigated to make this type of energy production more interesting for the industry. With the cooperation between the Vienna University of Technology and the industrial power plant in Güssing the results of the research can easily be verified on an industrial scale. This cooperation with others is important to the workgroup. There is a permanent correspondence between universities worldwide including New Zealand, Germany, United States of America, Sweden, Portugal and France, exchanges are also supported. This thesis was written during one of these exchanges. It covers the fluid dynamics of the dual fluidized bed at the University of Canterbury in Christchurch, New Zealand and at the Vienna University of Technology in Austria. During three months in New Zealand data were collected for this thesis and compared with those in Austria. For this purpose bed materials were used that have the same composition or at least almost the same catalytic influence on the gasification. In Christchurch greywacke sand and in Vienna silica sand was used. There are certain parameters that are important to describe a fluidized bed. For this thesis they were calculated and compared. The result of this calculation shows that the way the two gasifiers are operated is very similar. The two gasifiers differ in the structure, geometry, bed material and gasification temperature. These differences have an influence on operating factors, like the Archimedes number or the superficial velocity.<br />These parameters have an influence on the product gas. The composition of the product gas is significantly different but there are reasons which explain these differences. All the differences in geometry and operation of these pilot plants make it difficult to compare the collected data. In this thesis some explanations are given.