NL1020664C1 - Werkwijze voor het reinigen van gassen. - Google Patents

Description

-I-

Werkwijze voor het reinigen van gassen.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en een inrichting voor het. Reinigen van gassen . In het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze voor het reingen van gassen waarbij het te reirigen gas in een gekoeld membraam wordt gebracht.

5 Een dergelijke werkwijze is niet bekend . De uitvinding beoogt om op doelmatige wijze verontreinigingen uit het reinigen gas te verwijderen.

De uitvinding heeft als doel met name het verwijderen van waterstofsulfide en de overige zwavelverbindingen alsmede cyanide en stikstofverbindingen uit met name biogas en andere gassen.

10 Er zijn vele processen bekend om waterstofsulfide te verwijderen uit biogas , met name processen waarbij waterstofsulfide met een waterige alkalische oplossing wordt gewassen waarbij de watersofsulfide met de opgeloste alkali metalen zouten vormt en deze tot krisalisatie word gebracht en neerslaan .

Een andere bekende methode voor het reinigen van biogas is beschreven in het 15 Nederlands octrooi 1011490 , waarbij het biogas met een gekoelde waterige oplossing wordt gewassen en waarbij de in het biogas opgeloste waterdamp tot condensatie wordt gebracht, als versterking van het proces kan een verhoogde pH waarde de absorbtie van met name waterstofsulfide en cyanide in deze waterige oplossing versterken. Deze waterige oplossing met de daarin opgeloste zwavelverbindingen wordt vervolgens 20 toegevoerd aan een buiten de inrichting geplaatste bioreacktor waar met behulp van aerobe zwavel oxyderende bacterieën en met behulp van zuurstof de opgeloste zwavelverbindingen tot elementaire zwavel wordt geoxydeert, deze elementaire zwavel kan door middel van bezinken , flocculeren en filtreren uit de waterige oplossing worden verwijdert.

25 De uitvinding beoogt om een gas door middel van een toevoer leiding(l) en een drukverhogings inrichting (2) toe te voeren aan een drukvat met daarin aangebracht een slectief werkend membraam (15 Fig 1. ) Om de in het gas opgeloste ongewenste verbindingen te verwijderen en tevens het gas te drogen , wordt het membraam gekoeld dit koelen kan op verschillende wijzen plaats vinden afhankelijk van het toe te passen 30 membraam.

1020664 -2-

Bij spiraal gewonden membramen ( fig 2 no 4), bestaat het membraam uit een opgewonden membraam (22) met tussen de membramen de permeaat afvoer naar een centraal gemonteerde permeaat aiVoer buis de permeaat doorlatende of transport laag kan eveneens dienen om het gas te transporteren naar de permeaat afvoer 5 buis Tussen de membramen bevindt zich een soort net structuur deze verdeelt het te zuiveren gas over het membraam oppervlak , dit noemt men de spacer (23).

Om het membraam oppervlak en het te zuiveren gas te koelen is in deze spacer een aantal dunne buizen aangebracht (26) waardoor een koelvloeistof kan worden gevoerd , deze koelvloeistof wordt volgens afbeelding (.Fig 1 1/2/3/..) Via de leiding 10 (14) toegevoerd aan de koelmantel (15) waarin het membraam is opgesloten , deze mantel is dubbelwandig uitgevoerd , na deze koelmantel te zijn gepasseerd loopt de vloeistof via leiding (28) naar koeler (9) en vervolgens wordt de koelvloeistof voa leiding (19) afgevoerd na via leiding (21) de koelmantel te hebben verlaten passeert het koelmedium de warmte wissellaar (9) en treedt een na-koeling met behulp van 15 koelcircuit(8) van de membramen op.

In het koelcircuit (8) van de membramen is een na-koeler (28) opgenomen.Met behulp van deze na-koeler kan de gewenste procestemperatuur worden bereikt, het te koelen en te reinigen gas wordt via een druk-verhogings inrichting (2) naar de mengkamer (3) gevoerd, in deze mengkamer wordt een reeds door de koeling gevormd 20 condensaat met behulp van pomp (11) en met behulp van een venturi-mixer (5) in de te reinigen en te koelen gasstroom gebracht.

Via de venturi-mixer (5) kan eventueel toe-voegmiddelen met behulp van de doseer installaties (16), (17)en (33) worden toegevoerd aan het gekoelde condensaat, deze toe-voegmiddelen kunnen afhankelijk van hun eigenschappen , verbindingen 25 vormen met de stoffen welke zich in het te behandelen gas bevinden , hierdoor is het mogelijk de moleculaire grote van stoffen in het te reinigen gas te veranderen, en te vergroten, doordat het membraam een bepaalde grote van doorlaat poriën bevat de zo genaamde moleculaire cutt-off , kan men door het gebruik van de toe-voegmiddelen en de verbindingen die deze selectief aan kunnen gaan met uit het te reinigen-gas te 30 verwijderen stoffen, een gereinigd gas verkrijgen met een vooraf bepaalde samenstelling, de te verwijderen stoffen kunnen via het gevormde condenzaa(retentaat) worden afgevoerd.

1020664 -3-

Door de afkoeling van het gas-vloeistof mengsel treedt in de ruimte tussen de membramen en om de spacer (23) buiskoelers een temperatuur verlaging van het gas beneden het dauw of condensatie punt van de waterdamp in dit gas op . Door de turbulentie van het te reinigen gas in in de omgeving van de zo genaamde net structuur 5 (spacer) van het membraam zal de overmaat aan waterdamp in de relatie tot de maximale verzadigings temperatuur van het te reinigen gas en de opgeloste hoeveelheid waterdamp, condenseren op de spacer (23) koelhuizen.

Het gevormde condensaat wordt via leiding (13) naar het acumlatie vat (7) afgevoerd. Via dit vat en filter (18) en drukhoudventiel (29) wordt het condensaat naar 10 pomp (11) gevoerd..

In het gevormde condensaat worden opgelost de uit het te reinigen gas te verwijderen stoffen zoals waterstofsulfide , kooldioxyde, te binden aan de via de venturi (5) aan de gekoelde absorbtie condensvloeistof toegevoegde absorbtie stoffen zoals met name metalen gebonden aan een zuur of alkali metalen opgelost in een ' i5 waterige oplossing.

Het gereinigde gas kan de poriën van het membraam passeren doordat de grote van membraam poriën aangepast kunnen worden aan de grote van het gewenste gas molecuul die in de gezuiverde gasstroom wordt gewenst .Dit gas wordt via de collector en druppelvanger (6) naar de gasopslag tank (12) gevoerd, vanuit deze tank kan het gas 20 worden afgetapt om benut te worden.

De bij het acumulatie vat (7) is een gasafVoer inrichting geplaatst (10) welke in het retentaat meegevoerd gas via de leiding (20) terugvoert naar de gas aanzuigleiding (1) en aan de te reinigen gasstroom wordt toegevoerd, en via de gasdrukverhogings installatie (2) weer in het proces terugvoert..

25 Het ventiel (30) en het filter (18) dienen om het overschot aan condens die in het systeem wordt gevormd af te voeren.

Oxydatie, in de membraam koeler (4) kan met behulp van een dosering van een oxydant bij voorbeeld waterstof-peroxyde in de mixer (5) de oxydatie van sulfide verbindingen naar sulfaat verbindingen worden gerealiseerd .Op het membraam 30 oppervlak of in de vloeistof in de ruimte tussen de membramen kan een sulfide oxyderende bacteriën film of massa worden aangebracht.

1020664 -4-

De zo gevormde elementaire zwavel kan via een afsluiter (30) en een filter (18) worden afgevoerd.Het retentaat van filter (18) wordt met behulp van een pomp (11) toegevoerd aan een reducerende werkend biologisch aktief filter (31) welke de gevormde zwavelverbindigen terug reduceert naar sulfide verbindingen, de benodigde 5 electronen donoren worden verkregen via de de dosering van de daarvoor geschikte stoffen vanuit doseertank en pomp (33) en deze stoffen worden via leiding (32) naar de absorbtie en proces vloeistof leiding gevoerd naar de proces circulatie pomp (11) deze electronen donor stoffen kunnen zijn methanol, acetaat . glucose en zetmeel verbindingen.

10 De vinding kan ook met temperaturen beneden de 273° Kelvin worden bedreven,daarbij zullen waterijskrisstallen zich afzetten op het membraam oppervlak (24) en daarbij de poriën structuur van het membraam veranderen, dit biedt de mogelijkheid deze poriën te verkleinen en aan te passen aan de molecuul grote van het gas dat men wenst .

15 De in het condensaat opgeloste stoffen en met name de opgeloste zouten zullen tot een vriespunt verlaging van de proces en absorbtie vloeistof voeren. Hierdoor zal een uitvriezing van proces water met een geringer gehalte aan opgeloste zouten ontstaan welke zich als ijskristallen op het membraam kan afzetten, bij de dosering van een alkali metaal zal een zout retentaat ontstaan welke afgevoerd kan worden en elders voor 2o verdere reiniging of terugwinning van de geabsorbeerde stoffen beschikbaar is.

Door het membraam periodiek te koelen en vervolgens te verwarmen kunnen de ijskristallen met hun verbindingen en geabsorbeerde stoffen als retentaat worden afgevoerd, waarbij het membraam wordt gereinigd.

Het voordeel van de vinding zoals omschreven ten opzichte van de bekende 25 biologische gasreingingssystemen voor de verwijdering van zwavelverbindingen, cyaniden en mercaptanen, betreft de beperkte afmetingen van de vinding ten opzichte van deze systemen en hun omvangrijke hulpsystemen.

De vinding kan met behulp van een warmtepomp doelmatig worden gekoeld en verwarmt, hoewel de lage temperatuur tijdens de koeling van het proces de aktiviteit 3q van de selectieve bacteriën cultures beperkt, kan door het relatief grote membraam oppervlak een doelmatige matige aktiviteit van de zwaveloxyderende bacteriën verkregen worden 10 2 0 2:; -¾ -5- en in kombinatie met een anaëroob werkend filter (31) met daarin op een drager aangebracht zwavel reducerende bacteriën, door de circulatie van het condensaat over het membraam (4) met de aeroöbe bacteriën waar zwavelverbindingen tot elementaire zwavel worden gereduceert en vervolgens via filter ( 18) en afsluiter (30) worden 5 afgevoerd uit het condensaat en het retentaat van filter (18) wordt toegevoerd aan het anaëroob werkende biologisch filter waarbij aan dit retentaat bij (32) de benodigde electronen donor stof(fen) zijn toegevoegd, dit om er zorg voor te dragen dat de · zwavelverbindingen in dit biologisch filter worden gerduceert tot waterstof sulfide.

In de situatie waar het condensaat als retentaat van de membraam wordt 10 afgevoerd via filter (18) en kraan (30) kan dit retentaat worden toegevoerd op een inrichting zoals beschreven in de patenten WO 92/10270, WO 97/43033 , NL 8602150 en WO 96/30110 voor verdere zuivering en lozing.

De vinding biedt ook de mogelijkheid om koolwaterstofVerbindingen selectief de membramen te laten passeren door middel van een absorbens, in de hierbij 15 beschreven situatie wordt toegepast een buismembraam (Fig 3 ) het te zuiveren gas wordt op de in de voorgaande alineau omschreven wijze voorbehandeld zoals bij het spiraal gewonden membraam is aangegeven., dat wil zeggen het gas wordt via leiding (1) in (Figl) onder druk gebracht door middel van het drukverhogings toestel (2) en reacktor (3) in kontact gebracht met een voorgekoelde nevel van vloeistofdeeltjes uit 20 de membraam koeler, op deze wijze wordt de temperatuur van het te reinigen gas beneden het dauwpunt gebracht van de waterdamp die in het te reinigen gas aanwezig is , dit waterdamp volume kan bij het zo genoemde biogas een maxium verzadigings waarde hebben, men spreekt dan van een nat gas., door de afkoeling van het te reinigen gas zal het verzadigings niveau voor de waterdamp in het gas wordt verlaagd waardoor 25 de overmaat aan water uit het gas condenseert, het gekoelde te reinigen gas wordt de membraam huis inlaat (3.A.) Naar het membraam (22A) gevoerd.

Het in de hollebuis membramen (22A) gebrachte gekoeld gas wordt in deze membramen verder teruggekoeld door de in de buismembramen aanwezige buizen welke doorstroomt worden met een koelmedium (26A) het condensaat met de daarin 30 opgeloste zwavel verbindingen wordt naar de acumulator (7) gevoerd via de membraam huis uitgangs poort (13A).

-{020654 -6-

Over de permeaat ruimte (34) rond de buismembramen wordt via de inlaat (6A) een absorbens vloeistof gevoerd die door zijn atomaïr potentiaal verschil een osmotisch drukverschil over het membraam tot stand brengt ten opzichte van stoffen die zich in het influent van de buismembramen bevinden, door de samenstelling van het absorbens 5 aan te passen aan de ongewenste stoffen selectief verwijderen uit het te reinigen gas, het mengsel bestaande uit de absorbens met daarion gebonden de gewenste af te voeren stoffen wordt via de uitlaat (6b) afgevoerd voor verdere reiniging.

Een andere mogelijkheid die buismembramen bieden voor de vinding is de mogelijkheid tot het zuiveren van een gas , betreft het uitvriezen van verbindingen die 10 men uit het te reinigen gas wil verwijderen, deze procedure is in de voorgaande alineau al beschreven bij de beschrijving van spiraal gewonden membramen !Öv ·

Claims (15)

1. Werkwijze voor het verwijderenuit een gas van zwavel en stikstof verbindingen met het kenmerk, dat dit gas in temperatuur wordt verlaagd door het te brengen in ruimte of reacktor waar de temperatuur is verlaagd, of door het brengen van een vloeistof of damp met een lage temperatuur in het te reinigen gas met als doel 5 het laten condenseren van de overmaat aan waterdamp in dit gas, de gevormde vloeistof zal door middel van een membraam gescheiden worden van het te reinigen gas, de in deze vloeistof opgeloste verbindingen kunnen op deze wijze mede uit het te reinigen gas worden verwijdert.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het te reinigen gas 10 wordt toegevoerd aan spiraal gewonden membraam waar tussen de membramen een netwerk met buizen is aangebracht waardoor een koelmedium wordt gevoerd..

3. Werkwijze volgens de conclusie 1 of 2 .met het kenmerk, dat aan het te reingen gas wordt toegevoerd een in temperatuur verlaagde vloeistof met als doel de in het gas opgeloste waterdamp tot condensatie te brengen.

4. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het membraam waarin de condens- vloeistof vrijkomende uit het te reinigen gas en wordt gescheiden van het te reinigen gas , een spiraal gewonden membraam is .

5. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies ,met het kenmerk, dat het membraam waar de condens-vloeistof vrijkomende uit het te reinigen gas , 20 wordt gescheiden van het te reinigen gas een buizen membraam is.

6. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies , met het kenmerk, dat aan de uit het te reinigen-gas vrijkomende condenswater hulpstoffen toegevoegd kunnen worden. Welke als doel hebben, dat als dit condenswater als proces water in de vinding wordt 25 toegepast deze hulpstoffen de eigenschappen van het membraam wijzigen , of de binding van deze stoffen aan de uit het reinigen-gas te verwijderen stoffen versterkt, 1020664 -8- met als gevolg dat over het membraam een groter drukverschil tussen de concentraat en permeaat zijde van het to stand kan ko

7. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies ,met het kenmerk, dat door de toevoeging van voedingsstoffen aan het het recirculerende gekoelde 5 condens retentaat en door toevoeging van zuurstofradicalen in het recirculerende proces water en op het membraam een aerobe biologische cultuur wordt gevormd die de zwavelverbindingen oxydeert, en deels omzet in elementaire zwavel welke uit het circulaat veweijdert kan worden met behulp van het filter (18 Fig 1) en afsluiter·(30).

8. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies , met het kenmerk, 10 dat opgenomen is . in de circulatie leiding (Fig 1 no 11) een anaëroob biologisch werkend filter (31) , waar voor dit filter een injectie leiding (32) en doseer pomp (33) is geplaatst welke doseer pomp electronen donor stoffen kan toevoegen aan het recirculerende retentaat van het membraam filter (150en (4). Dit heeft ten doel de gevormde geoxydeerde zwavel te reduceren naar waterstofsulfide.

9. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusie (8) ,met het kenmerk, dat de electronen donor vloeistoffen kunnen zijn ,methanol, glucose , zetmeel en acethaat..

10. Werkwijze volgens voorgaande conclusies , met het kenmerk, dat de te reinigen gasstroom die in het membraam wordt gevoerd zodanig wordt gekoeld dat de 20 in het te reinigen gas aanwezige waterdamp sublimeert tot ijs en zich als ijskristallen afzet om het membraam .

11. Werkwijze volgens de voorgaande conclusies en conclusie (10) ,met het kenmerk, dat de gevormde ijskristallen een selectieve laag vormt en daarbij de doorlaatbaarheid van het membraam beïnvloedt kan worden .

12. Werkwijze volgends de voorgaande conclusies 10 en 11, met het kenmerk, dat de gevormde ijskristallen periodiek door deze te laten smelten kunnen worden verwijdert waarbij de in de ijskristallen gebonden verontreinigingen mee afgevoerd kunnen worden.

13. Werkwijze volgens een van de voor de voorgaande conclusies ,met het 30 kenmerk, dat bij de toepassing van een buisvormig membraam (no22. A) aan de permeaat zijde van het membraam een absorbtie medium wordt gebracht (no34) en deze circuleert van membraam huis inlaat (6 A) naar membraamhuis uitlaat (6 B) 1020664 -9- In de absorbtie vloeistof zal het te reinigen gas door het potentiaal of de electrisch lading verschil tussen de gas atomen , en de atomen in het absorbtie medium een kracht onstaan die voldoende groot is om het gas de weerstand in het membraam te laten overwinnen ., vervolgens kan de in het absorbtie medium gebonden gas met daarvoor te 5 gebruiken technieken voor een verdere aanwending.

14. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, Dat de vinding kan worden toegepast het reinigen én met name verwijderen van zwavelverbindingen uit biogas een gas dat ontstaat bij het onder zuurstofloze omstandigheden vergisten van organische stoffen, het zuiveren van gassen die ontstaan 10 bij het onder hoge temperatuur vergassen van organisch stoffen zoals steenkool, hout zuiveringsslib , mest en andere organisch stoffen.

15. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies , met het kenmerk, dat de vinding kan worden voor het verwijderen van kooldioxyde gas hetwelk aanwezig kan zijn in biogas , en het verwijderen van kooldioxyde gas uit de 15 verbrandings gassen van verbrandings toestellen . 5 0 _ J : : '