Kurzbeschreibung
Die GCL pyro 2k wird im GreenCarbonLab zur Durchführung von mittelschnellen Pyrolyseversuchen im Labormaßstab eingesetzt. Sie ermöglicht Versuche mit neuen Einsatzstoffen, deren spezifisches Umwandlungsverhalten unter verschiedenen Prozessbedingungen (Temperatur, Verweilzeit...), sowie die Menge und Qualität der Produkte (Gas, Pyrolyseöl, Biokohle). Geräte für die Rohstoff-, Prozess- und Produktanalyse ermöglichen eine detaillierte Untersuchung der Umwandlungsreaktionen und die Charakterisierung der erhaltenen Produkte.
Technische Eckdaten:
• Pyrolysereaktor: kontinuierlich arbeitender Drehrohrofen
• Rohstoffzufuhr: 1,5 - 2,5 kg/h
• Biokohleproduktion: 0,2 - 0,5 kg/h
• Wärmeversorgung: Elektrisch
• Temperaturbereich: 300 - 1000 °C
• Verweilzeit: 10 - 60 Minuten
• Testzeitraum: max. 8 Stunden
Ansprechperson
Manuel Schwabl
Research Services
• Mittelschnelle Pyrolysetests von ausgewählten Rohstoffen unter kontrollierten Prozessbedingungen
• Massen- und Energiebilanzen
• Detaillierte Untersuchung der Umwandlungsreaktionen und Charakterisierung der Produkte (Gas, Pyrolyseöl, Biokohle)
• Entwicklung von Biokohleeigenschaften durch Prozessinnovation und Testung von Additiven
• Unterschuchung verschiedener Prozessparameter (Verweilzeit, Temperatur...) zur Ermittlung optimaler Werte für das Upscaling der Biokohleproduktion
• Herstellung von Biokohle-Chargen von bis zu 10 - 15 kg. (Für größere Mengen wird die GCL pyro 90k empfohlen)
Methoden & Expertise zur Forschungsinfrastruktur
Kapazitäten: Der Rohstoffeinsatz beträgt etwa 2 kg/h und der erwartete Biokohleausstoß etwa 0,5 kg/h, wobei die Umwandlungsrate vom verwendeten Rohstoff und von den Prozessbedingungen abhängt. Die Versuchsdauer kann zwischen 1 und 8 Stunden betragen. Bei einem vollen Versuchstag (8 Stunden) wird mit einer Biokohleproduktion von etwa 4-5 kg gerechnet.
Betriebsbedingungen: Durch Einstellung der Neigung (0-10°) und der Drehgeschwindigkeit der Trommel (1-10 Umdrehungen pro Minute) können die Verweilzeiten angepasst werden (zwischen 10 und 60 Minuten). Drei elektrische Heizelemente halten die gewünschte Temperatur im Reaktor aufrecht (zwischen 300 und 1000 °C). Die Trommel hat eine Gesamtlänge von 2,6 m und eine beheizte Länge von 1,34 m, bei einem Innendurchmesser von 0,25 m. Ein variabler Stickstoffstrom (0-200 l/min) wird über bis zu 4 verschiedene Einlässe zugeführt, um eine sauerstofffreie Atmosphäre zu gewährleisten. Die kondensierbaren Teile des Pyrolysegases werden in einem dreistufigen Kondensationssystem gesammelt, das in der ersten Stufe Temperaturen von bis zu 110 °C, in der zweiten Stufe Raumtemperatur und in der dritten Stufe -20 °C aufweist.
Analytik: Die Produktanalyse umfasst die Charakterisierung der Biokohle sowie die Analyse der Gas- und Kondensatfraktion. Während die Gaszusammensetzung mit einem Agilent 8890 Gaschromatographiesystem analysiert werden kann, lassen sich die flüssigen Fraktionen anhand einer Vielzahl von Parametern charakterisieren, darunter der Wassergehalt, Elementanalyse und physikalisch-chemische Eigenschaften. Die Analyse von Biokohle reicht von der Immediat- und Elementaranalyse bis hin zu anspruchsvolleren Parametern wie Bestimmung der BET-Oberfläche und der ICP-OES-Analyse von Spurenelementen. Die Rohstoffcharakterisierung kann bei BEST GmbH durchgeführt werden.
Auswertung: GCL pyro 2k-Versuche bieten eine umfassende Auswertung der Pyrolyseleistung für eine Vielzahl von Rohstoffen. Zu den wichtigsten Ergebnissen gehören die Quantifizierung der Produktausbeute und die Bewertung der Produktqualität für feste (Biokohle), flüssige (Pyrolyseöl) und gasförmige Fraktionen. Es werden detaillierte Massen- und Energiebilanzen erstellt, um die Verteilung der Energie- und Stoffströme zwischen diesen Phasen zu bestimmen. Darüber hinaus werden prozessspezifische Erkenntnisse gewonnen, z. B. über das Fließverhalten der Einsatzstoffe, die Klebrigkeit und die Neigung zur Kondensatbildung, einschließlich des damit verbundenen Risikos der Kondensatkarbonisierung. Außerdem wird die für eine vollständige Pyrolyse erforderliche Mindestverweilzeit ermittelt, was die Prozessoptimierung unterstützt und die Reaktorauslegung verbessert.
Referenzen: Beispiele für Einsatzstoffe, die für die Tests verwendet wurden, sind Walnussschalen, Kaffeehäcksel, Kompostsiebrückstände, Reisstroh, Sonnenblumenschalen, Kleie, Holzspäne, Holzpellets, ....