Experimentelle und numerische Untersuchung der Flash-Pyrolyse von torrefizierten Biomassen und Kohle
Sven Haarmann
Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Flash-Pyrolyse-Prozess (FP) als Teilschritt der Staubfeuerung einer Steinkohle (El Cerrejón), einer Braunkohle (Boxberg) und zweier torrefizierter Biomasse (Buche und Miscanthus) experimentell und numerisch untersucht. Die Charakterisierung der vier Brennstoffproben wurde durch eine umfangreiche Laboranalyse erzielt. Die aufbereiteten Proben der vier Brennstoffe wurden in einem laminaren Flugstromreaktor unter stationären definierten Prozessbedingungen untersucht. Der Versuchstand wurde mit dem Ziel einer detaillierten Charakterisierung der Flash-Pyrolyse unter staubfeuerungsnahen Bedingungen modifiziert und um eine Teerfalle, ein FTIR-Spektrometer sowie einen GC mit Wärmeleitfähigkeitsdetektor erweitert. Die experimentellen Untersuchungen des FP der vier Brennstoffe wurden bei einer Prozess- bzw. Reaktionsrohrtemperatur von 1573 K durchgeführt. Für unterschiedliche Verweilzeiten wurden Pyrolysekoks, -teer und -gas Proben entnommen, analysiert und in Form einer Massebilanz ausgewertet. Ergänzend zum experimentellen Aufbau wurde ein 3D-CFD-Flash-Pyrolyse-Reaktormodell erzeugt, welches zur Simulation der thermodynamischen und strömungsmechanischen Vorgänge im Reaktor eingesetzt wurde.
Die berechneten Verweilzeiten siedeln die Messpunkte in der sekundären Pyrolysephase an, dieses Resultat korreliert mit den experimentellen Untersuchungsergebnissen.Darüber hinaus wurde auf Basis der Partikeltemperaturhistorien und der gemessenen Masseverluste globalkinetische Parameter eines 1-Schritt Arrhenius Ansatzes abgeleitet. Die Untersuchungsergebnisse wurden in den wissenschaftlichen Kontext eingeordnet, kritisch hinterfragt und daraus resultierende Anregungen zur Verbesserung bzw. Weiterführung dieser Untersuchungen aufgeführt.
