DE102012218956A1 - Gas cleaning device - Google Patents
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Abstract
Eine Gasreinigungsvorrichtung für die Reinigung von Biogas aus einer Biogasanlage oder vom Faulgas aus einer Kläranlage wird im Hinblick auf einen wirtschaftlichen Betrieb ohne zusätzliche Energie- oder Materialzufuhr dadurch verbessert, dass ein Kühlraum (15) vorgesehen ist, in welchem eine Rohrkühlerschlange (3) angeordnet ist, deren Eintrittsende (31) mit einer Zuführleitung (18) für die Einleitung von ungereinigtem Biogas / Faulgas verbunden ist, dass ein Austrittsende (32) der Rohrkühlerschlange (3) mit einer Abscheidereinrichtung (4) verbunden ist, die unterhalb der Rohrkühlerschlange (3) im Kühlraum (15) angeordnet ist, wobei der im ungereinigten Biogas / Faulgas enthaltene Wasserdampf mit Verunreinigungen in der Rohrkühlerschlange (3) auskondensiert und das Kondensat in der Abscheidereinrichtung (4) vom somit gereinigten Biogas / Faulgas abgeschieden wird, welches aus einem Reingasauslass (61) der Abscheidereinrichtung (4) entnehmbar ist.A gas purification device for purifying biogas from a biogas plant or digester gas from a sewage treatment plant is improved in terms of economic operation without additional energy or material supply in that a cooling space (15) is provided in which a pipe cooler coil (3) is arranged , the inlet end (31) of which is connected to a supply line (18) for the introduction of unpurified biogas / digester gas, that an outlet end (32) of the pipe cooler coil (3) is connected to a separator device (4) which is located below the pipe cooler coil (3) is arranged in the cooling space (15), the water vapor contained in the unpurified biogas / digester gas condenses out with impurities in the pipe cooler coil (3) and the condensate is separated in the separator device (4) from the thus purified biogas / digester gas, which is discharged from a clean gas outlet (61 ) the separator device (4) can be removed.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasreinigungsvorrichtung für die Reinigung von Biogas aus einer Biogasanlage oder von Faulgas aus einer Kläranlage.The present invention relates to a gas purification device for the purification of biogas from a biogas plant or fermentation gas from a sewage treatment plant.
Das Biogas besteht aus Methan und CO2 und beinhaltet u.a. auch Schwefelwasserstoff H2S sowie andere Schwefel- und Siliziumverbindungen H2S ist giftig und kann die zur Stromerzeugung beispielsweise in einem Blockheizkraftwerk vorgesehenen Motoren oder andere Komponenten der Faulgasverwertungsanlagen schädigen, weil sich aus den Schwefelverbindungen zusammen mit dem im Faulgas bei einer Faultemperatur von 30° C bis 50° C reichlich vorhandenem Wasserdampf Schwefelsäure bildet, die sich beispielsweise im Motoröl der beteiligten Motoren ablagern kann. Ähnliche negative Auswirkungen haben andere im Faulgas enthaltene Verunreinigungen. The biogas consists of methane and CO 2 and contains, inter alia, hydrogen sulfide H 2 S and other sulfur and silicon compounds H 2 S is toxic and can damage the power generation, for example, provided in a cogeneration plant engines or other components of Faulgasverwertungsanlagen, because of the sulfur compounds together with the plentiful in the digestion gas at a digestion temperature of 30 ° C to 50 ° C water vapor forms sulfuric acid, which can be deposited for example in the engine oil of the participating engines. Similar negative effects have other impurities contained in the fermentation gas.
Üblicherweise wird zur Beseitigung von Schwefelwasserstoff eine kleine Menge Luft in den Faulbehälter eingeblasen. Spezielle Bakterien setzen dann das H2S-Gas in reinen Schwefel um. Auch ist die Reinigung durch Wäsche mit Lösemitteln, durch Absorption an Aktivkohle oder durch Tiefkühlen bekannt. Die bekannten Verfahren sind kostenintensiv und das Einblasen von Luft verschlechtert die Gasqualität. Usually, a small amount of air is blown into the digester to remove hydrogen sulfide. Special bacteria then convert the H 2 S gas into pure sulfur. The cleaning by washing with solvents, by absorption on activated carbon or by freezing is also known. The known methods are expensive and the injection of air deteriorates the gas quality.
Die Gasreinigung reduziert die Konzentration von Verunreinigungen im Faulgas und erhöht damit deutlich die Lebensdauer der Faulgasverwertungsanlagen. Leider wird für den Betrieb der Faulgasreinigungsvorrichtungen zusätzlich Energie benötigt, z.B. für den Betrieb von Pumpen und Kühlvorrichtungen. Verbrauchsmittel wie Aktivkohle oder Lösungsmittel müssen regelmäßig erneuert werden, was Materialkosten und Wartungskosten verursacht. Während der Wartungsarbeiten muss der Betrieb der Reinigungsanlage und die Faulgaszufuhr unterbrochen werden. Dabei besteht Explosionsgefahr und Gesundheitsgefahren für das Betriebspersonal. Gas purification reduces the concentration of impurities in the digester gas and thus significantly increases the service life of the digester gas utilization plants. Unfortunately, the operation of the digester cleaning devices requires additional energy, e.g. for the operation of pumps and cooling devices. Consumables such as activated carbon or solvents have to be renewed regularly, causing material costs and maintenance costs. During maintenance work, the operation of the cleaning system and the supply of digester gas must be interrupted. There is a risk of explosion and health hazards for the operating personnel.
Zur Vermeidung der genannten Nachteile und insbesondere zum Einsparen von Kosten schlägt die Erfindung vor, dass einer Kühlraum vorgesehen ist, in welchem mindestens eine Rohrkühlerschlange angeordnet ist, deren Eintrittsende mit einer Zuführleitung für die Einleitung von ungereinigtem Biogas / Faulgas verbunden ist, dass ein Austrittsende der Rohrkühlerschlange mit einer Abscheidereinrichtung verbunden ist, die unterhalb der Rohrkühlerschlange im kühlen Kühlraum angeordnet ist, so dass der im ungereinigten Biogas / Faulgas enthaltene Wasserdampf mit Verunreinigungen in der Rohrkühlerschlange auskondensiert und das Kondensat in der Abscheidereinrichtung vom somit gereinigten Biogas / Faulgas abgeschieden wird, welches aus einem Reinigungsauslass der Abscheidereinrichtung entnehmbar ist. Bei diesem erfindungsgemäßen Kondensationsvorgang werden die unerwünschten Bestandteile im Biogas / Faulgas mit ausgewaschen. Im Biogas betrifft dies hauptsächlich H2S und bei Faulgas aus Kläranlagen zusätzlich auch Silane und Siloxane. Dabei benötigt die Erfindung weder Aktivkohle, noch zusätzliche Verbrauchsmaterialien und kommt auch ohne Zufuhr externer Energie aus. Lediglich das entstehende Kondensat mit den Schadstoffen muss entsorgt werden.To avoid the disadvantages mentioned and in particular to save costs, the invention proposes that a cooling space is provided, in which at least one tube cooler coil is arranged, whose inlet end is connected to a supply line for the introduction of unpurified biogas / biogas, that an outlet end of the Pipe cooler coil is connected to a separator, which is arranged below the tube cooler coil in the cool refrigerator, so that the water contained in the unpurified biogas / fermentation gas condensed with impurities in the tube cooler coil and the condensate is deposited in the separator from the thus purified biogas / digester gas, which a cleaning outlet of the separator can be removed. In this condensation process according to the invention, the undesirable constituents in the biogas / fermentation gas are washed out with. In biogas, this mainly affects H 2 S and, in the case of digester gas from sewage treatment plants, also silanes and siloxanes. In this case, the invention requires neither activated carbon, nor additional consumables and comes even without the supply of external energy. Only the resulting condensate with the pollutants must be disposed of.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kühlraum als kühler Kondensatschacht ausgestaltet und unterhalb des Erdbodenniveaus angeordnet ist, vorzugsweise in einer Tiefe von 1,5 m oder tiefer. Ein solcher Kondensatschacht kann leicht bei der Errichtung der Biogasanlage in den Erdboden eingebracht werden. Die Bodenplatte der Biogasanlage wird dann an den begehbaren Schacht auf einfache Weise angepasst. In an advantageous embodiment of the invention it is provided that the cooling space is configured as a cool condensate shaft and arranged below the ground level, preferably at a depth of 1.5 m or lower. Such a condensate tray can be easily introduced into the ground during the construction of the biogas plant. The bottom plate of the biogas plant is then easily adapted to the accessible shaft.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist die Rohrkühlerschlange schraubenförmig oder spiralförmig mit im Wesentlichen horizontalen Windungen ausgestaltet, die sich im Kondensatschacht über einen Höhenbereich von etwa 1,2 m erstrecken. Die Rohrkühlerschlange ist somit viele Meter lang und gewährleistet, dass das vom Faulbehälter kommende Biogas / Faulgas langsam und vollständig abkühlen kann. Ursprünglich hat das Biogas / Faulgas eine Temperatur zwischen 30°C und 50°C und ist zu 100 % mit Feuchtigkeit gesättigt. Diese Feuchtigkeit wird in der Rohrkühlerschlange, die vorzugsweise aus Edelstahl besteht, kondensiert, wobei die Kondensationswärme über die Rohrkühlerschlange an die durch den Kühlraum fließende Kühlluft abgegeben wird.In a preferred embodiment of the invention, the tube cooler coil is helically or spirally configured with substantially horizontal turns extending in the condensate tray over a height range of about 1.2 m. The tube cooler snake is thus many meters long and ensures that the coming of the digester biogas / digester gas can cool down slowly and completely. Originally, the biogas / digester gas has a temperature between 30 ° C and 50 ° C and is 100% saturated with moisture. This moisture is condensed in the tube cooler coil, which is preferably made of stainless steel, with the heat of condensation being discharged via the tube cooler coil to the cooling air flowing through the cooling chamber.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zum Einleiten von Kühlluft in den Kühlraum mindestens ein Belüftungsrohr vorgesehen, dessen oberes Ende zum Ansaugen von Umgebungsluft im Freien endet und dessen unteres Ende in den Bodenbereich des Kühlraums mündet, wo die Kühlluft austritt. Es können auch mehrere Belüftungsrohre oder Belüftungsöffnungen vorgesehen sein.In a further embodiment of the invention, at least one vent pipe is provided for introducing cooling air into the cooling space, the upper end ends for sucking in ambient air outdoors and the lower end opens into the bottom region of the cooling space, where the cooling air exits. It can also be provided a plurality of ventilation pipes or ventilation openings.
Die Erfindung wird noch verbessert durch die Maßnahme, dass oberhalb der Rohrkühlerschlange mindestens ein Kamin angeordnet ist, durch den die von der Rohrkühlerschlange erwärmte Kühlluft aufsteigt und ins Freie gelangt. Der Kamin ermöglicht eine effektive Entlüftung, indem zunächst die durch die Abwärme angewärmte Raumluft aufsteigt und durch den Kamin austritt. Über das Belüftungsrohr oder weitere Belüftungsöffnungen strömt dann frische, kühle Umgebungsluft in den Kühlraum nach, streift als Kühlluft an der Außenwand der Rohrkühlerschlange vorbei und kühlt dabei die Rohrwandung ab. Dadurch kühlt die Kühlluft das durch die Rohrkühlerschlange strömende Gas und führt zur Kondensation von Wasserdampf und Verunreinigungen. Umgekehrt heizt die Rohrkühlerschlange die im Kühlraum befindliche Luft auf, die dadurch in die Höhe steigt und über den Kamin ins Freie gelangt. Somit entsteht eine kontinuierliche, thermische, durch Abwärme gestützte Umluft-Konvektionsströmung.The invention is further improved by the measure that at least one chimney is arranged above the tube cooler snake, through which the cooling air heated by the tube cooler snake rises and reaches the outside. The chimney allows effective ventilation by first raising the room air warmed by the waste heat and leaving it through the chimney. Fresh, cool ambient air then flows into the cooling space via the ventilation pipe or further ventilation openings, and touches the outer wall as cooling air Pipe cooler coil over and cools the pipe wall. As a result, the cooling air cools the gas flowing through the tube cooler coil and leads to the condensation of water vapor and impurities. Conversely, the tube cooler coil heats up the air in the cold room, which thereby rises in height and passes through the chimney into the open air. Thus, a continuous, thermal, convected by waste air recirculation convection flows.
Die Konvektion kann noch verbessert werden, indem im Höhenbereich oberhalb der Rohrkühlerschlange und unterhalb oder im Eintrittsbereich des Kamins oder eines weiteren Kamins eine Abwärmeheizung angeordnet ist, vorzugsweise ein mit Abwärme betriebener Heizkörper oder eine Abwärmequelle, wie beispielsweise ein Gasverdichter. Die ohnehin vorhandene Abwärme kann hier zur Verstärkung des Kühlluftstroms im Kühlraum verwendet werden. Dadurch wird die Kühlleistung erhöht und die Gasreinigung durch Kondensation wird noch effektiver. Des Weiteren wird die Durchlüftung des Kühlraums verbessert und damit eine Explosionsgefahr durch etwa eingedrungenes Faulgas verringert.The convection can be improved by a waste heat heating is arranged in the height range above the pipe cooling coil and below or in the inlet region of the chimney or another fireplace, preferably a waste heat driven radiator or a waste heat source, such as a gas compressor. The already existing waste heat can be used here to enhance the cooling air flow in the refrigerator. This increases the cooling capacity and makes gas purification by condensation even more effective. Furthermore, the ventilation of the cold room is improved and thus reduces the risk of explosion by any penetrated biogas.
Zur Verbesserung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Abscheidereinrichtung einen Kondensatraum mit einem Kondensatablassrohr und einen Kiesbettraum aufweist, der vom Kondensatraum durch eine nicht bis zur Oberseite der Abscheidereinrichtung durchgehende erste Trennwand getrennt ist, wobei die Trennwand Durchbrüche, vorzugsweise Schlitze oder Bohrungen für den Durchtritt von Kondensat aus dem Kiesbettraum in den Kondensatraum aufweist. Das vom Kondensat befreite Gas gelangt über die Durchbrüche der ersten Trennwand in den Kiesbettraum, wo eine weitere Reinigung des Gases beim Durchströmen der Kiesfüllung des Kiesbettes erzielt wird.To improve the invention, it is proposed that the separator device has a condensate space with a condensate drainage pipe and a gravel bed space which is separated from the condensate space by a first separating wall which does not extend to the top of the separator device, wherein the dividing wall has openings, preferably slots or bores for the passage of Has condensate from the gravel bed room in the condensate. The freed from the condensate gas passes through the openings of the first partition in the gravel bed space, where a further purification of the gas is achieved when flowing through the gravel filling of the gravel bed.
Um eine möglichst intensive Durchströmung des Kiesbettes zu gewährleisten, weist der Kiesbettraum
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist an der Oberseite der Abscheidereinrichtung über dem Kondensatraum und über den zwei Teilräumen des Kiesbettraumes jeweils ein Revisionsdeckel angeordnet. Nach Abnahme der Deckel kann der Kondensatraum und der Kiesbettraum gereinigt und/oder mit neuem Kies gefüllt werden.In a further embodiment of the invention, a revision cover is arranged on the upper side of the separator over the condensate space and over the two subspaces of the gravel bed space. After removing the lid, the condensate compartment and the gravel bed room can be cleaned and / or filled with new gravel.
Des Weiteren wird die Reinigung des Kondensatraums erleichtert, indem in der Wand des Kondensatraums im Bodenbereich unterhalb des Kondensatablassrohres ein Reinigungsablass angeordnet ist. Durch den Reinigungsablass kann praktisch das gesamte im Kondensatraum befindliche Kondensat zur Reinigung des Kondensatraums abgelassen werden.Furthermore, the cleaning of the condensate space is facilitated by a cleaning outlet is arranged in the wall of the condensate space in the bottom area below the condensate drain pipe. The cleaning drain can be used to drain practically all of the condensate in the condensate compartment to clean the condensate compartment.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings.
Die Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:The figures of the drawing show in detail:
In
Das ungereinigte Biogas / Faulgas kommt von der Biogasanlage oder Kläranlage über eine Zuführleitung
Die vom Gasverdichter
Wie man am besten in
Das Gemisch aus Biogas / Faulgas und Kondensat gelangt aus dem Austrittsende
Das im Kondensatraum
Die beschriebene Reinigungsvorrichtung und das beschriebene Reinigungsverfahren haben folgende Vorteile:
- – Das Faulgas wird kontinuierlich gereinigt und getrocknet, wobei durch geeignete Versuche eine ausreichende Reinigung bei entsprechender Dimensionierung verifiziert wurde.
- – Die erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung benötigt keine zusätzliche elektrische Energie und keine weiteren Verbrauchsmittel.
- – Die Reinigung der Rohrkühlerschlange ist während des laufenden Betriebs durch einfache Wasserspülung möglich.
- – Die Abwärme des Gasverdichters und der Faulgasverwertungsanlage (über die angeschlossene Heizung) wird nutzbringend verwertet.
- – Die Wartungskosten sind wegen der auf die Kondensat-Entnahme beschränkten Wartung sehr gering.
- – Die Explosionsgefahr und Gesundheitsgefahren sind sehr gering, denn etwa infolge eines Defektes in den Kühlraum eingedrungenes Faulgas wird durch die thermische Konvektion entfernt.
- - The digester gas is continuously cleaned and dried, which has been verified by appropriate tests sufficient cleaning with appropriate dimensioning.
- - The cleaning device according to the invention requires no additional electrical energy and no other consumables.
- - Cleaning the pipe cooling coil is possible during operation by simple water flushing.
- - The waste heat of the gas compressor and the digester gas utilization plant (via the connected heating system) is utilized profitably.
- - The maintenance costs are very low because of limited to the condensate removal maintenance.
- - The risk of explosion and health hazards are very low, because, for example, as a result of a defect in the cold room penetrated fermentation gas is removed by the thermal convection.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Technikgebäude technology building
- 22
- Kamin fireplace
- 33
- Rohrkühlerschlange Snake tube cooler
- 44
- Abscheidereinrichtung trap structure
- 55
- Belüftungsrohr ventilation tube
- 66
- Gasleitung gas pipe
- 77
- Gasspeicher gas storage
- 88th
- Gassack airbag
- 99
- Gasverdichter gas compressor
- 1010
- Gasfilter gas filter
- 1111
- Reinigungsablass cleaning drain
- 1212
- Kondensatablassrohr Drain Pipe
- 1313
- Trennwand partition wall
- 1414
- Bodenplatte baseplate
- 1515
- Kühlraum refrigerator
- 1616
- Höhensensor height sensor
- 1717
- Ableitung derivation
- 1818
- Zuführleitung feed
- 1919
- Kondensatraum condensate chamber
- 2020
- zweite Trennwand second partition
- 2121
- Kiesbettraum gravel bed room
- 2222
- erste Trennwand first partition
- 2323
- Revisionsdeckel Access Doors
- 2424
- Schauglasarmatur Sightglass
- 2525
- Heizkörper radiator
- 3131
- Eintrittsende entry end
- 3232
- Austrittsende exit end
- 4141
- Einlass inlet
- 5151
- oberes Ende top end
- 5252
- unteres Ende lower end
- 6161
- Reingasauslass pure gas outlet
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: VONNEMANN, KLOIBER & KOLLEGEN, DE Representative=s name: VKK PATENTANWAELTE, DE Representative=s name: VKK PATENTANWAELTE PARTG MBB, DE |
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R163 | Identified publications notified | ||
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