Energetische Nutzung von feuchter Biomasse in ... - tuprints

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3 Theoretischer Teil Biomasse Feuchte % (g g -1 ) Zusammensetzung der Trockenmasse % (g g -1 ) TM Schlachtabfälle* 40-75 Protein 2-67, Fett 17-93, Kohlenhydrate 0-5, Asche 0,2-7 Klärschlamm 60-95 Protein 16-41, Fett/Öl 3-35, Faser 7-17, Asche 20-65 Probleme bei der konventionellen Biomasseverbrennung Die Biomasseverbrennung mit konventioneller Verbrennungstechnik ist prinzipiell möglich, erfordert aber Zusatzmaßnahmen und verringert im Vergleich zu fossilen Brennstoffen die Anlageneffizienz. Je nach Aschezusammensetzung ergeben sich bei der Verbrennung von Biomasse unterschiedliche Erweichungstemperaturen der Asche. Während Holz mit 1200 (Verkleben bzw. Sintern der Asche) bis 1400 °C (Aufschmelzen der Asche) als unkritisch gilt, findet bei Getreidekörnern, Stroh und Gras schon bei deutlich tieferen Temperaturen Ascheerweichung statt: Die Asche von Getreidestroh erweicht bei 900 °C, Roggenkörner sogar schon bei 700 °C. Bei Brennstoffen mit niedriger Ascheerweichungstemperatur kommt es bei der Verbrennung zu Anbackungen und Ablagerungen im Feuerungsraum und an Wärmeüberträgerflächen, welche die Hochtemperaturkorrosion begünstigen und die Anlagen- effizienz vermindern. Daher wird die Verbrennung entweder bei Temperaturen unter der Ascheerweichungstemperatur (Verbrennung in der Wirbelschicht, bei Rostfeuerung Wasser- kühlung des Verbrennungsrostes) durchgeführt oder aber durch Zugabe von calciumhaltigen oder alkalibindenden Additiven (dolomitischer Kalk, Kaolin) die Ascheerweichungs- temperatur angehoben [Kal-2001]. Weiterhin muss, wie bereits in Kapitel 1 angesprochen, Biomasse vor einer Verbrennung getrocknet werden. Basis der vorliegenden Arbeit Aus dem hohen Anteil an Cellulose in pflanzlicher Biomasse ergab sich das Interesse, die Reaktionen von Cellulose in unter- und überkritischem Wasser zu untersuchen. Zur Ver- einfachung (vgl. auch Kapitel 4) wurde Glucose als Modellsubstanz für Cellulose gewählt. Der Einfluss von Salzen auf den hydrothermalen und oxidativen Abbau von Glucose in heißem Hochdruckwasser wurde am Beispiel von Zinksulfat betrachtet. Zinksalze hatten bei Untersuchungen von Bicker, Dai, Henk, Hirth und Ott einen deutlichen Einfluss auf Reaktionen von Modellsubstanzen wie Fructose, Di- und Polyole und Ethylacetat in nah- und überkritischem Wasser gezeigt [Bic-2005, Dai-2004, Hen-2004, Hir-2003, Ott-2005]. In Klär- 20
3.3 Biomasse schlamm kommt Zink mit bis zu 1 % (g g -1 ) TM, in anderen Biomassen in geringeren Mengen (z. B. bei Stroh 5 - 60 mg kg -1 TM) vor [HEC-1974a, Kal-2001]. Für proteinhaltige Biomasse wurde das Verhalten der Modellsubstanzen Glycin und Alanin in unter- und überkritischem Wasser mit und ohne Sauerstoff untersucht. 21
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5 Experimenteller Teil HPLC-Analyti
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6 Ergebnisse der Versuche zu Glucos
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6.1.1 Temperatur- und Verweilzeitei
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A C / % (mol mol -1 ) A C / % (mol
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A C (Milchsäure) / % (mol mol -1 )
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6.2.1 Temperatur- und Verweilzeitei
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A C / % (mol mol -1 ) A C / % (mol
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6.2 Oxidativer Abbau von Glucose di
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6.2 Oxidativer Abbau von Glucose Te
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6.2.4 Salzeinfluss von Zinksulfat 6
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OH Xylose OH OH OH O OH + H + O OH
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H O 6.3 Mechanistische Überlegunge
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Zerfall Disproportionierung Rekombi
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6.3 Mechanistische Überlegungen Gl
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6.4 Kinetik der Reaktionen von Gluc
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c(CO 2 ) / mmol L -1 Abb. 6.50: Gem
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7 Ergebnisse der Versuche zu Aminos
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8 Simulation eines Rohrbündelwärm
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mit � = Dichte des Fluids als ρ
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V = Fluidvolumen im Rohrbündel / i
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8.1 Wärmetauscher mit reibungsfrei
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u / m s -1 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4
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8.2 Druckverlust über den Wärmeta
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8.3 Resümee Wärmetauscherdesign B
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8.3 Resümee Wärmetauscherdesign A
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9 Machbarkeitsbetrachtungen Zunäch
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9.1 Energetische Effizienz und Kost
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für flüssigen Sauerstoff und DKP
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9.2 Vergleich mit konventionellen E
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9.2 Vergleich mit konventionellen E
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9.3 Feedanforderungen Für den Sond
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9.3 Feedanforderungen • organisch
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10 Zusammenfassung und Ausblick Kin
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10 Zusammenfassung und Ausblick sä
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10 Zusammenfassung und Ausblick Als
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10 Zusammenfassung und Ausblick Ein
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Literatur [Ant-1990b] M. J. Antal,
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Literatur [Cal-1987] M. M. Caldeira
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Literatur [HEC-1974b] R. G. Bond, C
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Literatur [Kha-2004] M. S. Khan, S.
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Literatur [Mat-2005] Y. Matsumura,
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Literatur [Qui-2002] A. T. Quitain,
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Literatur [Spu-1993] J. H. Spurk, S
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12 Anhang A Hochdruckanlagen Versuc
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Anhang Versuchen ohne Sauerstoff wa
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Anhang Massenanteil w oder als Stof
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Anhang Dichten bei Reaktionsbedingu
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Abschätzung des Konvertierungsglei
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Anhang Damit lassen sich in Abhäng
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Anhang mischung und anschließendem
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Substanz 25 °C 35 °C 50 °C 58°C
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Anhang 9 8 7 6 5 4 3 2 1 ppm Tabell
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Substanz NMR-Daten 1 H und 13 C Eth
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Anhang Des Weiteren konnte aufgrund
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Stoffmengenströme Stoffmengenströ
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Die Stoffmengenströme in der Flüs
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A C,i = z C,i⋅˙n i,aus z C,Edukt
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E Messwerte Anhang Es sind die Mitt
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Differentialkreislaufreaktoranlage:
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Anhang Tabelle 12.11: Versuchsdaten
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Anhang Gasanalytik vor. Zum anderen
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Oxidation von Glycin in heißem Hoc
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F Reaktionskinetik Vergleich der Ve
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Modellierung des Sauerstoffverbrauc
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Modellierung des hydrothermalen Abb
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Energiebilanz: [War-1997] ∂��
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zw. wobei wegen �u ∂ h ∂ x
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Anhang Auch wenn die dargestellten
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Wärmetauscher Machbarkeit Anhang B
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Integrierter Apparat (Wärmetausch
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H Kostenberechnung Anhang Die Koste
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Anhang Damit erhält man für Appar
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Exemplarische Berechnung der Entsor
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Anhang Tabelle 12.41: Energiekosten
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Anhang rechnet sich das SCWO-Verfah
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J Funktionscode kinetische Presto-M
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Kontrollstrom keiner Volumenkontrak
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K Programmcode Wärmetauscher-Model
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(* Tabellenausgabe *) xdata = Flatt
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(* Dichte (abhängig von temp in K)
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Dirk Klingler Holzhofallee 1a 64283
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