DE20202722U1 - Device for desulfurizing biogas with microorganisms - Google Patents
Device for desulfurizing biogas with microorganismsInfo
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Description
Vorrichtung zum Entschwefeln von Biogas mit MikroorganismenDevice for desulfurization of biogas with microorganisms
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entschwefeln von Biogas mit Mikroorganismen, insbesondere Bakterien.The present invention relates to a device for desulfurizing biogas with microorganisms, in particular bacteria.
Durch anaerobe Fermentation in einem Biogasreaktor werden die organischen Verbindungen, wie beispielsweise in Gülle, Biomasse usw. enthalten, unter bestimmten Bedingungen in Biogas und Bakterienmasse umgewandelt. Biogas ist in der Regel ein Mischgas, das überwiegend aus brennbarem Methan (CH4) und nicht brennbarem Kohlendioxyd (CO2) sowie aus Spuren anderer Gase besteht. Unter diesen Spurengasen ist auch Schwefelwasserstoff (H2S). Bei der Weiterverwendung des Biogases entsteht durch die Verbrennung des Schwefelwasserstoffes unter anderem Schwefeldioxyd, das zu Korrosionsschäden beispielsweise an Motoren oder Leitungsarmaturen führen kann.Through anaerobic fermentation in a biogas reactor, the organic compounds, such as those contained in liquid manure, biomass, etc., are converted into biogas and bacterial mass under certain conditions. Biogas is usually a mixed gas that consists mainly of combustible methane (CH 4 ) and non-combustible carbon dioxide (CO 2 ) as well as traces of other gases. Hydrogen sulphide (H 2 S) is one of these trace gases. When the biogas is reused, the combustion of the hydrogen sulphide produces, among other things, sulphur dioxide, which can lead to corrosion damage, for example, to engines or pipe fittings.
Je nach Zusammensetzung des im Biogasreaktor zu faulenden Substrates liegt der Gehalt von Schwefelwasserstoff im Biogas beispielsweise bei landwirtschaftlichen Biogasanlagen bei etwa 5000 ppm. Gemäß den Anforderungen der meisten Hersteller von sogenanntenDepending on the composition of the substrate to be decomposed in the biogas reactor, the hydrogen sulphide content in the biogas in agricultural biogas plants, for example, is around 5000 ppm. According to the requirements of most manufacturers of so-called
Deutsche Bank 24 (BLZ 600 700 25») 1^8 630 . · ;V/>J.T. Reg. Ne. DE 14? 502 5£0 . . j JUntär der Nr. PR 61 im Partnerschafts-Deutsche Bank 24 (bank code 600 700 25») 1^8 630 . · ;V/>JT Reg. Ne. DE 14? 502 5£0 . . j JUntary of No. PR 61 in the partnership
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IOpll/228859IOpll/228859
Blockheizkraftwerken soll der Gehalt von Schwefelwasserstoff im Biogas den Grenzwert von 150 ppm nicht überschreiten, um Schäden zu vermeiden. Aus diesem Grund muß das Biogas in der Regel entschwefelt werden.In combined heat and power plants, the hydrogen sulphide content in the biogas should not exceed the limit of 150 ppm in order to avoid damage. For this reason, the biogas must usually be desulfurized.
Das hierfür grundsätzlich in Frage kommende sogenannte trockene Entschwefelungsverfahren auf der Basis von Eisenhydroxyd (FE(OH)3) ist wegen hoher Anschaffungskosten, hoher Betriebskosten sowie dem hohen Aufwand für die Regenration des eingesetzten Materials jedenfalls in landwirtschaftlichen Biogasanlagen bisher kaum zum Einsatz gekommen.The so-called dry desulfurization process based on iron hydroxide (FE(OH) 3 ), which is fundamentally suitable for this purpose, has so far hardly been used in agricultural biogas plants due to high acquisition costs, high operating costs and the high effort required for the regeneration of the material used.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vorrichtung zum Entschwefeln von Biogas bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik überwindet, insbesondere kostengünstig in der Herstellung und im Betrieb ist und dennoch einen hohen Wirkungsgrad beim Entschwefeln aufweist. Vorzugsweise soll die Vorrichtung darüber hinaus einfach bedienbar sein, insbesondere weitgehend automatisierbar sein, dauerhaft zuverlässig betreibbar sein, und einfach zu entsorgende Abfallstoffe hervorbringen.The invention is based on the problem of providing a device for desulfurizing biogas which overcomes the disadvantages of the prior art, in particular is inexpensive to manufacture and operate and yet has a high degree of efficiency in desulfurization. Preferably, the device should also be easy to operate, in particular be largely automatable, be permanently reliable to operate and produce waste materials that are easy to dispose of.
Die Erfindung ist durch die im Hauptanspruch bestimmte Vorrichtung gelöst. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen bestimmt. ,The invention is solved by the device defined in the main claim. Particular embodiments of the invention are defined in the subclaims. ,
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entschwefeln von Biogas mit Mikroorganismen, insbesondere Bakterien, bei der eine Ansiedelfläche für die Mikroorganismen zwischen einem Gaseinlaß und einem Gasauslaß angeordnet ist und von dem zu entschwefelnden Biogas überströmt wird und dabei der im Biogas enthaltene Schwefelwasserstoff durch dieThe invention relates to a device for desulfurizing biogas with microorganisms, in particular bacteria, in which a settlement surface for the microorganisms is arranged between a gas inlet and a gas outlet and is overflowed by the biogas to be desulfurized and the hydrogen sulfide contained in the biogas is removed by the
WlWl
IOpll/228859IOpll/228859
Mikroorganismen abgebaut wird, und bei dem in vorgebbaren Zeitabständen die Ansiedelfläche mit einer Mikroorganismem-enthaltenden Flüssigkeit benetzt wird.Microorganisms are broken down and the settlement surface is wetted with a liquid containing microorganisms at predetermined intervals.
Die den im Biogas enthaltenen Schwefelwasserstoff abbauenden Mikroorganismen bzw. Bakterien finden sich beispielsweise in der ausgefaulten Gülle, die in dem eigentlichen Biogas-Reaktor durch anaerobe Prozesse entstanden ist, oder in Klärschlamm. Insbesondere die in landwirtschaftlichen Biogas-Reaktoren durch die anaeroben Prozesse entstehenden Mikroorganismen sind zum Entschwefeln des Biogases in dem Entschwefel-Reaktor geeignet. Sie liegen in flüssiger Lösung oder in einem Flüssigkeits/Feststoff-Gemisch vor, das vorzugsweise auf die Ansiedelfläche gesprüht wird. Das Benetzen mit Mikroorganismenenthaltender Flüssigkeit erfolgt verhältnismäßig häufig, beispielsweise mehrmals täglich.The microorganisms or bacteria that break down the hydrogen sulphide contained in the biogas can be found, for example, in the digested liquid manure that is created in the actual biogas reactor through anaerobic processes, or in sewage sludge. The microorganisms that are created in agricultural biogas reactors through anaerobic processes are particularly suitable for desulfurizing the biogas in the desulfurization reactor. They are present in liquid solution or in a liquid/solid mixture that is preferably sprayed onto the settlement area. Wetting with liquid containing microorganisms takes place relatively frequently, for example several times a day.
Außerdem wird die Ansiedelfläche in größeren Zeitabständen, beispielsweise einmal wöchentlich, mit einer Flüssigkeit benetzt, die Nährstoffe für die Mikroorganismen enthält, insbesondere mit Frischgülle, wie sie auch für den Einsatz im Biogas-Reaktor verwendet wird. Die Flüssigkeit wird auch dazu verwendet, den pH-Wert der in dem Entschwefel-Reaktor eingesetzten Flüssigkeit einzustellen. Insbesondere weist die Frischgülle beispielsweise typische pH-Werte zwischen 7 und auf, während durch den Abbau des Schwefelwasserstoffes und insbesondere durch den entstehenden elementaren Schwefel bzw. das Sulfat der pH-Wert der in dem Entschwefel-Reaktor enthaltenen Flüssigkeit absinkt. Durch Zugabe der Frischgülle kann der pH-Wert in dem für das Verfahren günstigen Bereich zwischen 6,5 und 8, insbesondere zwischen 6,5 und 7,5 eingestellt werden.In addition, the settlement area is moistened at longer intervals, for example once a week, with a liquid that contains nutrients for the microorganisms, in particular with fresh liquid manure, as is also used in the biogas reactor. The liquid is also used to adjust the pH value of the liquid used in the desulfurization reactor. In particular, fresh liquid manure has typical pH values between 7 and , while the pH value of the liquid contained in the desulfurization reactor drops due to the breakdown of the hydrogen sulfide and in particular due to the resulting elemental sulfur or sulfate. By adding the fresh liquid manure, the pH value can be adjusted to the range between 6.5 and 8, in particular between 6.5 and 7.5, which is favorable for the process.
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1 OpI 1/2288591 OpI 1/228859
Die in einem Auffangraum des Reaktors gesammelte Flüssigkeit wird durch eine Heizeinrichtung, insbesondere einen Wärmetauscher, temperiert, beispielsweise auf einen Wert oberhalb 20° Celsius. Gute Ergebnisse lassen sich beispielsweise bei einer Temperatur zwischen 28 und 37° Celsius erzielen. Die Feuchtigkeit im Reaktor sollte möglichst hoch sein, insbesondere mehr als 75 % relative Luftfeuchte betragen, vorzugsweise annähernd 100 %. Temperatur, Feuchtigkeit und/oder der pH-Wert der Flüssigkeit werden im Reaktor gemessen und mittels der Heizeinrichtung, durch Benetzen der Ansiedelfläche und/oder durch Zuführen von Frischgülle eingestellt.The liquid collected in a collecting chamber of the reactor is tempered by a heating device, in particular a heat exchanger, for example to a value above 20° Celsius. Good results can be achieved, for example, at a temperature between 28 and 37° Celsius. The humidity in the reactor should be as high as possible, in particular more than 75% relative humidity, preferably close to 100%. The temperature, humidity and/or the pH value of the liquid are measured in the reactor and adjusted using the heating device, by wetting the settlement area and/or by adding fresh liquid manure.
Die Zugabe von Sauerstoff in den Reaktor fördert den Entschwefelprozeß. Hierzu wird vorzugsweise dem aus dem Biogäs-Reaktor entnommenen Biogas Sauerstoff zugeführt, insbesondere durch Zugabe von Umgebungsluft. Durch die Mikroorganismen wird der Schwefelwasserstoff durch Oxidation gemäß der ReaktionThe addition of oxygen to the reactor promotes the desulfurization process. For this purpose, oxygen is preferably added to the biogas taken from the biogas reactor, in particular by adding ambient air. The microorganisms oxidize the hydrogen sulfide according to the reaction
H2S + 2O2 -> H2SO4
direkt in Sulfat umgewandelt, oder gemäßH 2 S + 2O 2 -> H 2 SO 4
directly converted into sulfate, or according to
2H2S + O2 ^ 2S +2H2O
zunächst in elementaren Schwefel und anschließend gemäß2H 2 S + O 2 ^ 2S +2H 2 O
first into elemental sulphur and then according to
2S + 2H2O + 3O2 -» 2H2SO4 2S + 2H 2 O + 3O 2 -» 2H 2 SO 4
.1OpI 1/228859.1OpI1/228859
in Sulfat umgewandelt. Das Sulfat lagert sich jedenfalls zum Teil auch an der Ansiedelfläche an und behindert dadurch den weiteren Entschwefelprozeß. Zu diesem Zweck wird die Ansiedelfläche in vorgebbaren Zeitabständen abgespült, vorzugsweise durch das Benetzen der Ansiedelfläche mit die Mikroorganismen-enthaltender Flüssigkeit und/oder Frischgülle.converted into sulphate. The sulphate also partially accumulates on the settlement area and thereby hinders the further desulfurization process. For this purpose, the settlement area is rinsed at predetermined intervals, preferably by wetting the settlement area with liquid containing the microorganisms and/or fresh liquid manure.
Die Benetzungseinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist vorzugsweise eine oberhalb der Ansiedelfläche angeordnete Leitung mit Austrittsöffnungen für die Mikroorganismen-enthaltende Flüssigkeit auf. Das Benetzen erfolgt einerseits durch Besprühen und andererseits durch Abtropfen der Flüssigkeit von oben nach unten infolge der Gravitation. Der Gaseinlaß ist dabei vorzugsweise unterhalb oder jedenfalls im unteren Bereich der Ansiedelfläche, wobei das einströmende Gas aufgrund einer Druckdifferenz zwischen Gaseinlaß und Gasauslaß und/oder infolge Konvektion von unten nach oben strömt und dabei die Ansiedelfläche überstreicht. Der Gasauslaß ist vorzugsweise oberhalb oder jedenfalls im oberen Bereich der Ansiedelfläche angeordnet. Die Ansiedelfläche füllt dabei den Raum zwischen Gaseinlaß und Gasauslaß, jedenfalls mindestens bereichsweise vollständig aus, so das gewährleistet ist, dass der Gasstrom zwischen Gaseinlaß und Gasauslaß die Ansiedelfläche überströmt.The wetting device of the device according to the invention preferably has a line arranged above the settlement surface with outlet openings for the liquid containing microorganisms. Wetting takes place on the one hand by spraying and on the other hand by dripping the liquid from top to bottom due to gravity. The gas inlet is preferably below or at least in the lower area of the settlement surface, with the inflowing gas flowing from bottom to top due to a pressure difference between the gas inlet and gas outlet and/or due to convection and thereby sweeping over the settlement surface. The gas outlet is preferably arranged above or at least in the upper area of the settlement surface. The settlement surface fills the space between the gas inlet and gas outlet, at least completely in some areas, so that it is guaranteed that the gas flow between the gas inlet and gas outlet flows over the settlement surface.
Vorzugsweise ist die Ansiedelfläche durch eine Vielzahl von Ansiedelelementen gebildet, die bürstenartig mit einer Vielzahl von Borsten ausgebildet sind, wobei die Borsten vorzugsweise lappenartig mit einer großen Oberfläche ausgebildet sind. Bürsten und Borsten sind aus einem gegen Schwefel resistenten Werkstoff hergestellt, beispielsweise Polyvinylchlorid (PVC) oder Polypropylen (PP).Preferably, the settlement surface is formed by a plurality of settlement elements which are designed in a brush-like manner with a plurality of bristles, wherein the bristles are preferably designed in a rag-like manner with a large surface area. Brushes and bristles are made of a material which is resistant to sulfur, for example polyvinyl chloride (PVC) or polypropylene (PP).
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Der unterhalb der Ansiedelfläche angeordnete Auffangraum ist über eine Pumpeinrichtung mit dem oberhalb der Ansiedelfläche angeordneten Teil der Benetzungseinrichtung verbunden. Der Gaseintritt und/oder der Gasaustritt erfolgen vorzugsweise kontinuierlich. Dagegen erfolgt das Umpumpen der Flüssigkeit aus dem Auffangraum in die Benetzungseinrichtung vorzugsweise intermittierend, beispielsweise einmal stündlich für wenige Minuten.The collecting space arranged below the settlement area is connected to the part of the wetting device arranged above the settlement area via a pumping device. The gas inlet and/or outlet preferably occur continuously. In contrast, the pumping of the liquid from the collecting space into the wetting device preferably occurs intermittently, for example once an hour for a few minutes.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung offenbarten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.Further advantages, features and details of the invention emerge from the subclaims and the following description, in which an embodiment is described in detail with reference to the drawings. The features disclosed in the claims and in the description can each be essential to the invention individually or in any combination.
Fig. 1 zeigt eine Biogasanlage nach dem Stand der Technik,Fig. 1 shows a state-of-the-art biogas plant,
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch den Entschwefel-Reaktor in Seitenansicht,Fig. 2 shows a cross-section through the desulfurization reactor in side view,
Fig. 3 zeigt einen Teil der Benetzungseinrichtung,Fig. 3 shows part of the wetting device,
Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf.die Ansiedelelemente, undFig. 4 shows a top view of the settlement elements, and
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf die Gaszufuhr und Gasentnahme im oberen Bereich des Entschwefel-Reaktors. ,Fig. 5 shows a plan view of the gas supply and gas extraction in the upper part of the desulfurization reactor. ,
Die Fig. 1 zeigt eine landwirtschaftliche Biogasanlage nach dem Stand der Technik. Dabei wird zunächst das Rohsubstrat einem Zerkleinerer 1Fig. 1 shows a state-of-the-art agricultural biogas plant. First, the raw substrate is fed to a shredder 1
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zugeführt, anschließend in eine Vorgrube 2 eingeleitet, in der die F:rischgülle mittels eines Rührwerks 3 pumpfähig gemacht oder gehalten wird. Anschließend wird mittels der Pumpe 4 die Frischgülle in den eigentlichen Biogasreaktor 5 geleitet, in dem ein anaerober Prozeß stattfindet und sich das entstehende Biogas in dem Gasraum 6 ansammelt. Die ausgefaulte Gülle wird in einem Lagerbehälter 7 gesammelt und kann von dem Lagerbehälter 7 entnommen werden und beispielsweise als Dünger auf landwirtschaftliche Nutzflächen verbracht werden. Das Biogas wird dem Gasraum 6 entnommen und einem Blockheizkraftwerk 8 zugeführt, das Wärme und elektrische Energie liefert. Für viele Anwendungen ist es erforderlich, zwischen dem Biogasreaktor 5 und dem nur beispielhaft dargestellten Blockheizkraftwerk 8 eine in der Fig. 1 nur schematisch dargestellte Entschwefel-Vorrichtung bzw. einen Entschwefel-Reaktor 9 anzuordnen.fed, then introduced into a pre-pit 2, in which the fresh slurry is made pumpable or kept by means of an agitator 3. The fresh slurry is then fed by means of the pump 4 into the actual biogas reactor 5, in which an anaerobic process takes place and the resulting biogas collects in the gas chamber 6. The digested slurry is collected in a storage tank 7 and can be removed from the storage tank 7 and used, for example, as fertilizer on agricultural land. The biogas is removed from the gas chamber 6 and fed to a cogeneration plant 8, which supplies heat and electrical energy. For many applications it is necessary to arrange a desulfurization device or a desulfurization reactor 9, shown only schematically in Fig. 1, between the biogas reactor 5 and the cogeneration plant 8, which is only shown as an example.
Die Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Entschwefel-Vorrichtung bzw. -Reaktor 9 in der Seitenansicht. Der Reaktor 9 ist im wesentlichen zylindrisch, insbesondere kreiszylindrisch, und gegenüber der Umgebung abgedichtet. Insbesondere ist der Reaktor 9 mit einem Deckel 10 verschlossen, der dichte Durchführungen für den Gaseinlaß 11, den Gasauslaß 12 und die Zufuhr 13 der Benetzungseinrichtung aufweist. Im unteren Bereich bildet der Reaktor 9 einen Auffangraum 14 für die im Reaktor 9 befindliche Flüssigkeit. Im Auffangraum 14 ist eine Heizeinrichtung in Form eines wärmetauschenden Schlauches 15 angeordnet, der über dichte Durchführungen 16 von außen beispielsweise mit Heizwasser oder Heizdampf gespeist wird. Die Wärme kann dabei vom Blockheizkraftwerk 8 stammen, insbesondere von dessen Abwärme.Fig. 2 shows a cross-section through the desulfurization device or reactor 9 according to the invention in a side view. The reactor 9 is essentially cylindrical, in particular circular-cylindrical, and sealed from the environment. In particular, the reactor 9 is closed with a lid 10 which has sealed passages for the gas inlet 11, the gas outlet 12 and the feed 13 of the wetting device. In the lower area, the reactor 9 forms a collecting chamber 14 for the liquid in the reactor 9. In the collecting chamber 14, a heating device in the form of a heat-exchanging hose 15 is arranged, which is fed from the outside via sealed passages 16, for example with heating water or heating steam. The heat can come from the combined heat and power plant 8, in particular from its waste heat.
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Weiterhin ist dem Auffangraum 14 über eine entsprechende dichte Durchführung die temperierte Flüssigkeit über eine Entnahmeleitung 17 entnehmbar, die Teil der Benetzungseinrichtung ist. Außerdem weist der Reaktor 9 nahe dem oberen Rand des Auffangräums 14 eine dichte Durchführung für einen Überlauf 18 auf, der im Inneren des Auffangraums 14 bis nahe zu dessen unterem Ende abgebogen ist. Der Überlauf 18 weist außerhalb des Auffangraums 14 einen siphonartig gebogenen Anschluß auf, über den die verbrauchte und insbesondere Sulfat-haltige Flüssigkeit aus dem Reaktor 9 entnehmbar ist, insbesondere abpumpbar ist.Furthermore, the tempered liquid can be removed from the collecting chamber 14 via a corresponding sealed passage through a removal line 17, which is part of the wetting device. In addition, the reactor 9 has a sealed passage for an overflow 18 near the upper edge of the collecting chamber 14, which is bent inside the collecting chamber 14 up to almost its lower end. The overflow 18 has a siphon-like connection outside the collecting chamber 14, via which the used liquid, in particular liquid containing sulfate, can be removed from the reactor 9, in particular pumped out.
Der eigentliche Reaktionsraum zum Entschwefeln ist von einer Vielzahl von bürstenartigen Ansiedelelementen 19 durchsetzt, deren Hautachsen im wesentlichen parallel zueinander und vorzugsweise in der vertikalen ausgerichtet sind. Jedes Ansiedelelement 19 weist eine Vielzahl von lappenartigen und eine große Oberfläche bereitstellenden Borsten 20 auf, die im wesentlichen radial von der jeweiligen Hauptachse 21 abstehen und infolge der Gravitation nach unten hängen. Die Ansiedelelemente 19 sind an ihrem unteren Ende in einem den eigentlichen Reaktionsraum von dem Auffangraum 14 trennenden ersten Lochgitter 22, und an ihrem oberen Ende an entsprechend gitterartig angeordneten Stäben oder einem zweiten Lochgitter 23 festgelegt. Oberhalb der Ansiedelelemente 19 ist als Teil der Benetzungseinrichtung eine Ringleitung 24 angeordnet, die von der Zufuhr 13 gespeist wird.. Wie in der Fig. 5 dargestellt, weist die Ringleitung 24 in vorzugsweise gleichen Abständen auf die Ansiedelelemente 19 gerichtete Sprühdüsen 25 auf. Verlauf und insbesondere Durchmesser der Ringleitung 24 sind an die Geometrie des Reaktors 9 derart angepaßt, dass eine möglichst gleichmäßige Benetzung der Ansiedelelemente 19 erfolgt. Die Flüssigkeit tropft infolge Gravitation von oben nach unten und benetzt daher die Ansiedelelemte 19 großflächig. Die Lappen oder Fäden derThe actual reaction chamber for desulfurization is penetrated by a plurality of brush-like settling elements 19, the main axes of which are essentially parallel to one another and preferably aligned vertically. Each settling element 19 has a plurality of lobe-like bristles 20 providing a large surface area, which protrude essentially radially from the respective main axis 21 and hang downwards as a result of gravity. The settling elements 19 are fixed at their lower end in a first perforated grid 22 separating the actual reaction chamber from the collecting chamber 14, and at their upper end to bars arranged in a corresponding grid-like manner or a second perforated grid 23. Above the settling elements 19, as part of the wetting device, a ring line 24 is arranged, which is fed by the supply 13. As shown in Fig. 5, the ring line 24 has spray nozzles 25 directed at the settling elements 19, preferably at equal intervals. The course and in particular the diameter of the ring line 24 are adapted to the geometry of the reactor 9 in such a way that the settling elements 19 are wetted as evenly as possible. The liquid drips from top to bottom due to gravity and therefore wets the settling elements 19 over a large area. The lobes or threads of the
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Ansiedelelemente 19 könnenabgewinkelt, aufgerauht und/oder porös sein, um eine möglichst große Oberfläche als Ansiedelfläche bereitzustellen.Settlement elements 19 can be angled, roughened and/or porous in order to provide the largest possible surface as a settlement area.
Der Gaseinlaß 11 weist innerhalb des Reaktors 9 ein Leitungsrohr 26 auf, in dem das zu entschwefelnde Biogas zum unteren Ende der Ansiedelelemente 19 geführt wird und erst in diesem Bereich in den Reaktor 9 eintritt. Das Biogas strömt anschließend infolge Konvektion, unterschiedlicher Gasdichten und/oder einer Druckdifferenz zwischen Gaseinlaß 11 und Gasauslaß 12 von unten nach oben an der Ansiedelfläche der Ansiedelelemente 19 vorbei, wobei die Entschwefelung erfolgt. Die Verweildauer des Gases im Reaktor 9 kann beispielsweise durch die Anordnung der Ansiedelelemente 19 und/oder durch die einstellbare Druckdifferenz zwischen Gaseinlaß 11 und Gasauslaß 12 geregelt werden.· Üblicherweise herrscht im Reaktor 9 ein geringer Überdruck gegenüber Atmosphäre, beispielsweise von weniger als 50 hPa.The gas inlet 11 has a pipe 26 inside the reactor 9, in which the biogas to be desulfurized is guided to the lower end of the settlement elements 19 and only enters the reactor 9 in this area. The biogas then flows from bottom to top past the settlement surface of the settlement elements 19 as a result of convection, different gas densities and/or a pressure difference between the gas inlet 11 and gas outlet 12, where the desulfurization takes place. The residence time of the gas in the reactor 9 can be regulated, for example, by the arrangement of the settlement elements 19 and/or by the adjustable pressure difference between the gas inlet 11 and gas outlet 12. There is usually a slight excess pressure in the reactor 9 compared to the atmosphere, for example less than 50 hPa.
Temperatur, Feuchtigkeit und/oder Druck im Reaktor 9 können beispielsweise über einen entsprechenden Meßwertäufnehmer 27 gemessen werden und dessen Signal an eine zentrale Steuerungseinrichtung weitergeleitet wird. In entsprechender Weise wird die Temperatur und/oder der pH-Wert der Flüssigkeit im Auffangraum 14 gemessen. Die in die Aussenhülle des Reaktors 9 eingeprägten und ringförmig umlaufenden Sicken 28 dienen ebenfalls dazu, dass das aufströmende Biogas gezwungen ist, die Ansiedelfläche zu überströmen. Vorteilhaft ist, das der Gasstrom im Reaktor von unten nach oben erfolgt und damit in Gegenrichtung zur von oben nach unten strömenden Flüssigkeit.Temperature, humidity and/or pressure in the reactor 9 can be measured, for example, using a corresponding sensor 27, the signal from which is passed on to a central control device. The temperature and/or the pH value of the liquid in the collecting chamber 14 is measured in a corresponding manner. The beads 28 embossed into the outer shell of the reactor 9 and running in a ring shape also serve to force the inflowing biogas to flow over the settlement area. It is advantageous that the gas flow in the reactor is from bottom to top and thus in the opposite direction to the liquid flowing from top to bottom.
In der Leitung zum Gaseinlaß 11 wird dem zu entschwefelnden Biogas vorzugsweise kontinuierlich oder in vorgebbaren Zeitabständen SauerstoffIn the line to the gas inlet 11, oxygen is added to the biogas to be desulfurized, preferably continuously or at predeterminable intervals.
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zugeführt, insbesondere durch Zugabe von Umgebiingsluft. Indem dargestellten Ausführungsbeispiel wird beispielsweise der Volumenstrom des Biogases durch einen entsprechenden Strömungsmesser 35 ermittelt, und von einer Steuereinheit 36 ausgewertet. Die Steuereinheit 36 steuert eine Luftpumpe 37, gegebenenfalls auch nur ein einfaches Lufteinlaßventil, durch die das zu entschwefelnde Biogas mit Umgebungsluft angereichert wird.supplied, in particular by adding ambient air. In the embodiment shown, for example, the volume flow of the biogas is determined by a corresponding flow meter 35 and evaluated by a control unit 36. The control unit 36 controls an air pump 37, possibly just a simple air inlet valve, through which the biogas to be desulfurized is enriched with ambient air.
Die Fig. 3 zeigt einen sich an die Darstellung der Fig. 2 an der linken Bildseite anschließenden Teil der Benetzungseinrichtung. Am rechten Bildrand der Fig. 3 ist noch ein Teil des Reaktors 9 bzw. ein Ansiedelelement 19 dargestellt. Über einen gegebenenfalls von einer zentralen Steuereinrichtung motorisch steuerbaren ersten Absperrhahn 29 kann Flüssigkeit aus dem Auffangraum 14 entnommen werden und mittels einer Umwälzpumpe 30 der Ringleitung 24 (Fig. 2) zugeführt werden. Die Umwälzpumpe 30 ist dabei von der zentralen Steuereinrichtung und/oder von einer Zeitschaltuhr 31 über ein Relais 32 gesteuert. Vor der LJmwälzpumpe 30 ist ein vorzugsweise regenerierbarer, beispielsweise rückspülbarer oder auswaschbarer Filter 33 in die Leitung geschaltet. Dadurch soll ein unerwünschter Eintrag von Feststoffen in den Reaktor 9 und insbesondere ein Verstopfen der Sprühdüsen 25 verhindert werden.Fig. 3 shows a part of the wetting device which follows the representation in Fig. 2 on the left side of the picture. On the right edge of Fig. 3, a part of the reactor 9 or a settling element 19 is also shown. Liquid can be removed from the collecting chamber 14 via a first shut-off valve 29 which can optionally be controlled by a motor from a central control device and fed to the ring line 24 (Fig. 2) by means of a circulation pump 30. The circulation pump 30 is controlled by the central control device and/or by a timer 31 via a relay 32. A filter 33 which can preferably be regenerated, for example backwashed or washed out, is connected to the line upstream of the circulation pump 30. This is intended to prevent undesired entry of solids into the reactor 9 and in particular to prevent clogging of the spray nozzles 25.
Über einen zweiten und gegebenenfalls von der zentralen Steuereinrichtung steuerbaren Absperrhahn 34 können dem Reaktor 9 Nährstoffe für die Mikroorganismen, insbesondere Frischgülle zugeführt werden. Dies erfolgt in verhältnismäßig großen zeitjichen Abständen, beispielsweise einmal pro Woche. Demgegenüber erfolgt das Umpumpen der im Auffangraum 14 befindlichen Flüssigkeit in kürzeren Zeitabständen, beispielsweise einmal pro Stunde für 2 bis 10 Minuten. Darüber hinausNutrients for the microorganisms, in particular fresh liquid manure, can be fed to the reactor 9 via a second shut-off valve 34, which can optionally be controlled by the central control device. This takes place at relatively long intervals, for example once a week. In contrast, the pumping of the liquid in the collecting chamber 14 takes place at shorter intervals, for example once an hour for 2 to 10 minutes. In addition,
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wird bei Unterschreiten des pH-Wertes der Flüssigkeit im Auffangraum 14 unter einen vorgebbaren Wert, beispielsweise zwischen 6 und 6,5, Frischgülle in ausreichender Menge zugeführt, um den pH-Wert wieder auf einen Wert von beispielsweise 7 bis 7,5 einzustellen. Das Absinken des pH-Wertes ist eine Folge der Schwefelanreicherung in der Flüssigkeit im Auffangraum 14 bzw. auf den Ansiedelelementen 19. Neben dem Abspülen des Sulfats von den Ansiedelflächen, insbesondere durch das Besprühen der Ansiedelelemente 19, können die Ansiedelelemente 19 auch in relativ großen zeitlichen Abständen gereinigt werden, beispielsweise durch Wasser, gegebenenfalls versetzt mit einer Reinigungsflüssigkeit. Hierzu können die Ansiedelelemente 19 auch aus dem Reaktor 9 entnommen werden und gegebenenfalls durch neue Ansiedelelemente 19 ersetzt werden. .If the pH value of the liquid in the collection chamber 14 falls below a predeterminable value, for example between 6 and 6.5, fresh liquid manure is added in sufficient quantity to adjust the pH value back to a value of, for example, 7 to 7.5. The drop in the pH value is a consequence of the sulphur enrichment in the liquid in the collection chamber 14 or on the settlement elements 19. In addition to rinsing the sulphate from the settlement surfaces, in particular by spraying the settlement elements 19, the settlement elements 19 can also be cleaned at relatively long intervals, for example with water, optionally mixed with a cleaning liquid. For this purpose, the settlement elements 19 can also be removed from the reactor 9 and, if necessary, replaced with new settlement elements 19. .
Die Fig. 4 zeigt die Draufsicht auf die Anordnung der Ansiedelelemente 19 im Reaktor 9. Wie aus der Darstellung nur zum Teil erkennbar, berühren sich die Borsten benachbarter Ansiedelelemente 19 oder greifen sogar ineinander ein. Wesentlich ist, dass das zu entschwefelnde Biogas an einer möglichst großen Oberfläche der Ansiedelelemente 19 vorbei strömt. Gegebenenfalls können die einzelnen Ansiedelelemente 19 auch nicht wie im dargestellten Ausführungsbeispiel eine kreiszylindrische Außenumfangsfläche aufweisen, sondern beispielsweise eine sechseckigwabenförmige zylindrische Außenumfangsfläche und/oder miteinander korrespondierende konische Außenumfangsflächen aufweisen.Fig. 4 shows the top view of the arrangement of the settlement elements 19 in the reactor 9. As can only be partially seen from the illustration, the bristles of adjacent settlement elements 19 touch one another or even engage with one another. It is important that the biogas to be desulfurized flows past as large a surface as possible of the settlement elements 19. If necessary, the individual settlement elements 19 may not have a circular cylindrical outer peripheral surface as in the embodiment shown, but instead have, for example, a hexagonal honeycomb cylindrical outer peripheral surface and/or conical outer peripheral surfaces that correspond to one another.
Die Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf den oberen Bereich des Reaktors 9 mit den Öffnungen für den Gaseintritt 11 und den Gasaustritt 12. Neben einer zentrischen Öffnung für den Gaseintritt ] 1 bzw. die Gaszufuhr sind weitere Öffnungen für den Gaseintritt 11 auf einer zum Außenumfang des ReaktorsFig. 5 shows a plan view of the upper area of the reactor 9 with the openings for the gas inlet 11 and the gas outlet 12. In addition to a central opening for the gas inlet 11 or the gas supply, further openings for the gas inlet 11 are provided on a surface facing the outer circumference of the reactor.
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9 konzentrischen Kreislinie angeordnet. Im vorliegenden Fall sind insgesamt sechs weitere Öffnungen für den Gaseintritt 11 vorgesehen, jeweils in einem Winkelabstand von 60 °.9 concentric circular line. In the present case, a total of six further openings are provided for the gas inlet 11, each at an angular distance of 60 °.
Etwas exzentrisch ist eine erste Öffnung für den Gasaustritt 12 bzw. die Gasentnahme vorgesehen. Weitere Öffnungen für den Gasaustritt 12 sind auf einer ebenfalls konzentrischen Kreislinie angeordnet, im dargestellten Ausführungsbeispiel weitere drei Öffnungen im Winkelabstand von jeweils 120°. Die Öffnungen für den Gasaustritt 12 sind dabei näher am Rand des Reaktors 9 angeordnet als die Öffnungen für den Gaseintritt 11. Der Gasaustritt 12 könnte grundsätzlich auch über eine einzige Öffnung erfolgen. Demgegenüber ist eine möglichst gleichmäßig verteilte Gaszufuhr in den Reaktor 9 vorteilhaft, weil dadurch ein gleichmäßiges Überströmen der im Reaktor 9 befindlichen Ansiedelfläche gewährleistet ist. Die Ringleitung 24 ist in Bezug auf den Umfang des Reaktors 9 ebenfalls konzentrisch angeordnet, wobei der Durchmesser der Ringleitung 24 vorzugsweise etwas geringer ist, als der Durchmesser der Kreislinie der Öffnungen für den Gäseintritt 1.1.A first opening for the gas outlet 12 or gas extraction is provided somewhat eccentrically. Further openings for the gas outlet 12 are also arranged on a concentric circular line; in the embodiment shown, there are three further openings at an angular distance of 120° each. The openings for the gas outlet 12 are arranged closer to the edge of the reactor 9 than the openings for the gas inlet 11. The gas outlet 12 could in principle also occur via a single opening. In contrast, a gas supply to the reactor 9 that is distributed as evenly as possible is advantageous because this ensures an even flow over the settlement area in the reactor 9. The ring line 24 is also arranged concentrically in relation to the circumference of the reactor 9, the diameter of the ring line 24 preferably being somewhat smaller than the diameter of the circular line of the openings for the gas inlet 1.1.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich mit geringen Anschaffungs- und Betriebskosten ein hoher Entschwefelungsgrad erreichen. Bei Bedarf können mehrere der erfindungsgemäßen Vorrichtungen modulartig hintereinander oder parallel geschaltet werden. In einem typischen Ausführungsbeispiel weist der Reaktor 9 beispielsweise ein Volumen von etwa 1 bis 5 m3 auf, insbesondere 3 m3. Der im wesentlichen kreiszylindrische Rekator 9 hat beispielsweise einen Durchmesser von etwa 1,50 m bei einer Höhe von etwa 2 m. Ein solcher Reaktor 9 ist ausreichend zum Entschwefeln von etwa 500 m3 Biogas pro Tag. Besonders vorteilhaft an der Erfindung ist, dassThe method or device according to the invention enables a high degree of desulfurization to be achieved with low acquisition and operating costs. If required, several of the devices according to the invention can be connected in series or in parallel in a modular manner. In a typical embodiment, the reactor 9 has a volume of about 1 to 5 m 3 , in particular 3 m 3 . The essentially circular-cylindrical reactor 9 has a diameter of about 1.50 m and a height of about 2 m. Such a reactor 9 is sufficient for desulfurizing about 500 m 3 of biogas per day. A particularly advantageous feature of the invention is that
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keine Reststoffe der Entsorgung entstehen und insbesondere keine chemischen Zusatzstoffe zum Entschwefeln erforderlich sind. Dadurch ergibt sich nicht nur ein geringer Betriebsaufwand, sondern auch die Vermeidung jedweder Umweltbelastung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere automatisch gesteuert und betreibbar sein und ist mit einfachen Mitteln in kurzer Zeit herstellbar bzw. aufstellbar. Zum Entschwefeln des Biogases aus einer landwirtschaftlichen Biogasanlage werden dabei die Mikroorganismen bzw. Bakterien verwendet, die in der Biogasanlage durch die anaeroben Prozesse entstanden und in der ausgefaulten Gülle enthalten sind.no waste is produced during disposal and in particular no chemical additives are required for desulfurization. This not only results in low operating costs, but also avoids any environmental pollution. The device according to the invention can in particular be controlled and operated automatically and can be manufactured or set up in a short time using simple means. The microorganisms or bacteria that are produced in the biogas plant through the anaerobic processes and are contained in the digested liquid manure are used to desulfurize the biogas from an agricultural biogas plant.
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R197 | New subsequently filed claims on ip dossier | ||
R165 | Request for cancellation or ruling filed | ||
R169 | Utility model cancelled in part |
Effective date: 20040830 |
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R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20050315 |
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R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20080229 |
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R158 | Lapse of ip right after 8 years |
Effective date: 20100901 |