Energetische Nutzung von feuchter Biomasse in ... - tuprints

8 Simulation eines
Rohrbündelwärmetauschers
zur Biomasseaufheizung
Eine im Rahmen einer Bachelorarbeit von Klingler angefertigte grundlegende Machbarkeits-
studie zur Totaloxidation von feuchter Biomasse (> 50 % (g g -1 ) Wasser) in überkritischem
Wasser identifizierte die energetisch optimierte Auslegung des Wärmetauschers zum Auf-
heizen des Reaktorfeeds (siehe Fließbild des SCWO-Verfahrens in Abb. 3.2) als essentiell für
die technische Realisierung des Prozesses [Kli-2001]. Diese Einschätzung wird auch von
anderen Forschungsgruppen geteilt [FZK-2004, Sch-1999]. Daher steht die Wärmetauscher-
auslegung im Mittelpunkt dieses Kapitels.
Der Biomassefeed soll in dem Eco-Wärmetauscher mit heißem Reaktoraustrag schnell und
effizient auf eine Temperatur nahe der geplanten Reaktortemperatur gebracht werden. Eigene
kinetische Untersuchungen aus Kapitel 6.2 und solche der Literatur [Hol-1995a] legen für
eine vollständige Verbrennung der zugeführten Biomasse zu CO2 und H2O eine Reaktions-
temperatur von 550 - 600 °C nahe. Um Fouling durch Bildung von Braunprodukten entgegen-
zuwirken, sollte das Aufheizen der Biomasse vor allem im hierfür kritischen Temperatur-
bereich 300 - 420 °C möglichst schnell geschehen. Bei 420 °C wurde in den hydrothermalen
Experimenten keine Braunproduktbildung mehr beobachtet und bei niedrigeren Temperaturen
als 300 °C verläuft der hydrothermale Glucoseabbau ausreichend langsam, um signifikante
Braunproduktbildung auszuschließen (siehe Kapitel 6.1). Amin et al. geben sogar an, bereits
bei 22 MPa und 374 °C keine Braunprodukte mehr beobachtet zu haben [Ami-1975]. Einen
Anhaltspunkt für die zulässige Verweilzeit im kritischen Temperaturbereich ergibt folgende
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