DE10036496B4 - Process for the catalytically assisted thermal disposal of weak methane-containing landfill gases - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur katalytisch gestützten thermischen Entsorgung von schwach methanhaltigen Deponiegasen, welche weniger als 30 % Methan-Gehalt aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß ein solches schwach methanhaltiges Deponiegas einem Reaktor auf der Eingangsseite durch eine Verteilungseinrichtung zugeführt wird und in diesem Reaktormittels eines nicht mit Edelmetallen dotiertem, einmalig durch Fremdenergiezufuhr erhitzten Calziumaluminat-Katalysator die brennbaren Kohlenwasserstoffe in einem Temperaturbereich von 800 – 1300 °C umgesetzt werden und daß auf der Abgasseite der Fackelanlage über einen Wärmetauscher ein Teil der Abgaswärme auf die Verbrennungsluft übertragen und diese vorgewärmte Verbrennungsluft gemeinsam mit dem schwach methanhaltigen Deponiegas dem Katalysator-Reaktor zugeführt wird.method for catalytically supported thermal Disposal of weak methane-containing landfill gas, which less as a 30% methane content, characterized in that such a weak Methane-containing landfill gas through a reactor on the input side a distribution device is supplied and in this reactor means one not doped with precious metals, once by external energy supply heated calcium aluminate catalyst the combustible hydrocarbons be implemented in a temperature range of 800 - 1300 ° C and that on the Exhaust side of the torch plant over a heat exchanger a part of the exhaust heat transferred to the combustion air and this preheated Combustion air together with the weak methane-containing landfill gas supplied to the catalyst reactor becomes.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur sicheren Entsorgung von Deponiegasen, die durch einen Gehalt an brennbaren Gasanteilen von < 30%, vorzugsweise Methan, gekennzeichnet sind.The The invention relates to a method for the safe disposal of landfill gas, by a content of combustible gas components of <30%, preferably Methane, are marked.

Alle Deponien mit aktivem Entgasungssystem (Abdeckung, Gasfassungs- und Abführungssystem) durchlaufen in etwa die gleichen Entwicklungsstadien, die zunächst mit einem Anstieg von Gasergiebigkeit und Methanbildung bis zu einem Maximum verbunden sind.All Landfills with active degassing system (cover, gas collection and Removal system) go through in about the same stages of development, the first with an increase in gas yield and methane formation up to one Maximum are connected.

Danach bewegen sich beide Größen über einen längeren Zeitraum von 30-40 Jahren gegen Null.After that Both sizes move over one longer Period of 30-40 years to zero.

Bei ausreichender Gasergiebigkeit (mehr als 100 – 150 m3/h) und Methangehalten zwischen 50 und 55%, wie sie in der sogenannten stabilen Methanphase erreicht werden, erfolgt in der Regel über eine Dauer von 10-15 Jahren eine gasmotorische Nutzung des Deponiegases zur Elektroenergie- und untergeordnet Wämeerzeugung.With sufficient gas yield (more than 100 - 150 m 3 / h) and methane contents between 50 and 55%, as they are achieved in the so-called stable methane phase, usually takes place over a period of 10-15 years, a gas engine use of landfill gas Electroenergy and subordinate heat production.

Sinkt der CH4-Gehalt unter 40% ab, ist diese Nutzung nicht mehr gegeben.If the CH 4 content drops below 40%, this use no longer exists.

Das im Methangehalt geminderte Deponiegas wird dann in Fackelanlagen – also ohne Nutzung- entsorgt, die allerdings unterhalb eines CH4-Gehaltes von 25% technisch auch nicht mehr sicher betrieben werden können, so daß eine Verbrennung in autark arbeitenden Anlagen nicht mehr realisiert werden kann.The landfill gas, which is reduced in the methane content, is then disposed of in flare systems - ie without use - which, however, can no longer be operated safely below a CH 4 content of 25%, so that incineration in self-sufficient systems can no longer be realized.

Stand der Technik ist es in dieser Phase, dieses schwach methanhaltige Deponiegas in die Atmosphäre zu entlassen.was standing In this phase of technology it is this weakly methane - containing Landfill gas into the atmosphere to dismiss.

Da Methan ein um den Faktor 23 höheres Klimaschädigungspotential als CO2 hat sowie wegen anderer schädigender und geruchsintensiver Komponenten im Deponiegas, werden dringend Entwicklung und Anwendung alternativer Entsorgungslösungen benötigt.Since methane has a higher climate damage potential than CO 2 by a factor of 23 as well as other harmful and odor-intensive components in landfill gas, it is urgently necessary to develop and apply alternative disposal solutions.

Bekannte alternative, aber nicht als innovativ anzusehende Entsorgungslösungen bestehen z.B. in einer Aufmischung der schwachmethanhaltigen Deponiegase mit Starkgasen, beispielsweise Erdgas, um den Betrieb in Fackelanlagen sicherzustellen.Known alternative, but not regarded as innovative disposal solutions exist e.g. in a dilution of the weak methane-containing landfill gas with strong gases, such as natural gas, to operate in flare systems sure.

Diese Lösung ist nachteiligerweise ökonomisch nicht sinnvoll, zumal sich die Belastungen parallel zum Methangehaltsrückgang permanent erhöhen. Außerdem sind sie ökologisch sehr bedenklich.These solution is disadvantageously economical not meaningful, especially since the burdens in parallel to the methane content decline permanently increase. Furthermore are they ecological? very questionable.

Eine weitere bekannte Lösung besteht im Einsatz von Biofiltern, die aber ihre Effektivität zum Methanabbau bisher nicht nachweisen konnten.A another known solution exists in the use of biofilters, but their effectiveness for methane degradation so far could not prove.

Auch sind Verfahren nach dem Prinzip der sogenannten nichtkatalytischen Oxidation bekannt.Also are processes according to the principle of so-called non-catalytic Oxidation known.

Dieses Verfahren geht auf ein in den USA praktiziertes Verfahren zur Umsetzung des Methananteiles in ausziehenden Wettern von Steinkohlenbergwerken zurück (Anlagenbezeichnung VOCSIDIZER).This Procedure goes to a practiced in the US implementation process of methane content in extracting bettors from coal mines back (Plant name VOCSIDIZER).

Die Verfahrenslösung ist dadurch gekennzeichnet, daß das mit geringen Konzentrationen an brennbaren Kohlenwasserstoffen beladene Gas (oder Abluft) an mindestens 800 °C heißen nichtkatalytischen Keramikmassen umgesetzt wird. Dabei wird die Startwärme einmalig durch eine externe Energiequelle eingebracht. Bei Methan reicht dann ein Restgehalt von ca. 0,5 Vol.-% im zu entsorgenden Gas, um diesen Prozeß nachfolgend autotherm betreiben zu können, wenn die entstehende Wärme für die Aufwärmung der jeweils einströmenden (umzusetzenden) Gase/Luft regenerativ genutzt wird. Dafür werden apparative Umsteuerungen für die Gaseinströmung vorgenommen (Regeneratorprinzip). Die Anlagen gelten als sehr sicher und langlebig.The process solution is characterized in that the loaded with low concentrations of combustible hydrocarbons Gas (or exhaust air) at at least 800 ° C hot non-catalytic ceramic materials is implemented. The starting heat is once by an external Energy source introduced. With methane then a residual content is sufficient of about 0.5 vol .-% in the gas to be disposed of to this process below to operate autothermally, when the resulting heat for the warming each inflowing (converted) gases / air is used regeneratively. For that will be apparatus reversals for the gas inflow made (regenerator principle). The systems are considered very safe and durable.

Nachteilig bei diesen Anlagen ist, daß bei Nutzung für Deponiegase entsprechende Verdünnungen mit Luft vorzunehmen sind.adversely in these systems is that when in use for landfill gas corresponding dilutions to be done with air.

Um beispielsweise ein Deponiegas mit 17% CH4 entsorgen zu können, wird eine Verdünnung auf 0,75 CH4 herbeigeführt, wodurch das Volumen um ca. den Faktor 23 ansteigt.For example, to be able to dispose of a landfill gas with 17% CH 4 , a dilution to 0.75 CH 4 is brought about, whereby the volume increases by a factor of approximately 23.

Der dadurch entstehende Nachteil äußert sich in relativ großen Anlagen, was sich kostenerhöhend auswirkt.Of the resulting disadvantage manifests itself in relatively large Facilities, which increases costs effect.

Bekannt ist auch aus der Druckschrift DE 43 06 852 A1 ein Verfahren zur reduktiven katalytischen Umsetzung von Kohlenwasser-stoffen bei Anwesenheit von Wasserdampf zur reaktions-technischen Ausnutzung der Wassergasreaktion und damit der Sicherung der reduktiven Reaktionbedingungen. Nachteilig bei diesem Verfahren ist die Entstehung von Methan neben anderen Spaltprodukten, für welches keine Entsorgungsmöglichkeit vorgeschlagen wird.It is also known from the document DE 43 06 852 A1 a process for the reductive catalytic conversion of hydrocarbons in the presence of water vapor for reaction-technical utilization of the water gas reaction and thus the assurance of the reductive reaction conditions. A disadvantage of this method is the formation of methane in addition to other fission products, for which no disposal option is proposed.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, durch die Verwendung von an sich bekannten Katalysatoren auf Basis Calziumaluminat ein Verfahren zur katalytisch gestützten Verbrennung zu gestalten, mit dem auch Deponiegase mit weniger als 30-25% CH4-Gehalt anlagensicher verbrannt werden können.The object of the invention is to design a process for catalytically assisted combustion by the use of known catalysts based on calcium aluminate, with which also landfill gas with less than 30-25% CH 4 content can be burned safely.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß die klassische Verfahrenstechnik zur Entsorgung von Deponiegasen in Fackelanlagen so verändert. wird, daß auch schwach methanhaltige Deponiegase verbrannt werden können.The The object of the invention is achieved in that the classical process engineering so changed for the disposal of landfill gas in flare plants. becomes, that too weak methane-containing landfill gas can be burned.

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dafür ein nicht mit Edelmetallen dotierter Calziumaluminat-Katalysator in den Prozessablauf eingefügt, welcher sich zur Totaloxidation aller Kohlenwasserstoffe eignet.Corresponding the method according to the invention will do it a non-precious metal-doped calcium aluminate catalyst inserted in the process, which is suitable for the total oxidation of all hydrocarbons.

Dieser Katalysator hat einen bevorzugten Arbeitsbereich von 800-1300 °C. Er ist unempfindlich gegen Chlor, Schwefel, Fluor, Staub und Aerosole, und thermisch so stabil, daß er in einer Hochtemperaturzone einer Verbrennungsanlage integrierbar ist.This Catalyst has a preferred working range of 800-1300 ° C. He is Insensitive to chlorine, sulfur, fluorine, dust and aerosols, and thermally so stable that he can be integrated in a high-temperature zone of a combustion plant is.

Vorzugsweise erfolgt sein Aufbau aus Wabenkörpern.Preferably its structure is made of honeycomb bodies.

Das schwach methanhaltige Deponiegas tritt auf der Eingangsseite in den Reaktor durch eine Verteilungseinrichtung ein. Im Reaktor werden die brennbaren Kohlenwasserstoffe, u.a. das Methan, an der Oberfläche des Katalysators umgesetzt. Der Katalysator selbst geht aus der Reaktion unverändert hervor.The weakly methane-containing landfill gas enters on the input side the reactor through a distribution device. Be in the reactor the combustible hydrocarbons, i.a. the methane, at the surface of the Catalyst implemented. The catalyst itself goes out of the reaction unchanged.

Zur Erreichung der Reaktionstemperatur wird der Katalysator anfänglich einmalig durch Fremdenergiezufuhr, vorzugsweise durch einen Gasbrenner oder elektrische Widerstandsheizung, erhitzt.to When the reaction temperature is reached, the catalyst becomes initially unique by external energy supply, preferably by a gas burner or electrical resistance heating, heated.

Weiterhin kann auf der Abgasseite der Fackelanlage ein Wärmetauscher eingefügt werden, in dem ein Teil der Abgaswärme auf die Verbrennungsluft übertragen wird. Diese vorgewärmte Verbrennungsluft wird gemeinsam mit dem schwach methanhaltigen Deponiegas dem Katalysator-Reaktor zugeführt.Farther a heat exchanger can be inserted on the exhaust side of the flare system, in which a part of the exhaust heat transferred to the combustion air becomes. This preheated Combustion air is combined with the weak methane-containing landfill gas supplied to the catalyst reactor.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel und der 1 erläutert:
Es sollen 100 m3 i.N./h Deponiegas mit nur 10% CH4-Anteil thermisch entsorgt werden.The invention is described below with reference to an embodiment and the 1 explains:
100 m 3 iN / h landfill gas with only 10% CH 4 content should be disposed of thermally.

Dazu wird der erfindungsgemäß eingefügte Katalysator-Reaktor 1 mit Hilfe eines erdgasbetriebenen Startbrenners 2 auf die Anspringtemperatur des Katalysators von ca. 800 °C vorgeheizt.For this purpose, the inventively inserted catalyst reactor 1 with the help of a natural gas powered starting burner 2 preheated to the light-off temperature of the catalyst of about 800 ° C.

Nach Erreichen dieser Temperatur werden der Startbrenner 2 außer Betrieb genommen und ein Verbrennungsluftverdichter 3 sowie ein Deponiegasverdichter 4 zugeschaltet. Durch eine Mischeinrichtung 5 werden Gas und Luft gleichmäßig auf den Querschnitt des vorgeheizten Katalysators verteilt.After reaching this temperature, the starting burner 2 decommissioned and a combustion air compressor 3 as well as a landfill gas compressor 4 switched on. By a mixing device 5 gas and air are evenly distributed to the cross section of the preheated catalyst.

Am Katalysator setzen sich die brennbaren Bestandteile des Gases um. Es entsteht ein im wesentlichen aus Stickstoff, Kohlendioxid, unverbrauchtem Sauerstoff und Wasserdampf bestehendes Rauchgas, das über einen Abgaskamin 6 in die Atmosphäre abgegeben wird.At the catalyst, the combustible components of the gas are repositioned. The result is a substantially consisting of nitrogen, carbon dioxide, unconsumed oxygen and water vapor existing flue gas through an exhaust stack 6 is released into the atmosphere.

Zur Steuerung der Temperatur des Katalysators wird bei hohen CH4-Gehalten und entsprechend höheren Temperaturen vermehrt kalte Luft in den Reaktor eingetragen. Bei niedrigen CH4-Gehalten und eventuell zu niedrigen Temperaturen am Katalysator kann die Verbrennungsluft teilweise oder vollständig über einen in den Abgasstrom eingeschalteten Luftvorwärmer 7 vorgewärmt werden.To control the temperature of the catalyst, cold air is increasingly introduced into the reactor at high CH 4 contents and correspondingly higher temperatures. At low CH 4 contents and possibly too low temperatures at the catalyst, the combustion air can partially or completely via a switched on in the exhaust stream air preheater 7 to be preheated.

Bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel liegt die Verbrennungstemperatur theoretisch bei etwa 1190 °C, so daß eine Fahrweise ohne Luftvorwärmung möglich ist. Für das Ausführungsbeispiel sind darüber hinaus überschläglich auch die jeweiligen Gas- und Luftmengen berechnet und in das Schema eingetragen worden.at the considered embodiment lies the combustion temperature theoretically at about 1190 ° C, so that a driving style without air preheating possible is. For the embodiment are about that In addition, also overly the respective gas and air quantities are calculated and entered into the scheme Service.

Der Vorteil dieser erfindungsgemäßen Lösung besteht auch darin, daß konventionelle Anlagen zur Deponiegasentsorgung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch umgerüstet werden können, daß die erfindungsgemäß eingesetzten Katalysatoren horizontal beziehungsweise vertikal in den Gasstrom eingefügt werden.Of the Advantage of this solution according to the invention consists also in that conventional Installations for landfill gas disposal for application of the method according to the invention be converted thereby can, that the used according to the invention Catalysts horizontally or vertically in the gas stream added become.

Claims (2)

Verfahren zur katalytisch gestützten thermischen Entsorgung von schwach methanhaltigen Deponiegasen, welche weniger als 30 % Methan-Gehalt aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß ein solches schwach methanhaltiges Deponiegas einem Reaktor auf der Eingangsseite durch eine Verteilungseinrichtung zugeführt wird und in diesem Reaktormittels eines nicht mit Edelmetallen dotiertem, einmalig durch Fremdenergiezufuhr erhitzten Calziumaluminat-Katalysator die brennbaren Kohlenwasserstoffe in einem Temperaturbereich von 800 – 1300 °C umgesetzt werden und daß auf der Abgasseite der Fackelanlage über einen Wärmetauscher ein Teil der Abgaswärme auf die Verbrennungsluft übertragen und diese vorgewärmte Verbrennungsluft gemeinsam mit dem schwach methanhaltigen Deponiegas dem Katalysator-Reaktor zugeführt wird.Method for the catalytically assisted thermal disposal of weak methane-containing landfill gases, which have less than 30% methane content, characterized in that such weak methane-containing landfill gas is fed to a reactor on the input side by a distribution device and in this reactor by means of a non-noble-doped, once heated by external energy supply calcium aluminate catalyst, the combustible hydrocarbons in a temperature range of 800 - 1300 ° C are implemented and that transferred on the exhaust side of the flare system via a heat exchanger, a portion of the exhaust heat to the combustion air and this preheated combustion air together with the weakly methane-containing landfill gas Catalyst reactor is supplied. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Temperatur des Katalysators bei relativ höheren Methan-Gehalten und entsprechend höheren Temperaturen vermehrt kalte Luft in den Reaktor eingetragen wird und bei niedrigen Methan-Gehalten und eventuell zu niedrigen Temperaturen am Katalysator die Verbrennungsluft teilweise oder vollständig über einen in den Abgasstrom eingeschalteten Luftvorwärmer vorgewärmt werden.A method according to claim 1, characterized in that for controlling the temperature of the catalyst at relatively higher methane contents and correspondingly higher temperatures increasingly cold air is introduced into the reactor and at niedri methane contents and possibly too low temperatures at the catalyst, the combustion air can be partially or completely preheated by a switched on in the exhaust stream air preheater.
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