Energetische Nutzung von feuchter Biomasse in ... - tuprints

Salzausfall
3.2 SCWO (Supercritical Water Oxidation)
Metallionen im Feed reagieren unter SCWO-Bedingungen mit Sauerstoff zu schwerlöslichen
Oxiden. Diese sind oft von geringer Festigkeit (spröde) und werden einfach im Fluidstrom
mitgetragen. Ausfallende Salze wie K2SO4 hingegen können sehr „klebrig“ sein bzw. leicht
verklumpen, sich auf umströmte Oberflächen setzen, den Wärmetransport behindern,
Korrosion fördern und den Fluidstrom einengen oder ganz versperren. Erste Beobachtungen
hierzu stammen von Hodes et al.: sie simulierten die Ablagerung unter Prozessbedingungen
indem sie in überkritischem Wasser K2SO4 aus dem Fluidstrom an einem beheizten
zylinderförmigen Probekörper abschieden [Hod-2004]. Die Partikelbildung durch ausfallendes
Salz wurde von Armellini et al. für die Modellsalze NaCl und Na2SO4 in nah- und
überkritischem Wasser in Abhängigkeit von Temperatur, Druck und Salzkonzentration
bestimmt [Arm-1994]. Alkalichloride und -sulfate sind zum einen in Biomasse enthalten, zum
anderen stellen sie bei dem SCWO-Prozess die neutralisierten oxidativen Endprodukte von
organischen Feedinhaltsstoffen mit Chlor- und Schwefelheteroatomen (siehe Korrosion:
Neutralisation des Reaktoraustrags) dar.
Partikelbildung erscheint neben der Ablagerung von Salzen an Wänden auch unter dem
Gesichtspunkt von Erosion in Rohrleitungen, Wärmetauscher und Reaktor problematisch. So
kann vor allem bei Materialien mit passivierender Oxidschicht die Oberfläche durch im
Fluidstrom befindliche Feststoffpartikel mechanisch abgetragen und einem Korrosionsangriff
zugänglich gemacht werden [Tes-1999].
Zur Beherrschung des Salzausfalls wurden verschiedene Reaktordesigns (siehe Abb. 3.3)
entwickelt [Abe-2000, Bar-1992, Sch-1999, Tes-1999]. In einem einfachen Strömungsrohr-
reaktor soll eine ausreichend hohe Strömungsgeschwindigkeit bei Salzausfall Fouling
reduzieren und Kristalle im Fluidstrom halten. Bisher wurden Strömungsrohrreaktoren
allerdings nur bei sehr geringen Feststoff- oder Salzgehalten eingesetzt. Beim Schwitzwand-
reaktor ist die eigentliche Reaktorwand mit kleinen Bohrungen versehen, durch die reines
Wasser in den Reaktorinnenraum strömt, die Wand mit einem dünnen Film belegt und vor
Fouling und korrosiven Stoffen schützt. Eine äußere Reaktorwand aus Edelstahl hat
drucktragende Wirkung. Der Zweizonenreaktor besteht aus einem Kessel mit oben einer
11