Biomasse-Pyrolyse in einem Wirbelschichtreaktor. Teil 2: Experimentelle Validierung der Modellergebnisse

Verschiedene Arten von zylindrischen Biomassepartikeln (Kiefer, Buche, Bambus, Abbruchholz) wurden in einem batchweise betriebenen Wirbelbett-Laboraufbau pyrolysiert. Umsetzungszeiten, Produktausbeuten und Produktzusammensetzungen wurden in Abhängigkeit von der Partikelgröße (0,7−17 mm), der Verweildauer der Dämpfe (0,25−6 s), der Position der Biomassepartikel im Bett (dichtes Bett oder Spritzzone) und der Wirbelbetttemperatur (250−800 °C) gemessen. Bei Pyrolysetemperaturen zwischen 450 und 550 °C schien der Bioölanteil maximal zu sein (in dieser Arbeit: etwa 65 Gew. %), während der Wassergehalt des Bioöls minimal ist. Die Position der Biomassepartikel im Wirbelbett, entweder im dichten Bett oder in der Spritzzone, beeinflusst die Umsetzungszeit und die Produktausbeuten bei 500 °C nicht wesentlich. In dem für diese Arbeit verwendeten kleinen Wirbelbett, mit einem Kohlerückhalt von bis zu 5 Vol. % (oder 0,7 Gew. %), ist die Verweildauer der Pyrolysedämpfe nicht so kritisch. Bei typischen schnellen Pyrolysetemperaturen von etwa 500 °C schien es ausreichend zu sein, diese Verweildauer unter 5 s zu halten, um eine signifikante sekundäre Zersetzung der produzierten Dämpfe zu nicht-kondensierbarem Gas zu verhindern. Bis zu einem Durchmesser von 17 mm hat die Partikelgröße nur einen geringen Einfluss auf die gesamte Flüssigausbeute. Für Partikel größer als 3 mm steigt jedoch der Wassergehalt des produzierten Bioöls signifikant an. Die experimentellen Ergebnisse werden weiter mit Vorhersagen aus einem eindimensionalen (1D) und einem zweidimensionalen (2D) Einzelpartikel-Pyrolysemuster verglichen. Solche Modelle scheinen aufgrund großer Unsicherheiten in der Kinetik und Selektivität der Biomassezersetzung eine begrenzte Vorhersagekraft zu haben. Darüber hinaus kann die Produktqualität überhaupt nicht vorhergesagt werden.