DE69113211T2 - Verfahren zur entfernung von schwefelwasserstoff (h2s) aus biogas. - Google Patents
Verfahren zur entfernung von schwefelwasserstoff (h2s) aus biogas.Info
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf die Entfernung von Schwefelwasserstoff (H&sub2;S) aus Biogas.
- Schwefelwasserstoff ist ein störender, aber kaum zu vermeidender Bestandteil von Biogas. Ein häufig angewandtes Verfahren zur Entfernung von Schwefelwasserstoff aus Biogas ist das Waschen des Gases mit einer wäßrigen Flüssigkeit mit erhöhtem pH. Dieser erhöhte pH kann durch Zugabe von Natriumhydroxid oder anderen Mitteln eingestellt werden. Solche Verfahren sind z.B. aus den Europäischen Patentanmeldungen 229,587 und 331,806 bekannt.
- Die Wirkungsgrade, die bei solchen Verfahren erreicht werden können, schwanken von 50 bis 99,9%, in Abhängigkeit von der zugegebenen Hydroxidmenge und der Leistungsfähigkeit des Geräts.
- Ein Nachteil von Gaswäschern dieses Typs ist der hohe Chemikalienverbrauch, welcher zu hohen Betriebskosten führt.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die natürliche Alkalinität, welche bei der aeroben biologischen Reinigung von Abwasser erzeugt wird, anstelle von zugegebenen alkalischen Chemikalien (z.B. Natriumhydroxid) verwendet.
- Unter Alkalinität wird hier die Summe der negativen Ionen und neutralen Teilchen, welche H&sub2;S dissoziieren können, verstanden.
- Diese natürliche Alkalinität kann z.B. auf den folgenden beiden Wegen entstehen:
- a) Neutralisierte organische Säuren werden bei der aeroben Behandlung wie folgt in Zellmaterial und Bicarbonat umgewandelt:
- R-COO&supmin; + O&sub2; T Zellmaterial + HCO&sub3;&supmin;
- worin R zum Beispiel eine Alkylgruppe wie CH&sub3; oder C&sub2;H&sub5; ist.
- Kohlendioxid (CO&sub2;) wird durch Belüftung ausgetrieben und die Kohlensäuregleichgewichte verschieben sich wie folgt:
- H&sub2;O + HCO&sub3;&supmin; T OH&supmin; + H&sub2;CO&sub3; T H&sub2;O + CO&sub2; I oder HCO&sub3;&supmin; T OH&supmin; + C0&sub2; I
- Dies führt zum Anstieg des pH.
- b) Organische Säuren werden während der aeroben Behandlung gemäß der Gleichung:
- CH&sub3;COOH T CH&sub4; + CO&sub2;
- entfernt. Dies führt zu einem deutlichen pH-Anstieg.
- Durch Austreiben von Kohlendioxid während der aeroben Nachbehandlung wie unter a) angegeben, steigt der pH-Wert weiter an.
- Das aerob behandelte Abwasser mit einer auf natürlichem Weg erhaltenen Alkalinität wird mit dem H&sub2;S enthaltenden Biogas zusammengebracht. Das Abwasser kann Biomasse enthalten oder nicht. Das H&sub2;S wird aus dem Biogas heraus in der wäßrigen Phase absorbiert.
- Die Wirkungsgrade, die auf diese Weise erhalten werden können, schwanken von 50 bis 95%, in Abhängigkeit von dem Wasserdurchfluß/Gasdurchfluß-Verhältnis und dem Volumen des Geräts. Für eine H&sub2;S-Entfernungsrate von 50% ist ein Wasserdurchfluß/Gasdurchfluß-Verhältnis von 0,1 im allgemeinen ausreichend. Für höhere Wirkungsgrade kann ein Verhältnis von mindestens 0,2 und insbesondere 0,5 oder höher gewählt werden, in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Abwassers und des Biogases.
- Infolge der Ladungsneutralität ist das Maß der natürlichen Alkalinität in Form von OH&supmin; und HCO&sub3;&supmin; (in mÄq), welche während der aeroben Behandlung erzeugt wird, im wesentlichen gleich der Anzahl der mÄq/l der vorhandenen Kationen (wie Na&spplus;, K&spplus;, Ca²&spplus; Mg²&spplus; usw.) minus der Anzahl der vorhandenen freien Anionen (wie Cl&supmin;, SO&sub4;²&supmin; usw.). So kann eine hohe Salzkonzentration vor der aeroben Behandlung zu einer erhöhten Alkalinität nach der aeroben Behandlung und dem Austreiben des CO&sub2; führen.
- Der große Vorteil des vorliegenden Verfahrens liegt darin, daß keine zuzugebenden Chemikalien verwendet werden, was die Betriebskosten niedrig hält. Ein weiterer Vorteil ist der, daß die Gaswaschflüssigkeit, welche das darin absorbierte H&sub2;S enthält, problemlos und ohne weitere Behandlung zu der aeroben Behandlung recycliert werden kann. Ein weiterer Vorteil ist der, daß die recyclierte Waschflüssigkeit dazu dienen kann, den pH der aeroben Behandlung einzustellen, was zu weiteren Einsparungen von Chemikalien führen kann.
- Das vorliegende Verfahren zum Entfernen von H&sub2;S aus Biogas kann nicht nur dort verwendet werden, wo das Abwasser sowohl anaerob als auch aerob behandelt wird, sondern auch dort, wo zusätzlich zu einer aeroben Anlage eine Schlammfermentation vorhanden ist.
- Das in der anaeroben Phase gebildete Biogas enthält üblicherweise neben Methan und anderen Gasen 0,1 bis 3 Vol.% H&sub2;S und das H&sub2;S kann erfindungsgemäß daraus entfernt werden, indem es mit aerob behandeltem Wasser gewaschen wird. Dann treten Reaktionen einschließlich der folgenden ein:
- H&sub2;S HS&supmin; + H&spplus;
- H&spplus; + HCO&sub3;&supmin; H&sub2;O + CO&sub2;
- Die Wasserphase, welche das darin absorbierte H&sub2;S enthält, wird in die aerobe Phase zurückgeführt, wo eine biologische Oxidation gemäß folgender Gleichung stattfindet:
- H&sub2;S + 2 O&sub2; T H&sub2;SO&sub4;
- Zwei Verfahren sind bevorzugt:
- 1. Das als Gaswaschflüssigkeit dienende aerobe Abwasser kann aus dem Belüftungstank entnommen werden. In diesem Fall wird das Gas mit einem Wasser/Biomasse-Gemisch gewaschen. Dieses Gemisch, welches absorbiertes H&sub2;S enthält, wird in den Belüftungstank zurückgeführt. Figur 1 zeigt die Flüssigkeitsströme gemäß dieser Ausführungsform in schematischer Dar stellung. Darin bedeutet (1) die anaerobe Behandlung, (2) ist der Belüftungstank, (3) ist die Nachklärung und (4) ist der Biogaswäscher.
- 2. Geklärtes Abwasser kann ebenfalls als Gaswaschflüssigkeit verwendet werden. In diesem Fall wird das Gas mit Wasser gewaschen, welches aerob behandelt wurde und eine sehr geringe Biomassemenge enthält. Das Wasser, welches absorbiertes H&sub2;S enthält, wird in den Belüftungstank zurückgeführt. Figur 2 zeigt die Flüssigkeitsströme gemäß dieser Ausführungsform in schematischer Darstellung. Die Bezugszeichen haben die gleichen Bedeutungen wie in Figur 1. Ein Nachteil dieser Ausführungsform kann darin liegen, daß das Nachklärbecken eine höhere hydraulische Belastung hat.
- Eine Einrichtung, in der die Entfernung von H&sub2;S aus Biogas gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden kann, ist in Figur 3 gezeigt. Zusätzlich zu einem Einlaß 11 und einem Auslaß 12 für Biogas und einem Einlaß 13 und einem Auslaß 14 für die Gaswaschflüssigkeit umfaßt diese Einrichtung ein Kontaktmaterial 15 zur Verbesserung des H&sub2;S-Übergangs sowie einen Flüssigkeitssammler 16.
- Das Verfahren zum Entfernen von H&sub2;S aus Biogas wurde in einem Klärwerk getestet, in dem Abwasser aus einer Brauerei behandelt wird.
- Das in dem anaeroben Reaktor erzeugte Biogas wurde mit einem Wasser/Biomasse-Gemisch gewaschen, welches von der aeroben (Belebtschlamm) Behandlung vom Karusselltyp herrührte.
- Biogasdaten:
- - Durchfluß 150-225 m³/h
- - H&sub2;S-Konzentration 0,2-0,4%
- CO&sub2;-Konzentration 28-32%
- Karusselldaten:
- - Durchfluß 250-350 m³/h
- - pH 7,2-7,5
- - Temperatur 20-24ºC
- Die Ergebnisse der Experimente sind in Figur 4 zusammengefaßt, worin der Prozentsatz der H&sub2;S-Entfernung in dem Biogaswäscher als Funktion des Wasserdurchfluß/Gasdurchfluß-Verhältnisses aufgetragen ist.
Claims (6)
1. Verfahren zum Entfernen von H&sub2;S aus Biogas durch Behandeln
des Gases mit einer alkalischen Gaswaschflüssigkeit in einem
Gaswäscher, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser aus einer
aeroben biologischen Abwasserbehandlungsanlage, welches die
erforderliche Alkalinität enthält, in den Gaswäscher als
Gaswaschflüssigkeit bei einem Wasserdurchfluß/Gasdurchfluß-
Verhältnis von mindestens 0,1 eingeführt wird und aus dem
Gaswäscher mit darin absorbiertem H&sub2;S entfernt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Wasser/Biomasse-Gemisch aus der aeroben Behandlung als
Gaswaschflüssigkeit verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
geklärte aerobe Abwasser als Gaswaschflüssigkeit verwendet
wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Wasserdurchfluß/Gasdurchfluß-Verhältnis von
0,2 oder mehr verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Gaswaschflüssigkeit, in der H&sub2;S absorbiert
ist, anschließend in die aerobe Abwasserbehandlung
zurückgeführt wird.
6. Kläranlage zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 5,
umfassend mindestens einen Gaswäscher (4) und einen aeroben
Abwasserreaktor (2), wobei der Gaswäscher (4) eine geschlossene
Säule , die mit einem Gaseinlaß (11) und einem Gasauslaß
(12) versehen ist, einen Einlaß (13) für aerobes Abwasser,
der mit einem Auslaß des aeroben Reaktors (2) gegebenenfalls
über ein Absetzbecken (3) verbunden ist, einen Abwasserauslaß
(14), der mit einem einlaß des aeroben Reaktors (2) verbunden
ist, und Mittel (15) zum Zusammenbringen von Gas und aerobem
Abwasser hat.
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