DE102006044193A1

DE102006044193A1 - Verfahren zur Reinigung von Biogas von Schwefelwasserstoff

Info

Publication number: DE102006044193A1
Application number: DE200610044193
Authority: DE
Inventors: Lothar Dr.-Ing. Günther; Jörg Dr. Hofmann; Mike Dr. Wechs
Original assignee: DGE Dr Ing Guenther Engineering GmbH
Current assignee: DGE Dr Ing Guenther Engineering GmbH
Priority date: 2006-09-20
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2026-09-21
Also published as: DE102006044193B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Biogas von Schwefelwasserstoff. Erfindungsgemäß wird in einer Waschkolonne der Waschkreislauf in zwei Teilströme aufgeteilt und das im Biogas enthaltene H<SUB>2</SUB>S mittels Teilstrom 1 durch Chemosorption mittels Wasserstoffperoxid in Schwefelsäure umgewandelt und mittels Teilstrom 2 die Umwandlung der Schwefelsäure mit Ammoniak oder Ammoniakwasser zu Ammoniumsulfat erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Biogas von Schwefelwasserstoff. Die Entfernung von Schwefelwasserstoff aus dem Biogas ist insbesondere erforderlich, wenn dieses Gas zu Erdgas aufbereitet werden soll. Mit diesem Verfahren soll eine wirtschaftliche Methode zur gleichzeitigen Herstellung der beiden Produkte Methan (Erdgas) und Kohlendioxid flüssig für eine sinnvolle Verwertung realisiert werden.

Die bekannten Biogase haben folgende Zusammensetzungen:

Komponente
Methan	Vol. %	40–70
Wasserstoff	Vol. %	0–2
CO₂	Vol. %	0–60
Stickstoff	Vol. %	0–5
Sauerstoff	Vol. %	0–2
H₂O	Vol. %	2–4
H₂S	ppm	1.000–6.000

Feststoffe	mg/Nm³	0–100

Es ist bereits bekannt, zur Abtrennung von Schwefelwasserstoff aus Biogas biologische Verfahren, Wäschen mit NaOH oder adsorptive Verfahren mit Aktivkohle einzusetzen.
Nachteil der biologischen Verfahren ist, dass Sauerstoff in Form von Luft dem Biogas zugeführt werden muss. Dabei reagiert der Schwefelwasserstoff zu Schwefel oder Schwefelsäure.
Dieser Prozess erfordert eine relativ lange Verweilzeit des Biogases im Bioreaktor. Die technische Umsetzung des Schwefelwasserstoffes wird durch die biologische Reaktion limitiert. So kann mit diesem Verfahren der Schwefelwasserstoff technisch kaum unter 50 ppm gereinigt werden. Der für den biologischen Abbau erforderliche Sauerstoff wird in Form von Luft eingetragen. Dies führt dazu, dass dann im Biogas zwischen 1 bis 5 Vol. % Stickstoff und Sauerstoff enthalten sind. Bei einer Aufbereitung des Biogases zu Erdgas muss der enthaltene Stickstoff und Sauerstoff wieder entfernt werden, da dieser den Brennwert des Erdgases verschlechtert.
Die Verwendung von Waschmitteln wie Natronlauge oder Kalilauge führt zu einer Entfernung von Schwefelwasserstoff. Da diese Laugen aber auch mit dem im Biogas enthaltenen Kohlendioxid reagieren, führt dies zu erheblichen Mehrverbräuchen und wird letztendlich unwirtschaftlich. Wird als Waschmittel Hypochlorid verwendet, so entstehen Salze, die als Dünger keine Anwendung finden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Entfernung von Schwefelwasserstoff aus Biogas vorzuschlagen, bei dem keine Luft oder andere Fremdstoffe in das Biogas eingetragen und Schwefelwasserstoff neben Erdgas und flüssiges CO₂ zu einem hochwertigen Endprodukt aufgearbeitet wird.
Überraschend wurde gefunden, dass die im Biogas enthaltenen Anteile an Schwefelwasserstoff in einer Waschkolonne unter Zuführung von Wasserstoffperoxid als Reaktionsmittel zu Schwefelsäure und diese in einer nachgelagerten Reaktion mit Ammoniak zu Ammoniumsulfat reagiert. Damit kann der im Biogas enthaltene Schadstoff Schwefelwasserstoff gezielt in einen Wertstoff umgewandelt werden. Das benötigte Ammoniak kann als Ammoniakwasser mit einer Konzentration von 25 Gew. % beigemischt werden. Der Vorteil dieser Verfahrensausführung besteht darin, dass der benötigte Ammoniak in der Biogasanlage aus dem Gärsubstrat hergestellt werden kann.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Das aus einem Fermenter austretende Biogas wird in einem Gasspeicher gesammelt und von dort aus einer Waschkolonne zugeführt, in der das Biogas vom enthaltenen H₂S durch Chemosorption gereinigt wird.
Ein Biogas mit einer Temperatur von 30°C und einer Zusammensetzung von 54 Vol. % CH₄, 42 Vol. % CO₂ und 3,8 Vol. % H₂O ist mit 2.000 ppm an Schwefelwasserstoff beladen. Dieses Biogas wird einer Waschkolonne zugeführt, in der mit einem Waschkreislauf die Entfernung von Schwefelwasserstoff und die Umwandlung zu Ammoniumsulfat erfolgt. Dazu wird der Waschkreislauf geteilt realisiert. Ein Teilstrom wird auf den Kolonnenkopf des Wäschers geleitet. Diesem Teilstrom wird Wasserstoffperoxid geregelt zugeführt. Der zweite Teilstrom des Waschkreislaufes wird direkt zum Kolonnensumpf geführt. Diesem Teilstrom wird Ammoniakwasser zur Neutralisation der in der Waschkolonne mit dem Teilstrom 1 gebildeten Schwefelsäure zugeführt. Der Neutralisationsprozess wird so eingestellt, dass sich Ammoniumsulfat bei einem pH-Wert von 7–7,5 bildet. Damit wird in der Waschkolonne kein CO₂ mit dem Teilstrom ausgewaschen.
Das zur Neutralisation erforderliche NH₃ oder Ammoniakwasser kann extern beschafft werden oder durch Aufbereitung des Gärsubstrates aus dem Fermenter selbst erzeugt werden.
Damit kann gezeigt werden, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der Schadstoff Schwefelwasserstoff zu einem Wertstoff zurückgewonnen und die Schwefelwasserstoffkonzentration auf Werte von bis zu 6.000 ppm auf unter 10 ppm reduziert werden kann.

Claims

Verfahren zur Reinigung von Biogas von Schwefelwasserstoff mittels Gaswäsche dadurch gekennzeichnet, dass der Waschkreislauf in einer Waschkolonne in zwei Teilströme aufgeteilt wird und der im Biogas enthaltene Schwefelwasserstoff mittels Teilstrom 1 durch Chemosorption zu Schwefelsäure umgewandelt und mittels Teilstrom 2 die Umwandlung der Schwefelsäure zu Ammoniumsulfat erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Teilstrom 1 Wasserstoffperoxid als Reaktionsmittel zudosiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Teilstrom 2 Ammoniak oder Ammoniakwasser als Reaktionsmittel zudosiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Herstellung von Ammoniumsulfat erforderliche Ammoniak aus der Gärsubstrataufbereitung hergestellt wird.