DE102008000161A1

DE102008000161A1 - Verfahren zur Vermeidung störender Schwefelwasserstoffbildung in Biogasanlagen

Info

Publication number: DE102008000161A1
Application number: DE102008000161A
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr. Vollmuth; Arnd SCHÖTTLER
Original assignee: Sachtleben Chemie GmbH
Current assignee: Venator Germany GmbH
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2008-01-28
Publication date: 2008-07-31

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist die Vermeidung störender Schwefelwasserstoffbildung in Biogasanlagen.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Vermeidung störender Schwefelwasserstoffbildung in Biogasanlagen.
Insbesondere Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Vermeidung störender Schwefelwasserstoffbildung in Biogasanlagen unter Verwendung von Nitratsalzen, vorzugsweise von Metallnitraten, als Substrate zur Unterdrückung störender Schwefelwasserstoffbildung in Biogasanlagen.
Dabei sind die Begriffe „Unterdrückung" bzw. „unterdrücken" im Sinne der Begriffe „Vermeidung und/oder Beseitigung" bzw. „vermeiden und/oder beseitigen" zu verstehen.
In Biogasanlagen wird organische Materie durch anaerobe Prozesse zu Biogas vergoren. Als organische Materialien werden vorzugsweise Kulturpflanzen, beispielsweise Mais, Pflanzenabfälle, Holzspäne, Lebensmittelabfälle, Abfälle aus der Tierhaltung oder Tierverwertung eingesetzt. Unter den anaeroben Bedingungen des Reaktors entsteht aus Sulfat und schwefelhaltigen organischen Substanzen, beispielsweise Proteinen, Schwefelwasserstoff, auch Hydrogensulfid genannt. Schwefelwasserstoff hat den sehr unangenehmen Geruch von faulen Eiern und ist extrem giftig.
Schwefelwasserstoff ist zwar brennbar, doch entsteht während des Verbrennungsvorgangs im Biogas-Motor Schwefeldioxid und Schwefeltrioxid die mit Wasser zu Schwefelsäure reagieren und den Biogas-Motor stark schädigen. Darüber hinaus kommt es auch an Betonteilen zu starken Korrosionserscheinungen.
Üblicherweise werden zur Fällung des gebildeten Sulfids Eisen(II)chlorid, Eisen(III)chlorid-, Eisen(II)sulfat- oder Eisenchloridsulfat-Lösungen eingesetzt.
Dabei wird der Schwefelwasserstoff als Eisensulfid gefällt, das in Wasser schwer löslich ist. Das Eisensulfid verbleibt als ungelöster Bestandteil im Schlamm des Vergärungsansatzes. Durch die hohen Dichten der Eisensalz-Lösungen sowie der hohen Viskosität der Gärsuspension ist eine homogene Einmischung der Eisensalze in die Gärsuspension nicht erzielbar. Hieraus resultiert eine deutliche Überdosierung der Eisensalze mit den Folgen hoher Eisenkonzentrationen im Schlamm des Gäransatzes bzw. eine unvollständige Fällung des Sulfids.
Der Schlamm wird bei Biogasanlagen in uneingedicktem Zustand entsorgt oder von der Wasserphase über Filtration getrennt, wobei das Wasser zum Ansetzen der Vergärungssuspension wieder verwendet wird. Die Entsorgung erfolgt in beiden Fällen in aller Regel landwirtschaftlich. Durch die hohe Eisenkonzentration in solchen Schlämmen ist die landwirtschaftliche Nutzung allerdings nur bedingt möglich, da das Eisen die Phosphataufnahme der Pflanzen stark einschränkt.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden.
Insbesondere Aufgabe der Erfindung ist es, die störende Schwefelwasserstoffbildung in Biogasanlagen zu unterdrücken, ohne dass der Gärprozess gestört wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die störende Schwefelwasserstoffbildung in Biogasanlagen zu unterdrücken, ohne dass die landwirtschaftliche Nutzung des Gärschlamms eingeschränkt ist.
Überraschenderweise wird die Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Vorzugsweise Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.
Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch die Verwendung von Nitratsalzen, vorzugsweise von Metallnitraten, als Substrate zur Unterdrückung der Schwefelwasserstoffbildung. Vorzugsweise werden hierfür Aluminiumnitrat, Aluminiumnitratsulfat, Alkalinitrate, beispielsweise Natriumnitrat oder Kaliumnitrat, Erdalkalinitrate, beispielsweise Magnesiumnitrat oder Calciumnitrat, Eisennitrat oder Mischungen aus mindestens zwei dieser Salze verwendet. Die Nitratsalze können in fester Form als auch in Form von Lösungen eingesetzt werden. Durch die Unterdrückung der Schwefelwasserstoffbildung im Biogas wird die Korrosion der Biogasmotoren, die durch Verbrennung des Biogases Energie erzeugen, stark reduziert. Gleichzeitig werden toxische Emissionen vermieden.
Im anaeroben Vergärungsprozess konkurrieren die anaerobe Sulfat-Reduktion und die anaerobe Nitratreduktion. Da die anaerobe Nitratreduktion von den Mikroorganismen energetisch bevorzugt ist, findet die Bildung von Schwefelwasserstoff bei der Anwesenheit von Nitrat nicht statt. Erst nach vollständiger Reduktion des Nitrats zu Stickstoff setzt die Bildung von Schwefelwasserstoff wieder ein.
Die kontinuierliche oder diskontinuierliche Dosierung geringer Mengen eines Metallnitrats zu der Gärsuspension führt zu einer Unterdrückung der Schwefelwasserstoffbildung und den damit verbundenen Folgeerscheinungen. Geringe Mengen von Aluminium, Natrium, Kalium, Magnesium, Calcium und Eisen bzw. der Ionen stören weder den Gärprozess noch die landwirtschaftliche Verwertung des Gärschlamms.
Die Verwendung von Nitratsalzen, vorzugsweise von Metallnitraten, führt zu einer Vermeidung der Schwefelwasserstoffbildung, während die Eisensulfidfällung das entstandene Sulfid nur entfernt, und das auch noch ungenügend. Darüber hinaus sind die anfallenden Gärschlämme bei Verwendung von Metallnitraten problemlos landwirtschaftlich verwertbar.
Gegenstand der Erfindung ist im Einzelnen:

– ein Verfahren zur Unterdrückung der Schwefelwasserstoffbildung in Biogasanlagen unter Verwendung von Nitratsalzen;
– ein Verfahren zur Unterdrückung der Schwefelwasserstoffbildung in Biogasanlagen bei dem als Nitratsalze Metallnitrate, bevorzugt Aluminiumnitrat, Aluminiumnitratsulfat, Alkalinitrate, besonders bevorzugt Natriumnitrat oder Kaliumnitrat, Erdalkalinitrate, besonders bevorzugt Magnesiumnitrat oder Calciumnitrat, Eisennitrat oder Mischungen aus mindestens zwei dieser Salze, eingesetzt wird.
– ein Verfahren wie oben beschrieben, bei dem die Nitratsalze in fester Form eingesetzt werden.
– ein Verfahren wie oben beschrieben, bei dem die Nitratsalze in Form einer Lösung eingesetzt werden.
– ein Verfahren wie oben beschrieben, bei dem die Nitratsalze kontinuierlich oder diskontinuierlich zudosiert werden.
– ein Verfahren wie oben beschrieben, bei dem die Dosierkonzentration des Nitrats 1 bis 10.000 ppm beträgt.
– ein Verfahren wie oben beschrieben, bei dem die Dosierkonzentration des Nitrats bei kontinuierlicher Dosierung 1 bis 500 ppm beträgt.
– ein Verfahren wie oben beschrieben, bei dem die Dosierkonzentration des Nitrats bei diskontinuierlicher Dosierung 100 bis 10.000 ppm beträgt.
– Verwendung von Nitratsalzen zur Unterdrückung der Schwefelwasserstoffbildung in Biogasanlagen.
– Verwendung von Nitratsalzen zur Unterdrückung der Schwefelwasserstoffbildung in Biogasanlagen, bei der es sich bei den Nitratsalzen um Metallnitrate, bevorzugt um Aluminiumnitrat, Aluminiumnitratsulfat, Alkalinitrate, besonders bevorzugt Natriumnitrat oder Kaliumnitrat, Erdalkalinitrate, besonders bevorzugt Magnesiumnitrat oder Calciumnitrat, Eisennitrat oder Mischungen aus mindestens zwei dieser Salze, handelt.
– Verwendung wie oben beschrieben, bei der die Nitratsalze in fester Form eingesetzt werden.
– Verwendung wie oben beschrieben, bei der die Nitratsalze in Form einer Lösung eingesetzt werden.
– Verwendung wie oben beschrieben, bei der die Nitratsalze kontinuierlich oder diskontinuierlich zudosiert werden.
– Verwendung wie oben beschrieben, bei der die Dosierkonzentration des Nitrats 1 bis 10.000 ppm beträgt.
– Verwendung wie oben beschrieben, bei der die Dosierkonzentration des Nitrats bei kontinuierlicher Dosierung 1 bis 500 ppm beträgt.
– Verwendung wie oben beschrieben, bei der die Dosierkonzentration des Nitrats bei diskontinuierlicher Dosierung 100 bis 10.000 ppm beträgt.

Das nachfolgende Beispiel soll die Erfindung erläutern, ohne sie einzuschränken.
Beispiel 1
In einer Biogasanlage werden sowohl nachwachsende Rohstoffe, Reststoffe der Lebensmittelindustrie als auch industrielle Abfälle vergoren. Der industrielle Anteil ist stark sulfathaltig. Die Anlage verfügt über einen Durchsatz von rund 120 m³ Einsatzstoffe pro Woche. Während des Betriebs steigt der Gehalt an Schwefelwasserstoff im Faulgas stetig an und droht den vom Hersteller des Blockheizkraftwerks vorgegebenen Grenzwert von 200 ppm zu überschreiten. Darauf hin werden in den ca. 30 m³ fassenden Vorlagetank 1000 L einer wässrigen Aluminiumnitratsulfatlösung nach EP-A-0125892 (5,4 Gew.-% Al, 16,0 Gew.-% NO₃, 2,8% SO₄,) gegeben und der Tankinhalt mit Rührwerken durchmischt. Das Material aus dem Vorlagetank wird normal dem Biogasreaktor zugeführt. Die Dosierung der Aluminiumnitratsulfatlösung hat zur Folge, dass der Gehalt an Schwefelwasserstoff auf einen Wert von kleiner als 5 ppm zurückgeht. Obwohl kein weiteres Produkt dosiert wird, hält die Wirkung des Aluminiumnitratsulfats ca. 21 Tage bis zu einem erneuten Anstieg der Schwefelwasserstoffkonzentration an.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0125892 A [0019]

Claims

Verfahren zur Unterdrückung der Schwefelwasserstoffbildung in Biogasanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass Nitratsalze der Gärsuspension zugegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Nitratsalze um Metallnitrate, bevorzugt Aluminiumnitrat, Aluminiumnitratsulfat, Alkalinitrate, besonders bevorzugt Natriumnitrat oder Kaliumnitrat, Erdalkalinitrate, besonders bevorzugt Magnesiumnitrat oder Calciumnitrat, Eisennitrat oder Mischungen aus mindestens zwei dieser Salze, eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nitratsalze in fester Form eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nitratsalze in Form einer Lösung eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nitratsalze kontinuierlich oder diskontinuierlich zudosiert werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierkonzentration des Nitrats 1 bis 10.000 ppm beträgt.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierkonzentration des Nitrats bei kontinuierlicher Dosierung 1 bis 500 ppm beträgt.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierkonzentration des Nitrats bei diskontinuierlicher Dosierung 100 bis 10.000 ppm beträgt.
Verwendung von Nitratsalzen zur Unterdrückung der Schwefelwasserstoffbildung in Biogasanlagen.
Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Nitratsalzen um Metallnitrate, bevorzugt um Aluminiumnitrat, Aluminiumnitratsulfat, Alkalinitrate, besonders bevorzugt Natriumnitrat oder Kaliumnitrat, Erdalkalinitrate, besonders bevorzugt Magnesiumnitrat oder Calciumnitrat, Eisennitrat oder Mischungen aus mindestens zwei dieser Salze, handelt.
Verwendung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Nitratsalze in fester Form eingesetzt werden.
Verwendung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Nitratsalze in Form einer Lösung eingesetzt werden.
Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Nitratsalze kontinuierlich oder diskontinuierlich zudosiert werden.
Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierkonzentration des Nitrats 1 bis 10.000 ppm beträgt.
Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierkonzentration des Nitrats bei kontinuierlicher Dosierung 1 bis 500 ppm beträgt.
Verwendung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierkonzentration des Nitrats bei diskontinuierlicher Dosierung 100 bis 10.000 ppm beträgt.