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Thermische Zersetzung von biogenem Pyrolyseöl unter inerter Atmosphäre in einem Hochtemperatur-Fallreaktor

Thermische Zersetzung von biogenem Pyrolyseöl unter inerter Atmosphäre in einem Hochtemperatur-Fallreaktor
Typ:Masterarbeit
Datum:01.03.2020
Betreuer:

Fabian Hüsing, M.Sc.

Hintergrund
Bei der Umsetzung eines biogenen Suspensionsbrennstoffes in einem Flugstromvergaser sind verschiedene
parallel ablaufende Prozesse zu beobachten: nach der anfänglich reinen Verdunstung von flüchtigen
Substanzen aus dem Pyrolyseöl kommt es bei höheren Tropfentemperaturen zu Zersetzungsreaktionen, bei
denen neben kurzkettigen, gasförmigen Kohlenwasserstoffen auch nicht verdampfbare Komponenten gebildet
werden. Diese bleiben zusammen mit den Kokspartikeln als Feststoff zurück und bilden kugelförmige
Hohlkörper, sogenannte Cenospheren, aus.

Aufgabenstellung
Einfluss hoher Temperaturen auf die Umsetzung von Pyrolyseöl und Bildung
von Cenospheren

Die Betriebsbedingungen im Prozess (Aufheizrate, Temperatur) haben einen entscheidenden Einfluss auf die
Umsetzung des Pyrolyseöls und die Bildung von Cenospheren. Sowohl die Menge an gebildeten Feststoff als
auch die Morphologie der Cenospheren werden von den genannten Parametern maßgeblich beeinflusst. Für
die prozessnahe Umsetzung von biogenen Suspensionsbrennstoffen zu Cenospheren wird am EBI ceb ein
Hochtemperatur-Fallreaktor eingesetzt, der die vorherrschenden Prozessbedingungen bei der
Flugstromvergasung nachbilden kann. Im Rahmen einer Masterarbeit soll die Umsetzung von biogenem
Pyrolyseöl unter reproduzierbaren Bedingungen untersucht werden.
Ziel der wissenschaftlichen Arbeit ist die Untersuchung der Umsatzrate von Pyrolyseöl unter Inertatmosphäre
in Abhängigkeit der Verweilzeit und Reaktortemperatur.
Zur Einarbeitung in die Thematik soll zunächst eine Übersicht über die Umsetzung von Pyrolyseöl unter
Flugstrombedingungen aus der Literatur erstellt sowie die Einflüsse von Prozessbedingungen auf diese
ausgearbeitet werden.
Die experimentellen Arbeiten sind an einem atmosphärischen Hochtemperatur-Fallreaktor durchzuführen. Als
Vorbereitung der Versuche sind die Gasanalytik sowie die Flüssigkeitsförderung in monodispersen
Tropfenketten zu kalibrieren. Zusätzlich ist das axiale Temperaturprofil innerhalb des Reaktionsrohres zu
erfassen.
Die Messreihen im Fallrohrreaktor werden sich auf die Umsetzung von Pyrolyseöl aus Buchenholzpellets
unter Stickstoffatmosphäre beschränken. Die Gasphase ist hinsichtlich der quantitativen Verteilung zwischen
kondensierbaren Komponenten und Permanentgasen zu analysieren. Mit den erhaltenen Messdaten lässt
sich der Kohlenstoffumsatz bestimmen. Der am Reaktorauslass aus dem Gasstrom abgetrennte
Feststoffrückstand wird hinsichtlich seiner Morphologie, Zusammensetzung und Größenverteilung
charakterisiert.
Die Ergebnisse der Arbeit sind geeignet darzustellen und ausführlich zu dokumentieren. Bei der Ausführung
der Arbeit sind die „Grundzüge wissenschaftlichen Arbeitens“ zu beachten. Über die Ergebnisse der Arbeit ist
im Rahmen des brennstofftechnischen Seminars am Engler-Bunte-Institut, EBI ceb, zu berichten.