Pyrolyseanlage zur Thermischen Abfallbehandlung

Frau Dr. E. Schroeder

Zur gezielten Untersuchung der Pyrolyse von Feststoffschüttungen steht die Testanlage PANTHA zur Verfügung. Die mit dieser Testanlage gewonnenen Daten zur Beschreibung des Pyrolysevorgangs dienen zur Validierung des Rechenprogramms TOSCA (siehe Numerik).
Darüber hinaus soll PANTHA in Zukunft auch für Grundlagenuntersuchungen zur Pyrolyse und Vergasung von Energieträgern aus Biomasse eingesetzt werden.

Experimenteller Aufbau

Der Pyrolysereaktor enthält zur Aufnahme des Pyrolyseguts einen von oben nach unten durchströmten Korb mit einem Siebboden.

Die Aufheizung des Feststoffs erfolgt über den seitlich in den Pyrolysereaktor eintretenden heißen Gasstrom. Das durch die Umlenkung asymmetrische Strömungsprofil wird durch eine Lochplatte über den Korbquerschnitt vergleichmäßigt.

An dem als Lochplatte ausgebildeten Korbboden ist eine Auffangwanne für Flüssigkeiten angeschlossen. Das aus den Seitenöffnungen der Wanne ausströmende Pyrolysegas wird außerhalb des Reaktors in einem Wärmetauscher abgekühlt.

Der Reaktormantel ist mit Heizwicklungen und einer Isolierschicht versehen um Wärmeverluste zu minimieren und ein radial gleichmäßiges Temperaturprofil im Schüttbett zu gewährleisten.

Die meßtechnische Ausstattung des Reaktors ist wie folgt aufgebaut:

Im Festbett sind 20 Thermoelemente radial und vertikal angeordnet, um die Temperaturverteilung zu bestimmen.
Die Festbetthöhe, sowie der Druckverlust werden im Pyrolysekorb gemessen.
Der Korb selbst ist mit einer Wiegeeinrichtung im oberen wassergekühlten Teil des Reaktors verbunden, so daß in diskreten Zeitabständen während des Zersetzungsprozesses der Gewichtsverlust der Schüttung ermittelt werden kann.

Funktionsweise

Dem Festbett wird aus Gasflaschen das Inertgas zugeführt. Ein Regelventil und das Massenstrommeßgerät (1) sorgen für konstanten Gasmassenstrom. Bevor das Gas in den Reaktor (5) einströmt, wird es durch einen elektrischen Gaserhitzter (3) auf Versuchstemperatur gebracht. Durch den Stutzen am Boden des Reaktors verläßt der Gasstrom zusammen mit den Pyrolyseprodukten den Reaktorbehälter. Die beheizte Abgasstrecke (6) verbindet den Reaktor mit dem mehrstufigen Gaskühler (7), in dem die Abkühlung des Gases auf Raumtemperatur erfolgt und Kondensate abgeschieden werden können. Ein zweites Massenstrommeßgerät (9) bestimmt die Menge des verbleibenden Restgases. Die Filter (8) und (11) reinigen den Gasstrom, bevor er die Anlage durch den Kamin (12) verläßt. Die Bypassleitung (10) dient dem Schutz des Massenstrommeßgerätes (9). Die Gasanalyse erfolgt nach der Massenstrommessung. Zusätzlich werden am Ende des Versuchs die im Kühler niedergeschlagenen Kondensate auf ihre Zusammensetzung untersucht.

Meßgrößen

Mit PANTHA ist es möglich, die wichtigsten Eigenschaften der Trocknung und Pyrolyse einer Feststoffschüttung aus unterschiedlichen Spezies zu untersuchen.

Parallel hierzu wird ein Trocknungs- und Pyrolysemodell entwickelt, das durch die Messungen an PANTHA validiert werden soll. Im einzelnen werden dazu folgende Meßgrößen bestimmt:

Das Temperaturfeld in der durch inertes Gas aufgeheizten Feststoffschüttung.
Der Gasmassenstrom, der zur Aufheizung bereitgestellt wird. Daraus wird der Wärmeübergang abgeleitet.
Die chemischen und physikalischen Eigenschaften des Feststoffes bei Versuchsbeginn und nach Ende des Experimentes.
Menge und Zusammensetzung der durch die thermische Zersetzung gebildeten Gase sowie das Gewicht des Festbetts als Funktion der Zeit und der Temperatur.
Das Lückenvolumen der Schüttung während des Experimentes, da die Diffusionsvorgänge hiervon entscheidend abhängen.

Als wesentliche Komponenten des Festbetts werden folgende Materialien untersucht:

Holz
mit Wasser gesättigter Blähschiefer
Polypropylen.

Sie werden jeweils einzeln und als Mischung untersucht.