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SynGas
Vielseitige Energielösungen mittels Klärschlammvergasung
Pascal Ackermann, 22. Juni 2017, 10. KlärschlammTage, Würzburg
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1 2016 | © KOPF Syngas GmbH & Co. KG |
Inhalt der folgenden Folien… Vielfältige Energielösungen mittels Klärschlammvergasung
1. Aktuelle Bedeutung der thermischen Aufbereitung von Klärschlamm in Europa
2. Unterschiede zwischen Verbrennung, Pyrolyse und Vergasung
3. KOPF SynGas Technologie: bedarfsgerechte Energieanlagen zur thermischen Schlammbehandlung
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2 2016 | © KOPF Syngas GmbH & Co. KG |
Entsorgung von Klärschlamm in Europa heute Bedeutung der thermischen Aufbereitung
Noch 2013 wurden 57% des Klärschlamms im Ackerbau und auf Feldern ausgetragen!
- Problem: Verunreinigung der Böden mit Schwermetallen und anderen Giften sowie Viren, Bakterien und hormonell wirksamen Substanzen
Schon zur biologischen Entgiftung ist thermische Behandlung unerlässlich
Das Ende der breiten Verwendung in der Landwirtschaft ist abzusehen → Thermische Behandlung mit Phosphor-Rückgewinnung als politisches Ziel auch in Europa
- In der Schweiz ist die Ausbringung in der Landwirtschaft bereits seit 2006 verboten
- In Deutschland wurden entsprechende Beschlüsse 2013 gefasst und aktuell umgesetzt
- Ähnliche Entwicklungen sind auch in Österreich, Großbritannien und Benelux zu erwarten
Daher werden in den kommenden Jahren hohe Kapazitäten zur thermischen Behandlung benötigt
Quelle: Simone Brandt: „Nutzung von Klärschlamm als Rohstoffquelle“, Universität Rostock
41%
17%
20%
13%
10%
LandwirtschaftLandschaftsbauThermische BehandlungDeponierung
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3 2016 | © KOPF Syngas GmbH & Co. KG |
Zunehmende Bedeutung der Monoverwertung aufgrund der künftigen Phosphor – Rückgewinnungspflicht
Erzeugung von brennbarem Synthesegas
Methoden der thermischen Aufbereitung Verfügbare Technologien zur Behandlung von Klärschlamm
Wirbelschichttechnologie ca. 75 %
Thermochemische Aufspaltung organischer Bestandteile ohne Sauerstoff
Staubfeuerung
Drehrohrofen
Rostfeuerung
Thermische Behandlung von
Klärschlamm
Monoverwertung
Verbrennung λ > 1
Vergasung 0 < λ < 1
Pyrolyse λ = 0
Mitverbrennung
Kohlekraftwerk
Zementfabrik
Müllverbrennung
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4 2016 | © KOPF Syngas GmbH & Co. KG |
Inhalt der folgenden Folien… Vielfältige Energielösungen mittels Klärschlammvergasung
1. Aktuelle Bedeutung der thermischen Aufbereitung von Klärschlamm in Europa
2. Unterschiede zwischen Verbrennung, Pyrolyse und Vergasung
3. KOPF SynGas Technologie: bedarfsgerechte Energieanlagen zur thermischen Schlammbehandlung
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5 2016 | © KOPF Syngas GmbH & Co. KG |
Der Verbrennungsprozess unter der Lupe “Anatomie” einer vollständigen Verbrennung
Grundlegende Schritte in einem vollständigen Verbrennungsprozess
Trocknung Pyrolyse Vergasung Verbrennung Reinigung
Umwelt
Wärme 250-800°C
Wärme Luft (O2) 0 < λ < 1
Luft (O2) λ > 1
H2O (Dampf)
Trocken-brennstoff
Feuchter Brennstoff Feststoff
(Kohle) Holzkohle/Asche
Asche
Flüchtige Stoffe
(Pyrolyse- gas)
CO, H2, CH4, CO2,
N2, … Rauchgas
Wasser Biomasse
Asche
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6 2016 | © KOPF Syngas GmbH & Co. KG |
Verbrennung / Pyrolyse / Vergasung? Prozess der Verbrennung
Verbrennung von (entwässertem) Schlamm
- Alle Schritte finden in einer einzigen Kammer statt – der Brennkammer
- Die Verbrennung von feuchtem Schlamm erfolgt
– entweder durch Mitverbrennung eines
zweiten, Energieträgers (z.B. Erdgas)
– oder selbsterhaltend nach vorheriger
Trocknung in einem externen Trockner
(45-60 % DS)
- Das Ergebnis ist heißes, inertes Rauchgas
– Stromerzeugung z.B. mittels Dampfkreislauf
– Hinreichende Effizienz nur mit großen Anlagen zu erzielen
– Kohlenstoffarme Asche, mit
aufkonzentriertem Phosphor
Trocknung Pyrolyse Vergasung Verbrennung Reinigung
Umgebung
Luft λ > 1
H2O (Dampf)
Trocken-brennstoff
Fest-Stoff
(Kohle) Holzkohle/Asche
Flüchtige Stoffe
(Pyrolyse- Gas)
CO, H2, CH4, CO2, N2, … Rauchgas
Wärme
T
Feuchter Brennstoff
Externe Trocknung
Co-Feuer-ung oder Asche
Asche
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7 2016 | © KOPF Syngas GmbH & Co. KG |
Verbrennung / Pyrolyse / Vergasung? Prozess der Pyrolyse
Pyrolyse: Thermische Zersetzung von (entwässertem) Klärschlamm
- Die Vergasungsstufe entfällt, daher:
– Keine vollständige thermische
Umwandlung des Schlamms (nur flüchtige
Bestandteile des Ausgangsmaterials)
– Der nichtflüchtige Anteil hingegen (Kohle)
verbleibt als Rückstand
- Die Trocknung findet im wesentlichen extern statt
– Dies zieht allerdings einen recht hohen
Bedarf an zuzuführender Energie nach sich
- Das Ergebnis ist heißes, inertes Rauchgas
– Als Wärmequelle zur Pyrolyse und
Trocknung
- Zur Stromerzeugung bleibt keine Energie übrig
Kohle
Externe Wärmezufuhr
Umgebung
H2O (Dampf)
Trocken-brennstoff
Fest-Stoff
(Kohle)
Flüchtige Stoffe
(Pyrolyse- Gas)
CO, H2, CH4, CO2, N2, … Rauchgas
Feuchter Brennstoff
Externe Trocknung
Trocknung Pyrolyse Vergasung Verbrennung Reinigung
Luft λ > 1
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8 2016 | © KOPF Syngas GmbH & Co. KG |
Verbrennung / Pyrolyse / Vergasung? Prozess der Vergasung
Asche
Trocknung Pyrolyse Vergasung Verbrennung Reinigung
Umgebung
H2O (Dampf)
Trocken-brennstoff
Fest-Stoff
(Kohle) Holzkohle/Asche
Flüchtige Stoffe
(Pyrolyse- Gas)
CO, H2, CH4, CO2, N2, … Rauchgas
Feuchter Brennstoff
Asche
Syn
gas
Ver
wer
tun
g
Luft 0 < λ < 1
Luft λ > 1
Bei Stromerzeugung teilweise externe
Energiezufuhr
Vergasung von (entwässertem) Schlamm
- Der thermische Umwandlungsprozess zerfällt in drei Schritte, die räumlich voneinander getrennt sind: Trocknung, Erzeugung von Synthesegas und Verwendung des Synthesegases
- Das Ergebnis bildet heißes, brennbares Synthesegas, das sich vielfältig und effizient verwenden lässt
- Der Schlamm ist extern nahezu vollständig zu trocknen (~90%DS)
- Restprodukt ist eine kohlenstoffarme Asche mit aufkonzentriertem Phosphor (gleich wie beim Verbrennungsvorgang)
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9 2016 | © KOPF Syngas GmbH & Co. KG |
Inhalt der folgenden Folien… Vielfältige Energielösungen mittels Klärschlammvergasung
1. Aktuelle Bedeutung der thermischen Aufbereitung von Klärschlamm in Europa
2. Unterschiede zwischen Verbrennung, Pyrolyse und Vergasung
3. KOPF SynGas Technologie: bedarfsgerechte Energieanlagen zur thermischen Schlammbehandlung
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10 2016 | © KOPF Syngas GmbH & Co. KG |
Klärschlammvergasung von KOPF SynGas Eine Technologie mit zahlreichen Anwendungen
Trockner
En
twä
sse
rte
r
Sch
lam
m
Trocken- Schlamm
Asche (nur noch ca. 8% des entwässerten Materials)
Syngas SynGas Anlage
oder
(Thermische Ausbeute)
Elektrische Ausbeute +
Energie optimiert im Hinblick auf:
Reines Synthesegas
oder
Thermische Ausbeute
BHKW-Modul
Heat-Modul
Stützfeuerung
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11 2016 | © KOPF Syngas GmbH & Co. KG |
Das KOPF SynGas BHKW-Modul Nutzung von Synthesegas im Kraft-Wärme-Kopplungs-Prozess
Optimiert auf maximale Stromausgabe:
- Höchster verfügbarer Wirkungsgrad auf dem Markt!
- Teerfreies Synthesegas durch patentierte, zweistufige Vergasung
- Referenzprojekt Koblenz kurz vor Inbetriebnahme:
850 –
880 °C
Sauberes Synthesegas
CHP
Staub
Asche- granulat
Phosphor -
Rückgewinnung
Düngemittel
Inerter Füllstoff
Synthesegas im Rohzustand
Stufe I
Nasswäscher
80o - 140oC Wärme
Strom
850 – 880 °C
Luft
Stufe II
3. Verwertung
2. Reinigung 1. Vergasung
Ko
hle
filt
er-
Ele
me
nte
Staub
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12 2016 | © KOPF Syngas GmbH & Co. KG |
Die thermisch autarke Lösung:
- Keine zusätzliche Energie zur Schlammtrocknung nötig
- Einfacher und stabiler Prozess
- Kosteneffizient
- Basierend auf der Erfahrung von über 60.000 Betriebsstunden in Balingen und Mannheim
- 750 – 15.000 t/a DS
- Auch im Containerdesign erhältlich
Schnell installiert (System wird
vormontiert geliefert)
Das kompakte SynGas Wärmemodul Direkte Verbrennung des Synthesegases in einer Brennkammer
SCR
Kohle- filter
Aschen- granulat
850 – 880 °C
Luft Harnstoff
Wä
sch
er
Wärme
Trockner
1. Vergasung 2. Verbrennung
4. Reinigung
Ve
rga
sers
tufe
3. Wärme- Gewinnung
Phosphor -
Rückgewinnung
Düngemittel
Inerter Füllstoff
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13 2016 | © KOPF Syngas GmbH & Co. KG |
Einfachste Lösung mit externer Synthesegas-Verwendung
- Mitverbrennung von Klärschlamm bei gleichzeitiger Abtrennung der Asche
- Klärschlamm damit langfristig als Sekundärenergiequelle nutzbar
- Maximaler Nutzen bei kleinstmöglichem Aufwand
- Im existierenden Kraftwerk sind kaum Änderungen an der Infrastruktur erforderlich
- Einfaches und bewährtes Konzept
- Niedrige Investitions- und Betriebskosten
- Einfache Installation
SynGas-Kompaktmodul zur Stützfeuerung Verwendung des Synthesegases in einer externen Feuerungsanlage
Wirbelschicht – Vergaser
Aschen- granulat
850 – 880 °C
Müllverbrennung Kohlekraftwerk Zementfabrik
…
1. Vergasung 2. Externe Verwendung
Klärschlamm-Mitverwendung UND dennoch 100% reine Asche!
Phosphor -
Rückgewinnung
Düngemittel
Inerter Füllstoff
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14 2016 | © KOPF Syngas GmbH & Co. KG |
Zusammenfassung
1. Europaweit werden kurz- bis mittelfristig hohe Kapazitäten an Klärschlamm-Monoverwertungsanlagen erforderlich sein
2. Klärschlammvergasung ist der Monoverbrennung hinsichtlich der Endprodukte sehr ähnlich, bietet aber mehr Möglichkeiten und eine höhere Effizienz in Bezug auf die Energierückgewinnung bei kleineren Anlagen
3. Die Lösungen von KOPF SynGas öffnen heute den Weg für eine dezentrale und dennoch effiziente, thermische Klärschlammverwertung
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15 2016 | © KOPF Syngas GmbH & Co. KG |
Fragen und Diskussion
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Pascal Ackermann Dipl.- Ing [email protected] Tel. +49 7071 54 9 54-62
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Eoin Butler BE (Hons), PhD [email protected] Tel. +49 7071 54 9 54-56