Projektbeschreibung

Die Erzeugung von einspeisefähigem synthetischem Erdgas (engl. SNG, „synthetic natural gas“) aus erneuerbaren Festbrennstoffen wie Rest- und Abfallstoffen ist ein vielversprechender Ansatz zur Reduktion der CO2-Intensität im österreichischen Industrie- und Energiesektor. Die Zweibettwirbelschicht-Gaserzeugungstechnologie mit anschließender SNG-Synthese wurde bereits kommerziell umgesetzt. Dabei wurden im Zuge der Prozessentwicklung einige Punkte vernachlässigt, wodurch die Technologie am Markt bisher nicht konkurrenzfähig ist. Insbesondere wurde die ganzheitliche Prozessoptimierung, die Entwicklung eines holistischen Regelungs- und Automatisierungskonzepts und das Potential der Digitalisierung der Technologie unzureichend erforscht.

Projektziel

Ziel dieses Forschungsprojektes ist es nicht nur die einzelnen Forschungslücken zu schließen, sondern durch Fokus auf die Wechselwirkungen und Schnittmengen der einzelnen Forschungsbereiche das volle Potential der Digitalisierung, Automatisierung und Optimierung des Prozesses auszuschöpfen und eine Kostenreduktion bei hoher gleichbleibender Qualität zu ermöglichen.

Der Prozess

Der Prozess (siehe nachfolgende Grafik), bestehend aus Zweibettwirbelschicht-Gaserzeugung (engl. DFB „dual fluidized bed“ gasification) und Wirbelschicht-Methanierung, wird modelliert, um eine Gesamtoptimierung (Simulationsstudien, Sensitivitätsanalyse, Skalierbarkeitsanalyse) zu ermöglichen. Basierend auf diesen Erkenntnissen wird ein Regelungskonzept entworfen, an einer 100 kW Pilotanlage integriert und getestet, sowie die Übertragbarkeit der F&E-Ergebnisse auf Industrieanlagen mittels industrieller Messdaten untersucht.

Abbildung einer SNG Kette mit vier Schritten

Die Effizienz der Datenauswertung und der Prozessüberwachung wird durch die Erstellung eines Digital Twins erhöht. Dieser erhält Live-Daten aus der Versuchsanlage und kann über Simulationsmodelle historische und aktuelle Anlagenzustände darstellen, sowie zukünftige vorhersagen. Dazu gehört auch die Implementierung eines Soft-Sensors zur Messung und Prognose der Gaszusammensetzung aus der Produktgaserzeugung sowie der Methanierung.

Veröffentlichungen

Stanger, Lukas, Alexander Schirrer, Florian Benedikt, Alexander Bartik, Stefan Jankovic, Stefan Müller, and Martin Kozek. "Dynamic modeling of dual fluidized bed steam gasification for control design, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster." Energy 265 (2023): 126378.

Hammerschmid, Martin, Daniel Cenk Rosenfeld, Alexander Bartik, Florian Benedikt, Josef Fuchs, and Stefan Müller. "Methodology for the Development of Virtual Representations within the Process Development Framework of Energy Plants: From Digital Model to Digital Predictive Twin—A Review, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster." Energies 16, no. 6 (2023): 2641.

Grossgasteiger, Leander. "Dynamic modeling and control of a fluidized bed methanation reactor, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster." PhD diss., Wien, 2022.

Kooperationspartner

Projektdauer

  • März 2021 - April 2024

Weitere Projekte

Kontakt

Projektass. Dipl.-Ing. Lukas Stanger BSc

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