Post on 26-Aug-2020
transcript
Brennstoffzellentauglicher Wasserstoff aus Biomasse mittels Dampfreformierung
Univ. Prof. Dr. Hermann Hofbauer
Inhalt des Vortrages
Grundlagen der Wasserstoffherstellung
Biomassevergasung (DFB-Vergasung)
Projekt zur Wasserstofferzeugung
Nutzung des Wasserstoffes in PEM Brennstoffzelle
Energieversorgung auf Basis Wasserstoff
Herstellung von Wasserstoff Dampfreformierung
Allgemein CHnOm + (1-m).H2O = CO + (1+n/2-m).H2
Für Methan (n=4, m=0)
CH4 + H2O = CO + 3.H2 Für Biomasse
CH1,44O0,66 + 0,34.H2O = CO + 1,06.H2
Reaktionsbedingungen: 800-900 °C Katalysator (Ni, Ca)
Herstellung von Wasserstoff Wassergas-Shift-Reaktion (WGS)
Für Biomasse CH1,44O0,66 + 0,34.H2O = CO + 1,06.H2
Wassergas-Shift-Reaktion (WGS)
CO + H2O = CO2 + H2
CH1,44O0,66 + 1,34.H2O = CO2 + 2,06.H2
WGS Reaktionsbedingungen: 350-450 °C Katalysator: FeMo
Vergasung, Gasbehandlung
Synthese, Produktaufarbeitung
Vergasungs- anlage
Grundidee der Biomassevergasung
Fuel Pretreatment Gasification
Gas Cleaning
Heat & Electricity
Production
Gas Upgrading Synthesis
Biogenous Residues
Energy Plants Synthetic Products
Heat & Electricity
Wood
Prozesskette von Biomasse zum Produkt
Clean Gases e.g. H2
Polygeneration
Gas Separation
Inhalt des Vortrages
Grundlagen der Wasserstoffherstellung
Biomassevergasung (DFB-Vergasung)
Projekte zur Wasserstofferzeugung
Nutzung des Wasserstoffes in PEM Brennstoffzelle
Energieversorgung auf Basis Wasserstoff
Dual Fluidized Bed (DFB) Vergasung Oberwart
Dual Fluidized Bed Steam Gasification Plant Oberwart
Location Usage / Product
Fuel / Product MW, MW
Start up Supplier Status
Güssing, AT Gas engine 8.0fuel / 2.0el 2002 AE&E, Repotec Operational
Oberwart, AT
Gas engine / ORC 8.5fuel / 2.8el 2008 Ortner
Anlagenbau Operational
Villach, AT Gas engine 15fuel / 4.0el 2010 Ortner Anlagenbau Operational
Senden/UlmDE
Gas engine / ORC 15fuel / 5.0el 2012 SWU/
Repotec Operational
Göteborg, SE BioSNG 32fuel/20 BioSNG 2014 Metso Power /
Repotec Construction
Überblick über industrielle Anlagen
Inhalt des Vortrages
Grundlagen der Wasserstoffherstellung
Biomassevergasung (DFB-Vergasung)
Projekte zur Wasserstofferzeugung
Nutzung des Wasserstoffes in PEM Brennstoffzelle
Energieversorgung auf Basis Wasserstoff
Luftvergasung Dampfvergasung
Heizwert MJ/m3 4 - 6 12 - 14
H2 % 11- 16 35 - 40
CO % 13 - 18 25 - 30
CO2 % 12 - 16 20 - 25
CH4 % 3 - 6 9 -11
N2 % 45 - 60 <1
Zusammensetzung des Produktgases
Ideal: CH1,44O0,66 + 0,34.H2O = CO + 1,06.H2
Real: CH1,44O0,66 + 0,52.H2O = 0,2.CH4+ 0,4.CO2 + 0,4.CO + 0,84.H2
Produktgas der DFB Dampf-Vergasung
Volumenbasierte Zusammensetzung
Energiebasierte Zusammensetzung
Fuel Pretreatment Gasification
Gas Cleaning
Heat & Electricity Production
Biogenous Residues
Energy Plants
Heat & Electricity
Wood
Prozesskette zur Wasserstofferzeugung
Clean Gases e.g. H2
Gas Separation
Pilot Plant
Slip-Stream 1-6 m3/h
Pilot plant
CHP PlantOberwart
from RME scrubber (high temp.) to gas engine
Compressor1
Pressure swingadsorption
Membranegas permeation
Chiller
Heat exchanger
RME gasscrubber
Permeate
PG blower
Adsorber
PEM fuel cell
Gascleaning
H2
enrichmentCO
removal Fuel cellProducer
gasElectricity
RME scrubber(low temp.) Membrane
Compressor2
Adsorbers
Pump
Producer gas
Pilotanlage zur Herstellung von Bio-H2
Container mit Pilotanlage bei der KWK-Anlage in Oberwart
Blick in den Container
Membrananlage
PSA-Anlage
PEM-Brennstoffzelle
Hauptgaskomponenten entlang der Prozesskette
Inhalt des Vortrages
Grundlagen der Wasserstoffherstellung
Biomassevergasung (DFB-Vergasung)
Projekte zur Wasserstofferzeugung
Nutzung des Wasserstoffes in PEM Brennstoffzelle
Energieversorgung auf Basis Wasserstoff
Daten der PEM-Brennstoffzelle
■ PEM Brennstoffzelle „Mobixane“
■ Nennleistung: 2500W
■ Minimale Leistung: 500W
■ Evaluierung des Betriebes mit BioH2
■ Verständnis des Verhaltens für praktische Anwedung
Performance der PEM Brennstoffzelle mit Bio-H2 (1)
Electrical efficiencies
Performance der PEM Brennstoffzelle mit Bio-H2 (2)
CHP Plant clean prod. gas
LT gas scrubbing
1-step PI membrane PSA PEMFC
H2 - Recovery
Electricity consumption
Specific BioH2 production gBioH2/kgHolz 13,5 47,9
LT gas scrubbing PSA PEMFC WG-shift CHP Plant
clean prod. gas
% Nm3BioH2/Nm3H2in PG 40 128
kWhel/Nm3BioH2 1,69 0,46
Vergleich ausgewählter Kenngrößen
Folie 24
Bisherige Betriebserfahrung
Process chain Process chain Scrubber+Membrane+PSA WGS+Scrubber+PSA
Operation time hours 789 223
BioH2 produced Nm3 330 60
BioH2 purity vol.% 99,95 99,97
PSA cycles - 7500 1230
PEM FC operation hours 130 30
Inhalt des Vortrages
Grundlagen der Wasserstoffherstellung
Biomassevergasung (DFB-Vergasung)
Projekte zur Wasserstofferzeugung
Nutzung des Wasserstoffes in PEM Brennstoffzelle
Energieversorgung auf Basis Wasserstoff
BioH2 BIOMASS-TO-HYDROGEN
Besten Dank für die Aufmerksamkeit !
Univ. Prof. Dr. Hermann Hofbauer Technische Universität Wien, Institut für Verfahrenstechnik
A-1060 Getreidemarkt 9/166