Jakobs, T.

Kolb, T.

Sänger, A.

KITopen

Tobias Jakobs KIT | ITC 1 Jahrestreffen ProcessNet-Fachgruppe Energieverfahrenstechnik / Abfallbehandlung / Wertstoffrückgewinnung | 23.-24.Februar 2016 Zerstäubung hochviskoser Brennstoffe aus Restbiomasse für die Hochdruck-Flugstromvergasung Tobias Jakobs, Alexander Sänger, Thomas Kolb Karlsruher Institut für Technologie – KIT  Institut für Technische Chemie – ITC Tobias Jakobs Tobias Jakobs KIT | ITC 2 Jahrestreffen ProcessNet-Fachgruppe Energieverfahrenstechnik / Abfallbehandlung / Wertstoffrückgewinnung | 23.-24.Februar 2016 Das bioliq® Konzept Energiedichte2 GJ/m3 >20 GJ/m3Einzugsbereich ca. 50 kmEinzugsbereich über 200 kmTobias Jakobs KIT | ITC 3 Jahrestreffen ProcessNet-Fachgruppe Energieverfahrenstechnik / Abfallbehandlung / Wertstoffrückgewinnung | 23.-24.Februar 2016 Der bioliq® Prozess O2 (Dampf)bioSyncrudePartikelfilter Sorption CO2- und Wasserab-scheidungKatalysatorKraftstoff-SyntheseDME-SyntheseGasreinigung und -konditionierungHochdruck-Flugstrom-VergasungbioSyncrudeSynfuelSchnellpyrolyseBiomasseZerkleinerung SyngasDezentral ZentralSchlackeTobias Jakobs KIT | ITC 4 Jahrestreffen ProcessNet-Fachgruppe Energieverfahrenstechnik / Abfallbehandlung / Wertstoffrückgewinnung | 23.-24.Februar 2016 bioliq® Pilotanlage Schnellpyrolyse Strohhäcksler Slurryanmischung HP-EFG HP/HT-Gasrein. Synthese Tank-Lager Tobias Jakobs KIT | ITC 5 Jahrestreffen ProcessNet-Fachgruppe Energieverfahrenstechnik / Abfallbehandlung / Wertstoffrückgewinnung | 23.-24.Februar 2016 Hochdruck-Flugstrom-Vergaser Technische Daten: • 5 MW thermische BS-Kapazität  (ṁfuel ≈ 1 t/h) • Betriebsdruck bis 80 bar • Temperatur > 1200 °C • Vergasungsmedium: O2 • Max. Feed-Viskosität = 1000 mPa.s • Brennstoffflexibilität   (Rest-)Biomasse,  Fossile Brennstoffe  • Flexibilität bzgl. Integration in nachfolgende Prozessstufen  Chemikalien, Strom & Wärme Tobias Jakobs KIT | ITC 6 Jahrestreffen ProcessNet-Fachgruppe Energieverfahrenstechnik / Abfallbehandlung / Wertstoffrückgewinnung | 23.-24.Februar 2016 Brennstoff Roh-Syngas Verdampfung Zerstäubung Partikelaufheizung Vergasungsreaktionen Prozessschritte: Inertmaterial (Asche, Schlacke) Prozessschritte der Flugstromvergasung Vergasungs-Medium Tobias Jakobs KIT | ITC 7 Jahrestreffen ProcessNet-Fachgruppe Energieverfahrenstechnik / Abfallbehandlung / Wertstoffrückgewinnung | 23.-24.Februar 2016 ..RSMMMMGLRFuelOxidizerLiqGas ∝==Zerstäubung ↔ Vergasung Brennstoff Vergasungs-Medium Syngas 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 T [°C] 0 400 800 1200 1600 2000 0.8 0.4 0.6 1.0 1.2 Temperatur BS-Umsetzung Kalt-Gas-Wirkungsgrad 0 GLR 0.5 0.75 1.5 0 S.R. 0.25 BSU KGW  kg O2 / kg BS Tobias Jakobs KIT | ITC 8 Jahrestreffen ProcessNet-Fachgruppe Energieverfahrenstechnik / Abfallbehandlung / Wertstoffrückgewinnung | 23.-24.Februar 2016 Rheologische Untersuchung biosyncrude Rheologische Eigenschaften:  • Fließverhalten • Viskosität (bis zu 10 Pa.s) Brennstoff biosyncrude: Tank Pumpe Brennerdüse  Strukturviskoses Verhalten *Quelle: L. Jampolski – KIT|MVM *( Tobias Jakobs KIT | ITC 9 Jahrestreffen ProcessNet-Fachgruppe Energieverfahrenstechnik / Abfallbehandlung / Wertstoffrückgewinnung | 23.-24.Februar 2016 Versuchsanlage – ATMO Technische Daten:  • p = 1 barabs • ηliq,max = 1000 mPa s • Tliq = 10 – 50 °C • ṁgas = 1 – 20 kg h-1 • ṁliq = 1 – 20 kg h-1   geeignet für Suspensionen  Verschiedene Düsen  Untersuchung Betriebsbedingungen & Viskosität Tobias Jakobs KIT | ITC 10 Jahrestreffen ProcessNet-Fachgruppe Energieverfahrenstechnik / Abfallbehandlung / Wertstoffrückgewinnung | 23.-24.Februar 2016 Versuchsanlage – PAT Technische Daten:  • preac = 1 – 21 barabs • ηliq,max = 1000 mPa s • Tliq = 10 – 50 °C • ṁgas = 1 – 500 kg h-1 • ṁliq = 10 – 200 kg h-1   3 optische Zugänge  Scheibenreinigung  geeignet für Suspensionen  Verschiedene Düsen  Untersuchung Betriebsbedingungen, Druck & Viskosität Tobias Jakobs KIT | ITC 11 Jahrestreffen ProcessNet-Fachgruppe Energieverfahrenstechnik / Abfallbehandlung / Wertstoffrückgewinnung | 23.-24.Februar 2016 Eingesetzte Messtechnik High Speed Camera HG-Kamera Shadow-Sizer Fernfeldmikroskop Phase-Doppler-Analyzer (PDA / LDA) Lokale TGV Tobias Jakobs KIT | ITC 12 Jahrestreffen ProcessNet-Fachgruppe Energieverfahrenstechnik / Abfallbehandlung / Wertstoffrückgewinnung | 23.-24.Februar 2016 Tropfengröße als Fkt. der GLR  Steigende GLR führt zu Abnahme des SMD Wasser Mliq = 10 kg/h z = 200 mm uGas [m/s] GLR [-] 0,4 0,6 0,8 1,0 1,5 2,0 OberflächeBSVolumenBSDSMD−−== 32Tobias Jakobs KIT | ITC 13 Jahrestreffen ProcessNet-Fachgruppe Energieverfahrenstechnik / Abfallbehandlung / Wertstoffrückgewinnung | 23.-24.Februar 2016 Tropfengröße als Fkt. der Viskosität Trends: • ηliq ↑  D32 ↑ • GLR ↑ (ηliq = konst.)  D32 ↓ • GLR ↑ Effekt von ηliq geringer Typishes GLR bioliq Vergaser (für biosyncrude) GLR  Verhalten Tropfengröße anders als in Literatur beschrieben Mliq = 10 kg/h z = 200 mm Tobias Jakobs KIT | ITC 14 Jahrestreffen ProcessNet-Fachgruppe Energieverfahrenstechnik / Abfallbehandlung / Wertstoffrückgewinnung | 23.-24.Februar 2016 Primärinstabilitäten „Pulsating / Flapping“ Flapping Pulsating • Hohe aerodynamische Kräfte (GLR > 1.0)      Pulsating mode • Geringere aerodynamische Kräfte (GLR < 1.0) und ηliq < 200 mPa.s  Pulsating mode • Geringere aerodynamische Kräfte (GLR < 1.0) und ηliq > 200 mPa.s  Flapping mode  Flapping effektiver als Pulsating GLR = 0,4 ηliq = 200 mPas GLR = 0,4 ηliq = 300 mPas Tobias Jakobs KIT | ITC 15 Jahrestreffen ProcessNet-Fachgruppe Energieverfahrenstechnik / Abfallbehandlung / Wertstoffrückgewinnung | 23.-24.Februar 2016 ηliq = 100 mPa s ηliq = 200 mPa s ηliq = 1 mPa s 1 bar abs 11 barabs Mliq = 12 kg/h vrel = 56 m/s  ηliq dämpft Primärzerfall & Tropfenbildung / p↑ begünstigt Strahlzerfall & Tropfenbildung Einfluss Druck – Primärzerfall hochviskos Tobias Jakobs KIT | ITC 16 Jahrestreffen ProcessNet-Fachgruppe Energieverfahrenstechnik / Abfallbehandlung / Wertstoffrückgewinnung | 23.-24.Februar 2016 1 barabs Positiver Einfluss von preac auf Sprayqualität Unabhängig von ηliq (1 & 100 mPa.s) ID32 ~ preac-0.2 (z = 200 mm) 21 barabs 21 barabs 1 barabs ηliq Mliq = 12 kg h-1 z = 200 mm vrel = 70 ms-1 = konst. Einfluss Druck – Zerstäubung hochviskos Tobias Jakobs KIT | ITC 17 Jahrestreffen ProcessNet-Fachgruppe Energieverfahrenstechnik / Abfallbehandlung / Wertstoffrückgewinnung | 23.-24.Februar 2016 Atmosphärischer Flugstromvergaser REGA Technische Daten: p = atmosphärisch mBrennstoff bis 13 kg/h Pth = 60 kW Elektrisch beheizte Wand TWand, max = 1200 °C TGas, max = 1600 °C  Gasanalytik:  H2 (calorimetry), CO, CO2, CH4 (IR), Corg (FID), O2 (paramagnetism)  µGC: H2, CO, CO2, N2, O2, CH4, C2H2, C2H4, C2H6       Tobias Jakobs KIT | ITC 18 Jahrestreffen ProcessNet-Fachgruppe Energieverfahrenstechnik / Abfallbehandlung / Wertstoffrückgewinnung | 23.-24.Februar 2016 Einsatz neuer Brennerdüsen im Vergaser  Verbesserung der Syngas-Qualität durch neue Düse Tobias Jakobs KIT | ITC 19 Jahrestreffen ProcessNet-Fachgruppe Energieverfahrenstechnik / Abfallbehandlung / Wertstoffrückgewinnung | 23.-24.Februar 2016 Zusammenfassung und Ausblick Bisherige Arbeiten  Rheologische Charakterisierung biosyncrude  Strukturviskosität  Zerstäubung hochviskoser Fluide (1 bar)  Einfluss GLR & ηliq  Zerstäubung hochviskoser Fluide (1-21 bar)  Einfluss p & ηliq  Einsatz Brennerdüsen im Vergaser  Syngas-Qualität  Weiter Arbeiten  Zerstäubung von Suspensionen (optimale Sprayqualität für breites Brennstoffspektrum) Tobias Jakobs KIT | ITC 20 Jahrestreffen ProcessNet-Fachgruppe Energieverfahrenstechnik / Abfallbehandlung / Wertstoffrückgewinnung | 23.-24.Februar 2016 Danke! Kontakt: Dr.-Ing. Tobias Jakobs Karlsruher Institut für Technologie Institut für Technische Chemie Tel.: +49 721 608 26763 Mail: tobias.jakobs@kit.edu  

Zerstäubung hochviskoser Brennstoffe aus Restbiomasse für die Hochdruck-Flugstromvergasung

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Zerstäubung hochviskoser Brennstoffe aus Restbiomasse für die Hochdruck-Flugstromvergasung

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