Experimental Study on Reforming Activity and Oxygen Transfer of Fe- Olivine in a Dual Circulating Fluidized Bed System

Fe-olivine was investigated in a dual circulating fluidised bed reactor system with focus on hydrocarbon reforming activity and effects of oxygen transfer. H2, CO2, CH4 and 1-methylnaphthalene were fed as a surrogate gas mixture to the reforming part. Oxygen transport was developed by solids circulation. Tar decomposition was marginally affected by partial oxidation. The overall degree of tar decomposition was found to be in the range of 70 to 80%

INVESTIGATION OF REFORMING ACTIVITY AND OXYGEN TRANSFER OF OLIVINE IN A DUAL CIRCULATING FLUIDISED BED SYSTEM WITH REGARD TO BIOMASS GASIFICATION

Natural olivine (Mg,Fe)2SiO4 is examined in a dual circulating fluidised bed (DCFB) reactor system of 120 kWth with regard to its reforming activity. Further, the oxygen transport capacity due to redox-cycling of the iron containing part of the olivine is considered. Based on a syngas composition derived from biomass gasification, the olivine is exposed to a surrogate gas mixture of H2, CO, CO2, CH4 and a tar compound (1-methylnaphthalene) at 850 °C. The results show the tar conversion at different tar loads. The investigations reveal that a low content of oxygen is transported by the olivine due to the redox-cycling in the reactor system

Functional characterisation of chimeras of the organic cation transporters to understand the meaning of the large extracellular loop

Die OCT-Transporterfamilie spielt bei der Ausscheidung von Arzneimitteln und Neurotransmittern in Leber und Niere eine wichtige Rolle. Die Transporter der OCT-Familie weisen neben 12 membranspannenden a-Helices eine große extrazelluläre Schleife zwischen der ersten und der zweiten Transmembrandomäne auf. In der vorliegenden Arbeit wurde der Versuch unternommen, die Funktion der großen extrazellulären Schleife aufzuklären. Es wurden Chimären charakterisiert, bei denen die großen extrazellulären Schleifen von zwei Subtypen der organischen Kationentransporter der Ratte (rOCT1 und rOCT2) ausgetauscht wurden. Außerdem wurde untersucht, ob die Transportfunktion erhalten bleibt, wenn die entsprechende extrazelluläre Schleife eines organischen Anionentransporters (rOAT1) oder eines Glucosetransporters der gleichen Superfamilie (hGLUT1) an die Position der großen extrazellulären Schleife von rOCT1 eingefügt wird. Bei den Transportmessungen an den Chimären wurde die essentielle Bedeutung der großen extrazellulären Schleife für die Expression bzw. die Funktion der OCT gezeigt. Die Daten deuten darauf hin, dass die große extrazelluläre Schleife der organischen Kationentransporter eine strukturelle Funktion besitzt. Sie sprechen nicht für eine direkte Beteiligung an der Substratbindungstasche dieser Transporter, legen aber nahe, dass die Schleife die Konformation der Substratbindungstasche beeinflusst.The OCT transporterfamily plays an important role in the elimination of medicaments and neurotransmitters in liver and kidney. The transporters of the OCT family exhibit a large extracellular loop between the first and the second transmembrane domain beside 12 membrane-stretching a-helices. In the available work the attempt was undertaken to clear up the function of the large extracellular loop. Chimeras were characterized, with which the large extracellular loops were exchanged by two subtypes of the organic cation transporters of the rat (rOCT1 and rOCT2). In addition it was examined whether the transportation function remains, if the appropriate extracellular loop of an organic anion transporter (rOAT1) or a glucose transporter of the same superfamily (hGLUT1) is inserted to the position of the large extracellular loop by rOCT1. With the transportation measurements of the chimeras the essential meaning of the large extracellular loop for the expression and/or the function of the OCT was shown. The data point on the fact that the large extracellular loop of the organic cation transporters possesses a structural function. They speak not for a direct participation in the substrate binding bag of these transporters, put however near that the loop affects the conformation of the substrate binding bag

Outlining active bed materials for dual fluidised bed biomass gasification : in-bed catalysts and oxygen/carbonate looping behaviour

Zsfassung in dt. SpracheDas Zweibett-Wirbelschichtsystem zur Dampfvergasung holzartiger Biomasse stellt ein zuverlässiges Verfahren zur Herstellung eines heizwertreichen Produktgases dar. Voraussetzung für eine uneingeschränkte Nutzung des Produktgases ist die Qualität, die wesentlich durch feste und gasförmige Verunreinigungen bestimmt wird.Insbesondere stellen die allgemein als Teer bezeichneten kondensierbaren Kohlenwasserstoff-verbindungen eine wesentliche Einschränkung des Anlagenbetriebs dar. Die Zersetzung der Teere kann mittels katalytisch aktiven Bettmaterialien erfolgen. Durch die direkte Anwendung im Vergasungsreaktor werden Verfahrensschritte zur Entfernung der Teere vereinfacht bzw. gegebenenfalls erübrigt. Allgemein unterstützt das katalytisch aktive Material die Zersetzung der Kohlenwasserstoffe, aber auch den Reaktionsfortschritt weiterer Reaktionen (z. B. CO-Shift). Im Zweibett-Wirbelschichtsystems können die Spezies [CO tief 2] bzw. [O tief 2] mit Hilfe des Bettmaterials transportiert werden. Der [O tief 2]-Transport vom Verbrennungsreaktor in den Vergasungsreaktor wird durch zyklische Oxidation und Reduktion des Fe-Olivins erwirkt. Der selektive [CO tief 2]-Transport vom Vergasungsreaktor in den Verbrennungsreaktor erfolgt durch zyklisches Karbonatisieren und Kalzinieren des CaO-haltigen Bettmaterials Kalkstein. Die als Sorption-Enhanced-Reforming (SER) bezeichnete Prozessoption ermöglich die Erzeugung eines [H tief 2]-reichen Produktgases. Die vorliegende Arbeit widmet sich dem Themenschwerpunkt der aktiven Bettmaterialien im Zweibett-Wirbelschichtsystem. Dabei wurden experimentelle Untersuchungen mit den Bettmaterialien Quarzsand, Olivin, Fe-Olivin und Kaltstein durchgeführt. Schwerpunkt der Untersuchungen sind die Auswirkungen auf die allgemeine Gasproduktion, das Vermögen zur Reduktion der Teere sowie die Darstellung des selektiven Transports von [O tief 2] bzw. [CO tief 2]. In der Arbeit wird eine Gegenüberstellung der Materialien (Quarzsand, Olivin, Fe-Olivin, Kalkstein) gezeigt, wobei die katalytische Aktivität anhand charakteristischer Größen, wie z. B. der Gaszusammensetzung, Gasausbeute, Teergehalt und Teerzusammensetzung, Wasserumsatz oder der Abweichung vom CO-Shift Gleichgewicht, verdeutlicht wird. Die Untersuchungen zeigen weiterhin die Auswirkungen des [O tief 2]-Transports auf die Stoffströme, die allgemeine Gaszusammensetzung und den Teergehalt. Der [CO tief 2]-Transport wird anhand experimenteller Untersuchungen an der 100 kW Pilotanlage wie auch an einer industriellen Anlage gezeigt. Eine abschließende experimentelle Studie untersucht den Einfluss von Bettmaterialinventaren (Olivin) mit unterschiedlicher mittlerer Korngröße auf die Gasproduktion und den Teergehalt. Im Ergebnis ist festzustellen, dass das CaO-basierte Bettmaterial Kalkstein die höchste katalytische Aktivität hinsichtlich des Wasserumsatzes, der Teerzersetzung und des Reaktionsfortschritts zum CO-Shift Gleichgewicht aufweist. Jedoch ist die geringe Materialhärte und damit verbundene erhöhte Abriebsneigung in der Wirbelschicht als Nachteil zu nennen. Die Aktivität des Fe-Olivins zur Teerreduktion kann anhand der Untersuchungen als gut eingestuft werden und liegt höher als die des Olivins. Quarzsand wird als Referenzmaterial herangezogen, da dieses Bettmaterial als katalytisch inaktiv anzusehen ist. Der selektive Sauerstofftransport ist bei Olivin nur sehr gering erkennbar und hat folglich kaum wahrnehmbare Auswirkungen auf die Stoff- und Energieflüsse und Teerzersetzung. Für Fe-Olivin zeigt sich ein ausgeprägter Sauerstofftransport der sich deutlich auf die Stoff- und Energieflüsse auswirkt. Der selektive [O tief 2]-Transport zeigt sich durch die partielle Oxidation der Gaskomponenten CO und [H tief 2] im Vergasungsreaktor. Verbunden damit ist ein geringer Wasserumsatz. Die Auswirkung des Sauerstoffeintrags auf die Teerumsetzung wird als sehr gering festgestellt. Die Untersuchungen mit den Bettmaterialinventaren (Olivin) unterschiedlicher mittlerer Korngröße zeigen die Bedeutung eines intensiven Gas-Feststoff Kontaktes in der Wirbelschicht. Deutlich zu erkennen ist der geringere Teergehalt bei der Anwendung des Bettmaterialinventars mit geringerer Korngröße. Dies wird auf die höhere Turbulenz und somit den intensiveren Gas-Feststoff Kontakt in der Wirbelschicht zurückgeführt. Die Arbeit verdeutlicht das Potenzial aktiver Bettmaterialien im Zweibett - Wirbelschichtsystem. Dies schließt die katalytische Aktivität wie auch die Eigenschaft zum Transport von [CO tief 2] oder [O tief 2] ein.The dual fluidised bed system is a reliable concept for steam gasification of woody biomass into a valuable product gas. The nitrogen free product gas can be used for a wide range of applications. In addition to conventional generation of heat and power, the product gas can be used as feed for synthesis processes into liquid fuels, synthetic natural gas, methanol or other chemicals. The purity, which concerns the solid and gaseous pollutants, is an essential requirement for the application. In particular, the condensable hydrocarbons (tar) are an obstacle for the operation of gasifiers. Their condensation can cause clogging or blockages in downstream process units. The application of a active bed material in the fluidised bed process is a favourable option for the gasification process, as the active material is employed directly in the gasification reactor. Generally, the active material promotes the decomposition of tar and other gas-gas reactions (e.g. the CO-shift). This primary measure for in-situ hot gas cleaning allows a compact gasifier design, which is essential for its industrial application. This thesis aims at the experimental investigation of different bed materials to show their activity in the context of a dual fluidised bed system. The materials considered are limestone, natural olivine, Fe-olivine (a synthetic material), and silica sand, which is taken as the reference case, as this material is catalytically inactive.The main part of the experimental work was carried out at a 100kW dual fluidised bed pilot plant for steam gasification of biomass.Furthermore, a dual circulating fluidised bed reactor system is used for the experiments to expose the solid materials to surrogate gas mixtures.The performance of the pilot plant is shown by means of general aspects such as its temperature profile, pressure profile, and gas residence times. The activity is elucidated on the basis of product gas composition, tar content and composition, water conversion, and the extent of the CO-shift. In particular, the oxygen transfer from the combustion reactor to the gasification reactor and its general impact, which is developed by the cyclic oxidation and reduction of iron, are illustrated. The transfer behaviour and the impacts on gas production and tar decomposition is shown for olivine and Fe-olivine. As a result, limestone is found as the material which best promotes tar decomposition, water conversion, and CO-shift. However, a drawback for its application is its rather low attrition resistance. The capability of Fe-olivine for tar decomposition is well developed, and is found to be higher than that of natural olivine. However, it was found that the water conversion is low for Fe-olivine, as the [H tief 2] is selectively oxidised by the oxygen input. Furthermore, the importance of intense gas-solid contact and gas residence time in the bubbling bed of the gasification reactor is shown. Unlike the solid-free freeboard zone, the bubbling bed is considered to be the active zone for effective heterogenous catalysis. Based on experimental findings and considerations on the evolution and character of the tar, a scheme is proposed which shows the possible interactions of the tar compounds in the gasification reactor. Finally, the activity of limestone for carbonate looping in the dual fluidised bed system is illustrated. This characteristic is used for the combination of biomass gasification with sorption enhanced reforming. By means of the sorption enhanced reforming, [CO tief 2] is selectively removed from the reaction atmosphere in the gasification reactor. This process yields a product gas which is poor in [CO tief 2] and rich in [H tief 2]. This work underlines the potential of active bed materials in dual fluidised bed systems. This covers the capability of the material for an effective conversion process (i.e., high tar reduction, high water conversion), and the possibility for different operation modes such as sorption enhanced reforming