AT411332B

AT411332B - Verfahren zur abtrennung einer komponente aus einem gasgemisch

Info

Publication number: AT411332B
Application number: AT0053202A
Authority: AT
Original assignee: Profactor Produktionsforschung
Priority date: 2002-04-04
Filing date: 2002-04-04
Publication date: 2003-12-29
Also published as: ATA5322002A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zumindest teilweisen Abtrennung von zumindest einer Komponente eines Gasgemisches, bei dem die zumindest eine Komponente durch Stoffwechseltätigkeit von Mikroorganismen unter Zusatz eines Oxidationsmittels oxidiert wird, wobei die Mikroorganismen in einem Reaktor kontinuierlich mit einer Prozessflüssigkeit, die zum Abtransport von aus der Oxidation entstandenen Produkten verwendet wird, befeuchtet werden, und bei dem das Oxidationsmittel der Prozessflüssigkeit zugesetzt wird, eine Vorrichtung zur zumindest teilweisen Abtrennung von zumindest einer Komponente aus einem Gasgemisch, mit einem Reaktor,

indem eine stationäre Phase für darauf immobilisierbare Mikroorganismen angeordnet sind und der eine Zu- und eine Abfuhreinrichtung für das Gasgemisch sowie mindestens eine Zu- und mindestens eine Abfuhreinrichtung für eine Prozessflüssigkeit aufweist, und mit einer Einrichtung zur Anreicherung der Prozessflüssigkeit mit einem Oxidationsmittel, sowie die Verwendung der Vorrichtung zur Entschwefelung von Biogas.

Biogase entstehen aus der Vergärung landwirtschaftlicher Reststoffe, aus der Abfallvergärung und industrieller Abwasserreinigung bzw. auch aus deren Kombination. Neben dem Hauptkomponenten Methan (ca. 65 %) und Kohlendioxid (ca. 34 %) enthält Biogas auch Spurengase, wie z. B. Schwefelwasserstoff, Ammoniak, Stickstoff, Sauerstoff. Für die Verwertung von Biogas, beispielsweise dessen Einsatz als Brennstoff, ist die Abtrennung von Schwefelwasserstoff nicht nur wegen dessen Toxizität erwünscht - im Verbrennungsprozess wird aus Schwefelwasserstoff Schwefeldioxid gebildet, welches bekanntlich eine starke Umweltbelastung darstellt - sondern auch zur Vermeidung von Korrosionsschäden, z. B. in Blockheizkraftwerken oder in Brennstoffzellen.

Übliche biologische Verfahren durch direktes Einleiten von Luft in einen Fermenter bzw. Nachgärtank entfernt Schwefelwasserstoff nur teilweise.

Chemisch - physikalische Verfahren entfernen Schwefelwasserstoff beispielsweise durch Adsorption bzw. Absorption.

Bei der Adsorption erfolgt die Abscheidung von Schwefelwasserstoff z. B. an Raseneisenerz oder imprägnierter Aktivkohle. Da die Festphase regeneriert werden muss, beispielsweise durch Prozessdampf bei Verwendung von Aktivkohle, ist ein wechselweiser Betrieb in einer Zweibettadsorptionsanlage notwendig.

Auch bei Absorberverfahren erfolgt eine Lösungmittelrückgewinnung, weshalb diese Verfahren aufgrund der Investitionskosten für die Anlagen und Regelungstechnik mit einem erheblichen nicht nur apparativen - Aufwand verbunden sind.

Absorptive Verfahren mit biologischer Regeneration der Waschflüssigkeit sind z. B. aus der WO 91/19558 A, der WO 92/10270 A, der WO 96/30110 A und der WO 97/43033 A bekannt.

Bekannt sind weiters adsorptive Verfahren mittels Aktivkohle, weiche nicht regeneriert wird, sondern nach Durchbruch des Adsorbers die Schüttung ausgetauscht wird. Damit verringern sich zwar die Kosten für den Betrieb dieser Anlage, das Adsorbens ist aber als Sonderabfall entsprechend zu entsorgen.

Neben diesen chemisch - physikalisch arbeitenden Verfahren stehen auch effizienter biologische Technologien zur weitestgehenden Entschwefelung von Biogas zur Verfügung. Die biologische Schwefelwasserstoffabscheidung beruht auf der biochemischen Umsetzung, die mit Hilfe angesiedelter aerober Mikroorganismen die reduzierte Schwefelverbindungen zu weniger gesundheitsgefährdenden Verbindungen, wie Schwefel oder Sulfate, oxidieren, erfolgt.

Ein derartiges Verfahren ist z. B. aus der EP 0 224 889 A bekannt. Dabei wird das Abgas einem biologischen Reaktor zugeführt, in welchem auf einem Festbett Mikroorganismen immobilisiert sind. Durch die gleichzeitige Zuführung von Sauerstoff zum Abgas in einer Menge die grösser ist als die Sauerstoffmenge die zur Oxidation des im Abgas enthaltenen Schwefelwasserstoffes zu elementaren Schwefel nötig ist, wird erreicht, dass als Ergebnis des Stoffwechselvorganges der Mikroorganismen elementarer Schwefel oder eine in Wasser leicht lösbare Schwefel-SauerstoffVerbindung entsteht. Der Reaktor ist als Rieselbettreaktor oder Blasensäule ausgebildet.

Im Rieselbettreaktor wird kontinuierlich oder intermittierend eine Wasch - und/oder Spülflüssigkeit über die Füllkörperschüttung geleitet, wodurch die Mikroorganismenkulturen befeuchtet und gleichzeitig mit Nährstoffen versorgt werden und mit der der gebildete elementare Schwefel aus dem Rieselbett ausgespült wird. In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass mit der Spülflüssigkeit zusätzlich Oxidationsmittel in Form von Wasserstoffperoxid dem Reaktor zugeführt wird. Zur Einstellung und Erhaltung des optimalen pH-Wertes von 5 bis 9 ist vorgesehen, der zulaufenden oder

EMI2.1

Aus der DE 43 22 738 A ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine als Bioreaktor bzw. Absorber betriebene Füllkörperkolonne im Gleichstrom bzw. im Gegenstrom mit Biogas und einer Prozessflüssigkeit beaufschlagt wird. In der Füllkörperkolonne sind immobilisierte Mikroorganismen vorgelegt und werden diese von der Prozessflüssigkeit benetzt. Die mit dem Schwefelwasserstoff bela- dene Prozessflüssigkeit wird aus der Füllkörperkolonne in eine weitere wahlweise als Bioreaktor bzw. Absorber betriebene Kolonne überführt und dort mit einem Luftstrom in Kontakt gebracht, wodurch die Prozessflüssigkeit mit Sauerstoff gesättigt wird. Die Anlage hierfür erfordert zwei Reaktoren, die wechselweise als Bioreaktor bzw.

Absorber betrieben werden, sodass eine Abreinigung der sich ablagernden Oxidationsprodukte ermöglicht wird. Mit diesem Verfahren soll erreicht werden, dass einerseits der Heizwert des als Brenngas verwendeten Biogases durch Zudosierung von Luft als Oxidationsmittel, womit ein Eintrag einer beträchtlichen Menge an Inertgas verbunden ist, nicht verschlechtert wird und soll zudem das Verfahren ohne aufwendige Steuerungstechnik betrieben werden können.

Die DE 199 20 258 A beschreibt ein Nassreinigungsverfahren für Biogas unter Verwendung von Deponiesickerwasser. Dabei sind ebenfalls in einer Füllkörperkolonne Mikroorganismen auf den Füllkörpern immobilisiert. Durch die Verwendung von Deponiesickerwasser soll erreicht werden, dass der durch den Stoffaustausch im Reaktor im Deponiewasser gelöste Schwefelwasserstoff in Form schwer löslicher Metallsalze durch im Deponiesickerwasser enthaltene Schwermetallionen ausgefällt wird. Gleichzeitig kann über die anaeroben Mikroorganismen ein Abbau von halogenierten Kohlenwasserstoffen, die aus dem Deponiegas während des Stoffaustausches ebenfalls im Deponiesickerwasser angereichert werden, erfolgen.

Um dabei den anaeroben Mikroorganismen optimale Lebensbedingungen zu bieten und effektive Abbauleistungen zu erreichen, kann die Kolonne in einem Temperaturbereich zwischen 20 OC und 700 C betrieben werden.

Das Dokument DE 33 00 402 A 1 beschreibt ein Verfahren zur Entfernung von Schwefelwasserstoff aus Gasen oder Flüssigkeiten durch Oxidation des Schwefels mittels sulfidoxidierenden Mikroorganismen zu Sulfat-Ionen. Dabei wird vorzugsweise das Sulfid-lon des Schwefelwasserstoffes mittels Schwermetallen, wie z. B. Blei, Arsen, Antimon und Cadmium zu schwerlöslichen Sulfiden quantitativ gefällt und daran anschliessend diese Sulfide durch die Mikroorganismen zu Sulfat-Ionen oxidiert. Für den Fall, dass in einem pH-Wertbereich von 1 bis 5 gearbeitet werden kann, ist es möglich, die mikrobielle Oxidation im selben Reaktor durchzuführen, andernfalls, wenn Schwermetalle verwendet werden deren Sulfide nur im pH-Wertbereich grösser als 5 im wesentlichen unlöslich sind, wie z. B.

Eisensalze, wird vorgeschlagen, die Fällungsreaktion und die Oxidation in zwei aufeinanderfolgenden Reaktionsschritten, vorzugsweise sogar in getrennten Reaktoren, durchzuführen. Durch die Trennung der Verfahrensschritte wird der Vorteil erreicht, dass verschiedene Milieubedingungen eingestellt werden können und zudem das zu reinigende Medium frei von CO2 und 02 bleiben kann, da beide Gase bei der Fällung noch nicht vorhanden sein müssen. Der Reaktor zur Durchführung der Fällung und/oder Oxidation kann beispielsweise eine einstufige oder mehrstufige Blasensäule oder Gegenstromblasensäule, ein Rührkessel, ein Schlaufenreaktor, ein Tauchstahlreaktor oder ein Strahldüsenreaktor sein.

Das Dokument DE 40 27 126 C1 beschreibt ein Verfahren zur Entfernung von gasförmigen Stoffen aus einem gasförmigen Medium unter Verwendung von Mikroorganismen. Hierzu werden die gasförmigen Stoffe an eine Zahl von gasdurchlässigen Hohlkörpermembranen herangeführt, die im Abstand zueinander angeordnet sind und eine wässrige Suspension der Mikroorganismen enthalten. Je nach Art der verwendeten Mikroorganismen können auf diese Weise Schadstoffe, wie Stickoxide, Kohlenmonoxid, Schwefeldioxid, Kohlenwasserstoffe sowie Schwefelwasserstoff aus der Luft, insbesondere aus Rauch- und Abgasen, entfernt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung der eingangs genannten Art Verfahrens- bzw. apparatetechnisch zu vereinfachen, wobei die Qualität des dem Verfahren unterworfenen Gasgemisches durch Verdünnung nicht verschlechtert werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Verfahren, bei dem die Prozessflüssigkeit im Reaktor mit einem Oxidationsmittel versetzt wird sowie eigenständig durch eine Vorrichtung, bei der eine Einrichtung zur Anreicherung der Prozessflüssigkeit mit dem Oxidationsmittel zur kontinuierlichen Einleitung eines gasförmigen Oxidationsmittels in die Prozessflüssigkeit ausgebildet ist,

gelöst. Von Vorteil ist dabei, dass eine Verdünnung des Gasgemisches bei Verwendung von Luftsauerstoff als Oxidationsmittel durch die Luft nicht eintritt. Damit wird z. B. der Heizwert eines Biogases nicht verschlechtert. Gleichzeitig ermöglicht dieses Verfahren die direkte Verstromung von Biogas in Brennstoffzellen, da das Gasgemisch sauerstofffrei vorliegt.

Vorteilhaft ist weiters, dass der Reaktor kontinuierlich betrieben werden kann und nicht - wie aus dem Stand der Technik bekannt-zwischen zwei Betriebszuständen, nämlich Oxidation und Anreicherung mit Oxidationsmittel, umgeschaltet werden muss. Damit vereinfacht sich der apparative Aufwand und somit die Investitionskosten für den Anlagenbetreiber. Es wird damit aber auch eine sehr kompakte Bauweise der Vorrichtung ermöglicht, wodurch die Nachrüstung einer Anlage zur energetischen, z. B. thermischen, Verwertung von Biogas weniger Probleme aufwirft.

Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 - 10 gekennzeichnet.

So ist es möglich ein gasförmiges Oxidationsmittel, insbesondere Luftsauerstoff, aus der Umgebung zu verwenden, sodass keine zusätzlichen Betriebskosten für ein Oxidationsmittel anfallen.

Durch die Einleitung des Oxidationsmittels in die Prozessflüssigkeit, bevor die Mikroorganismen damit befeuchtet werden, kann eine höhere Konzentration an Oxidationsmittel in der Prozessflüssigkeit erreicht werden, sodass eine ausreichende, beispielsweise zumindest stöchiometrische, Menge an Oxidationsmittel in bezug auf die abzutrennende Komponente für die Stoffwechseltätigkeit der Mikroorganismen zur Verfügung steht.

Möglich ist dabei, dass im Reaktor für die Einleitung des Oxidationsmittels eine vorbestimmbare Menge an Prozessflüssigkeit eingebracht wird, sodass im Reaktor eine Pufferkapazität an einsetzbarer Prozessflüssigkeit, für den Fall von Betriebsstörungen, zur Verfügung steht und damit der Reaktor zumindest über einen bestimmten Zeitraum kontinuierlich weiter betrieben werden kann.

Von Vorteil ist dabei, wenn die vorbestimmbare Menge an Prozessflüssigkeit durch Regelung des Flüssigkeitsniveaus zwischen einem Minimal- und einem Maximalniveau eingestellt wird, wodurch der Automatisierungsgrad der Verfahrensweise erhöht werden kann. Es wird damit auch sicher gestellt, dass ständig eine einsetzbare Menge an Prozessflüssigkeit zur Verfügung steht.

Nach einer Weiterbildung kann dabei vorgesehen sein, dass bei einem Unterschreiten des Minimalniveaus die Strömungsverbindung zwischen einem für die Oxidationsmittelzufuhr und einem für die Oxidation der zumindest eine Komponente aus dem Gasgemisch vorgesehen Reaktorteil unterbrochen wird, sodass ein Trockenlaufen des Reaktors, insbesondere im Bereich der Mikroorganismen, vermieden wird und diese ständig befeuchtet sind, sodass nach einer Unterbrechung ein sofortiges Anfahren der Anlage wieder möglich ist.

Es kann aber auch derart verfahren werden, dass die Oxidationsmittelzufuhr in Abhängigkeit vom Oxidationsmittelgehalt der Prozessflüssigkeit geregelt wird, sodass Einsparungspotentiale in bezug auf den Oxidationsmittelverbrauch, insbesondere wenn nicht Luftsauerstoff sondern z. B.

Reinsauerstoff bzw. andere Oxidationsmittel verwendet werden, ausgenutzt werden können und damit die Betriebskosten gesenkt werden können.

Durch die Erwärmung der Prozessflüssigkeit auf eine Temperatur im Bereich zwischen 20 C und 70 C, insbesondere 20 C und 45 C wir die Effizienz der Abbauleistung der Mikroorganismen durch optimale Lebensbedingungen verbessert.

Dies kann aber auch dadurch erreicht werden, dass der Reaktor zumindest teilweise beheizt wird.

Das Verfahren wird mit Misch- oder Reinkulturen von Thiobazillusarten und/oder aus Klärschlamm isolierte Bakterien betrieben, wodurch das Verfahren flexibel in Hinblick auf die zu oxidierenden Komponente im Gasgemisch gestaltet werden kann.

Ausführungsvarianten der Vorrichtung sind in den Ansprüchen 13 bis 27 angegeben.

So kann die Einrichtung zur Anreicherung der Prozessflüssigkeit mit dem Oxidationsmittel im Reaktor angeordnet sein, wodurch die Komplexität der Vorrichtung weiter verringert wird, insbesondere durch den Wegfall einer externen Einrichtung hierfür.

Dazu kann der Reaktor in zumindest einen Oxidationsbereich zur Abtrennung der Komponente aus dem Gasgemisch und in einen Bereich zur Anreicherung der Prozessflüssigkeit mit dem Oxidationsmittel unterteilt sein, wodurch eine strickte Trennung dieser beiden Verfahrensschritte und damit die Gefahr, dass das Gasgemisch mit dem Oxidationsmittel vorab, d. h. vor der Trennstufe mit den Mikroorganismen, in Kontakt gelangt und dadurch eventuell verdünnt wird, unterbunden werden kann.

Nach einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass zwischen den Bereichen im Reaktor eine Unterbrechungseinrichtung zur Unterbrechung der Strömungsverbindung der Bereiche angeordnet ist, wodurch einerseits ein Trockenlaufen des Reaktors bei unzureichender Zufuhr an Prozessflüssigkeit und anderseits, insbesondere wenn der Anreicherungsbereich für das Oxidationsmittel über dem Trennbereich für das Gasgemisch angeordnet ist, ein Durchbrechen des Gasgemisches durch die Prozessflüssigkeit vermieden wird.

Die Unterbrechungseinrichtung kann als Lochplatte mit einem Schieber zum Verschliessen der Durchbrüche in der Lochplatte ausgebildet sein, wodurch die Sicherheit der Vorrichtung durch die geringe Störanfälligkeit derartiger Strömungsunterbrecher erhöht werden kann.

Möglich ist es weiters, dass die Unterbrechungseinrichtung mit zumindest einer Einrichtung zur Regelung einer Höhe einer Flüssigkeitssäule der Prozessflüssigkeit über der Unterbrechungseinrichtung verbunden ist, wobei diese Einrichtung zur Regelung der Flüssigkeitssäule durch jeweils einen Niveauregler zur Messung eines Minimal- und eines Maximalniveaus der Flüssigkeitssäule gebildet sein kann und diese Niveauregler mit einer Fördereinrichtung für die Prozessflüssigkeit verbunden sind sowie dass gegebenenfalls zwischen diesen beiden Niveaureglern zumindest ein weiterer Niveauregler angeordnet ist, der ebenfalls mit der Förderpumpe verbunden ist.

Dadurch kann erreicht werden, dass einerseits ein Trockenlaufen im Reaktor verhindert wird und andererseits, dass ein zu hoher Flüssigkeitsanteil im Bereich der Mikroorganismen und die dadurch bewirkte Reduzierung der wirksamen Oberfläche für den Stoffaustausch vermieden wird.

Die Einrichtung zur Anreicherung der Prozessflüssigkeit mit dem Oxidationsmittel kann als Blasensäule ausgebildet sein, wodurch eine sehr einfache, effiziente, wenig störanfällige Anreicherungsmethode zur Verfügung gestellt wird und damit insgesamt die Prozesssicherheit der gesamten Vorrichtung erhöht werden kann.

Nach einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass im Strömungsverlauf des Gasgemisches nach dem Reaktor ein Tropfenabscheider angeordnet ist, wodurch die Qualität des die Vorrichtung verlassenden Gasgemisches verbessert werden kann und ist damit auch eine Rückgewinnung an Prozessflüssigkeit möglich.

Der Reaktor selbst kann in einer Weiterbildung als Rieselbettreaktor ausgebildet sein, sodass die Wartungskosten sehr niedrig gehalten werden können und der gesamte Anlagenaufbau einfach ist und insbesondere auch wenig Mess- und Regelaufwand erfordert. Gleichzeitig kann damit die effektive Oberfläche für den Stoffaustausch vergrössert werden.

Je nach erwarteter Konzentration der abzutrennenden Komponente im Gasgemisch kann der Oxidationsbereich des Reaktors aus mehreren Stufen bestehen, wobei je Stufe die mit Oxidationsmittel angereicherte Prozessflüssigkeit eingebracht werden kann.

Durch die zumindest teilweise Anordnung einer Heizeinrichtung am Reaktor kann der Wirkungsgrad der Vorrichtung durch Optimierung der Reaktionsbedingungen verbessert werden.

Es ist auch möglich im Prozessflüssigkeitskreislauf eine Einrichtung zu einer zumindest teilweisen Abtrennung einer von durch die Abtrennung der Komponente (n) aus dem Gasgemisch entstandenen Produkten, wie z. B. Salzen, anzuordnen, wobei in einer weiteren Ausführungsvariante diese Einrichtung durch eine Schleuse zum Ablassen von Prozessflüssigkeit gebildet sein kann.

Damit kann einerseits eine Regeneration der Prozessflüssigkeit erfolgen bzw. können die Salzkonzentrationen in der Prozessflüssigkeit auf einem Niveau gehalten werden, die einen ungestörten Betrieb der Vorrichtung ermöglichen.

Dabei kann, entsprechend einer Ausführungsvariante, im Kreislauf der Prozessflüssigkeit, zumindest eine Einrichtung zum Messen der Salzbeladung der Prozessflüssigkeit angeordnet sein, wodurch sich die Effizienz der Vorrichtung, insbesondere in Hinblick auf Betriebsmittelkosten, steigert.

Schliesslich ist es aber auch möglich, die Schleuse zum Ablassen der Prozessflüssigkeit in einem Vorratsbehälter für diese anzuordnen und darin die Menge vorrätig gehaltener Prozessflüssigkeit über zumindest einen Niveauregler zu überwachen und zu regeln, sodass ständig eine ausreichende Menge an Prozessflüssigkeit zur Verfügung steht.

Die Erfindung umfasst weiters die Verwendung der Vorrichtung nach den dargestellten Ausführungsvarianten zur Reinigung, insbesondere Entschwefelung, von Biogas bzw. als Reinigungsstufe bei der Verstromung von Biogas in Brennstoffzellen.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der folgenden Figuren näher

erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 das Anlagenschema einer ersten Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Vor- richtung ;
Fig. 2 das Anlagenschema einer weiteren Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Vor- richtung ;
Fig. 3 eine Ausführungsvariante der Prozessflüssigkeitseinbringung.

Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäss auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z. B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäss auf die neue Lage zu übertragen. Weiters können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemässe Lösungen darstellen.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 1 zur zumindest teilweisen Abtrennung von zumindest einer Komponente aus einem Gasgemisch 2 schematisch vereinfacht dargestellt.

Diese Vorrichtung 1 wird insbesondere zur Abtrennung von schwefelhältigen Gasen, wie beispielsweise Schwefelwasserstoff, aus Biogas verwendet. Allerdings stellt diese bevorzugte Verwendung der Vorrichtung 1 keinerlei Einschränkung für den Schutzbereich gegenständlicher Erfindung dar. So können auch andere schwefelhältige Verbindungen, wie beispielsweise Carbonylsulfid, Schwefelkohlenstoff, Thiole oder dergleichen abgebaut werden. Weiters ist es möglich, andere Verbindungen aus Gasgemischen abzutrennen, wie z. B. halogenierte, insbesondere chlorierte, Kohlenwasserstoffe.

Die Vorrichtung 1 umfasst einen Reaktor 3 in dem Mikroorganismen 4 immobilisiert sind. Die Art der Mikroorganismen 4 richtet sich dabei nach der bzw. den jeweiligen Komponenten, welche aus dem Gasgemisch 2 abgetrennt werden sollen. Im Fall von Schwefelwasserstoff aus Biogas werden vorzugsweise Misch- oder Reinkulturen von Thiobazillusarten und/oder aus Klärschlamm isolierte Bakterien verwendet. Auch andere schwefeloxidierende Bakterien wie Thiomicrospira können verwendet werden. Von Vorteil ist wenn die eingesetzten Bakterien autothroph, d. h. die Hauptquelle des Zellkohlenstoffes CO2 ist, welches im Fall von Biogas vorhanden ist sowie chemolitothroph sind, sodass diese Bakterien die benötigte Energie für den Stoffwechsel aus der Redoxreaktion gewinnen können.

Diese Mikroorganismen sind in der Lage, unter Sauerstoffverbrauch Schwefelwasserstoff zu Schwefel bzw. zu Sulfat zu oxidieren. Die Reaktionsmechanismen sind hinlänglich bekannt, sodass an dieser Stelle diesbezüglich auf die diverse Fachliteratur verwiesen sei bzw. können diese auch aus den eingangs genannten Dokumenten zum Stand der Technik ersehen werden. Eine ausführliche Erörterung hierzu erübrigt sich somit.

Die Mikroorganismen 4 sind auf einem Trägermaterial 5 im Reaktor 3 immobilisiert. Dadurch muss die aktive Biomasse nicht im Kreislauf und durch Nebenanlagen geführt werden und wird eine kompakte Bauweise ohne kostspielige Nebenanlagen ermöglicht. Durch den Betrieb der Anlage kann die Wartung und die Überwachung erleichtert werden. Das Trägermaterial 5 muss normalerweise nicht ausgetauscht werden, was die Wartungskosten weiter senkt.

Als Trägermaterial 5 werden vorzugsweise Füllkörper verwendet. Diese können z. B. in Form von Raschigringen ausgebildet sein und aus unterschiedlichsten Materialien, beispielsweise Glas, Kunststoff, bestehen. Weiters ist die Verwendung von Bruchglas möglich, aber auch andere Trägermaterialien 5, wie z. B. Aktivkohle, können eingesetzt werden. Selbstverständlich ist eine Mischung unterschiedlichster Trägermaterialien 5 verwendbar. Das Trägermaterial 5 sollte jedenfalls so beschaffen sein, dass sich auf diesen aerobe Mikroorganismen 4 ansiedeln können und so ausgewählt werden, dass es durch die Mikroorganismen 4 nicht abgebaut wird. Verwendbar als Trägermaterial 5 sind auch diverse Kunststoffschäume, z. B. Polyurethanschaum, wobei dieser sowohl offenzellig als auch geschlossenzellig ausgebildet sein kann.

Die Entstehung von Biogas ist in der einschlägigen Literatur bestens dokumentiert. Dabei entsteht aus organischer Substanz z. B. aus Pflanzenabfällen bzw. anderer Bioabfälle, über einen mehrstufigen anaeroben Prozess durch verschiedenste Bakterien ein Gasgemisch, das unter anderem Methan, Kohlendioxid, Ammoniak und Schwefelwasserstoff enthält. Aus diesem Gasgemisch

2 kann in der Folge Schwefelwasserstoff in einem aeroben Prozess aus dem Gasgemisch durch biologische Oxidation und von Zuhilfenahme von Mikroorganismen entfernt werden. Die aeroben Mikroorganismen, beispielsweise die eingangs genannten Thiobacillusarten benötigen für diese Oxidation ein Oxidationsmittel. Dieses wird bei der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 nach Fig. 1 in einer Prozessflüssigkeit 6 in Form von Luft 7, d. h. Luftsauerstoff, angereichert.

Es sei angemerkt, dass anstelle von Luft selbstverständlich andere Oxidationsmittel, wie z. B. Reinsauerstoff, verwendet werden können. Erfindungsgemäss wird ein gasförmiges Oxidationsmittel verwendet, wobei erwähnt sei, dass mit der Vorrichtung 1 nach der Erfindung auch flüssige Oxidationsmittel verarbeitet werden können, wenngleich die Vorrichtung 1 hierfür nicht zwingend ausgelegt ist.

Bei der Ausführungsvariante nach Fig. 1 wird die Luft 7 der Prozessflüssigkeit 6 im Reaktor 3 zudosiert. Dazu ist der Reaktor 3 in einen unteren Oxidationsbereich 8 sowie einen darüberliegen-
EMI6.1
brechungseinrichtung 10 zur Unterbrechung der Strömungsverbindung zwischen den beiden Bereichen angeordnet. Die Prozessflüssigkeit 6 wird über eine Fördereinrichtung 11, z. B. eine Pumpe, dem oberen Bereich 9 über eine Zufuhreinrichtung 12 zugeführt. Die Luft 7 wird hingegen dem oberen Bereich 9 im Bereich der Unterbrechungseinrichtung 10 über eine weitere Zufuhreinrichtung 13 zugeführt, also der obere Bereich 9 im Gegenstrom betrieben. Somit wird überschüssige Luft über eine Abfuhreinrichtung 14 im Reaktorkopf dem Reaktor 3 entzogen.

Durch die Vermischung der Luft 7 mit der Prozessflüssigkeit 6 im Bereich 9 des Reaktors 1 wird Luftsauerstoff in der Prozessflüssigkeit angereichert und steht in der Folge für die Stoffwechseltätigkeit der Mikroorganismen 4 zur Verfügung. Die Prozessflüssigkeit 6 tritt über die Unterbrechungseinrichtung 10 in den unteren Oxidationsbereich 8 des Reaktors ein.

Selbstverständlich bestehen auch andere Möglichkeiten das gasförmige Oxidationsmittel in die Prozessflüssigkeit 6 einzubringen. So ist es denkbar, dass die Prozessflüssigkeit in den Reaktor 3 verdüst wird und das Oxidationsmittel über diese Düsen gleichzeitig mit der Prozessflüssigkeit 6 zugeführt wird. Zu beachten ist dabei jedoch, um eine Verdünnung des Gasgemisches 2 zu vermeiden, dass überschüssiges Oxidationsmittel, welches nicht in der Prozessflüssigkeit 6 gelöst wird bzw. andere nicht oxidativ wirkende Bestandteile des Oxidationsmittels, wie z. B. der Stickstoff der Luft, aus dem Reaktor 3 abgeleitet wird, bevor diese mit dem Gasgemisch 2 in Berührung kommen.

Vorzugsweise erfolgt die Zudosierung des Oxidationsmittels, also der Luft 7, in die Prozessflüssigkeit 6 in Art einer Blasensäule. Dazu wird im oberen Bereich 9 des Reaktors 3 eine vorbestimmbare Menge an Prozessflüssigkeit 6 vorgelegt, sodass eine Flüssigkeitssäule 15 entsteht. Zur Automatisierung kann in einer bevorzugten Ausführungsvariante die Höhe der Flüssigkeitssäule 15 über jeweils eine Regeleinrichtung für ein Minimalniveau 16 und ein Maximalniveau 17, beispielsweise Niveauregler 18, gehalten werden. Diese Niveauregler 18 sind einerseits mit der Fördereinrichtung 11 verbunden und andererseits aktivieren sie die Unterbrechungseinrichtung 10, die vorzugsweise als Lochplatte ausgebildet ist, wobei die Öffnungen der Lochplatte von einem Schieber verschlossen werden können und die Niveauregler mit dem Schieber verbunden sind.

Die Niveauregelung kann derart erfolgen, dass bei Erreichen des Maximalniveaus 17 der zugehörige Niveauregler 18 die Fördereinrichtung 11 abschaltet und den Schieber der Lochplatte ganz auf offen stellt. Umgekehrt kann, um ein Trockenlaufen des Reaktors 3 zu vermeiden, bei Erreichen des Minimalniveaus 16 der Schieber die Öffnung (en) der Lochplatte zur Gänze verschliessen.

Damit kann auch vermieden werden, dass das Gasgemisch 2, das, wie noch ausgeführt wird, vorzugsweise im Bereich unterhalb der Unterbrechungseinrichtung 10 in den Reaktor 3 eingeleitet wird, in den oberen Bereich 9 eintreten kann. Somit kann sich also die Höhe der Flüssigkeitssäule beim Minimalniveau 16 am Gasdruck, welchen das Gasgemisch 2 beim Eintritt auf die Unterbrechungseinrichtung 10 ausübt, orientieren. Weiters steuern die Niveauregler 18 den Schieber derart, dass jederzeit eine ausreichende Menge an Prozessflüssigkeiten 6 in den Oxidationsbereich 8 gelangt.

Zusätzlich zu den beiden eben beschriebenen Niveaureglern 18, ist es möglich zumindest einen weiteren Niveauregler 18 zwischen dem Minimalniveau 16 und dem Maximalniveau 17 der Flüssigkeitssäule 15 anzuordnen, beispielsweise um eine feinere Regelung zu erreichen, indem bei Erreichen des Niveaus der Flüssigkeitssäule 15 in einer Mittelstellung zwischen dem Minimal-

niveau 16 und dem Maximalniveau 17 die Fördereinrichtung 11, sowie der Schieber der Lochplatte, d. h. die Unterbrechungseinrichtung 10, jeweils auf eine Mittelstellung eingestellt werden.

Die derart mit dem Oxidationsmittel angereicherte Prozessflüssigkeit 6 gelangt über die Unterbrechungseinrichtung 10, also beispielsweise die Öffnungen in der Lochplatte, in den Oxidationsbereich 8 des Reaktors 3. Gleichzeitig wird, wie bereits ausgeführt, das Gasgemisch 2 im Bereich unterhalb der Unterbrechungseinrichtung 10 dem Reaktor 3 zugeführt, sodass also der Oxidationsbereich 8 im Gleichstrom betrieben wird.

Selbstverständlich ist möglich, auch diesen Reaktorbereich im Gegenstrom zu betreiben, d. h. also das Gasgemisch 2 in einem Sumpfbereich 19 unterhalb der Oxidationszone dem Reaktor 3 zuzuführen und im Bereich unterhalb der Unterbrechungseinrichtung 10 aus dem Reaktor 3 wieder abzuleiten, wie dies in Fig. 1 strichliert angedeutet ist. In der bevorzugten Ausführungsvariante wird jedoch der Oxidationsbereich 8 im Gleichstrom betrieben.

Durch die Verwendung einer Lochplatte als Unterbrechungseinrichtung 10 werden die Mikroorganismen 4 mit der Prozessflüssigkeit 6 berieselt. Wird anstelle einer Lochplatte als Unterbrechungseinrichtung 10 eine andere Ausführungsart in der Vorrichtung 1 eingesetzt, z. B. eine oder mehrere Leitungen aus dem oberen Bereich 9 in den Oxidationsbereich 8 in denen Ventile angeordnet sind, besteht die Möglichkeit, die Prozessflüssigkeit 6 mit entsprechenden Einrichtungen in den Oxidationsbereich 8 zu verdüsen bzw. zu zerstäuben. Es ist dabei möglich, mehrere dieser Einrichtungen über die Höhe des Oxidationsbereiches 8 zusätzlich anzuordnen, bevorzugt ist jedoch die Lochplatte mit Schieber, da diese einen geringen Wartungsaufwand erfordert und eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen und apparativ sehr einfach ausgestaltet sind.

Im Oxidationsbereich 8, in dem das Trägermaterial 5 angeordnet ist, z. B. wiederum auf Lochplatten, wird bzw. werden die aus dem Gasgemisch 2 abzutrennenden Komponenten, beispielsweise Schwefelwasserstoff aus Biogas, von dem auf dem Trägermaterial 5 immobilisierten, aeroben Mikroorganismen 4 oxidiert, beispielsweise zu Schwefel und/oder Sulfat. Diese Reaktionsprodukte werden in der Folge mit Hilfe der Prozessflüssigkeit 6 aus dem Oxidationsbereich 8 in einen Reaktorsumpf 20 ausgewaschen, wodurch ein kontinuierlicher Betrieb des Reaktors 3 ermöglicht wird.

In der Folge wird die Prozessflüssigkeit 6 mit dem darin enthaltenen Reaktionsprodukten aus dem Reaktorsumpf über eine Ableitungseinrichtung 21 aus dem Reaktor 3 entfernt.

Das derart gereinigte Gasgemisch wird dem Reaktor 3 ebenfalls im Bereich des Reaktorsumpfes 20, vorzugsweise oberhalb eines gegebenenfalls vorhandenen Niveaus an Prozessflüssigkeit 6 dem Reaktorsumpf 20, über eine Ableitung 22 entzogen.

Im Strömungsverlauf des Gasgemisches 2 kann anschliessend an den Reaktor 3 noch ein Tropfenabscheider 23 vorgesehen sein, sodass gegebenenfalls im Gasgemisch enthaltene Prozessflüssigkeitströpfchen abgeschieden werden und damit ein trockeneres, gereinigtes Produkt zur weiteren Verwendung zur Verfügung steht.

Die Prozessflüssigkeit 6 wird vorzugsweise im Kreislauf geführt.

Dem Strömungsverlauf weiter folgend ist ein Sammelbehälter 24 für die Prozessflüssigkeit 6 angeordnet. Vorzugsweise weist das Sammelgefäss 24 einen Rührer 25 auf, sodass die darin enthaltene Prozessflüssigkeit 6 in Bewegung gehalten wird und eine gleichbleibende Qualität ermöglicht wird.

Da sich die bei der Reaktion im Oxidationsbereich 8 gebildeten Produkte, wie Schwefel bzw.

Sulfat, in der Prozessflüssigkeit 6 anreichern, ist es vorteilhaft den Salzgehalt der Prozessflüssigkeit 6 zu überwachen und gegebenenfalls einzustellen. Die Überwachung kann dabei entweder diskontinuierlich, manuell erfolgen, andererseits ist es aber auch möglich, mittels entsprechender Messeinrichtung im Prozessflüssigkeitskreislauf diese kontinuierlich vorzunehmen. Messeinrichtungen zur Bestimmung des Salzgehaltes in einer Flüssigkeit sind aus dem Stand der Technik bekannt.

In weiterer Folge besteht die Möglichkeit Salze wie z. B. Sulfate, aus der Prozessflüssigkeit, z. B. durch Fällungen, zu entfernen. Vorzugsweise wird ein vorbestimmbarer Salzgehalt in der Prozessflüssigkeit 6 in der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 jedoch dadurch gewährleistet, dass ein Teil an Prozessflüssigkeit 6 über eine Leitung 26, in der ein Ventil angeordnet sein kann, dem Prozessflüssigkeitskreislauf entzogen und einem weiteren Sammelgefäss 27 zugeführt wird. Der entzogene Anteil an Prozessflüssigkeit 6 wird durch frische Prozessflüssigkeit 6 aus einem Vorratsbehälter 28 ergänzt. Die zu ergänzende Menge kann dabei wiederum über nicht dargestellte Niveauregler im

Sammelgefäss 24 festgestellt werden.

Im Vorratsbehälter 28 wird bei Verwendung der Vorrichtung 1 zur Entschwefelung von Biogas Prozessflüssigkeit 6 vorrätig gehalten werden.

Neben der Funktion als Waschflüssigkeit zur Auswaschung der Reaktionsprodukte aus dem Füllkörperbett kann die Prozessflüssigkeit 6 auch die Funktion der Nährstoffzufuhr für die Mikroorganismen übernehmen. Die Nährstoffe können z. B. Spurenelemente, beispielsweise von Phosphor, sein, wobei sich die genaue Zusammensetzung an Nährstoffen nach der jeweiligen Bakterienart richtet. Die Zudosierung der Nährstoffe kann ebenfalls über den Vorratsbehälter 28 für frische Prozessflüssigkeit 6 erfolgen (in Fig. 1 nicht dargestellt). Auch hierbei können wiederum entsprechende Regelungen, beispielsweise Niveauregelungen im Vorratsbehälter 28, also Messung und Regelung einer Flüssigkeitshöhe im Vorratsbehälter 28 bzw. auch Gewichtsmessungen eingesetzt werden, die ein automatisches Nachfüllen des Vorratsbehälters 28 ermöglichen.

Um den Mikroorganismen 4 entsprechende Milieubedingungen zu ermöglichen, kann in der Vorrichtung 1 weiters eine pH-Wertmessung und/oder Regelung kontinuierlich vorgesehen sein.

Bei einem zu niedrigem pH-Wert kann der Prozessflüssigkeit 6 aus einem Laugenvorratsbehälter 29 über das Sammelgefäss 24 Lauge, z. B. Natronlauge, zugesetzt werden. Mit Hilfe des Rührers 25 ist dabei sowohl eine Homogenisierung der Nährstoffe als auch der Lauge in der Prozessflüssigkeit 6 möglich. Auch im Laugenbehälter 29 ist eine entsprechende Niveausteuerung möglich.

Der pH-Wert für die biologische Oxidation von Schwefelwasserstoff zu elementaren Schwefel wird vorzugsweise auf Werte im Bereich zwischen pH 5 und pH 8, insbesondere zwischen pH 6, 8 und pH 7, 5 jeweils abhängig von der verwendeten Bakterienart, eingestellt.

Zur weiteren Steigerung der Effizienz der Vorrichtung 1 kann die Prozessflüssigkeit 6 vorgewärmt werden, beispielsweise auf eine Temperatur im Bereich zwischen 20 C und 70 C, insbesondere 20 C und 450 C. Es wird damit einerseits die Stoffwechseltätigkeit der Mikroorganismen 4 beschleunigt und andererseits kann damit auch eine höhere Konzentration an Oxidationsmittel in der Prozessflüssigkeit 6 erreicht werden. Zur Erwärmung der Prozessflüssigkeit 6 kann im Prozessflüssigkeitskreislauf eine Heizeinrichtung (nicht dargestellt) angeordnet sein, z. B. im Sammelgefäss 24. Alternativ bzw. zusätzlich hierzu kann der Reaktor 3 selbst zumindest teilweise beheizt werden und kann hierzu ein Heizmantel 30 der sich, wie in Fig. 1 gezeigt, beispielsweise über den Oxidationsbereich 8 erstreckt, angeordnet sein.

Eine Temperaturregelung ist selbstverständlich möglich.

Von Vorteil kann es sein, wenn die Aktivität der Mikroorganismen 4 auch dann aufrecht erhalten wird, wenn während kurzen Stillstandzeiten kein zu reinigendes Gasgemisch 2 anfällt. Für diesen Fall wird der Prozessflüssigkeitskreislauf aufrecht erhalten. Damit kann eine erneute Anlaufphase des Reaktors 3 vermieden werden.

Um die Anlaufphase der Vorrichtung 1, insbesondere des Reaktors 3, zu verkürzen, ist es möglich, die Prozessflüssigkeit 6 mit den jeweiligen Mikroorganismen 4 anzuimpfen.

Der Reaktor 3 ist vorzugsweise als Rieselbettreaktor ausgeführt.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 in schematisch vereinfachter Darstellung. Da hierbei einerseits das Verfahrensprinzip und andererseits die Anlagenteile beinahe ident zur Ausführungsvariante nach Fig. 1 sind, werden im folgenden lediglich die Unterschiede aufgezeigt.

Bei der Ausführung der Vorrichtung 1 nach Fig. 2 ist der Reaktor 3 zweigeteilt ausgeführt, d. h. dass der obere Bereich 9 des Reaktors 3 nach Fig. 1 physisch vom Oxidationsbereich 8 getrennt ist, also die Zufuhr des Oxidationsmittels, beispielsweise Luft 7, in die Prozessflüssigkeit 6 in einem eigenen Vorrichtungsteil 31 erfolgt. Dieser Vorrichtungsteil 31 ist bevorzugt wiederum als Blasensäule ausgebildet, wobei die Prozessflüssigkeit 6 im Gegenstrom zum Oxidationsmittel geführt wird.

Die mit dem Oxidationsmittel angereicherte Prozessflüssigkeit 6 wird in einem Sumpf 32 dem Vorrichtungsteil 31 entzogen und über die Fördereinrichtung 11 einer Bewegungseinrichtung 33, die in einem Kopfbereich 34 des Reaktors 3 angeordnet ist, in den Reaktor 3 eingebracht. Als Variante der Prozessflüssigkeitseinbringung kann-wie in Fig. 3 dargestellt - das Trägermaterial 5 in mehrere Stufen unterteilt werden, welche mit seitlich geneigten Trennböden 35, z. B. Glocken- böden, begrenzt sind, die das seitliche Abfliessen der Prozessflüssigkeit der jeweils darüberliegenden Stufe in einem gesonderten Kanal 36 ermöglichen. In jede Stufe wird über zumindest je eine Bewegungseinrichtung 33 die Prozessflüssigkeit 6 eingebracht.

Die Anzahl der Stufen ergibt sich aus der erwarteten Konzentration der abzutrennenden Komponente im Gasgemisch. Diese Variante der Prozessflüssigkeitseinbringung bewirkt eine ausreichende Versorgung der Mikroorganismen

4 mit Oxidationsmittel.

Der Reaktor 3 wird vorzugsweise im Gleichstrom betrieben, er kann jedoch auch im Gegenstrom gefahren werden.

Die Prozessflüssigkeit 6 wird wiederum im Kreislauf geführt, wobei eine entsprechende pHWertregelungen sowie Zudosierungen von Nährstoffen und die Ausschleusung von mit Oxidationsprodukten, wie Schwefel oder Sulfat, beladener Prozessflüssigkeit 6 möglich sind.

Bei dieser Ausführungsvariante kann auf die Unterbrechungseinrichtung 10 verzichtet werden, wodurch auch eine Niveauregelung der Blasensäule selbst nicht zwingend erforderlich, jedoch vorteilhaft ist.

Bei beiden Ausführungsvarianten kann die Oxidationsmittelzufuhr in Abhängigkeit vom Oxidati- onsmittelgehalt der Prozessflüssigkeit 6 geregelt werden. Dazu ist es möglich, im Prozessflüssigkeitskreislauf entsprechende Messeinrichtung für das Oxidationsmittel vorzusehen.

Durch beide Ausführungsvarianten der Vorrichtung 1 wird ein kontinuierlicher Betrieb, insbesondere durch die kontinuierliche Einleitung eines gasförmigen Oxidationsmittels in die Prozessflüssigkeit 6, ermöglicht, sodass es nicht erforderlich ist, wie aus dem Stand der Technik bekannt, mehrere Reaktoren 3 zu verwenden die zwischen verschiedenen Verfahrensweisen geschaltet werden.

Wie bereits erwähnt, kann die Vorrichtung 1 zur Entschwefelung von Biogas verwendet werden, wobei das derart gereinigte Biogas einerseits thermisch verwertet werden kann, anderseits ist es auch möglich, dieses Biogas zur Verstromung in Brennstoffzellen einzusetzen.

Die bei der Oxidation entstandenen Produkte Schwefel oder Sulfat können nach dem Ausschleusen aus dem Prozessflüssigkeitskreislauf, insbesondere wenn als Basis für die Prozessflüssigkeit 6 Wasser verwendet wird, z. B. landwirtschaftlich genutzt werden durch Ausbringung auf einen Acker.

Beispiel :
In einer landwirtschaftlichen Biogasanlage mit einem Substrat aus 100 % Gülle wird ein Teilstrom von ca. 250 I/h des erzeugten Biogases mit einer mittleren Zusammensetzung - CH4-60% - C02-40 % - H2S-200 vppm nach dem beschriebenen Verfahren über einen Rieselbettreaktor mit ca. 20 I Volumen geführt. Der zylindrische Reaktor wird im einstufigen Verfahren betrieben und ist mit Raschig-Super-Torus Füllkörper gefüllt. Die spezifische Oberfläche beträgt ca. 240 m2/m3.

Es wurden Bakterien (Thiobacillus denitrificans) angesiedelt, welche kontinuierlich mit Prozessflüssigkeit (Medium 832) beaufschlagt werden. Die Prozessflüssigkeit wird kontinuierlich durch eingebrachte Luft in einem eigenen Reaktorteil mit Sauerstoff auf ca. 7, 8 Mg 02/l Medium angereichert.

Folgende Prozessflüssigkeitsparameter werden konstant gehalten : - pH-Wert 7, 0
EMI9.1
- OrKonz. - 7, 8 mg/I Nach dem Reinigungsprozess weist das Biogas folgende Zusammensetzung auf : - CH4-60% - CO2 - 40% - H2S < 1 vppm Reinigungsgrad : 99, 5% Der Ordnung halber sei abschliessend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des

Aufbaus der erfindungsgemässen Vorrichtungen diese bzw. deren Bestandteile teilweise unmassstäblich und/oder vergrössert und/oder verkleinert dargestellt wurden.

Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden.

Vor allem können die einzelnen in den Fig. 1, 2, 3 gezeigten Ausführungen den Gegenstand von eigenständigen, erfindungsgemässen Lösungen bilden. Die diesbezüglichen, erfindungsgemä- ssen Aufgaben und Lösungen sind den Detailbeschreibungen dieser Figuren zu entnehmen.

Bezugszeichenaufstellung
1 Vorrichtung
2 Gasgemisch
3 Reaktor
4 Mikroorganismus
5 Trägermaterial
6 Prozessflüssigkeit
7 Luft
8 Oxidationsbereich
9 Bereich 10 Unterbrechungseinrichtung 11 Fördereinrichtung 12 Zufuhreinrichtung 13 Zufuhreinrichtung 14 Abfuhreinrichtung 15 Flüssigkeitssäule 16 Minimalniveau 17 Maximalniveau 18 Niveauregler 19 Sumpfbereich 20 Reaktorsumpf 21 Ableitungseinrichtung 22 Ableitung 23 Tropfenabscheider 24 Sammelbehälter 25 Rührer 26 Leitung 27 Sammelgefäss 28 Vorratsbehälter 29 Laugenvorratsbehälter 30 Heizmantel 31 Vorrichtungsteil 32 Sumpf 33 Bewegungseinrichtung 34 Kopfbereich 35 Trennboden 36 Kanal

Claims

1. Verfahren zur zumindest teilweisen Abtrennung von zumindest einer Komponente aus einem Gasgemisch, insbesondere von schwefelhältigen Gasen, wie Schwefelwasserstoff aus Biogas, bei dem die zumindest eine Komponente durch Stoffwechseltätigkeit von auf einer stationären Phase immobilisierten Mikroorganismen unter Zusatz eines Oxidations- mittels oxidiert wird, wobei die Mikroorganismen in einem Reaktor kontinuierlich mit einer Prozessflüssigkeit, insbesondere einer Wasch-und/oder Nährf) üssigkeit, die zum Abtrans- port von aus der Oxidation entstandenen Produkten verwendet wird, befeuchtet werden, und bei dem das Oxidationsmittel der Prozessflüssigkeit zugesetzt wird, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Prozessflüssigkeit im Reaktor mit dem Oxidationsmittel versetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein gasförmiges Oxidationsmit- tel, wie z. B. Sauerstoff oder Luft, verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationsmittel der Prozessflüssigkeit zudosiert wird bevor damit die Befeuchtung der Mikroorganismen erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Zudosierung des Oxida- tionsmittels eine vorbestimmbare Menge an Prozessflüssigkeit in den Reaktor eingebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmbare Menge an Prozessflüssigkeit durch Regelung einer Flüssigkeitssäule zwischen einem Minimainiveau und einem Maximainiveau eingestellt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Unterschreiten des Minimalniveaus eine Strömungsverbindung zwischen einem für die Oxidationsmittelzufuhr und einem für die Oxidation der zumindest einen Komponente des Gasgemisches vorge- sehenen Reaktorteil unterbrochen wird.

7. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidationsmittelzufuhr in Abhängigkeit vom Oxidationsmittelgehalt der Prozessflüssigkeit geregelt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessflüssigkeit auf eine Temperatur im Bereich zwischen 20 C und 70 C, insbesonde- re 20 C und 45 C, erwärmt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor zumindest teilweise beheizt wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Mikroorganismen Misch- oder Reinkulturen von Thiobacillus Arten und/oder aus Klär- schlamm isolierte Bakterien verwendet werden.

11. Vorrichtung zur zumindest teilweisen Abtrennung von zumindest einer Komponente aus einem Gasgemisch, insbesondere von schwefelhältigen Gasen, wie Schwefelwasserstoff aus Biogas, mit einem Reaktor in dem eine stationäre Phase für darauf immobilisierbare Mikroorganismen angeordnet sind und der eine Zu- und eine Abfuhreinrichtung für das Gasgemisch sowie zumindest eine Zu- und zumindest eine Abfuhreinrichtung für eine Pro- zessflüssigkeit aufweist, und mit einer Einrichtung zur Anreicherung der Prozessflüssigkeit mit einem Oxidationsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Anreicherung der Prozessflüssigkeit mit dem Oxidationsmittel zur kontinuierlichen Einleitung eines gas- förmigen Oxidationsmittels in die Prozessflüssigkeit (6) ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Anrei- cherung der Prozessflüssigkeit (6) mit dem Oxidationsmittel im Reaktor (3) angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (3) in zumindest einen Oxidationsbereich (8) zur Abtrennung der Komponente aus dem Gasgemisch (2) und in zumindest einem Bereich (9) zur Anreicherung der Prozessflüssigkeit (6) mit dem Oxidationsmittel unterteilt ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Bereichen im Reaktor eine Unterbrechungseinrichtung (10) zur Unterbrechung einer Strömungsverbin- dung der Bereiche angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechungseinrich- <Desc/Clms Page number 12> tung (10) als Lochplatte mit einem Schieber zum Verschliessen von Öffnungen in der Loch- platte ausgebildet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechungs- einrichtung (10) mit zumindest einer Einrichtung zur Regelung einer Höhe einer Flüssig- keitssäule (15) der Prozessflüssigkeit (6) über der Unterbrechungseinrichtung (10) verbun- den ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Rege- lung der Flüssigkeitssäule (15) der Prozessflüssigkeit (6) durch einen Niveauregler (18) zur Messung eines Minimainiveaus (16) und einen Niveauregler (18) zur Messung eines Maxi- mainiveaus (17) gebildet ist und diese mit einer Fördereinrichtung (11) für die Prozessflüs- sigkeit (6) verbunden sind.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Rege- lung der Flüssigkeitssäule (15) zumindest einen weiteren Niveauregler (18) umfasst, der zwischen den Niveaureglern (18) für das Minimal- bzw. Maximalniveau (16,17) angeord- net und mit der Fördereinrichtung (11) verbunden ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Ein- richtung zur Anreicherung der Prozessflüssigkeit (6) mit dem Oxidationsmittel als Blasen- säule ausgebildet ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass im Strö- mungsverlauf des Gasgemisches (2) nach dem Reaktor (3) ein Tropfenabscheider (23) angeordnet ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Reak- tor (3) als Rieselbettreaktor ausgebildet ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass am Reak- tor (3) zumindest teilweise eine Heizeinrichtung, wie zum Beispiel einen Heizmantel (30), angeordnet ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass im Pro- zessflüssigkeitskreislauf eine Einrichtung zur zumindest teilweisen Abtrennung von durch die Abtrennung der Komponente (n) aus dem Gasgemisch (2) entstandenen Produkten, wie zum Beispiel Salzen, angeordnet ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Abtren- nung der Produkte durch eine Schleuse zum Ablassen von Prozessflüssigkeit (6) gebildet ist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass im Kreis- lauf der Prozessflüssigkeit (6) zumindest eine Einrichtung zur Messung der Salzbeladung der Prozessflüssigkeit (6) angeordnet ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleuse zum Ablassen von Prozessflüssigkeit (6) in einem Vorratsbehälter (28) für Prozessflüssigkeit (6) angeord- net ist und in dem Vorratsbehälter (28) zumindest ein Niveauregler zur Messung eines Niveaus an vorrätig gehaltener Prozessflüssigkeit (6) angeordnet ist.

27. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 26 zur Reinigung, insbe- sondere Entschwefelung, von Biogas.

28. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 26 als Reinigungsstufe bei der Verstromung von Biogas in Brennstoffzellen.