DE102008010329A1 - Process for the treatment of waste gas streams in the processing of biogenic gas streams - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Biogas aus Rohbiogas, wobei ein bei der Aufbereitung von Rohbiogas anfallender Abgasstrom mit einem Katalysator behandelt wird. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines Katalysators zur Behandlung eines bei der Herstellung von Biogas anfallenden Abgasstromes.The invention relates to a process for the production of biogas from raw biogas, wherein an exhaust gas stream obtained during the treatment of raw biogas is treated with a catalyst. The invention further relates to the use of a catalyst for the treatment of an exhaust gas stream resulting from the production of biogas.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Biogas aus Rohbiogas, wobei ein bei der Aufbereitung von Rohbiogas anfallender Abgasstrom mit einem Katalysator behandelt wird. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines Katalysators zur Behandlung eines bei der Herstellung von Biogas anfallenden Abgasstroms.The The invention relates to a process for the production of biogas Raw biogas, whereby one in the treatment of raw biogas accruing Exhaust gas stream is treated with a catalyst. The invention further relates the use of a catalyst for the treatment of a in the production of biogas accumulating exhaust stream.
Biogas ist ein Gemisch aus den Hauptkomponenten Methan und Kohlenstoffdioxid und entsteht bei der anaeroben Vergärung von organischem Material. Im Gegensatz zur aeroben Kompostierung erfolgt der Prozess unter Luftabschluss. Der Vergärungsprozess findet in der Natur z. B. im Pansen von Rindern, in Moor- oder Sumpfgebieten oder auf Reisfeldern statt.biogas is a mixture of the main components methane and carbon dioxide and arises in the anaerobic fermentation of organic Material. In contrast to aerobic composting, the process takes place under exclusion of air. The fermentation process takes place in the Nature z. B. in the rumen of cattle, in bog or marshes or on rice fields instead.
Tabelle
1 zeigt eine typische Zusammensetzung von Biogas. Tabelle 1: Typische Zusammensetzung von
Biogas
Die
industrielle Herstellung von Biogas wird in speziellen Biogasanlagen
realisiert. Typische Ausgangsmaterialien hierfür sind z.
B. Wirtschaftsdünger (z. B. Gülle) und Energiepflanzen
(nachwachsender Rohstoff). Die technischen Grundlagen zur Erzeugung
und Verwendung von Biogas sind in der Literatur mehrfach beschrieben
und Stand der Technik. Gute Zusammenfassungen sind z. B. im Buch
Prinzipiell existieren verschiedene energetische und chemische Nutzungs- und Verwertungswege von Biogas. Der älteste und einfachste Nutzungsweg ist die direkte Verbrennung zur Wärmeerzeugung.in principle exist various energetic and chemical uses and Utilization of biogas. The oldest and simplest Usage path is direct combustion for heat generation.
Die derzeitige technische Hauptnutzung ist die motorische Umwandlung in Strom und Wärme. Dabei wird ein Verbrennungsmotor mit Biogas gespeist und mit der erzeugten Bewegungsenergie ein Generator für die Stromerzeugung betrieben. Die bei dem Verbrennungsprozess anfallende Abwärme wird einerseits wieder dem Vergärungsprozess als notwendige Prozesswärme für die Vergärung zugeführt und/oder in kombinierten Kraft-/Wärmekopplungssystemen genutzt.The Current main technical use is the motor conversion in electricity and heat. This is an internal combustion engine with Biogas fed and with the generated kinetic energy a generator operated for power generation. The in the combustion process On the one hand, waste heat is returned to the fermentation process as necessary process heat for fermentation supplied and / or combined combined heat and power systems used.
Derzeitiger Hauptzweck einer Biogasanlage ist die Erzeugung von Strom und dessen Einspeisung in das öffentliche Netz. Biogasstrom kann anders als Strom aus Wind- und Solaranlagen dauerhaft in ein Stromnetz eingespeist werden und somit Grundlasten in der Stromversorgung abdecken.current The main purpose of a biogas plant is the generation of electricity and its Feed into the public network. Biogas flow can be different as electricity from wind and solar plants permanently in a power grid be fed and thus base loads in the power supply cover.
Weitere Möglichkeiten zur Biogasnutzung sind z. B. die energetische Verstromung in Brennstoffzellen (z. B. MCFC-Anlagen, „cfc-solutions") sowie die Erzeugung von Synthesegas mit da rauf folgenden Syntheseschritten wie z. B. eine Methanolsynthese oder eine Fischer-Tropsch-Synthese.Further Opportunities for biogas use are z. B. the energetic Power generation in fuel cells (eg MCFC systems, "cfc-solutions") as well as the production of synthesis gas with subsequent synthetic steps such as As a methanol synthesis or a Fischer-Tropsch synthesis.
Ein in jüngster Zeit häufig diskutierter Nutzungspfad ist die Biogasaufbereitung zu Erdgas. Das dabei erzeugte „Biomethan" („Bioerdgas") kann dezentral an das Erdgasnetz angeschlossen bzw. eingespeist und genutzt werden. Laut Fachverband Biogas e. V. könnten zukünftig allein in Deutschland bis zu 20% des Erdgasverbrauchs über Biomethan gedeckt werden. Damit das Gas problemlos in ein Erdgasnetz eingespeist werden kann, müssen neben CO2 auch andere Begleitstoffe dauerhaft abgetrennt werden. Die Qualitätsanforderungen zur Erzeugung von Erdgassubstitut sind in der DVGW G260, 261 und 262 festgelegt.A recently discussed usage path is biogas upgrading to natural gas. The "biomethane"("bio natural gas") generated in the process can be connected or fed into the natural gas grid in a decentralized manner and used. According to the Association Biogas e. In future, in Germany alone, up to 20% of natural gas consumption could be covered by biomethane. So that the gas can be fed into a natural gas network without any problems, other accompanying substances must be permanently separated in addition to CO 2 . The quality requirements for the production of natural gas substitutes are specified in DVGW G260, 261 and 262.
Alle
Nutzungswege von Biogas erfordern eine unterschiedlich intensive
Aufbereitung (Gasreinigung) des Rohbiogases für die anschließende
Nutzung. Die Gasreinigung kann beispielsweise durch die Abtrennung der
unerwünschten Komponenten erfolgen. Dabei können
mehrere Verfahren miteinander kombiniert werden. Häufig
ist mindestens ein Trennverfahren zur Gasaufbereitung erforderlich.
Dieses kann grundsätzlich durch die folgenden Methoden
realisiert werden [
- – Druckwasserwäsche
- – Aminwäsche (drucklos sowie druckbetrieben)
- – Membranverfahren
- – kombiniertes Membran-Waschverfahren
- – CO2-Verflüssigung
- – Adsorptionsverfahren
- – Druckwechseladsorption über Aktivkohle und/oder Kohlenstoffmolekularsieb
- - Pressure water wash
- - amine scrubbing (pressureless and pressure operated)
- - Membrane method
- - combined membrane washing process
- - CO 2 liquefaction
- - Adsorption process
- - Pressure swing adsorption on activated carbon and / or carbon molecular sieve
Eine
ausführliche Beschreibung von Verfahren zur Aufbereitung
von Rohbiogas zu Bioerdgas sowie der möglichen Nutzung
von Abgasströmen ist in
Jedes Trennverfahren hat verschiedene Vor- und Nachteile. Allen Trennverfahren ist jedoch inhärent, dass nach dem Abtrennen des Biogas enthaltenden Hauptgasstroms, welcher einen hohen Methangasanteil enthält – also höher als im Riobiogas – (je nach Selektivität des Trennverfahrens) ein verbleibender Gasstrom erhalten wird, der sogenannte Abgasstrom oder Teilgasstrom, welcher Methan in geringerer Konzentration enthält und andere Kohlenwasserstoffe, CO, H2, NH3, NOx und O2 enthalten kann.Each separation process has several advantages and disadvantages. However, all separation processes are inherent in that after separation of the main gas stream containing biogas, which contains a high proportion of methane gas (ie higher than in the riobiogas) (depending on the selectivity of the separation process), a remaining gas stream is obtained, the so-called offgas stream or partial gas stream, which methane in lesser Contains concentration and other hydrocarbons, CO, H 2 , NH 3 , NO x and O 2 may contain.
Ein
typischer Verfahrensweg für die Herstellung von Biogas
aus Rohbiogas ist dem Schema in
Häufig
gelangen diese Teilgasströme (siehe
Zudem weist der Abgasstrom durch die enthaltenen Komponenten einen Brennwert auf, der bei direkter Abgabe in die Umwelt nicht genutzt werden würde.moreover the exhaust gas flow through the components contained a calorific value which are not used for direct release into the environment would.
In
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit in der Bereitstellung eines Verfahrens, bei dem der Abgasstrom von schädlichen Komponenten befreit wird und zudem die im Abgasstrom enthaltene Energie genutzt werden kann.The Object of the present invention is thus in the provision a process in which the exhaust gas flow from harmful Components is released and also contained in the exhaust stream Energy can be used.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Biogas aus Rohbiogas, umfassend die Schritte des
- a) Bereitstellens von Rohbiogas,
- b) Aufbereitens des Rohbiogases durch Abtrennen eines Biogas enthaltenden Hauptgasstroms mittels eines Trennverfahrens, und
- c) Abtrennen eines bei der Aufbereitung des Rohbiogases resultierenden Abgasstroms
- a) provision of raw biogas,
- b) preparing the raw biogas by separating a main gas stream containing biogas by means of a separation process, and
- c) separating an exhaust gas stream resulting from the treatment of the raw biogas
Die Bereitstellung des Rohbiogases kann nach den im Stand der Technik bekannten Verfahren, beispielsweise anaerobe Vergärung in einer industriellen Biogasanlage, erfolgen.The Provision of the raw biogas can be made according to the state of the art known methods, such as anaerobic digestion in an industrial biogas plant.
Ebenso können alle im Stand der Technik bekannten Trennverfahren für die Aufbereitung des Rohbiogases eingesetzt werden.As well may be any of the separation techniques known in the art be used for the treatment of raw biogas.
Dazu zählen die Druckwasserwäsche, die Aminwäsche (drucklos sowie druckbetrieben), das Membranverfahren, ein kombiniertes Membran-Waschverfahren, die CO2-Verflüssigung, das Adsorptionsverfahren, oder die Druckwechseladsorption über Aktivkohle und/oder ein Kohlenstoffmolekularsieb. Durch diese Verfahren kann das Biogas effektiv vom Rohbiogas getrennt werden. Zurück bleibt ein Teilgasstrom, gewöhnlich als Abgas bezeichnet, welcher neben Restmethan noch weitere Komponenten, z. B. andere Kohlenwasserstoffe, CO, H2, NH3, NOx und O2 enthält.These include pressurized water washing, amine scrubbing (pressureless and pressurized), the membrane process, a combined membrane scrubbing process, CO 2 liquefaction, the adsorption process, or pressure swing adsorption via activated carbon and / or a carbon molecular sieve. Through these methods, the biogas can be effectively separated from the raw biogas. Back remains a partial gas stream, commonly referred to as exhaust gas, which in addition to residual methane other components such. B. contains other hydrocarbons, CO, H 2 , NH 3 , NO x and O 2 .
Erfindungsgemäß wird der Abgasstrom mit einem Katalysator behandelt. Dies bedeutet, dass der Abgasstrom über den Katalysator geleitet wird, wodurch eine Reaktionswärme entsteht, welche wieder verwendet werden kann.According to the invention the exhaust stream treated with a catalyst. This means that the exhaust stream is passed over the catalyst, thereby a heat of reaction is produced which is reused can.
Vorzugsweise ist der verwendete Katalysator ein Oxidationskatalysator. Der Katalysator kann aus einer oder mehreren Lagen bestehen, die gleich oder unterschiedlich sein können. Bevorzugt ist der Oxidationskatalysator ein monolithischer Katalysator, beispielsweise mit Metall- und Keramikwaben. Weiterhin bevorzugt ist der Katalysator ein Schaum- oder ein Schüttgutkatalysator, beispielsweise ein Schalenkatalysator, ein Vollmaterial oder ein Extrudat, wobei verschiedenste geometrische Formen und Abmessungen möglich sind. Die Katalysatoren können mit einer oder mehreren Lagen Washcoat beschichtet sein und ein oder mehrere Edelmetalle und/oder Metalloxide und/oder deren Mischungen als aktive Komponenten enthalten.Preferably the catalyst used is an oxidation catalyst. The catalyst may consist of one or more layers that are the same or different could be. Preferably, the oxidation catalyst is a monolithic catalyst, for example with metal and ceramic honeycombs. Further preferably, the catalyst is a foam or a bulk catalyst, For example, a shell catalyst, a solid material or a Extrudate, with a variety of geometric shapes and dimensions possible are. The catalysts can with a or more layers of washcoat and one or more Precious metals and / or metal oxides and / or mixtures thereof as active Components included.
Gewöhnlich ist der Katalysator so aufgebaut, dass eine katalytisch aktive Verbindung als Beschichtung auf einem geeigneten Träger vorliegt. Bevorzugt basieren die katalytisch aktiven Schichten auf Aluminium-, Cer-, Wolfram-, Titan-, Eisen-, Silizium- und Zirkonoxid, oder Kombinationen der genannten, die noch zusätzlich katalytisch aktive Edelmetalle und/oder kata lytisch aktive Metalloxide von Fe, Cu, Mn, oder Kombinationen davon enthalten können. Geeignete Edelmetalle sind bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe umfassend Platin, Palladium, Rhodium, Kupfer, Silber und Ruthenium.Usually the catalyst is constructed so that a catalytically active compound is present as a coating on a suitable carrier. The catalytically active layers are preferably based on aluminum, cerium, Tungsten, titanium, iron, silicon and zirconium oxide, or combinations the mentioned, which additionally catalytically active precious metals and / or kata lytically active metal oxides of Fe, Cu, Mn, or combinations thereof can contain. Suitable noble metals are preferred selected from the group comprising platinum, palladium, Rhodium, copper, silver and ruthenium.
Die katalytisch aktive Schicht wird bevorzugt in Form eines Washcoats durch Tränken, Aufsprühen oder Durchsaugen (Incipient Wetness Methode) aufgebracht, der die katalytisch aktiven Substanzen, insbesondere die Metalle, enthält. Die Metalle (Edelmetalle) werden gewöhnlich in Form ihrer Nitrate, Chloride, Sulfate, Sulfite, Acetate etc. oder Komplexverbindungen dieser Metalle aufgebracht. Natürlich sind auch die entsprechenden Oxide in Form von Aufschlämmungen verwendbar.The Catalytically active layer is preferably in the form of a washcoat by soaking, spraying or sucking (Incipient Wetness method) applied, the catalytically active substances, especially the metals. The metals (precious metals) are usually in the form of their nitrates, chlorides, sulfates, Sulfites, acetates, etc. or complex compounds of these metals applied. Of course, the corresponding oxides in the form of Slurries usable.
Nach dem Aufbringen des Washcoats erfolgt typischerweise ein Trocknungs- oder Kalzinierungsschritt, worauf zusätzlich abschließend eine Metall- bzw. Edelmetalldotierung der Washcoat-Oberfläche mit weiteren katalytisch aktiven Metallen bzw. deren Verbindungen, wie Nitrate, Chloride, Sulfate, Sulfite, Acetate oder Komplexverbindungen, erfolgen kann.To the application of the washcoat is typically carried out by a drying or calcination step, whereupon in addition a metal or noble metal doping of the washcoat surface with further catalytically active metals or their compounds, such as nitrates, chlorides, sulfates, sulfites, acetates or complex compounds, can be done.
Ebenso kann der Oxidationskatalysator ein Zeolith oder ein zeolithähnliches Material sein oder ein Trägermaterial kann mit dem Zeolith oder zeolithähnlichen Material beschichtet sein. Auch bevorzugt im Sinne dieser Erfindung ist eine Kombination eines Zeolithen oder zeolithähnlichen Materials mit einem Oxidationskatalysator, wie er oben beschrieben ist.As well For example, the oxidation catalyst may be zeolite or zeolite-like Be material or a carrier material can be with the zeolite or zeolite-like material. Also preferred For the purposes of this invention is a combination of a zeolite or zeolite-like material with an oxidation catalyst, as described above.
Der Zeolith ist bevorzugt ausgewählt aus einer Gruppe von Zeolithen mit den Topologien AEL, BEA, CHA, EUO, FAO, FER, KFI, LTA, LTL, MAZ, MOR, MEL, MTW, LEV, OFF, TON und MFI.Of the Zeolite is preferably selected from a group of zeolites with the topologies AEL, BEA, CHA, EUO, FAO, FER, KFI, LTA, LTL, MAZ, MOR, MEL, MTW, LEV, OFF, TONE and MFI.
Unter
dem Begriff „Zeolith" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung
gemäß der Definition der International Mineralical Association
(
Das Verhältnis von Si/Al = y/x beträgt immer > 1 gemäß der sog. „Löwenstein-Regel", die das benachbarte Auftreten zweier benachbarter negativ geladener AlO4-Tetraeder verbietet. Dabei stehen bei einem geringen Si/Al-Verhältnis zwar mehr Austauschplätze für Metall zur Verfügung, der Zeolith wird jedoch zunehmend thermisch instabiler.The ratio of Si / Al = y / x is always> 1 according to the so-called "Löwenstein rule", which prohibits the adjacent occurrence of two adjacent negatively charged AlO 4 tetrahedra, although there are more at a low Si / Al ratio Exchange places for metal are available, however, the zeolite becomes increasingly thermally unstable.
Die Zeolithstruktur enthält Hohlräume, Kanäle, die für jeden Zeolithen charakteristisch sind. Die Zeolithe werden gemäß ihrer Topologie in verschiedene Strukturen eingeteilt. Das Zeolithgerüst enthält offene Hohlräume in Form von Kanälen und Käfigen, die normalerweise mit Wassermolekülen und zusätzlichen Gerüstkationen besetzt sind, die ausgetauscht werden können. Auf ein Aluminiumatom kommt eine überschüssige negative Ladung, die durch diese Kationen kompensiert wird. Das Innere des Porensystems stellt die katalytisch aktive Oberfläche dar. Je mehr Aluminium und je weniger Silizium ein Zeolith enthält, desto dichter ist die negative Ladung in seinem Gitter und desto polarer ist seine innere Oberfläche. Die Porengröße und Struktur wird neben den Parametern bei der Herstellung, d. h. Verwendung bzw. Art von Templaten, pH-Wert, Druck, Temperatur, Anwesenheit von Impfkristallen, durch das Si/Al-Verhältnis bestimmt, das den größten Teil des katalytischen Charakters eines Zeolithen ausmacht.The zeolite structure contains voids, channels that are characteristic of each zeolite. The Zeo Lithe are divided into different structures according to their topology. The zeolite framework contains open cavities in the form of channels and cages that are normally occupied by water molecules and additional framework cations that can be exchanged. An aluminum atom has an excess negative charge which is compensated by these cations. The interior of the pore system represents the catalytically active surface. The more aluminum and the less silicon a zeolite contains, the denser the negative charge in its lattice and the more polar its internal surface. The pore size and structure is determined by the Si / Al ratio, which is the major part of the catalytic character of a zeolite, besides the parameters of manufacture, ie, use, or type of template, pH, pressure, temperature, presence of seed crystals accounts.
Durch Anwesenheit von zwei- oder dreiwertigen Kationen als Tetraederzentrum im Zeolithgerüst erhält der Zeolith eine negative Ladung in Form von sog. Anionenstellen, in deren Nachbarschaft sich die entsprechenden Kationenpositionen befinden. Die negative Ladung wird durch den Einbau von Kationen in die Poren des Zeolithmaterials kompensiert. Die Zeolithe unterscheidet man hauptsächlich nach der Geometrie der Hohlräume, die durch das starre Netzwerk der SiO4/AlO4-Tetraeder gebildet werden. Die Eingänge zu den Hohlräumen werden von 8, 10 oder 12 Ringen gebildet, der Fachmann spricht hier von eng-, mittel- und weitporigen Zeolithen. Bestimmte Zeolithe zeigen einen gleichförmigen Strukturaufbau, z. B. die ZSM-5- oder die MFI-Topologie, mit linearen oder zickzack-förmig verlaufenden Kanälen, bei anderen schließen sich hinter den Porenöffnungen größere Hohlräume an, z. B. bei den Y- oder A-Zeolithen, mit den Topologien FAO und LTA.The presence of divalent or trivalent cations as a tetrahedral center in the zeolite framework gives the zeolite a negative charge in the form of so-called anion sites, in the vicinity of which the corresponding cation positions are located. The negative charge is compensated by the incorporation of cations in the pores of the zeolite material. The zeolites are mainly distinguished by the geometry of the cavities formed by the rigid network of SiO 4 / AlO 4 tetrahedra. The entrances to the cavities are formed by 8, 10 or 12 rings, the expert speaks here of narrow, medium and large pore zeolites. Certain zeolites show a uniform structure structure, e.g. For example, the ZSM-5 or the MFI topology, with linear or zigzag-shaped channels, in others close behind the pore openings larger cavities, z. As in the Y or A zeolites, with the topologies FAO and LTA.
Bevorzugt ist der Zeolith ein metallausgetauschter Zeolith, besonders bevorzugt ein Fe-Zeolith. Der Zeolith oder das zeolithähnliche Material kann ferner mit einem Edelmetall beschichtet oder dotiert sein. Geeignete Edelmetalle sind auch hier bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe umfassend Platin, Palladium, Rhodium, Kupfer, Silber und Ruthenium. Die Herstellungsverfahren für metallausgetauschte Zeolithe, beispielsweise über Fest- oder Flüssigphasenaustausch, sind dem Fachmann bekannt. Ebenso sind Verfahren zum Beschichten oder Dotieren von Zeolithen mit Edelmetallen dem Fachmann bekannt.Prefers the zeolite is a metal-exchanged zeolite, more preferred a Fe zeolite. The zeolite or zeolite-like material may also be coated or doped with a noble metal. Suitable noble metals are also preferably selected here from the group comprising platinum, palladium, rhodium, copper, silver and ruthenium. The production process for metal exchanged Zeolites, for example via solid or liquid phase exchange, are known in the art. Likewise, methods for coating or doping of zeolites with precious metals known to those skilled in the art.
Die vorliegende Erfindung beschreibt somit ein kombiniertes Verfahren zur Herstellung von Biogas aus Rohbiogas, welches aus einem Trennverfahren und einem nachgeschalteten Verfahren besteht, wobei bei dem nachgeschalteten Verfahren gesundheitsschädliche und umweltgefährliche Komponenten des Abgasteil stroms aus dem Trennverfahren durch katalytische Oxidation entfernt werden und wobei die bei der Oxidation freiwerdende Wärme zur weiteren Verwendung zur Verfügung steht.The The present invention thus describes a combined method for the production of biogas from raw biogas, which consists of a separation process and a downstream method, wherein the downstream Procedure harmful and dangerous to the environment Components of the exhaust gas stream from the separation process by catalytic Oxidation be removed and the released during the oxidation Heat is available for further use.
Eine
schematische Übersicht des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist in
Überraschenderweise konnte gefunden werden, dass es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht notwendig ist, eine gewisse Methankonzentration im Abgasstrom zu erreichen, da für dieses Verfahren keine brennbare Zusammensetzung des Abgasstroms erforderlich ist. Dies führt dazu, dass die Methanausbeute im Hauptgasstrom maximal ist.Surprisingly could be found that it is in the inventive Method is not necessary, a certain methane concentration to achieve in the exhaust stream, since for this process no combustible Composition of the exhaust stream is required. this leads to to ensure that the methane yield in the main gas stream is maximum.
Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind:
- • Das Abgas enthält weniger schädliche Komponenten;
- • Die entstehende Wärme kann genutzt werden;
- • Im Vergleich zur thermischen Verbrennung entstehen keine Stickoxide und/oder Schwefeloxide;
- • Im Vergleich zur thermischen Verbrennung ist keine Stützgasfeuerung notwendig („Flammloser Schwachgasbrenner");
- • Es ist kein aufwändiger Regelungsbedarf in Abhängigkeit der Abgasstromzusammensetzung oder dessen Volumenstroms, der durch die zyklische Betriebsweise des Trennverfahrens bedingt ist, notwendig;
- • Der Katalysator dient als Wärmespeicher zum Ausgleich dieser zyklischen Schwankungen (minimaler Regelungsbedarf).
- • The exhaust gas contains less harmful components;
- • The resulting heat can be used;
- • Compared to thermal combustion, there are no nitrogen oxides and / or sulfur oxides;
- • Compared to thermal combustion, no supporting gas firing is necessary ("Flammeless low-gas burner");
- • There is no complex control requirement depending on the exhaust gas flow composition or its volume flow, which is due to the cyclic operation of the separation process, necessary;
- • The catalyst serves as a heat storage to compensate for these cyclical fluctuations (minimum regulation requirement).
Zusätzlich können die oben definierten Katalysatoren auch dazu verwendet werden, um die bei der Verwendung des erzeugten Biogases entstehenden Abgasströme (beispielsweise bei der Verbrennung in einem Gasmotor) zu reinigen und so ebenfalls ge sundheitsschädliche und umweltgefährliche Komponenten zu entfernen.additionally For example, the catalysts defined above may also be used to be generated when using the biogas produced Exhaust gas streams (for example, in the combustion in a Gas engine) to clean and so also harmful to health and environmentally hazardous components.
Zusätzlich können die oben definierten Katalysatoren auch dazu verwendet werden, um die bei der Erzeugung des Rohbiogases entstehenden Abgasströme (beispielsweise Erwärmung der Fermentierung) zu reinigen und so ebenfalls gesundheitsschädliche und umweltgefährliche Komponenten zu entfernen.additionally For example, the catalysts defined above may also be used be to the resulting in the production of raw biogas waste gas streams To clean (for example, heating the fermentation) and so also harmful and environmentally hazardous Remove components.
Zusätzlich können die oben definierten Katalysatoren auch dazu verwendet werden, um die bei der Erzeugung, Aufreinigung oder Verwendung eines biogenen Gases entstehenden Abgasströme (beispielsweise durch Vergasung von organischer (Bio-)Masse) zu reinigen und so ebenfalls gesundheitsschädliche und umweltgefährliche Komponenten zu entfernen.additionally For example, the catalysts defined above may also be used to be used in the generation, purification or use of a biogenic gas resulting exhaust gas streams (for example by gasification of organic (bio) mass) and so on also harmful and dangerous for the environment Remove components.
Ebenso zum Umfang der Erfindung gehört eine Biogasanlage, welche zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist und wenigstens einen Katalysator, wie er oben beschrieben ist, umfasst. Vorzugsweise ist der Katalysator im Abgasstrang des bei der Aufbereitung des Rohbiogases anfallenden Abgases angeordnet.As well The scope of the invention includes a biogas plant, which for carrying out the inventive Method is suitable and at least one catalyst, as he described above. Preferably, the catalyst in the exhaust gas of the resulting in the treatment of the raw biogas waste gas arranged.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein weiterer Katalysator in einem Abgasstrang eines bei der Fermentierung im Bioreaktor anfallenden Abgases (z. B. bei der Erzeugung von Wärme für die Fermentierung anfallendes Abgas oder bei der Fermentierung anfallendes biogenes Abgas) angeordnet.According to one Another preferred embodiment is another catalyst in an exhaust line of a resulting in the fermentation in the bioreactor Exhaust gas (eg in the generation of heat for the fermentation occurring waste gas or incurred in the fermentation biogenic exhaust) arranged.
Gemäß einer auch weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein zusätzlicher Katalysator in einem Abgasstrang eines bei der Nutzung des erzeugten Biogases (Verbrennung) anfallenden Abgases angeordnet. Beispielsweise liegt der Methangehalt nach erd- oder biogasbetriebenen Stationärmotoren (z. B. in Blockheizkraftwerken) typischerweise unter 3000 ppm (entspricht etwa 0,3 Vol.-%). Der Sauerstoffgehalt liegt bei etwa 8–12 Vol.-%. Damit steht auf jeden Fall ausreichend Sauerstoff für die katalytische oder thermische Totaloxidation zur Verfügung. Bevorzugt wird ein Katalysator verwendet, der aus einem keramischen und/oder metallischen Träger besteht, welcher eine Washcoatschicht auf Basis von Aluminiumoxid und Platin als aktive Komponente umfasst. Die Platin-Konzentration liegt bevorzugt im Bereich von 1,0 bis 1,5 g/l Wabenvolumen. Damit lassen sich CO-Minderungen im Abgas von 70% bis über 90% erzielen.According to one is also further preferred embodiment of the invention an additional catalyst in an exhaust line of a when using the generated biogas (incineration) incurred Arranged exhaust gas. For example, the methane content depends on or biogas-powered stationary engines (eg in combined heat and power plants) typically below 3000 ppm (equivalent to about 0.3% by volume). Of the Oxygen content is about 8-12 vol .-%. That stands definitely enough oxygen for the catalytic or thermal total oxidation available. Prefers a catalyst is used which consists of a ceramic and / or metallic Carrier consists of a washcoat based on of alumina and platinum as the active component. The Platinum concentration is preferably in the range of 1.0 to 1.5 g / l honeycomb volume. This allows CO reductions in the exhaust gas of 70% to over 90%.
Die Katalysatoren für die jeweiligen Abgasstränge können gleich oder verschieden sein. Bevorzugt sind die Katalysatoren jedoch an die jeweilige Nutzung angepasst. Beispielsweise ist der Katalysator, welcher sich in einem Abgasstrang des bei der Nutzung des erzeugten Biogases (Verbrennung) anfallenden Abgases befindet vorzugsweise Hochtemperatur stabil, da die bei der Verbrennung von Biogas erzeugte Wärme ein Abgas mit einer Temperatur von mehr als 400°C erzeugen kann.The Catalysts for the respective exhaust gas lines can be the same or different. Preferred are the Catalysts, however, adapted to the respective use. For example is the catalyst which is located in an exhaust line of the Use of the generated biogas (combustion) accumulating exhaust gas is located preferably high temperature stable, since the combustion of Biogas produced heat an exhaust gas with a temperature of can produce more than 400 ° C.
Durch die Kombination von mehreren Katalysatoren ist sichergestellt, dass immer ausreichend thermische Energie für die Biogaserzeugung zur Verfügung steht. Überschüssige thermische Energie, welche durch den Einsatz eines oder mehrerer Katalysatoren erhalten wird, kann beispielsweise in Warmwasserspeichern aufgefangen oder für andere Zwecke (z. B. zur Stromerzeugung) genutzt werden.By The combination of multiple catalysts ensures that always enough thermal energy for biogas production is available. Excess thermal Energy generated by the use of one or more catalysts is received, for example, collected in hot water tanks or used for other purposes (eg for power generation) become.
Die Erfindung wird nun anhand einiger Ausführungsbeispiele, welche keinesfalls als beschränkend auf den Umfang der Erfindung zu verstehen sind, näher erläutert.The Invention will now be described with reference to some embodiments, which in no way as limiting on the scope of To understand invention, explained in more detail.
Ausführungsbeispiele:EXAMPLES
Beispiel 1:Example 1:
Katalysatorzusammensetzung
für die Reinigung des bei der Herstellung von Biogas anfallenden
Teilgasstroms (Abgasstrom):
Es wurde ein Katalysator mit einem
keramischen Träger verwendet, der mit einer Washcoatschicht
auf Basis von Aluminiumoxid mit Platin und Palladium als aktive
Komponenten beschichtet wurde.Catalyst composition for the purification of the partial gas flow occurring in the production of biogas (exhaust gas flow):
A catalyst was used with a ceramic support coated with an alumina-based washcoat layer containing platinum and palladium as active components.
Die Gesamtedelmetallkonzentration betrug 3 g/l, 4 g/l und 5 g/l Wabenvolumen.The Total noble metal concentration was 3 g / l, 4 g / l and 5 g / l honeycomb volume.
Beispiel 2:Example 2:
Katalysatorzusammensetzung
für die Reinigung des bei der Herstellung von Biogas anfallenden
Teilgasstroms (Abgasstrom):
Es wurde ein Katalysator mit einem
metallischen Träger verwendet, der mit einer Washcoatschicht
auf Basis von Aluminiumoxid mit Platin und Palladium als aktive
Komponente beschichtet wurde.Catalyst composition for the purification of the partial gas flow occurring in the production of biogas (exhaust gas flow):
A metallic support catalyst coated with a washcoat layer based on alumina with platinum and palladium as the active component was used.
Die Gesamtedelmetallkonzentration betrug 3 g/l, 4 g/l und 5 g/l Wabenvolumen.The Total noble metal concentration was 3 g / l, 4 g / l and 5 g / l honeycomb volume.
Beispiel 3:Example 3:
Katalysatorzusammensetzung
für die Reinigung eines Abgasstroms, welcher bei der Verbrennung
von Biogas in einem Stationärmotor anfällt:
Es
wurde ein Katalysator mit einem keramischen Träger verwendet,
welcher eine Washcoatschicht auf Basis von Aluminiumoxid und Platin
als aktive Komponente umfasst. Die Platin-Konzentration lag im Bereich
von 1,0 und 1,5 g/l Wabenvolumen.Catalyst composition for the purification of an exhaust gas stream obtained during the combustion of biogas in a stationary engine:
A catalyst having a ceramic support comprising a washcoat layer based on alumina and platinum as the active component was used. The platinum concentration was in the range of 1.0 and 1.5 g / l honeycomb volume.
Beispiel 4:Example 4:
Katalysatorzusammensetzung
für die Reinigung eines Abgasstroms, welcher bei der Verbrennung
von Biogas in einem Stationärmotor anfällt:
Es
wurde ein Katalysator mit einem metallischen Träger verwendet,
welcher eine Washcoatschicht auf Basis von Aluminiumoxid und Platin
als aktive Komponente umfasst. Die Platin-Konzentration lag im Bereich
von 1,0 und 1,5 g/l Wabenvolumen.Catalyst composition for the purification of an exhaust gas stream obtained during the combustion of biogas in a stationary engine:
A metallic support catalyst comprising a washcoat layer based on alumina and platinum as the active component was used. The platinum concentration was in the range of 1.0 and 1.5 g / l honeycomb volume.
Damit konnten CO-Minderungen im Abgas von 90% erzielt werden.In order to CO reductions in exhaust gas of 90% could be achieved.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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