DE102018213950A1 - Method and device for using residual O2 for further CH4 production - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung für die Umwandlung von Kohlendioxid und Wasserstoff zu Methan. Mögliche Anwendungsgebiete sind die Steigerung des Methan-Anteils in Biogasanlagen auf über 85% Methan. Die Vorrichtung umfasst Reaktoren, die anaerobe methanbildende Bakterien aus Schlamm Granulat und darüber Katalysatoren/mikrobielle Besiedlungsfläche aus organischen Kunststoffen, Mineralien oder metallischen Stoffen mit spezifisch sehr großer Oberfläche aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktorräume mehrfach in einer Mikro-Kolonne zu einem Mehrfach-Reaktor aufgeschichtet sind.The invention relates to a new method and a corresponding device for the conversion of carbon dioxide and hydrogen to methane. Possible areas of application are increasing the proportion of methane in biogas plants to over 85% methane. The device comprises reactors which have anaerobic methane-forming bacteria from sludge granules and, above them, catalysts / microbial settlement areas made from organic plastics, minerals or metallic substances with a specifically very large surface area, characterized in that the reactor rooms are multiple in a micro-column to form a multiple reactor are piled up.

Description

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung für die Umwandlung von Kohlendioxid und Wasserstoff zu Methan. Mögliche Anwendungsgebiete sind die Steigerung des Methan-Anteils in Biogasanlagen auf über 85% Methan.The invention relates to a new method and a corresponding device for the conversion of carbon dioxide and hydrogen to methane. Possible areas of application are increasing the proportion of methane in biogas plants to over 85% methane.

Stand der TechnikState of the art

Der Sabatier-Prozess oder die Sabatier-Reaktion, benannt nach dem französischen Chemiker Paul Sabatier und von diesem 1902 mit Jean Baptiste Senderens erfunden, [Sabatier, Senderens Compte Rendu Acad. Sci., Band 134, 1902, S. 689] beschreibt eine chemische Reaktion, bei der Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff in Methan und Wasser umgewandelt werden. Die Reaktion wird durch folgende Reaktionsgleichung beschrieben: CO2 + 4 H2 → CH4 + 2 H2O ΔH° = -165 kJ / mol Gl. 1 The Sabatier process or reaction, named after the French chemist Paul Sabatier and invented by Jean Baptiste Senderens in 1902, [Sabatier, Senderens Compte Rendu Acad. Sci., Volume 134, 1902, p. 689] describes a chemical reaction in which carbon dioxide and hydrogen are converted into methane and water. The reaction is described by the following reaction equation: CO 2 + 4 H 2 → CH 4 + 2 H 2 O ΔH ° = -165 kJ / mol Eq. 1

Die Reaktion verläuft stark exotherm.The reaction is very exothermic.

Bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck läuft die Reaktion unter Verwendung eines Nickel-Katalysators ab, effektiver ist die Verwendung von Ruthenium auf einem Aluminiumoxid-Substrat. Oft ist auch ein Sabatier-Prozess in Verbindung mit einer Wasserstoff-Elektrolyse technisch relevant, da sich so Methan und Sauerstoff erzeugen lassenAt elevated temperature and pressure, the reaction takes place using a nickel catalyst, but the use of ruthenium on an aluminum oxide substrate is more effective. A Sabatier process in connection with hydrogen electrolysis is often technically relevant as it can be used to generate methane and oxygen

Die Reaktionsgleichung lautet dann CO2 + 4H2 → CH4 + 2 H2O → CH4 + 2 H2 +O2. Gl. 2 The reaction equation is then CO 2 + 4H 2 → CH 4 + 2 H 2 O → CH 4 + 2 H 2 + O 2 . Eq. 2

Ein neuer Ansatz ist die Umwandlung von Strom zu synthetischem Erdgas. Dabei wird mit überschüssigem Strom zunächst Wasserstoff durch Elektrolyse mit einem Wirkungsgrad von 57 bis 73 Prozent erzeugt. Mit dem Sabatier-Prozess wird anschließend Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid zu Methan umgewandelt, wobei das Methan (CH4) vor Ort gespeichert oder in Erdgasleitungen eingespeist und in großen Erdgasspeichern zwischengelagert werden kann. Beim Verbrennen in der z. Z. (2011) modernsten Gasturbine SGT5-8000H, ist der Wirkungsgrad 60,3 % und somit der Verlust in diesem Prozessabschnitt 39,7 %. [Matthias Brake: Erdgasleitungen als Speicher für Windenergie. In: Telepolis. Abgerufen am 18. April 2011].A new approach is the conversion of electricity to synthetic natural gas. With excess electricity, hydrogen is first generated by electrolysis with an efficiency of 57 to 73 percent. The Sabatier process then converts hydrogen and carbon dioxide to methane, with the methane (CH 4 ) being stored on site or fed into natural gas lines and temporarily stored in large natural gas storage facilities. When burning in the z. Z. (2011) most modern gas turbine SGT5-8000H, the efficiency is 60.3% and thus the loss in this process section 39.7%. [Matthias Brake: Natural gas lines as storage for wind energy. In: Telepolis. Retrieved April 18, 2011].

Wege der Methanogenese sind bekannt und von Costa and Leigh 2014 zusammengefasst worden (1). Die Reaktionen von hydrogenotropher (feste schwarze Linien), methylotropher (gestrichelte schwarze Linien) und acetiklastischer (graue Linien) Methanogenese sind dargestellt. (Costa K und Leigh A. Metabilic versatility in methanogens, current option in Biotechnology 2014, 29:70-75).Ways of methanogenesis are known and from Costa and Leigh 2014 been summarized ( 1 ). The reactions of hydrogenotrophic (solid black lines), methylotrophic (dashed black lines) and aceticlastic (gray lines) methanogenesis are shown. (Costa K and Leigh A. Metabilic versatility in methanogens, current option in Biotechnology 2014 , 29: 70-75).

Zum Stand der Technik gehört auch die Veröffentlichung von Nuri Azbar et al., die am 28. November 2017 online auf der Web-Seite https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/09593330.2017.1406537?scroll=top&needAcc ess=true veröffentlicht wurde. In dieser Studie wurde die anaerobe Biokonversion von CO2 in Biomethan mittels einer neuartigen Bioprozesskonfiguration (HYBRID-Bioreaktor) unter mesophilen Bedingungen untersucht. Eine Abbildung des dort beschriebenen HYBRID-Bioreaktors ist in 2 dargestellt.The state of the art also includes the publication by Nuri Azbar et al., Which was published online on November 28, 2017 on the website https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/09593330.2017.1406537?scroll=top&needAcc ess = true was published. In this study, the anaerobic bioconversion of CO 2 in biomethane was investigated using a novel bioprocess configuration (HYBRID bioreactor) under mesophilic conditions. An illustration of the HYBRID bioreactor described there is in 2 shown.

Dieser HYBRID-Bioreaktor besteht aus gemäß 2 aus einem Granulatschlamm, der die anaeroben Bakterien für die Methanisierung enthält und darüber befindet sich ein Stahlkorb mit Ringen zur Immobilisierung. Dieser Reaktor stellt aber nur einen Prototyp dar und ist nicht für eine technische Anwendung geeignet.This HYBRID bioreactor consists of 2 from a granulate sludge that contains the anaerobic bacteria for the methanation and above it is a steel basket with rings for immobilization. However, this reactor is only a prototype and is not suitable for industrial use.

Nachteil der bekannten technischen LösungenDisadvantage of the known technical solutions

Die bekannten technischen Lösungen arbeiten bei hohen Drücken und hohen Temperaturen mit Katalysatoren. Gemäß Gleichung 2 (siehe oben) kann es dabei zur elektrolytischen Spaltung von Wasser kommen und damit zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff in einer Vorrichtung, wobei es zur Knallgas-Explosion kommen kann.The known technical solutions work with catalysts at high pressures and high temperatures. According to equation 2 (see above), electrolytic splitting of water can occur and thus hydrogen and oxygen can be generated in a device, which can lead to a detonating gas explosion.

Die Nachteile des oben beschriebenen HYBRID-Bioreaktors sind folgende:

  • - Die Ausbeute an CH4 aus den Einsatzstoffen erreicht nicht mehr als 85%
  • - Der realisierte Volumenstrom führt zu einem riesigen Volumenbedarf
  • - Für die erforderlichen Volumina in üblichen Kolonnenreaktoren ergeben sich Probleme bzgl. der Durchdringung ausgehend vom bakteriellen Granulat-Katalysator
The disadvantages of the HYBRID bioreactor described above are as follows:
  • - The yield of CH 4 from the feedstocks does not exceed 85%
  • - The realized volume flow leads to a huge volume requirement
  • - For the required volumes in conventional column reactors there are problems with the penetration starting from the bacterial granule catalyst

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Die Aufgabe der Erfindung bestand darin, die Nachteile der im Stand der Technik beschriebenen technischen Lösungen zu beseitigen.The object of the invention was to eliminate the disadvantages of the technical solutions described in the prior art.

Lösung der AufgabeSolution of the task

Die Aufgabe wurden gemäß den Merkmalen der Patentansprüche gelöst. Erfindungsgemäß wird ein verbessertes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Methanisierung von Kohlendioxid bereitgestellt. Das Verfahren läuft bei sowohl bei normalen als auch bei erhöhten Temperaturen ab.The object was achieved according to the features of the claims. According to the invention, an improved method and a corresponding device for methanating carbon dioxide are provided. The process takes place at both normal and elevated temperatures.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist schematisch in 3 abgebildet.The method according to the invention is shown schematically in 3 displayed.

Im Unterschied zum oben beschriebenen HYBRID-Bioreaktor werden die Reaktorräume in der Kombination Granulat-Katalysator/Mikrobieller-Siedlung-Reaktionsraum mehrfach in einer Mikro-Kolonne zu einem Mehrfach-Reaktor aufgeschichtet. Die Schichtung erfolgt senkrecht übereinander in wechselbaren Einfüllschächten als Füllkörbe mit Flüssigkeits- und gasdurchlässigem Boden. Die Mikro-Kolonne besteht aus vorzugsweise rechteckigen oder zylindrischen Bauteilen.In contrast to the HYBRID bioreactor described above, the reactor rooms in the combination granulate-catalyst / microbial settlement-reaction room are layered several times in a micro-column to form a multiple reactor. The layers are stacked vertically one above the other in changeable filling shafts as filling baskets with liquid and gas permeable bottoms. The micro-column consists of preferably rectangular or cylindrical components.

Die Mikro-Kolonnen werden - gemäß einer bevorzugten Ausführungsform - als Einschub-System und mit Gleiteinrichtungen ausgestattetes Grundmodul hergestellt. Mit diesem Grundmodul können ein containerartiges Behältnis ausgefüllt oder auch kleinere Einheiten errichtet werden. Mit diesen Grundmodulen entsteht ein variables System zur Container-Beschickung und -entnahme.According to a preferred embodiment, the micro-columns are produced as a slide-in system and with a basic module equipped with sliding devices. With this basic module, a container-like container can be filled or smaller units can be built. These basic modules create a variable system for container loading and unloading.

Das Containergefäß ist vorzugsweise mit öffenbaren, gas- und flüssigkeitsdichten Wandbauteilen versehen, wodurch eine Regeneration und Erneuerung der installierten Bauteile ermöglicht wird. Mit diesen Grundmodulen entsteht ein variables System zur Container-Beschickung und -entnahme.The container vessel is preferably provided with openable, gas- and liquid-tight wall components, which enables regeneration and renewal of the installed components. These basic modules create a variable system for container loading and unloading.

Das Container Gefäß kann aus korrosionsfestem und H2-dichtem verschweißbaren Kunststoffmaterial Verbundwerkstoffen (Folien) hergestellt werden.The container vessel can be made of corrosion-resistant and H 2 -tight weldable plastic material composite materials (foils).

In einer speziellen Ausführungsvariante der Erfindung kann für die Erhöhung der Effizienz des Systems der Druck im Systems durch die senkrechte Schichtung der Basisreaktoreinheiten je Containereinheit auf ca. 1,2 bar abs. erhöht werden.In a special embodiment variant of the invention, to increase the efficiency of the system, the pressure in the system can be increased to approximately 1.2 bar abs by the vertical stratification of the base reactor units per container unit. increase.

Für die Reaktionseffizienz sind nicht nur die Druckerhöhung, die Feinperligkeit des einströmenden Gases, sondern auch die Verweilzeit in der Kolonne entscheidend. Hierdurch wird die Löslichkeit bzw. der Lösungsgrad der Gase in der wässrigen Suspension als Reaktionsraum beeinflusst.Not only the pressure increase, the fine pearliness of the inflowing gas, but also the residence time in the column are decisive for the reaction efficiency. This influences the solubility or the degree of solution of the gases in the aqueous suspension as the reaction space.

Die Feinperligkeit wird durch den Einsatz von vorgemischtem Gas aus einer Vormischkammer sowie die anschließende Verteilung durch Membran-Diffusoren unterhalb des durchlässigen Kolonnenbodens erzielt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dienen dafür Membran-Tellerbelüfter gemäß 8.The fine pearliness is achieved through the use of premixed gas from a premixing chamber and the subsequent distribution through membrane diffusers below the permeable column bottom. According to a preferred embodiment, membrane plate aerators are used for this purpose 8th ,

Durch den Einsatz von Gasleiteinsätzen (entspricht in der Form einer Förderschnecke d.h. kurze Segmente davon senkrecht in die Kolonne gestapelt siehe Anlage angepasste Zeichnung kommt) in den Kolonnen wird die Verweilzeit des aufsteigenden Gases bestimmt und verlängert. Die Löslichkeit der Gase wird hiermit zusätzlich zum erhöhten Druck verbessert.Through the use of gas guide inserts (corresponds in the form of a screw conveyor, i.e. short segments of which are stacked vertically into the column, see drawing adapted to the system) in the columns, the residence time of the rising gas is determined and extended. The solubility of the gases is hereby improved in addition to the increased pressure.

Mit diesen Maßnahmen wird ein variabler Umsetzungsgrad der Ausgangsgase CO2 und H2 auch größer als 85% Methananteil erzielt.With these measures, a variable degree of conversion of the starting gases CO 2 and H 2 is achieved even greater than 85% methane.

Die Containerbehälter mit ihren inhaltlich platzierten Grundmodulen der Mehrfach-Reaktoren und der integrierten Mikro-Kolonnen des Hybrid-Reaktors können zu Verbünden in diverser Anzahl zu einem Makro-Reaktor (diverse Containerbehälter, wie oben beschrieben) zusammengeschaltet werden.The container containers with their basic modules of the multiple reactors and the integrated micro-columns of the hybrid reactor can be connected to form a macro-reactor (various container containers, as described above).

Durch gezielte Reihenschaltung und die Gasmengen- und qualitätsabhängige Umschaltung der Container-Behälter-Verbände wird ein Maximum des CH4 Gehaltes im das System verlassenden Reaktionsendprodukt-Gas bis nahezu 99% igem Anteil erzielt. Through targeted series connection and the gas quantity and quality-dependent changeover of the container-container assemblies, a maximum of the CH 4 content in the reaction end product gas leaving the system is achieved up to almost 99%.

Dadurch ist das System geeignet, wechselnden Gasmengen, wechselnden Gasqualitäten des Eingangsgemisch Gases auf der Beschickungsseite durch entsprechende Umschaltungsmaßnahmen anzupassen.As a result, the system is suitable for adapting to changing gas quantities and changing gas qualities of the input mixture gas on the loading side by means of appropriate switching measures.

Das System ist durch diesen Aufbau mit variablen Schaltungsmöglichkeiten geeignet, bei Bedarf auch einen definierten CH4-CO2- Gehalt im Ausgangs-Gas herzustellen. Hiermit entsteht eine Möglichkeit, unterschiedliche Gaskonzentrationen der Reaktionsgase im Zustrom Bereich an verschiedene Anwendungsbereiche mit unterschiedlichen CH4-Gehaltsanforderungen anzupassen.This system with its variable circuit options makes it possible to produce a defined CH 4 -CO 2 content in the output gas if required. This creates a possibility to adapt different gas concentrations of the reaction gases in the inflow area to different application areas with different CH 4 content requirements.

Der Kern der Erfindung ist, den Reaktor mehrstufig und parallel in einem containerartigen Gehäuse zu realisieren. Das heißt es werden mehrere Körbe der beiden Komponenten übereinandergestellt und das in diversen parallel im Gehäuse aufgestellten Einheiten (also nicht nur die „Container“ übereinander). Darüber hinaus wird die Gaszufuhr ebenfalls mehrstufig vorgenommen, zwischen den Körben, vorzugsweise nach jedem zweiten Einsatzkorb.The essence of the invention is to realize the reactor in several stages and in parallel in a container-like housing. This means that several baskets of the two components are stacked on top of each other in various units set up in parallel in the housing (not just the "containers" one above the other). In addition, the gas supply is also carried out in several stages, between the baskets, preferably after every second insert basket.

Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden, ohne sie auf diese Beispiele zu reduzieren.The invention is to be described in more detail by means of exemplary embodiments, without reducing it to these examples.

Ausführungsbeispieleembodiments

In 3 ist das Verfahren zur Anwendung des oben beschriebenen Generators Turbo-Methan beschrieben.In 3 describes the method for using the turbo methane generator described above.

Hierbei handelt es sich um die Einkoppelung des Generators in den Gasweg der bestehenden Biogasanlagen auf dem Weg des Gases direkt zum BHKW bzw. über einen Zwischengasspeicher zum BHKW. Gasreinigung und Trocknung aus dem Bestand der Anlage bleiben auf diesem Wege vor dem BHKW integriert.This involves coupling the generator into the gas path of the existing biogas plants on the way of the gas directly to the CHP or via an intermediate gas storage to the CHP. In this way, gas cleaning and drying from the existing plant remain integrated in front of the CHP.

Das Biogas aus dem Fermenterprozeß wird hierbei entsprechend der Anforderung an den Methangehalt des BHKW(<= 75%) mit Wasserstoff aus einer beliebigen externen Quelle gemischt, so dass es dem Turbo Methan Generator zugeführt wird.The biogas from the fermenter process is mixed with hydrogen from any external source in accordance with the requirement for the methane content of the CHP (<= 75%), so that it is fed to the turbo methane generator.

Herkömmliche BHKW in bestehenden Biogasanlagen können unter Berücksichtigung der erforderlichen Motormanagement Einstellungen bis zu einem Methan Gehalt von 75% im Brenngas arbeiten. Der Turbo Methan Generator stellt Brenngas mit einem Methangehalt von ca. 85% zur Verfügung. Um den Grenzwert von 75% Methan am BHKW nicht zu überschreiten wird das Brenngas aus Turbo Methan und das Fermentergas dementsprechend gemischt bzw. abgeglichen.Conventional cogeneration plants in existing biogas plants can work up to a methane content of 75% in the fuel gas, taking into account the necessary engine management settings. The turbo methane generator provides fuel gas with a methane content of approx. 85%. In order not to exceed the limit value of 75% methane at the CHP plant, the fuel gas from turbo methane and the fermenter gas are mixed or matched accordingly.

Mit der Bereitstellung von 75% Methan haltigem Gas am BHKW ist die Effizienzsteigerung an bestehenden Anlagen um ca. 50% möglich, wobei ca. 50% des üblichen CO2 Gases aus dem Fermentergas in zusätzliches Methan umgewandelt wird. Durch die Koppelung mit weiteren Effizienz erhöhenden Maßnahmen s. 3 kann für bestehende Biogasanlagen mit überschaubarem anlagentechnischen Aufwand durch Einsatz des Turbo Methan Generators in Koppelung mit einer sekundären Wasserstoffquelle eine Anlagen-Effizienz-Steigerung von mehr als 60% erzielt werden.The provision of 75% methane-containing gas at the CHP unit can increase the efficiency of existing plants by around 50%, whereby around 50% of the usual CO2 gas from the fermenter gas is converted into additional methane. By coupling with further efficiency-increasing measures, see 3 For existing biogas plants with manageable plant engineering efforts, a turbo methane generator coupled with a secondary hydrogen source can increase the plant efficiency by more than 60%.

In der 4 wird ein Horizontal- und ein Vertikal-Schnitt durch den als Container gestalteten Turbo-Methan-Reaktor dargestellt. Die so genannten reaction bascet genannten Mikrokolonnen sind hier schematisch dargestellt.In the 4 a horizontal and a vertical section through the turbo methane reactor designed as a container is shown. The so-called reaction bascet microcolumns are shown schematically here.

In der 5 sind unterschiedliche Varianten zur Anpassungen des Grundbauteils der Mikrokolonnen oder auch gleichermaßen schaltbaren bspw. als 20 Fuß Container gefertigten Turbo Methan Reaktors an verschiedene Bedarfe der Gasmengen als auch der Gasqualität dargestellt.In the 5 Different variants for adapting the basic component of the microcolumns or equally switchable turbo methane reactors, for example manufactured as 20 foot containers, to different requirements of the gas quantities and the gas quality are shown.

Zur Anpassung an die Gasmengen werden die Mikrokolonnen oder die Container parallelgeschaltet.The microcolumns or the containers are connected in parallel to adapt to the gas quantities.

Zur Anpassung an die Gasqualität, den Methangehalt werden die Mikrokolonnen bzw. die Container in Reihe geschaltet.The microcolumns or the containers are connected in series to adapt to the gas quality and the methane content.

Zur Anpassung an beide Parameter, Gasmenge und Gasqualität, Methangehalt, wird eine kombinierte Parallel- und Reihenschaltung der Mikrokolonnen oder der Container vorgenommen. In order to adapt to both parameters, gas quantity and gas quality, methane content, a combined parallel and series connection of the microcolumns or the containers is carried out.

In der 6 ist die maximale Anpassung durch Parallelschaltung an maximale Gasmengen dargestellt.In the 6 the maximum adjustment by parallel connection to maximum gas quantities is shown.

In der 7 ist die Parallelschaltungsvariante aus Abbildung vergrößert dargestellt.In the 7 the parallel connection variant from the illustration is shown enlarged.

Die Bakterien, die zur Anwendung kommen können, sind - ohne den Anspruch auf Vollständigkeit zu erheben - in der folfgenden Tabelle 1 aufgelistet. Tabelle 1 Am engsten verwandter Organismus Ähnlichkeit (%) und NCBI Zugangsnummer Methanosaeta concilii strain X16932 %96 / KM408635.1 Methanosaeta sp. %96 / KP205578.1 Unidentified archaeon clone %93 / AJ831011.1 Uncultured archaeon isolate %92 / KC305601.1 Uncultured Methanosarcinales archaeon clone %93 / KF198727.1 Uncultured archaeon clone %97 / GU892615.1 Methanofollis formosanus %92 / NR042767.1 Methanosphaerula palustris %92 / NR074167.1 Uncultured archaeon isolate %98 / KC513450.1 Uncultured Methanoculleus sp %91 / GU583804.1 Uncultured Methanofollis sp. %93 / KP343676.1 Uncultured Methanoculleus sp. %93 / KC533587.1 Uncultured archaeon clone %96 / 4B700446.1 Uncultured Methanoculleus sp. %96 / LC036210.1 Uncultured archaeon isolate DGGE gel band %98 / KC305610.1 Methanobacterium petrolearium strain %99 / NR113044.1 Methanobacterium sp. enrichment culture clone %98 / FJ984757.1 Methanobacterium palustre strain %99 / DQ649333.1 Methanobacterium sp. enrichment culture clone %99 / FJ984757.1 Methanobacterium aarhusense strain %94 / NR042895.1 Uncultured Methanosaeta sp. %98 / KJ522706.1 Uncultured Methanosarcinales archaeon clone %100 / EU586108.1 Uncultured archaeon clone %99 / KM213862.1 Uncultured Methanolinea sp. %99 / AB479405.1 Uncultured Methanomicrobiales archaeon clone %99 / JN394650.1 Uncultured archaeon gene %99 / LC108820.1 Uncultured archaeon clone %99 / KC736154.1 Uncultured Methanomicrobiales archaeon clone %95 / FN679176.1 Uncultured Methanomicrobiales archaeon clone %99 / FN679176.1 Uncultured archaeon clone %99 / LC108820.1 The bacteria that can be used are listed in Table 1 below, without claiming to be complete. Table 1 Most closely related organism Similarity (%) and NCBI accession number Methanosaeta concilii strain X16932 % 96 / KM408635.1 Methanosaeta sp. % 96 / KP205578.1 Unidentified archaeon clone % 93 / AJ831011.1 Uncultured archaeon isolate % 92 / KC305601.1 Uncultured Methanosarcinales archaeon clone % 93 / KF198727.1 Uncultured archaeon clone % 97 / GU892615.1 Methanofollis formosanus % 92 / NR042767.1 Methanosphaerula palustris % 92 / NR074167.1 Uncultured archaeon isolate % 98 / KC513450.1 Uncultured Methanoculleus sp % 91 / GU583804.1 Uncultured Methanofollis sp. % 93 / KP343676.1 Uncultured Methanoculleus sp. % 93 / KC533587.1 Uncultured archaeon clone % 96 / 4B700446.1 Uncultured Methanoculleus sp. % 96 / LC036210.1 Uncultured archaeon isolate DGGE gel band % 98 / KC305610.1 Methanobacterium petrolearium strain % 99 / NR113044.1 Methanobacterium sp. enrichment culture clone % 98 / FJ984757.1 Methanobacterium palustre strain % 99 / DQ649333.1 Methanobacterium sp. enrichment culture clone % 99 / FJ984757.1 Methanobacterium aarhusense strain % 94 / NR042895.1 Uncultured Methanosaeta sp. % 98 / KJ522706.1 Uncultured Methanosarcinales archaeon clone % 100 / EU586108.1 Uncultured archaeon clone % 99 / KM213862.1 Uncultured Methanolinea sp. % 99 / AB479405.1 Uncultured methanomicrobiales archaeon clone % 99 / JN394650.1 Uncultured archaeon gene % 99 / LC108820.1 Uncultured archaeon clone % 99 / KC736154.1 Uncultured methanomicrobiales archaeon clone % 95 / FN679176.1 Uncultured Methanomicrobiales archaeon clone % 99 / FN679176.1 Uncultured archaeon clone % 99 / LC108820.1

Claims (15)

Vorrichtung zur Nutzung von Rest-CO2 für die weitere CH4-Produktion, umfassend Reaktoren, die anaerobe methanbildende Bakterien aus Schlamm Granulat und darüber Katalysatoren/mikrobielle Besiedlungsfläche aus organischen Kunststoffen, Mineralien oder metallischen Stoffen mit spezifisch sehr großer Oberfläche aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktorräume mehrfach in einer Mikro-Kolonne zu einem Mehrfach-Reaktor aufgeschichtet sind.Device for using residual CO 2 for the further CH 4 production, comprising reactors which have anaerobic methane-forming bacteria from mud granulate and, above that, catalysts / microbial settlement area made from organic plastics, minerals or metallic substances with a specifically very large surface area, characterized in that that the reactor rooms are stacked several times in a micro-column to form a multiple reactor. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die organischen Kunststoffe, Mineralien oder metallischen Stoffe eine spezifisch sehr große Oberfläche aufweisen.Device after Claim 1 , characterized in that the organic plastics, minerals or metallic substances have a very large specific surface area. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Katalysatoren um diverse die mikrobielle Besiedlungsoberfläche vergrößernde Schüttkörper aus Kunststoffen, Mineralien oder metallischen Stoffen handelt, die sich vorzugsweise in einem Stahlkorb geschichtet befinden.Device after Claim 1 or 2 , characterized in that the catalysts are various bulk materials made of plastics, minerals or metallic substances which enlarge the microbial settlement surface and are preferably layered in a steel basket. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikro-Kolonne jeweils eine Kombination mit der Schichtung Granulat-Katalysator/Mikrobieller-Siedlung-Reaktionsraum aufweist.Device according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the micro-column each has a combination with the stratification granulate catalyst / microbial settlement reaction space. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtung senkrecht übereinander erfolgt, vorzugsweise in wechselbaren Einfüllschächten als Füllkörbe mit Flüssigkeits- und gasdurchlässigem Boden.Device according to one of the Claims 1 to 4 , characterized in that the stratification takes place vertically one above the other, preferably in interchangeable filling shafts as filling baskets with liquid and gas permeable bottoms. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikro-Kolonnen als Einschub-System und mit Gleiteinrichtungen ein ausgestattetes Grundmodul darstellen, das sich zu einem Container Gefäß erweitern lässt.Device according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the micro-columns as a slide-in system and with sliding devices represent an equipped basic module that can be expanded to a container vessel. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Containergefäß öffenbaren, gas- und flüssigkeitsdichten Wandbauteilen versehen ist und / oder aus H2-dichtem verschweißbaren Kunststoffmaterial Verbundwerkstoffen (Folien) hergestellt ist.Device according to one of the Claims 1 to 6 , characterized in that the container vessel is provided with openable, gas- and liquid-tight wall components and / or is made of H 2 -tight weldable plastic material composite materials (foils). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikro-Kolonnen Gasleiteinsätze aufweisen, die vorzugsweise mit der Schichtung als Spiral(Schnecken-)-Segmente schichtweise eingebracht sind.Device according to one of the Claims 1 to 7 , characterized in that the micro-columns have gas guide inserts which are preferably introduced in layers with the layering as a spiral (screw) segment. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein oder mehrere Gas-Vormischkammern aufweist, welche extern zentral platziert oder in den Container unterhalb der gasdurchlässigen Zwischenböden integriert sind.Device according to one of the Claims 1 to 8th , characterized in that the device has one or more gas premixing chambers which are placed externally centrally or integrated in the container below the gas-permeable intermediate floors. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine oder mehrere Membran-Diffusoren, vorzugsweise Membran-Tellerbelüfter, unterhalb des durchlässigen Kolonnenbodens befinden.Device according to one of the Claims 1 to 9 , characterized in that one or more membrane diffusers, preferably membrane plate aerators, are located below the permeable column bottom. Verfahren zur Nutzung von Rest-CO2 für die weitere CH4-Produktion mittels der, dadurch gekennzeichnet, dass Biogas, welches CH4 und CO2 enthält durch die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 so geleitet wird, dass es zunächst die Schicht mit dem Schlamm-Granulat durchläuft und anschließend die Schicht mit den Katalysatoren/Besiedlungsflächen.Method for using residual CO 2 for further CH 4 production by means of the, characterized in that biogas, which contains CH 4 and CO 2 by the device according to one of the Claims 1 to 10 so that it first passes through the layer with the sludge granulate and then through the layer with the catalysts / settlement areas. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck durch die senkrechte Schichtung der Basisreaktoreinheiten je Containereinheit auf ca. 1,2 bar erhöht wird.Procedure according to Claim 11 , characterized in that the pressure is increased by the vertical stratification of the base reactor units per container unit to about 1.2 bar. Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Produktion eines Biogases, welches einen variablen Methangehalt entsprechend dem Verwendungszweck des finalen Gases am Ausgang der Vorrichtung realisiert, welcher zwischen dem Ursprungsgehalt und einem Methangehalt von ca. 98% liegen kann.Use of the device according to one of the Claims 1 to 10 for the production of a biogas, which realizes a variable methane content according to the intended use of the final gas at the outlet of the device, which can be between the original content and a methane content of approx. 98%. Verwendung der Vorrichtung gemäß den Ansprüchen1-10 zur Produktion eines Biogases mit einem für die Einspeisung in Gasnetze geeigneten Methangehalt von ca. 98%, wobei die erzeugte Gasmenge den bereitgestellten Wasserstoff Volumina angepasst wirdUse of the device according to claims 1-10 for the production of a biogas with a methane content of about 98% suitable for feeding into gas networks, the amount of gas generated being adapted to the hydrogen volumes provided Verwendung von überschüssigem Strom zur Wasserstoffproduktion und der Nutzung des Wasserstoffs in der Vorrichtung gemäß der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Erhöhung der Methankonzentration an bestehenden Biogasanlagen, Biomethananlagen und anaeroben Vergärungsanlagen. Use of excess electricity for hydrogen production and the use of hydrogen in the device according to the device according to one of the Claims 1 to 10 to increase the methane concentration in existing biogas plants, biomethane plants and anaerobic fermentation plants.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2021234073A1 (en) * 2020-05-20 2021-11-25 Tma-Process Method for methanation of hydrogen h2 and carbon dioxide co2 or hydrogen h2 and carbon monoxide co for the production of methane ch4
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