View
1
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
20.11.2009
Dipl.-Ing. Stefan Kieseler
TU Berlin
Institut für Energietechnik
FG Energieverfahrenstechnik und Umwandlungstechniken
regenerativer Energien (EVUR)
Hydrothermale Carbonisierung(HTC)
1
Was ist HTC?
2
• Die Hydrothermale Carbonisierung oder
„Verkohlung“ beschreibt ein therm. Umwandlungs-
verfahren
• „Hydro-“ = Reaktions- und Wärmemedium:
Wasser
• „-thermal“ = Zuführung von Wärme
(T=180 bis 250°C)
• „Carbonisierung“ = Anreicherung von Kohlenstoff in
der Festphase bzw. Abreicherung von Wasser- und
Sauerstoff
Verkohlungsprozess
3
Lignin
Torf
Holz
Cellulose
lignitischeBraunkohlen
bitumenreiche Braunkohlen
Braunkohlen
Steinkohlenlignitische
Ste
inko
hlen
Anthrazite
Asp
ha
lte
u.
Bit
um
enR
oh
-Erd
öl
Ölschiefer
0
0,5
1
1,5
2
H/C
O/C
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
Abb.: Van Krevelen-Diagramm
• Verkohlung geht mit
einem geringeren H/C
und O/C-Verhältnis
einher
• HTC liegt zum Teil
außerhalb des
gekennz.Bereiches
Ziele von HTC
4
1. Energetische Nutzung (Brennstoff)
• Hoher Brennwert (hoher C-Anteil)
• Hohe Ausbeute (hoher Anteil Festphase)
• Geringer Asche-Anteil
• Auflösung der faserigen Struktur (Pulver)
2. Stoffliche Nutzung (Bodenverbesserer)
• Hoher C-Anteil
• Große Poren
• Hohe Ionenaustauschfähigkeit
Energetische Nutzung/ Analytik Feststoff
5
H
O
C
0,00%
10,00%
20,00%
30,00%
40,00%
50,00%
60,00%
70,00%
80,00%
90,00%
100,00%
Edukt (Pappel)
210°C, 4h220°C, 8h
230°C, 8h
6,68%6,31%
5,77%5,84%
45,60%
38,82%
29,96%
25,73%
47,60%54,63%
64,04% 68,19%
H
O
C
Ausbeute: ca. 63%
Energetische Nutzung/ Analytik Feststoff
6
19.35821.805
25.88927.802
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
Edukt (Pappel) 210°C, 4h 220°C, 8h 230°C, 8h
Bre
nn
wert
[kJ/ kg
]Brennwerte Edukt und Produkt
Analytik Flüssigphase
7
• Der pH-Wert des Prozesswasser ist für ein und
dieselbe Biomasse konstant (unabhängig vom
eingesetzten Katalysator und
Prozessbedingungen)
• Pappel: 3,45 – 3,50
• Stroh: 3,65 – 3,70
• Laub: 4,60 – 4,70
• Im Prozesswasserlösen sich Erdalkali und Alkali-
Metalle wie z. B. Kalium
• Zukünftig sind TC (total carbon) -messungen
vorgesehen
• CSB (chemischer Sauerstoffbedarf)-Wert liegt ca.
um das 3-fache höher
Gas-Analytik
8
• Fragestellung: Welche Stoffkomponentenkommen in welcher Konzentration vor.
• Analytik-Verfahren:
1. Gasuhr (Messung des Gasvolumens)
2. Gasmaus (Auffangen des Gases) + GC-WLD
(Wärme-Leitfähigkeits-Detektor)
3. Laserspektroskopie (Raman-Verfahren): kann
den zeitlichen Verlauf der Konzentrationen
der Stoffkomponenten aufzeigen.
Gas-Analytik
9
20,54%3,48%1,00%7,07%
67,73%
0,13%0,01%0,01%0,01%0,00%
10,00%
20,00%
30,00%
40,00%
50,00%
60,00%
70,00%
80,00%
90,00%
100,00%
N2 O2 H2 CO CO2 CH4 C2H4 C2H6 C3H61,32% 9,31%
89,18%
0,18% 0,01% 0,01% 0,01%0,00%
10,00%
20,00%
30,00%
40,00%
50,00%
60,00%
70,00%
80,00%
90,00%
100,00%
H2 CO CO2 CH4 C2H4 C2H6 C3H6
N2 und O2 gestrichen
Abb.: GC-WLD-Analytik für Pappel, 220°C, 8h
Abb.: GC-WLD-Analytik für Pappel, 220°C, 8h
Gas-Analytik
10
C3H6
C2H4
CH4
H2
CO
CO2
0,00%
10,00%
20,00%
30,00%
40,00%
50,00%
60,00%
70,00%
80,00%
90,00%
100,00%
12
3
6,02%13,98%
9,04%
93,04%
83,65% 89,45%
C3H6
C2H4
CH4
H2
CO
CO2
Abb.: GC-WLD-Analytik für Pappel, 220°C, 8h
Ausblick
11
• Messreihen ausweiten (Temperatureinfluss
quantifizieren)
• Schließen der Massenbilanz auf Elementarebene
• Massenverlust liegt bei ca. 0 - 1%
• Analytik des Prozesswassers ausweiten
(Phenolindex, etc.)
• Terra-Preta erfordert andere Prozessbedingungen,
wird aber zukünftig ein Forschungsansatz werden
(Vorversuche mit Mikroalgen erfolgreich
durchgeführt, Analytik von Bodenkundlern steht
aus)
Promotion Kieseler
12
• Schwerpunkt: Massen- und Energiebilanzen von
Nutzungspfaden von Mikroalgen
• Zu betrachtende Nutzungspfade:
• Hydrothermale Carbonisierung
• Terra Preta
• Anaerobe Vergärung/ Fermentation
• Vergasung (Pelletieren)
• Prozesskette eines Nutzungspfades mit Versuchen
untermauern
Recommended