Schnellpyrolyse zur Biomasseumwandlung
Die Pyrolyse dient der thermischen Spaltung organischer Makromoleküle zu festen, flüssigen und gasförmigen Produkten. Die Schnellpyrolyse zielt auf die hauptsächliche Gewinnung flüssiger Bio-Öle ab. Biomasse kann dadurch in eine energiedichte, leicht und wirtschaftlich transportable Form gebracht werden. Die weitere Verarbeitung kann auf mehreren Wegen erfolgen: Ersatz von Brennstoffen zur Wärmeerzeugung und Weiterverarbeitung zu Kraftstoffen durch katalytisches Upgrading und zur Gewinnung chemischer Produkte. Im bioliq®-Verfahren wird ein anderes Konzept vorgeschlagen, in dem das Bio-Öl mit dem Pyrolysekoks zu einer stabilen Suspension verarbeitet wird, aus der mittels Flugstromvergasung Synthesegas hergestellt wird. Das Synthesegas eignet sich wiederum hervorragend als Rohstoff für Syntheseprozesse zur Herstellung von Kraftstoffen und chemischen Grundprodukten.
Die Schnellpyrolyse wird am KIT in einem Doppelschnecken-Mischreaktor durchgeführt. In diesem wird zerkleinerter Einsatzstoff mit einem heißen Wärmeträger vermischt und dadurch in wenigen Sekunden erhitzt. Nach der dadurch einsetzenden thermischen Zersetzung innerhalb weniger Sekunden werden die Pyrolyseprodukte vom Wärmeträger getrennt und schlagartig abgekühlt. Der Wärmeträger wird im Kreislauf zurückgeführt und dabei wieder aufgeheizt, so dass die Pyrolyseanlage im kontinuierlichen Betrieb gefahren werden kann. Aus dem Produktstrom werden zunächst feste Produkte (Koks und Asche) abgetrennt; anschließend werden nach einer zweistufigen Kondensation flüssige Kondensate erhalten.
Prozessschema der Schnellpyrolyse mit Wärmeträgerkreislauf, Mischreaktor und Produktrückgewinnung
Die Arbeitsschwerpunkte der Arbeitsgruppe liegen auf der auf der Erweiterung des Spektrums möglicher Einsatzstoffe sowie auf der Optimierung und Weiterentwicklung des Schnellpyrolyse-Prozesses. Insbesondere aschereiche Biomassen sollen möglichst effizient zu nutzbaren Pyrolyseprodukten umgewandelt werden. Zur Verbesserung des Prozessverständnisses werden Laborversuche in Kombination mit Simulationen eingesetzt. Der Fokus liegt hierbei sowohl auf kritischen Komponenten wie dem Reaktor und der Kondensation als auch auf der Auslegung des Pyrolyseprozesses als Ganzes. Für die experimentellen Arbeiten steht eine Technikumsanlage (10 kg/h) zur Verfügung, an der neue Anlagenkomponenten, Betriebsvarianten und Messtechnik erprobt werden können. Die Ergebnisse können auf den Pilotmaßstab übertragen und an der bioliq-Pilotanlage im 500 kg-Maßstab in repräsentativer Anlagengröße verifiziert werden.
Zur Simulation von Komponenten wurden Reaktormodelle in LIGGGHTS und OpenFoam erstellt, die den besonderen Anforderungen zur Darstellung der Doppelschnecken genügen. Des Weiteren wird ein Modell der Kondensation basierend auf AerCoDe entwickelt. Zur Simulation des Prozesses wird die handelsübliche Software Aspen+ verwendet; hier liegt der Schwerpunkt der Forschungsarbeit auf der Entwicklung geeigneter Modelle die der Komplexität der Pyrolyse und der dabei entstehenden Produkte gerecht werden.