DE4142399A1 - Verfahren zur entschwefelung von h(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)s-haltigem biogas - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entschwefelung von H₂S-haltigem Biogas. Zur Entschwefelung von Biogas werden üblicherweise zwei unterschiedliche Verfahren eingesetzt.

Bei der Entschwefelung mit Raseneisenerz entsteht FeS, welches in einer geordneten Deponie als Sondermüll entsorgt werden muß. Bei der Entschwefelung von 500 Nm³/h Biogas mit einem H₂S-Gehalt von 1,5 Vol.-% fallen im Jahr etwa 600 m³ FeS als Sondermüll an.

Die Entschwefelung mit Natronlauge in einer Natronlaugewäsche führt zur Bildung von Na₂S, welches in einer nachfolgenden Abwasseranlage oxidiert werden muß. In der Abwasseranlage wird daher sehr viel O₂ verbraucht. Außerdem tritt durch unzureichende Oxidation des Na₂S wieder H₂S auf, was zu Geruchsproblemen führt. Na₂S wirkt außerdem auf viele Mikroorganismen toxisch. Na₂S führt also zu Belastungen und Störungen in der Abwasseranlage. Bei der Entschwefelung von 500 Nm³/h Biogas bei einem H₂S-Gehalt von 1,5 Vol.-% entstehen in einem Jahr ca. 280 t Na₂S.

Die bisher gebräuchlichen Verfahren zur Entschwefelung von Biogas bedingen also erhebliche ökologische Probleme. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art aufzuzeigen, bei welchem H₂S auf einfache Art vollständig, aber ökologisch verträglich aus dem Biogas entfernt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Biogas enthaltenes H₂S durch selektive katalytische Oxidation zu SO₂ umgesetzt und anschließend das im Biogas enthaltene SO₂ in einer Natronlaugewäsche ausgewaschen wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Bildung von Na₂S bei der Biogasentschwefelung verhindert. Im erfindungsgemäßen Verfahren können alle Natronlaugewäschen nach dem Stand der Technik eingesetzt werden. Weil bei der direkten Entschwefelung des Biogases mit einer Natronlaugewäsche ohne die vorherige erfindungsgemäße Oxidation des H₂S zu SO₂ eine Koabsorption zwischen H₂S und CO₂ auftritt, bietet das erfindungsgemäße Verfahren mit der selektiven katalytischen Oxidation des H₂S zu SO₂ und der anschließenden konventionellen Natronlaugewäsche einen weiteren Vorteil. Eine Koabsorption zwischen SO₂ und CO₂ tritt nämlich nicht auf, wodurch sich der Natronlaugeverbrauch der Natronlaugewäsche im erfindungsgemäßen Verfahren um ca. 30-70% reduziert. Als Produkt entsteht in der Wäsche Na-Sulfit und Na-Sulfat, jedoch kein Na₂S. Das Problem der Toxizität von Na₂S auf Mikroorganismen tritt damit im erfindungsgemäßen Verfahren nicht auf. Na-Sulfit verbraucht in einer nachgeschalteten Abwasseranlage wesentlich weniger O₂ als Na₂S. Na-Sulfat kann in größeren Mengen sogar direkt in Vorfluter abgegeben werden. Damit ist die der Natronlauge nachgeschaltete Abwasseranlage im erfindungsgemäßen Verfahren wesentlich weniger belastet als bei Verfahren nach dem Stand der Technik.

In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die katalytische Oxidation des H₂S zu SO₂ in einem Reaktor durchgeführt, in dem das Biogas zumindest auf die für den Ablauf der selektiven katalytischen Reaktion notwendige Anspringtemperatur des Katalysators erwärmt wird. Katalysatoren zur selektiven katalytischen Oxidation von H₂S zu SO₂ werden in der Regel erst über der Anspringtemperatur von ca. 200-300°C wirksam. Durch die erfindungsgemäße katalytischen Oxidation des H₂S zu SO₂ und die Anwärmung des Biogases auf oder über die Anspringtemperatur des Katalysators in einem einzigen Reaktor wird die bei der katalytischen Oxidation freiwerdende Wärme mit besonderem Vorteil direkt im Verfahren ausgenutzt.

Besondere Vorteile bei der Anwärmung des Biogases auf oder über die Anspringtemperatur des Katalysators und die katalytische Oxidation des H₂S zu SO₂ in einem Reaktor ergeben sich dadurch, daß der Reaktor in zwei durch Einbauten getrennte, wärmeleitend verbundene Bereiche eingeteilt ist, die nacheinander vom Biogas durchströmt werden, wobei im ersten Bereich das Biogas auf oder über die Anspringtemperatur des Katalysators durch Übertragen von Reaktionswärme aus dem zweiten Bereich und gegebenenfalls durch Zuführen von Fremdwärme erwärmt wird und wobei im zweiten Bereich die selektive katalytische Oxidation des H₂S zu SO₂ durchgeführt wird. Bei dieser Verfahrensführung werden sowohl der apparative Aufwand als auch der Energieverbrauch minimiert.

Im folgenden wird der im erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Reakor anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Dazu zeigt:

Fig. 1 einen Reaktor zur selektiven katalytischen Oxidation des H₂S zu SO₂.

Über Leitung 1 gelangt das zu entschwefelnde Biogas in den ersten Bereich des Reaktors. Der erste Bereich ist durch das oben offene Kernrohr 2 vom zweiten Bereich abgetrennt. Der zweite Bereich ist mit Inertschüttungen 3 und einer Katalysatorschüttung 4 gefüllt. Die bei der katalytischen Oxidation des H₂S zu SO₂ im zweiten Bereich freiwerdende Wärme wird über das Kernrohr 2 zum Teil auf das im Kernrohr 2 aufwärts strömende Biogas übertragen. Zusätzlich wird Fremdwärme über die Heizstäbe (strichpunktiert dargestellt) eines elektrisch betriebenen Heizeinsatzes 5 im ersten Bereich zur erforderlichen Erwärmung des Biogases zur Verfügung gestellt. Das Biogas tritt mit einer Temperatur oberhalb der Anspringtemperatur des Katalysators 4 in den zweiten Bereich ein, wo H₂S zu SO₂ oxidiert wird. Ein Teil der in den Katalysator- 4 und Inertschüttungen 3 zur Verfügung stehenden Wärme wird über die von Kühlmittel durchflossenen Leitungen 6 und 7 aus dem Reaktor durch indirekten Wärmetausch abgeführt, wobei Kühlmittel und Biogas im zweiten Bereich im Gegenstrom geführt werden. SO₂-haltiges Biogas wird über Leitung 8 aus dem Reaktor abgezogen und der nachfolgenden Natronlaugenwäsche zugeführt.

Claims (3)

1. Verfahren zur Entschwefelung von H₂S-haltigem Biogas, dadurch gekennzeichnet, daß im Biogas enthaltenes H₂S durch selektive katalytische Oxidation zu SO₂ umgesetzt und anschließend das im Biogas enthaltene SO₂ in einer Natronlaugewäsche ausgewaschen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die katalytische Oxidation des H₂S zu SO₂ in einem Reaktor durchgeführt wird, in dem das Biogas zumindest auf die für den Ablauf der katalytischen Reaktion notwendige Anspringtemperatur des Katalysators erwärmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor in zwei durch Einbauten getrennte, wärmeleitend verbundene Bereiche eingeteilt ist, die nacheinander vom Biogas durchströmt werden, wobei im ersten Bereich das Biogas zumindest auf die Anspringtemperatur des Katalysators durch Übertragen von Reaktionswärme aus dem zweiten Bereich und gegebenenfalls durch Zuführen von Fremdwärme erwärmt wird und wobei im zweiten Bereich die selektive katalytische Oxidation des H₂S zu SO₂ durchgeführt wird.