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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Klärgas,
das z. B. im Faulturm einer Kläranlage anfällt,
zu Brenngas sowie eine zur Durchführung des Verfahrens
geeignete Vorrichtung.
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Bei
der Abwasserbehandlung in Kläranlagen wird anfallender
Klärschlamm im Faulturm einem anaeroben Abbauprozess unterworfen,
wobei sich im Klär- bzw. Faulschlamm Gase lösen,
die entweder abgefackelt oder energetisch, z. B. in Blockheizkraftwerken,
verwertet werden.
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Die
im Faulturm einer Kläranlage anfallenden Klärgase
enthalten, bezogen auf den trockenen Gaszustand, folgende Hauptbestandteile:
Methan | 60
bis 70 Vol.-% |
Wasserstoff | bis
0,01 Vol.-% |
CO2 | 25
bis 35 Vol.-% |
Stickstoff | bis
1 Vol.-% |
Sauerstoff | bis
0,5 Vol.-%. |
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Der
Wasseranteil ergibt sich aus dem Taupunkt bei der jeweiligen Arbeitstemperatur
des Faulturmes bei 50 bis 60°C und liegt damit bei 5 bis
8 Vol.-%.
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Im
Klärgas enthaltenes Wasser kann durch Kondensation und
andere Verfahrensschritte aus dem Klärgas abgeschieden
werden.
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Außer
den vorgenannten Hauptbestandteilen enthält Klärgas
noch weitere Verunreinigungen als Nebenbestandteile, wie:
Alkane | 10
bis 200 ppm |
BTX | 1
bis 10 ppm |
Silan-
und Siloxanverbindungen | 10
bis 200 mg/Nm3 |
Schwefelwasserstoff | 1
bis 80 ppm. |
(BTX = Benzol-,
Toluol- und Xylol-Konzentration) |
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Klärgase
unterscheiden sich in ihrer Zusammensetzung von durch Vergärung
organischer Materialien erzeugter Biogase und besitzen für
eine weitere energetische Verwertung einen relativ schlechten Heizwert. Außerdem
enthalten diese Gase höhermolekulare unpolare Siliziumverbindungen
(Silan- und Siloxanverbindungen), wobei Siloxane während
des Verbrennungsprozesses mineralische Siliziumverbindungen bilden.
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Daher
ist eine Reinigung des Klärgases vor dessen energetischer
Nutzung unbedingt erforderlich. Hierzu sind bereits verschiedene
Reinigungsverfahren zur Entfernung der Siloxane bekannt, wobei insbesondere
auf die
DE 101 58
804 C1 verwiesen wird. Gemäß dieser Druckschrift
werden die im Faulgas enthaltenen Siloxane katalytisch in niedermolekulare
Siliziumverbindungen umgewandelt. Das nach der katalytischen Umwandlung
erhaltene Rohgas wird anschließend einer Gaswäsche
mit einem polaren Lösungsmittel unterzogen, um die polaren
Siliziumverbindungen auszuwaschen.
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Das
gereinigte Faul- bzw. Klärgas besitzt jedoch noch einen
unverändert niedrigen Heizwert. Um diesen zu erhöhen,
muss in einer nachfolgenden Verfahrensweise das im Rohgas enthaltene
CO
2 abgetrennt werden. Hierzu können
Verfahren angewendet werden, die zur Entfernung von CO
2 aus
Biogas bekannt sind (
DE
10 2005 051 952 B3 ,
DE 203 00 663 U1 ). Die Anwendung separater
Verfahren zur Entfernung von Siliziumverbindungen und CO
2 sind jedoch mit einem hohen wirtschaftlichen
Aufwand verbunden.
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Aus
der
DE 101 07 712
B4 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur energetischen
Nutzung von Faulschlammvergasungsgas bekannt. Das bei der Faulschlammvergasung
entstehende Gas wird in den Faulturm eingeleitet und mit Faulgas
vermischt. Im Faulturm sollen im Vergasungsgas enthaltene gasförmige
Substanzen, wie CO
2, CO und H
2,
noch zusätzlich in Methan umgewandelt werden. Das am Faulturm
abgezogene Mischgas besitzt einen höheren Methangehalt
und damit verbesserten Heizwert. Noch im Mischgas vorhandenes CO
2 muss nachträglich ausgewaschen
werden. Zusätzlich ist noch eine Entfernung der im Mischgas enthaltenen
Verunreinigungen, insbesondere der Siliziumverbindungen, erforderlich.
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Diese
Verfahrensweise ist unwirtschaftlich, insbesondere in energetischer
Hinsicht. Der Faulschlamm muss zur Vergasung auf Temperaturen bis
zu 1200°C erhitzt werden. Zur Abtrennung der Siliziumverbindungen
ist eine Abkühlung des Mischgases bis auf –40°C
erforderlich.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Aufbereitung
von Klärgas zu Brenngas zu schaffen, das sich durch eine
energetisch günstige Betriebsweise auszeichnet und bei
dem in einem kontinuierlichen Verfahrensprozess Verunreinigungen,
wie Siliziumverbindungen, und CO2 aus dem
Klärgas abgetrennt werden. Ferner soll eine zur Durchführung
des Verfahrens geeignete Vorrichtung geschaffen werden.
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Verfahrensweise sind Gegenstand
der Ansprüche 2 bis 10. Eine zur Durchführung des
Verfahrens geeignete Vorrichtung ist in Anspruch 11 angegeben. Die
Ansprüche 12 bis 17 beziehen sich auf vorteilhafte Ausgestaltungen
der Vorrichtung.
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Das
als Rohgas vorliegende Klärgas wird in zwei Teilströme
unterschiedlich großer Mengen aufgeteilt, wobei mindestens
der kleinere Teilstrom unter Vakuum gesetzt wird. Aus einem zur
Entfeuchtung des gereinigten Rohgases eingesetzten Trockner wird
zu dessen Regenerierung Wasser angesaugt und der kleinere Teilstrom
mit Wasser angereichert. Die beiden Teilströme oder mindestens
der größere Teilstrom werden einer ersten Waschstufe
zugeführt, in der mittels Wasser im Rohgas befindliche
Feststoffe, wie polare Silan- und Siloxanverbindungen, Ammoniak
und andere Verbindungen, abgeschieden werden. In einer nachfolgenden zweiten
Waschstufe werden aus dem vorgereinigten Rohgas mittels einer bis
auf 80°C erwärmten aminhaltigen Waschlösung
CO2, H2S, unpolare
Siloxane sowie weitere Verunreinigungen abgetrennt. In einer abschließenden
Trocknungsstufe wird das gereinigte Rohgas bis auf einen Taupunkt
von unter –10°C entfeuchtet und noch vorhandene
höhermolekulare Kohlenwasserstoffe werden adsorbiert.
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Mittels
der vorgeschlagenen Verfahrensweise kann in besonders wirtschaftlicher
Weise aus Klärgas ein Brenngas mit einem hohen Brennwert
erhalten werden, ohne nennenswerte Verluste an Methan. Als Klärgas
sind alle Prozessgase zu verstehen, die Methan, CO2 und
Siliziumverbindungen enthalten, wie z. B. Faulgas oder Deponiegas.
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Die
Aufteilung des Rohgases in die beiden Teilströme erfolgt
in einem Verhältnis größerer Teilstrom: kleinerem
Teilstrom (T1:T2) von 5:1 bis 100:1. Der kleinere Teilstrom wird
verdichtet und dabei ein Vakuum von 0,1 bis 500 mbar, vorzugsweise
bis 300 mbar, erzeugt. Die beiden Teilströme können
vor der Einleitung in die erste Waschstufe wieder zu einem Strom
zusammengeführt werden. Wird nur der größere
Teilstrom der ersten Waschkolonne zugeführt, so ist es
zweckmäßig, den kleineren Teilstrom einer Verbrennung
zur Wärmeerzeugung zuzuführen. Die dadurch eintretenden
Verluste an Methan sind jedoch relativ gering.
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Das
Waschwasser der ersten Waschstufe wird im Kreislauf gefahren und
durch Wärmetausch soweit abgekühlt, dass ein vorgereinigtes
Rohgas mit einer Temperatur von 10 bis 30°C, vorzugsweise
25°C, anfällt. Ohne Kühlung des Waschwassers
ist es erforderlich, das Rohgas vor der Einleitung in die Waschkolonne
zu kühlen. Vorzugsweise wird die zugeführte Waschflüssigkeit
in der Waschkolonne zu feinen Tropfen verdüst, die die
Gasanteile durch intensiven Stoffaustausch waschen. Dadurch werden
während des Waschprozesses sehr gute Reinigungseffekte
zur Entfernung der im Rohgas befindlichen Feststoffe, wie polare
Silan- und Siloxanverbindungen, Ammoniak und andere Verbindungen,
erzielt.
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In
der ersten Waschstufe werden über den Pumpendruck und die
Temperatur des im Kreislauf gefahrenen Waschwassers die Regelparameter
elektrische Leitfähigkeit und pH-Wert des Wassers überwacht
und eingestellt. Die beladene Waschlösung wird in bestimmten
Zeitabständen ausgekreist und einem Klärbecken zugeführt.
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Die
in der zweiten Waschstufe eingesetzte aminhaltige Waschlösung
sollte einen Amingehalt von mindestens 10% aufweisen. In dieser
Waschstufe durchströmt das vorgereinigte Rohgas im Gegenstrom
zu der aminhaltigen Waschlösung eine Füllkörperschüttung
mit einer Oberfläche von 200 bis 1200 m2/m3. Der Raumbelastungsfaktor beträgt
5 bis 80 Nm3/m3h.
Unter diesen Bedingungen wird eine nahezu vollständige
Abtrennung von im Rohgas enthaltenem CO2 und
Schwefelverbindungen sowie der weiteren Verunreinigungen erreicht.
CO2, Schwefelverbindungen und unpolare Siloxane
werden in der Waschlösung chemisch gebunden.
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Die
Reinigung kann auch in einer anders ausgelegten Waschkolonne erfolgen.
Wesentlich für eine wirtschaftliche Abtrennung dieser Verbindungen
ist der Einsatz einer erwärmten aminhaltigen Waschlösung mit
einer Temperatur von vorzugsweise 30 bis 60°C. Die während
des Waschprozesses entstehende Reaktionswärme wird nicht
abgeführt, sondern als Heizmedium eingesetzt. Dadurch erhöht
sich die Temperatur der Waschlösung auf ca. 45 bis 75°C.
Unter diesen Temperaturbedingungen wird eine deutlich verbesserte
Löslichkeit der Silan- und Siloxanverbindungen in der Waschlösung
erreicht.
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Vorteilhafterweise
wird die verunreinigte aminhaltige Waschlösung regenerativ
aufgearbeitet, wobei diese bei erhöhten Temperaturen von
115 bis 160°C ein Adsorptionsfiltermedium durchströmt,
und wieder in den Waschkreislauf zurückgeführt.
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Überschüssige
Abwärme, die während des gesamten Verfahrens zur
Aufbereitung von Klärgas anfällt, wird abgeführt
und für andere Zwecke wirtschaftlich genutzt. Gegebenenfalls
kann diese innerhalb einer Kläranlage für Heizzwecke
eingesetzt werden.
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Eine
zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung besteht
aus den Baugruppen: erste Waschkolonne, zweite Waschkolonne und
Trocknungseinheit. Die Zuführungsleitung für das
zu reinigende Rohgas ist in zwei Leitungen für unterschiedlich
große Teilstrommengen aufgeteilt. In die für die
kleinere Teilstrommenge bestimmte Leitung ist ein erster Verdichter
eingebunden. Mindestens die für die größere
Teilstrommenge bestimmte Leitung ist mit der ersten Waschkolonne
verbunden. Diese ist als Gaswäscher, vorzugsweise als Venturi-
oder Strahlgaswäscher, ausgeführt, der vorzugsweise
mit einer Waschwasser führenden Kreislaufleitung ausgerüstet
ist, in die eine Pumpe und ein erster Wärmetauscher zur
Kühlung des Waschwassers und Absenkung der Temperatur des
Rohgases eingebunden sind. Am Kopf der ersten Waschkolonne wird
das vorgereinigte Rohgas über eine Leitung abgeführt,
die mit der zweiten Waschkolonne in Verbindung steht, die als Absorptionskolonne
ausgebildet ist. Diese ist mit einer Leitung zur Zuführung
einer aminhaltigen Waschlösung und einer Leitung zur Abführung
verunreinigter Waschlösung sowie einer Leitung zur Abführung von
gereinigtem Rohgas verbunden. Die Leitung zur Abführung
des gereinigten Rohgases ist mit der Trocknungseinheit verbunden,
wobei in diese Leitung ein zweiter Wärmetauscher zur Kühlung
des gereinigten Rohgases und ein zweiter Verdichter eingebunden
sind. Die Trocknungseinheit besteht aus mindestens zwei abwechselnd
zuschaltbaren Trocknern, wobei der im Betriebszustand nicht angeschlossene
Trockner zur Regeneration über eine Leitung mit der unter
Vakuum stehenden, die kleinere Rohgas-Teilstrommenge führenden, Leitung
verbunden ist. Dadurch wird dieser Trockner während des
Aufbereitungsverfahrens ohne zusätzliche Hilfsmittel regeneriert,
was für die Wirtschaftlichkeit des gesamten Verfahrens
von Vorteil ist. Das gereinigte Rohgas wird als Brenngas über
die an den jeweiligen Trockner angeschlossene Leitung abgeführt.
Das Brenngas besitzt einen hohen Heizwert und kann entweder für
Verbrennungsprozesse genutzt oder in ein Erdgasnetz eingespeist
werden.
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Die
Vorrichtung zeichnet sich durch einen vergleichsweise geringen Herstellungs-
und Installationsaufwand aus.
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Vorzugsweise
besteht die Absorptionskolonne aus einem zylindrischer Behälter
mit einem Verhältnis von Länge:Durchmesser von
4 bis 20. Diese enthält beispielweise als Absorptionsmittel
eine Füllkörperschüttung mit einer Oberfläche
von 200 bis zu 1.200 m2/m3 und
besitzt einen Raumbelastungsfaktor von 5 bis 80 Nm3/m3h. Die Füllkörper der
Füllkörperschüttung weisen einen mittleren
Durchmesser von 5 bis 15 mm auf. Die Trockner sind mit einer Schicht
aus Molekularsieb ausgerüstet, die geeignet ist, außer
Wasser auch höhermolekulare Kohlenwasserstoffe zu adsorbieren.
In die die kleinere Teilstrommenge führende Leitung ist
vor dem ersten Verdichter ein Behälter eingebunden, der
mit der aus dem Trockner Wasser abführenden Leitung in
Verbindung steht.
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An
die zweite Waschkolonne kann eine Regenerationseinheit zur Regenerierung
der verunreinigten Waschlösung angeschlossen werden.
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Die
Erfindung wird nachstehend an einem Beispiel erläutert.
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Im
Faulturm eines kommunalen Klärwerkes zur Behandlung von
Abwässern entstehen 100 Nm
3/h Klärgas
mit einer Temperatur von 52°C. Das Klärgas besitzt
folgende Zusammensetzung, wobei die angegebenen Werte Durchschnittswerte
sind:
Methan | 65
Vol.-% |
Wasserstoff | 0,01
Vol.-% |
CO2 | 29,08
Vol.-% |
Wasser | 5,5
Vol.-% |
Stickstoff | 0,3
Vol.-% |
Sauerstoff | 0,1
Vol.-% |
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Zusätzlich
ist das Klärgas mit folgenden Stoffen je nach zu verarbeitenden
Klärschlamm beladen:
Alkane | 150
ppm |
BTX | 8
ppm |
Silan-
und Siloxanverbindungen | 110
mg/Nm3 |
Schwefelwasserstoff | 6
ppm |
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Im
Klärgas sind noch weitere Verunreinigungen, wie Ammoniak
und saure Komponenten, im Bereich von bis zu 1 ppm enthalten.
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Das
im Faulturm einer Kläranlage entstehende Klärgas
wir über eine Sammelleitung S abgezogen und einer in unmittelbarer
Nähe zum Faulturm errichteten Aufbereitungsanlage zugeführt.
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Die
Aufbereitungsanlage besteht aus den Hauptbaugruppen erste Waschkolonne
K1, zweite Waschkolonne K2, Waschmittelregenerationseinheit R und
Trocknungseinheit A.
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Das über
die Sammelleitung S zugeführte Klärgas bzw. Rohgas
wird in zwei Teilströme T1 und T2 aufgeteilt. Die Aufteilung
der Teilströme T1 und T2 erfolgt im Verhältnis
T1:T2 von 5:1 bis 100:1, wobei die beiden Teilströme T1
und T2 vor der Einleitung in die Waschkolonne K1 wieder zusammengeführt
werden. Im vorliegenden Beispiel wird eine Aufteilung der beiden
Teilströme T1:T2 im Verhältnis von 20:1 vorgenommen.
Dabei werden 95 Nm3/h als Teilstrom T1 mit
einem Unterdruck von 1 bis 5 mbar angesaugt und als Teilstrom T2
5 Nm3/h. Die Teilströme T1 und
T2 werden über die zugehörigen Leitungen 1 und 2 angesaugt.
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In
die Leitung 2 ist erst ein Behälter B eingebunden
und nachfolgend ein Verdichter V1. Dieser sorgt für den
erforderlichen Saugdruck zum Ansaugen der Teilströme T1
und T2 aus dem Faulturm.
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Der
Behälter B steht über die Leitung 10 mit
der Trocknungseinheit A in Verbindung. In der Leitung 2 kann
mittels des Verdichters V1 ein Unterdruck von bis zu 300 mbar erzeugt
werden. Im vorliegenden Beispiel liegt in der Leitung 2 und
dem Behälter B ein Unterdruck von 50 mbar an. Durch Öffnen
eines Ventils in der Leitung 10 wird zwischen der Leitung 2 und
dem Trockner, A1 oder A2, der nach Erreichen der maximalen Standzeit
außer Betrieb genommen wurde, eine Verbindung hergestellt,
um diesen zu regenerieren. Aufgrund des in der Leitung 2 anliegenden
Unterdruckes wird aus dem jeweils abgeschalteten Trockner, A1 oder
A2, abgeschiedenes Wasser angesaugt und im Behälter B mit
dem zugeführten Rohgas-Teilstrom T2 vermischt. Dieser Vorgang
erfolgt so lange, bis der jeweilige Trockner A1 oder A2 wieder vollständig
regeneriert ist. Die Aufteilung in die beiden Teilströme
T1 und T2 wird ausschließlich aus Gründen einer
effizienten Regenerierung der Trockner für das gereinigte
Klärgas vorgenommen.
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Im
Behälter B vermischt sich das aus dem Trockner angesaugte
Wasser mit dem Rohgas-Teilstrom T2. Die Wasserbeladung des Teilstromes
T2 ist somit mindestens immer doppelt so hoch, wie die des Teilstromes
T1.
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Als
Waschkolonne K1 wird ein Hochleistungswasserwäscher in
einer Ausführung als Venturi- oder Strahlgaswäscher
eingesetzt. Die Teilströme T1 und T2 werden unmittelbar
vor der Einleitung in den Wäscher K1 wieder zusammengefasst
und in diesen eingetragen, wobei das feuchte Rohgas mit der Waschflüssigkeit (Wasser)
turbulent vermischt wird und sich anschließend wieder davon
trennt. Dabei wird die zugeführte Waschflüssigkeit
zu feinen Tropfen verdüst, die die Gasanteile durch intensiven
Stoffaustausch waschen. Während des Waschprozesses werden
mittels des Waschwassers im Rohgas befindliche Feststoffe, wie polare
Silan- und Siloxanverbindungen, Ammoniak und andere Verbindungen,
aus diesem entfernt. Das Waschwasser wird am Boden des Wäschers
K1 über die Leitung 3 mittels der Pumpe P abgezogen
und im Kreislauf gefahren. Dabei wird es durch einen in die Kreislaufleitung 3 eingebundenen
Wärmetauscher W1 geleitet und in diesem auf eine Temperatur
von ca. 22°C abgekühlt. Als Kühlwasser
wird vorteilhafterweise in der Kläranlage vorhandenes Klärwasser
mit einer Temperatur von ca. 20°C eingesetzt oder ein externer
Kühlkreislauf für den Sommerbetrieb verwendet. Über
die Pumpe P und den Wärmetauscher W1 werden die Regelparameter elektrische
Leitfähigkeit und pH-Wert des Wassers überwacht
und eingestellt.
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Über
die im Wärmetauscher W1 gekühlte Waschflüssigkeit
wird somit die im Wäscher K1 entstehende Reaktionswärme
abgeführt und der Taupunkt des am Kopf der Wäschers
K1 austretenden vorgereinigten Rohgases auf eine Temperatur von
ca. 25°C eingestellt. Über eine in die Kreislaufleitung 3 eingebundene
Leitung 4 wird im Wäscher K1 abgeschiedenes kondensiertes,
verunreinigtes Wasser abgeführt (ca. 18 l/h). Dieses wird
als Abwasser dem Klärwerk zugeführt. Im kondensierten
Wasser sind über 80% der im Klärgas enthaltenen
Anteile an Silan- und Siloxanverbindungen sowie physikalisch gelöstes
Ammoniak und Schwefelwasserstoff enthalten.
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Das
vorgereinigte Rohgas wird über die Leitung 5 am
Kopf des Wäschers K1 abgezogen und der zweiten Waschkolonne
K2 zugeführt, um aus dem vorgereinigten Rohgas das in diesem
enthaltene CO2 und H2S sowie
die übrigen Verunreinigungen, insbesondere unpolare Siloxane,
abzutrennen. Die eingesetzte Absorptions- bzw. Waschkolonne K2 besitzt
eine Länge (Höhe) von 14 m und einen Durchmesser
von 1,0 m und ist mit einer Füllkörperschüttung
als Einbauten ausgerüstet. Die aus Kunststoff, vorzugsweise
Polypropylen oder Polyethylen, verwendeten Füllkörper
haben einen mittleren Durchmesser von 5 bis 8 mm und eine spezifische Oberfläche
von 800 m2/m3. Die
oberhalb des Sumpfes angeordnete Füllkörperschüttung
weist eine Kolonnenschütthöhe von 10 m auf. Das
Kolonnenvolumen der Füllkörperschüttung
beträgt somit 7,85 m3. Ausgehend von
der Auslegung der Kolonne mit einem L/D-Verhältnis von
10 stellt sich bei einer Zuführung von 100 Nm3/h (N
= Normzustand) an vorgereinigtem Rohgas am Kolonneneintritt eine
Strömungsgeschwindigkeit des zu rei nigenden Klärgases,
bezogen auf den freien Kolonnenquerschnitt, von 0,036 m/s ein. Unter
vorgenannten Bedingungen ergibt sich ein Raumbelastungsfaktor von
12,7 Nm3/m3h. Ein
Raumbelastungsfaktor von 12,7 Nm3/m3h bedeutet, dass für eine der Absorptionskolonne
zugeführte Menge von 12,7 Nm3/h
an Gas mindestens 1 m3 Reaktionsvolumen
notwendig ist, das durch die eingesetzten Füllkörper
bestimmt wird.
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Unterhalb
des Bodens der Kolonne werden in diese über die Leitung 5 100
Nm3/h Rohgas mit einer Temperatur von 25°C
und einem Druck von 1015 mbar eingetragen. Am Kopf der Waschkolonne
K2 wird über die Leitung 6 als Waschmedium eine
aminhaltige Waschlösung in einer Menge von 2 m3/h,
bestehend aus Wasser und Diethanolamin, mit einer Konzentration
von 38 Gew.-%, und einer Temperatur von 35°C verteilt.
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Aufgrund
der erhöhten Temperatur der Waschlösung wird eine
deutlich verbesserte Löslichkeit der im Rohgas noch enthaltenen
Silan- und Siloxanverbindungen in der Waschlösung erreicht.
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Überraschenderweise
zeigte sich, dass sich mittels der aminhaltigen Waschlösung
unter diesen Bedingungen auch unpolare Siloxane vollständig
aus dem Rohgas abtrennen lassen.
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Das
drucklos zugeführte Rohgas durchströmt die Füllkörperschüttung
im Gegenstromver fahren und gelangt dabei mit der Waschlösung
in Kontakt. Die Kontaktzeit zur nahezu vollständigen Abtrennung
von im Rohgas enthaltenem CO2 und Schwefelverbindungen
sowie der weiteren Verunreinigungen beträgt 282 s, bezogen
auf das Rohklärgas. Dabei werden CO2,
Schwefelverbindungen und unpolare Siloxane in der Waschlösung
chemisch gebunden.
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Der
CO2-Gehalt im zugeführten Klär-
bzw. Rohgas wird von 29 Vol.-% bis auf einen Wert von 1 Vol.-% reduziert. Über
die zugeführte Menge an Waschlösung kann der Reinigungseffekt
des Rohgases in begrenztem Umfang beeinflusst werden.
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Die
verunreinigte Waschlösung mit einer Temperatur von ca.
48°C wird am Boden der Waschkolonne K2 über die
Leitung 7 abgezogen und in der Regenerationseinheit R für
eine Wiederverwendung aufbereitet.
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Das
gereinigte Roh- bzw. Klärgas wird am Kopf der Waschkolonne
K2 über die Leitung
8 abgezogen und besitzt folgende
Zusammensetzung:
Methan | 94,97
Vol.-% |
Wasserstoff | 0,02
Vol.-% |
CO2 | 0,91
Vol.-% |
Wasser | 3,5
Vol.-% |
Stickstoff | 0,45
Vol.-% |
Sauerstoff | 0,15
Vol.-% |
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In
einem nachgeschalteten Wärmetauscher W2 wird dieses mit
Kaltwasser auf eine Temperatur von 5°C gekühlt.
Das anfallende Kondenswasser wird im nachfolgenden Wasserabscheider
F abgeschieden und über die Leitung
9 abgeleitet.
Nach erfolgter Wasserabscheidung besitzt das gereinigte Klär-
bzw. Rohgas folgende Zusammensetzung:
Methan | Vol.-% | 97,88 |
Wasserstoff | Vol.-% | 0,02 |
CO2 | Vol.-% | 0,95 |
Wasser | Vol.-% | 0,52 |
Stickstoff | Vol.-% | 0,47 |
Sauerstoff | Vol.-% | 0,16. |
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In
die Leitung 8 ist nach dem Wasserabscheider F ein zweiter
Verdichter V2 eingebunden.
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Das
gereinigte Klärgas wird auf einen Druck von 100 mbar komprimiert
und der Trocknungseinheit A zugeführt, die aus zwei separaten
Trocknern A1 und A2 besteht, die wahlweise zuschaltbar sind. Die
Standzeit eines Trockners A1, A2 beträgt ca. 10 Stunden.
Danach erfolgt die Umschaltung auf den zwischenzeitlich regenerierten
Trockner. Die Regeneration des beladenen Trockner A1 oder A2 erfolgt
durch Zuschalten an die unter Vakuum stehende Leitung 2,
das über den Verdichter V1 erzeugt wird.
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Durch
den in Betrieb befindlichen Trockner A1 oder A2 wird das gereinigte
Klärgas bis auf einen Taupunkt von unter –10°C
entfeuchtet. Das am Kopf des Trockner A1 oder A2 über die
Leitung
11 austretende Klärgas hat folgende Zusammensetzung:
Methan | 98,28
Vol.-% |
Wasserstoff | 0,02
Vol.-% |
CO2 | 0,95
Vol.-% |
Wasser | 0,12
Vol.-% |
Stickstoff | 0,47
Vol.-% |
Sauerstoff | 0,16
Vol.-% |
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Das
vollständig gereinigte Klärgas besitzt Erdgasqualität
und kann nach anschließender Odorierung in ein Erdgasnetz
mit einem Erdgasdruck von 100 mbar und einem Taupunkt von –8°C
eingeleitet werden. Es besitzt einen Brennwert von 10,87 kWh/Nm3 und einen Wobbe-Index von 14,26 kWh/Nm3.
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Mittels
des vorgeschlagenen Aufbereitungsverfahrens lässt sich
Klärgas ohne nennenswerte Methanverluste auf eine besonders
wirtschaftliche Art und Weise in Brenngas umwan deln.
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Nachfolgend
wird noch kurz die Regenerierung der verunreinigten aminhaltigen
Waschlösung erläutert.
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Die
Regenerationseinheit R besteht aus einem Gehäuse mit einem
Adsorptionsfilter auf Basis von Aktivkohle oder Molekularsieben.
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Die über
die Leitung 7 aus der Waschkolonne K2 abgeführte,
mit CO2 und H2S
sowie Verunreinigungen beladene, Waschlösung besitzt eine
Temperatur von 48°C. Diese gelangt in die Regenerationseinheit
R, die mit einer Kreislaufleitung 12 für die Zu-
und Abführung eines Heizmediums in Verbindung steht. In
der Regenerationseinheit R durchströmt die verunreinigte
Waschlösung unter Zuführung von Wärme
unterschiedliche Wärmetauscher und Abscheiderstufen, wobei
in diesen bei Temperaturen von 115 bis 160°C Kohlendioxid
und Schwefelwasserstoff sowie die übrigen Verunreinigungen
entfernt werden. Das abgeschiedene Kohlendioxid und die geringen
Mengen an H2S werden über die Leitung 13 ausgetragen
und einer weiteren Aufbereitung zugeführt. Die Wärmezuführung
wird so gesteuert, dass in der letzten Abtrennstufe Temperaturen
von bis zu 160°C realisiert werden. Dabei stellen sich
Wandtemperaturen an den Wärmetauscher von 170 bis 200°C
ein. Unter diesen Bedingungen verdampfen unpolare Siloxanverbindungen
aus der Waschlösung und werden gemeinsam mit dem Kohlendioxid
und Schwefelwasserstoff aus der Waschlösung abgeschieden.
Damit wird die überwiegende Menge an unpolaren Siloxanverbindungen
aus der Waschlösung abgetrennt.
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In
der so regenerierten Waschlösung sind noch 10 bis 25 g/l
Kohlendioxid und 0,2 bis 2 g/l H2S enthalten.
Der Anteil an nicht entfernten unpolaren Silanverbindungen beträgt
0,1 g/l. Mittels indirektem Wärmetausch wird die gereinigte
Waschlösung jetzt mit der beladenen Waschlösung
in einem Wärmetauscher von 160°C auf etwa 60°C
gekühlt und einem Regenerationsfilter auf Basis von Aktivkohle
oder Molekularsieben zugeführt.
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Die
in der Waschlösung enthaltenen weiteren Verunreinigungen,
insbesondere Silan- und Siloxanverbindungen, werden an den Adsorbentien
gebunden. Da die Beladekapazität der Silan- und Siloxanverbindungen
gegenüber der waschmittelaktiven Substanz, der Aminverbindung,
um den Faktor 10 höher ist, und die Aminverbindungen keine
Verdrängung der adsorbierten Silan- und Siloxanverbindungen
bewirken können, ist eine wirksame Entfernung der Silan-
und Siloxanverbindungen aus der Waschlösung problemlos
möglich. Der installierte Adsorptionsfilter bindet die
Silan- und Siloxanverbindungen und besitzt eine Standzeit von ca.
einem Jahr.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10158804
C1 [0008]
- - DE 102005051952 B3 [0009]
- - DE 20300663 U1 [0009]
- - DE 10107712 B4 [0010]