>Lange: Systemanalytische Untersuchung zur Schnellpyrolyse als Prozessschritt bei der Produktion von Synthesekraftstoffen aus Stroh und Waldrestholzg

Stephan Lange

Systemanalytische Untersuchung zur Schnellpyrolyse
als Prozessschritt bei der Produktion von Synthesekraftstoffen aus Stroh und Waldrestholz

Karlsruhe: Universitätsverlag Karlsruhe 2008, ISBN 978-3-86644-262-7, 159 Seiten, 28,90 Euro
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INHALTSVERZEICHNIS

Tabellenverzeichnis				V
Abbildungsverzeichnis				IX
Größen- und Abkürzungsverzeichnis				XI
1	EINLEITUNG			1
	1.1	Ausgangslage und Problemstellung		1
	1.2	Zielsetzung und Vorgehensweise		7
2	SCHNELLPYROLYSE VON STROH UND WALDRESTHOLZ – STAND DER TECHNIK			11
	2.1	Grundprinzipien		11
	2.2	Reaktortypen		14
	2.3	Bewertung der Schnellpyrolyse von Stroh und Waldrestholz		20
3	AUFBAU DER MODELLANLAGE ZUR SCHNELLPYROLYSE VON STROH UND WALDRESTHOLZ			23
	3.1	Einordnung in das Gesamtsystem zur Produktion von Synthesekraftstoffen		23
	3.2	Bereitstellung von Stroh und Waldrestholz frei Anlage		24
		3.2.1	Eigenschaften und Aufkommen von Stroh und Waldrestholz	24
		3.2.2	Bereitstellung von Stroh und Waldrestholz frei Anlage	24
	3.3	Schnellpyrolyse-Modellanlage		26
		3.3.1	Anlieferung von Stroh und Waldrestholz	27
		3.3.2	Konditionierung – Zerkleinerung und Trocknung	29
		3.3.3	Pyrolyseeinheit	29
			3.3.3.1 Zuführsysteme	33
			3.3.3.2 Doppelschnecken-Reaktor	34
			3.3.3.3 Sandkreislauf inkl. Aufheizung	34
			3.3.3.4 Produktgewinnung und Slurryherstellung	39
		3.3.4	Slurryauslieferung	39
		3.3.5	Hilfsbetriebsanlagen	39
		3.3.6	Bewertung	40
4	METHODISCHE ANSÄTZE FÜR DIE PROZESSKETTEN ANALYSE			41
	4.1	Massen- und Energiebilanzierung		41
		4.1.1	Kenngrößen von festen Brennstoffen	41
		4.1.2	Anlagenleistung	43
		4.1.3	Gleichungen für die Massen- und Energiebilanzierung	43
	4.2	Berechnung der Produktkosten		46
		4.2.1	Kapitalgebundene Kosten	47
		4.2.2	Verbrauchsgebundene Kosten	50
		4.2.3	Betriebsgebundene Kosten	51
		4.2.4	Sonstige Kosten	51
	4.3	Größendegressionen		52
	4.4	Lernen in Produktionssystemen		53
		4.4.1	Lernkurven	55
		4.4.2	Beispiel Entschwefelungsanlagen für Kohlekraftwerke	57
		4.4.3	Beispiel Methanolproduktion	58
		4.4.4	Fortschrittsfaktoren aus der Literatur	58
		4.4.5	Bewertung und Einsatz von Lernkurven	63
	4.5	Bewertung der methodischen Ansätze		64
5	PROZESSKETTENANALYSE ZUR SCHNELLPYROLYSE			65
	5.1	Massen- und Energiebilanz der Schnellpyrolyse		65
		5.1.1	Kenngrößen für die Massen- und die Energiebilanz	65
		5.1.2	Ergebnisse der Massen- und der Energiebilanz	68
	5.2	Ökonomische Kenngrößen der Schnellpyrolyse		73
		5.2.1	Kapitalgebundene Kosten	73
		5.2.2	Verbrauchs-, betriebsgebundene und sonstige Kosten	79
	5.3	Produktionskosten von Slurry aus Stroh und Waldrestholz		81
	5.4	Sensitivitätsanalyse		85
	5.5	Lernpotenzial der Schnellpyrolyse-Anlage		89
		5.5.1	Schnellpyrolyse-Szenario 2020 für Deutschland	89
		5.5.1	Mittelfristige Slurrykosten	89
6	PRODUKTION VON SYNTHESEKRAFTSTOFFEN AUS PYROLYSESLURRY			93
	6.1	Stand der Technik und Modellanlage		93
		6.1.1	Slurryaufbereitung für die Flugstrom-Druckvergasung	93
		6.1.2	Synthesegaserzeugung aus Slurrys	94
			6.1.2.1 Grundprinzipien	95
			6.1.2.2 Flugstrom-Vergaser	96
			6.1.2.3 Synthesegasreinigung und -konditionierung inkl. Wärmerückgewinnung	98
			6.1.2.4 Fließbilder der Modellanlage	102
			6.1.2.5 Thermischer Wirkungsgrad und Sauerstoffbedarf	105
			6.1.2.6 Entwicklung der weltweiten Synthesegaskapazität	105
		6.1.3	Fischer-Tropsch-Synthese	106
			6.1.3.1 Grundprinzipien	106
			6.1.3.2 Reaktoren	108
			6.1.3.3 Produktaufbereitung	109
			6.1.3.4 Thermische Wirkungsgrade	109
			6.1.3.5 Entwicklung der FT-Synthese	110
		6.1.4	Hilfsbetriebsanlagen	111
		6.1.5	Bewertung	111
	6.2	Kenngrößen zur Produktion von Synthesekraftstoffen aus Pyrolyseslurry		111
7	ZUSAMMENFASSUNG			117
8	LITERATURVERZEICHNIS			123
Literatur zu Kapitel 1				123
Literatur zu Kapitel 2				124
Literatur zu Kapitel 3				128
Literatur zu Kapitel 4				129
Literatur zu Kapitel 5				132
Literatur zu Kapitel 6				133
Literatur Anhang				135
A	ANHANG			137
	A.1	Bereitstellungskosten von Stroh und Waldrestholz frei Anlage		137
		A.1.1	Bestimmung der mittleren Transportentfernung	138
	A.2	Transportkosten von Slurry frei Anlage		139
	A.3	Ökonomische Basiskenngrößen		140
		A.3.1	Basiskenngrößen zur Bestimmung der Annuität	140
		A.3.2	Preise für Energie- und Betriebsstoffe	141
	A.4	Parameter der benutzten Brennstoffe		142
	A.5	Wärmezufuhr im Schnellpyrolyse-Reaktor		147
	A.6	Bedarf an Brennstoffen für die Sandaufheizung im Steigrohr		149
	A.7	Bedarf an Brennstoffen für die Trocknung von Stroh und Waldrestholz		152
	A.8	Kenngrößen für die 50-MWin-Schnellpyrolyse-Anlage		156