Fragestellung:
Wie muss unser Wärmetauscher ausgeführt sein, damit wir die maximale Energie aus dem Produkt – im Falle der Hydrothermalen Carbonisierung eine Wasser-Kohle-Suspension – zurückgewinnen und damit das Edukt – die Abfallbiomasse – aufheizen können?
Projektziel:
Unser Kunde entwickelt Anlagen zur Hydrothermale Carbonisierung von Biomasse. In diesem Verfahren wird bei knapp 200°C und ca. 20 bar Abfallbiomasse hydrolysiert und zu Kohle umgewandelt. Das Verfahren hat das Potential, sortenreine oder gemischte Bioabfälle dezentral zu entsorgen, daraus wertvolle Kohle zu gewinnen und aus dieser vor Ort Energie zu gewinnen.
Ziel dieses Projektes war es, einen optimierten Wärmetauscher zu entwickeln, der wesentlich mehr Wärme aus dem Produkt zurückgewinnt und somit die Energieeffizienz des Gesamtsystems deutlich erhöht.
Kunde:
Geschäftsführer, Anlagenbau-Startup
Problembeschreibung unseres Kunden:
Unser Kunde hatte eine Pilotanlage gebaut, um die Hydrothermale Carbonisierung in einem kontinuierlichen Prozess darzustellen. Diese funktionierte gut, war aber noch nicht effizient genug. Die Eintrittstemperatur am Reaktor lag noch relativ weit unter der Zieltemperatur, wodurch sich einerseits eine zu geringe Energieeffizienz ergab, andererseits auch die optimale Reaktionsführung nicht gewährleistet war.
Lösung:
Wir entwickelten für den Kunden zwei Doppelrohr-Wärmetauscher mit Zwischenkreislauf. Aufgrund der hohen Feststoffbeladung war klar, dass weder Edukt noch Produkt im Mantel fließen können und dass ein Zwischenkreislauf erforderlich ist. Dieser ist zwar energetisch suboptimal, aber eine mögliche Verstopfung des Mantels wäre inakzeptabel.
Der Wärmetauscher besteht aus einer relativ großen Anzahl an Rohren mit je einem Flansch am Ende. Diese sind erforderlich, um mögliche Ablagerungen auch nachträglich reinigen zu können. Den Zwischenkreis haben wir mit Wasser ausgeführt. Thermoöl wäre zwar auch möglich gewesen, aber der Wärmeübergang ist dabei deutlich schlechter. Entsprechend haben wir den erhöhten anlagentechnischen Aufwand in Kauf genommen, um die Wärmetauscherfläche und die dadurch entstehenden Kosten im Rahmen zu halten.
Die Inbetriebnahme hat gezeigt, dass der Wärmetauscher – im Rahmen der Mess- und Planungsunsicherheit – funktioniert wie berechnet.