WO2008006397A1 - Verfahren zur herstellung von methangas und reaktor zu dessen durchführung - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a process for the production of methane gas, in particular exhaust gases containing carbon dioxide, and to a reactor for carrying out the process.
- Methane is a colorless, bluish-burning gas with a calorific value of about 40 MJ / m 3 . It is known to form by pyrolysis or anaerobic bacterial decomposition of organic substances and is therefore an essential component z. As of natural gas, refinery gas, coking gas and sump and sewage gas. As a chemical raw material it serves z. As for the synthesis of synthesis gas for ammonia and methanol and hydrogen. So there is a need for high quality methane gas in natural gas quality available, the previously known Manufacturing processes are usually complex and expensive.
- the present invention has therefore set itself the task of creating a cost-effective method for the production of methane gas and a reactor for carrying out the method, which can resort to inexpensive starting materials and at the same time ensures a methane gas in natural gas quality.
- the exhaust gases can come from different sources, such as internal combustion engines, sewage treatment plants, conventional biogas plants, etc.
- the present invention particularly emphasizes specially produced exhaust gases by means of known exhaust gases produced by known wood gasifiers which are fed with suitable biomass.
- the invention advantageously proposes a plurality of wood gasifiers connected in a module assembly, into which different biomasses or the like. filled and siphoned off under lack of oxygen.
- problem biomass such as waste wood, railway sleepers, tires and the like can be used, the removal of which may still be rewarded.
- these biomasses are crushed in relatively small material sizes (such as fingernail size) beforehand, whereby the material flows can be optimized.
- three groups of wood gasifiers are used in the present invention, although other groupings are quite possible.
- a modular composite wood gasifier are composed of three groups of wood gasifiers, namely in the first group preferably lignocellulosic biomass to the activated carbon
- Wood gasifier installed.
- advantageously shredded old tires in the second group of the wood gasifier are then advantageously coagulated.
- activated carbon is used as a filter and soot and again as 1925biomasse shredded scrap tires, in which case the contents of this wood gasifier is carbonized to its mineral components (ash).
- the carbon dioxide-containing exhaust gases of preferably three groups of wood gasifiers are each passed through a reactor for the production of methane gas, and only such a reactor is conceivable, which then has to be dimensioned correspondingly large.
- the actual reactor process requires at the beginning a heating of the nutrient solution for the microbes to a temperature between 50 and 60 0 C, preferably of about 55 °, wherein this temperature when supplying the carbonaceous exhaust gases into the reactor or in the reactors to about a temperature between 68 and 80 0 C, preferably increased to 70 0 C.
- a suitable pH value has to be set in order to create optimum micro-environment for the microbes.
- a pH of 6.5 is provided here.
- the type of reactor which is best suited for the production of high-quality methane gas expediently consists of a sealable tank with at least one inlet and outlet, wherein the supply is arranged in the region of the tank bottom and the discharge in the region of the tank lid. Furthermore, the tank preferably has in its lower third a grid for receiving the porous material, ie the coke and at its upper end below the discharge a collecting chamber for the methane gas produced. In the area of this collection chamber, it is then also expedient to provide measuring devices for measuring the methane contents, pH values and the temperatures.
- Methane content of the gas mixture further increased.
- Fig.l a schematically illustrated concept for. Production of methane gas in the combination of wood gasifiers with reactors and
- Fig. 2 is a schematic side view of a reactor for the production of methane gas (partially cut).
- a pair of wood gasifiers " I, II, and III, IV as well as V, VI are arranged in a row in a modular arrangement, arranged in pairs with reactors R1, R2, R3 keep in touch. The latter are in turn connected to a consumer V.
- carbon dioxide-containing exhaust gas is generated from biomass, which is supplied to the reactors R 1 - R 3 via lines 1 - 3.
- a lignocellulosic biomass is carbonized to the activated carbon (charcoal) in a known manner.
- Such biomass is z. B. formed from old railway sleepers, which must be previously crushed for this, in material sizes that corresponds to the size of a fingernail. At the same time, this is a great way to dispose of old railway sleepers.
- the activated carbon produced in the first group with the wood gasifier I and II is then discharged from these, indicated by the broad arrows 4 and introduced as an activated carbon filter in the second group with the wood gasifiers III and IV, indicated by the broad arrows 5, in which case shredded old tires are additionally introduced and strigwelt, which is also very useful for their disposal.
- the inventive reactor Rl for producing methane gas has the form of a cylindrical tank 10 which has a feed 11 in the region of its tank bottom and an outlet 12 at its upper end.
- a grate 13 for receiving porous material 14 is provided. Furthermore, the tank 10 has an internal heating coil 15 with an inlet and outlet 16, 17. The tank 10 also has a closable tank lid 18, which also limits a collecting chamber 19 for the methane gas produced.
- measuring devices for measuring the methane contents, the pH values and the temperatures are provided in the region of the gas cap 18, indicated at 20 and 21, and a connecting line 22 is connected to the tank 10 between the inlet and outlet 11, 12.
- the connecting line 22 has a circulation pump 23 and at its upper end a kind of siphon 24, which is attached to a pipe section 25 shown in dashed lines.
- the pipe section 25 can under the
- each reactor Rl-R3 is filled with the porous material 14 in the form of brown coal industrial coke with the tank lid 18 open, the coke resting on the grate 13 and occupying at least half of the tank volume. Then the tank cap 18 is closed and the nutrient solution 27 z. B. filled via the discharge 12 into the tank, to the extent that even a sufficiently large collection chamber 19 for the methane gas to be generated in the upper part of the tank 10 remains.
- the nutrient solution 27 consists of water and a medium of various minerals, vitamins, buffer systems and suitable chemicals.
- This medium can contain the following elements as an example:
- pH 6.5 is adjusted with KOH cookies or 5N KOH, the solution becomes clear.
- the nutrient solution 27 by means of the heating coil 15, which can be operated with steam or hot water via the inlet and outlet 16, 17, heated to about 55 0 C and fed to the microbes, namely a Methanosarcinastamm and a bacterium Thermoautotrophicum. It is expedient, with the help of the already described in their operation circulating pump 16 in connection with the swiveled pipe section 25 to run this short term, so that the microbes and the nutrient solution for a uniform temperature and on the other hand better mix.
- the temperature of the nutrient solution increases 27 to a temperature between 68 ° C and 80 0 C, preferably 7O 0 C.
- the einströtnendenden at the feed 11 in the tank 10 exhaust gases of the wood gasifier flow through or through the
- High - temperature methanogenesis process converted at a set pH of preferably 6.5 carbon dioxide in methane, which can then be supplied via the outlet 12 to the respective consumer.
- the biogas produced by the present invention can either be bottled or fed to other consumers such as gas engines, combined heat and power plants.
- the arrows 1 "- 3 v are indicated in Fig. 1.
- the exhaust gases can in turn be supplied to the various consumers V the reactor Rl - R3 again for the production of methane gas, which is indicated in Fig. 1 by the arrows 7-9.
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Abstract
Bei einem Verfahren zur Herstellung von Methangas aus insbesondere Kohlendioxid enthaltenen Abgasen, werden die Abgase vorzugsweise in mehreren in einem Modulverband geschalteter Holzvergaser aus Problembiomassen, wie aus Altholz, Bahnschwellen, Altreifen und dgl. durch deren Verschwelung erzeugt, während dann die Abgase durch einen Reaktor bzw. mehrere Reaktoren geleitet werden, die ein poröses Material enthalten, welches von einer mit Mikroben versetzen Nährlösung geflutet ist, wobei sich dabei das Kohlendioxid in Methan umwandelt.
Description
Verfahren zur Herstellung von Methangas und Reaktor zu dessen Durchführung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Methangas aus insbesondere Kohlendioxid enthaltenden Abgasen sowie einen Reaktor zur Durchführung des Verfahrens .
Methan ist ein farbloses, bläulich brennendes Gas mit einem Brennwert von etwa 40 MJ/m3. Es bildet sich bekanntlich durch Pyrolyse oder anaerobe bakterielle Zersetzung aus organischen Substanzen und ist deshalb wesentlicher Bestandteil z. B. von Erdgas, Raffineriegas, Kokereigas sowie Sumpf- und Klärgas. Als chemischer Rohstoff dient es z. B. zur Herstellung von Synthesegas für Ammoniak und Methanol sowie von Wasserstoff . Es ist also Bedarf an hochwertigem Methangas in Erdgasqualität vorhanden, wobei die bisher bekannten
Herstellungsverfahren in der Regel aufwendig und teuer sind.
Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von Methangas sowie einen Reaktor zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, welches auf preiswerte Ausgangsstoffe zurückgreifen kann und gleichzeitig als Ergebnis ein Methangas in Erdgasqualität gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in einfacher Weise dadurch gelöst, dass insbesondere Kohlendioxid enthaltende Abgase durch einen Reaktor durchgeleitet werden, der ein poröses Material enthält, welches von einer mit Mikroben versetzten Nährlösung geflutet ist.
Hierbei können die Abgase aus unterschiedlichen Quellen stammen, wie von Verbrennungsmotoren, Kläranlagen, herkömmlichen Biogasanlagen usw.
Die vorliegende Erfindung hebt jedoch besonders auf speziell erzeugte Abgase ab, und zwar mittels bekannter Holzvergaser erzeugter Abgase, die mit geeigneter Biomasse beschickt werden.
Dabei schlägt die Erfindung vorteilhaft mehrere in einem Modulverband geschalteter Holzvergaser vor, in die unterschiedliche Biomassen oder dgl . gefüllt und unter Sauerstoffmangel verschwelt werden. Hier können auch gut sogenannte Problembiomassen, wie Altholz, Bahnschwellen, Altreifen und dgl. zum Einsatz kommen, deren Beseitigung möglicherweise noch honoriert wird. Wichtig ist . jedoch hierbei, dass diese Biomassen in relativ kleinen Materialgrößen (etwa Fingernagelgröße) vorher zerkleinert werden, wodurch die Stoffströme optimiert werden können.
Bevorzugt kommen bei der vorliegenden Erfindung drei Gruppen von Holzvergasern zum Einsatz, wobei andere Gruppierungen durchaus auch möglich sind.
Diese in einem Modulverbund geschalteten Holzvergaser setzen sich aus drei Zweiergruppen von Holzvergasern zusammen, und zwar werden in der ersten Gruppe vorzugsweise ligninhaltige Biomassen bis zur Aktivkohle
(Holzkohle) verschwelt und dann die hier erzeugte Aktivkohle als Aktivkohlefilter in die zweite Gruppe der
Holzvergaser eingebaut. Zusätzlich hierzu werden dann vorteilhaft noch vorzugsweise zerkleinerte Altreifen in der zweiten Gruppe der Holzvergaser verschwelt.
In der dritten Gruppe der im Modulverbund geschalteten Holzvergaser wird ebenfalls von der ersten Gruppe stammende Aktivkohle als Filter und Ruß sowie abermals als Zusatzbiomasse zerkleinerte Altreifen verwendet, wobei dann der Inhalt dieser Holzvergaser bis zu dessen mineralischen Bestandteilen (Asche) verschwelt wird.
Die kohlendioxidhaltigen Abgase der vorzugsweise drei Gruppen von Holzvergasern werden jeweils durch einen Reaktor zur Herstellung von Methangas geleitet, wobei auch nur ein derartiger Reaktor denkbar ist, der dann entsprechend groß dimensioniert werden muss .
Insbesondere bei Abgasen mit einem erhöhten Kohlendioxidanteil, ist es vorteilhaft, dass diese zirkulär durch die Reaktoren geführt werden und zwar so lange bis ein gewünschter Methangehalt (z. B. über 90%) erreicht wird.
Für die Nährlösung in den Reaktoren werden zweckmäßigerweise als Mikroben ein Mehtanosarcinastamm
und/oder ein Bakterium Thermoautotrophicum verwendet, während als poröses Material in dem Reaktor bzw. in den Reaktoren Koks und hier vorzugsweise Braunkohle Industriekoks verwendet wird, da dieser eine sehr große Oberfläche besitzt, was als Lebensraum für die Mikroben von großem Vorteil ist (Ig = 220m2) . Es ist aber auch möglich, Kohlenstoffmatten zu verwenden.
Ferner ist es für die Vermehrung der am Reaktorprozess beteiligten Mikroben von Vorteil, dass der Nährlösung destilliertes Wasser sowie ein Medium aus verschiedenen
Mineralien, Vitaminen, Puffersystemen und geeignete
Chemikalien zugegeben werden, wobei darauf geachtet werden muss, dass nach dem Einfüllen der Nährlösung in den Reaktor bzw. in die Reaktoren eine Umwälzung zu deren
Vermischung erfolgt .
Der eigentliche Reaktorprozess erfordert zu Beginn eine Erwärmung der Nährlösung für die Mikroben auf eine Temperatur zwischen 50 und 60 0C, vorzugsweise von etwa 55°, wobei diese Temperatur beim Zuführen der kohlenoxydhaltigen Abgase in den Reaktor bzw. in die Reaktoren auf etwa eine Temperatur zwischen 68 und 800C, vorzugsweise auf 700C erhöht wird. Gleichzeitig muss ein geeigneter pH-Wert eingestellt werden, um optimale Milieubedingungen für die Mikroben zu schaffen. Bevorzugt ist hierbei ein pH-Wert von 6,5 vorgesehen.
Den für die Herstellung von hochwertigem Methangas bestens geeignete Reaktortyp besteht zweckmäßigerweise aus einem verschließbaren Tank mit mindestens einer Zu- und Abführung, wobei die Zuführung im Bereich des Tankbodens und die Abführung im Bereich des Tankdeckels angeordnet ist .
Ferner besitzt der Tank vorzugsweise in seinem unteren Drittel einen Gitterrost zur Aufnahme des porösen Materials, d. h. dem Koks und an seinem oberen Ende unterhalb der Abführung eine Sammelkammer für das erzeugte Methangas. Im Bereich dieser Sammelkammer ist es dann auch zweckmäßig, Messgeräte zur Messung der Methangehalte, pH-Werte und der Temperaturen vorzusehen.
Schließlich hat die Praxis gezeigt, dass zwischen der Zu- und Abführung aus dem Tank eine Verbindungsleitung angebracht wird, und zwar zu dem Zweck, dass damit einerseits die Möglichkeit geschaffen wird den flüssigen
Reaktorinhalt umzuwälzen, d. h. zu durchmischen und andererseits das Gasgemisch aus Methan und Kohlendioxid - falls erforderlich- von der Sammelkammer abzusaugen und dann erneut durch den Tankinhalt zu leiten damit sich der
Methangehalt des Gasgemisches weiter erhöht .
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung; es zeigen:
Fig.l ein schematisch dargestelltes Konzept zur . Herstellung von Methangas im Verbund von Holzvergasern mit Reaktoren und
Fig. 2 eine schematisch dargestellte Seitenansicht eines Reaktor zur Herstellung von Methangas (teilweise geschnitten) .
Gemäß Fig. 1 sind in einem Modulverband paarweise Holzvergaser "I, II, und III, IV sowie V, VI in einer Reihe angeordnet, die paarweise mit Reaktoren Rl, R2 , R3
in Verbindung stehen. Letztere sind wiederum an einen Verbraucher V angeschlossen.
In den einzelnen Gruppen von Holzvergasern wird aus Biomassen kohlendioxydhaltiges Abgas erzeugt, das den Reaktoren Rl - R3 über Leitungen 1 - 3 zugeführt wird.
In der ersten Gruppe mit den Holzvergasern I und II wird im vorliegenden Beispiel eine ligninhaltige Biomasse bis zur Aktivkohle (Holzkohle) in bekannter Weise verschwelt. Eine derartige Biomasse wird z. B. aus alten Bahnschwellen gebildet, die hierfür vorher zerkleinert werden müssen, und zwar in Materialgrößen, die der Größe eines Fingernagels entspricht. Gleichzeitig ist dies eine gute Möglichkeit, um alte Bahnschwellen zu entsorgen.
Die in der ersten Gruppe mit den Holzvergaser I und II erzeugte Aktivkohle wird dann aus diesen ausgetragen, angedeutet durch die breiten Pfeile 4 und als Aktivkohlefilter in die zweite Gruppe mit den Holzvergasern III und IV eingebracht, angedeutet durch die breiten Pfeile 5, wobei hier dann zerkleinerte Altreifen zusätzlich eingebracht und verschwelt werden, was auch für deren Entsorgung sehr dienlich ist.
Schließlich werden in der dritten Gruppe mit den Holzvergasern V und VI, diesen Aktivkohle und Ruß sowie als Zusatzbiomasse zerkleinerte Altreifen zugeführt, angedeutet durch die breiten Pfeile 6, was dann bis zu deren mineralischen Bestandteile (Asche) verschwelt wird.
Entscheidend ist bei diesem Konzept die Erzeugung von kohlendioxidhaltigen Abgasen, die dann in Me.thangas umgewandelt werden sollen, d. h. die Holzvergaser I - VI
können auch mit anderen Biomassen gefüllt werden als bei diesem Ausführungsbeispiel angegeben.
Die Abgase der drei Gruppen von Holzvergasern I, II und III, IV sowie V, VI gemäß Fig. 1 werden dann durch die Zuleitungen 1 - 3 den Reaktoren Rl - R3 zugeführt und dort in Methangas umgewandelt, und zwar ist in Fig. 2 exemplarisch ein Reaktor Rl schematisch dargestellt, der wie folgt aufgebaut ist :
Der erfindungsgemäße Reaktor Rl zur Erzeugung von Methangas hat die Form eines zylindrischen Tanks 10, der im Bereich seines Tankbodens eine Zuführung 11 und an seinem oberen Ende eine Abführung 12 aufweist .
Etwa im untern Drittel des Tanks 10 ist ein Rost 13 für die Aufnahme von porösen Materials 14 vorgesehen. Ferner besitzt der Tank 10 eine innenliegende Heizwendel 15 mit einem Zu- und Abfluss 16, 17. Der Tank 10 weist ferner einen verschließbaren Tankdeckel 18 auf, der zugleich eine Sammelkammer 19 für das erzeugte Methangas begrenzt.
Ferner sind im Bereich des Tankdeckels 18 Messgeräte zur Messung der Methangehalte, der pH - Werte und den Temperaturen vorgesehen, angedeutet bei 20 und 21, sowie ist zwischen der Zu- und Abführung 11, 12 eine Verbindungsleitung 22 an den Tank 10 angeschlossen.
Die Verbindungsleitung 22 besitzt eine Umwälzpumpe 23 sowie an ihrem oberen Ende einen Art Siphon 24, der an einem gestrichelt dargestellten Rohrabschnitt 25 angebracht ist. Der Rohrabschnitt 25 kann unter die
Endöffnung - bezeichnet mit 26 - der Verbindungsleitung
22 geschwenkt werden (im einzelnen nicht dargestellt) , und zwar mit dem Zweck, die im Tankinneren sich
befindende Nährlösung - bezeichnet mit 27 - im Umwälzverfahren mittels der Umwälzpumpe 23 zu vermischen, d. h. die eingesetzten Mikroben mit dem übrigen Medium.
Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Konzepts ist wie folgt :
Zur Vorbereitung der Herstellung von Methangas wird zuerst der Tank 10 jedes Reaktors Rl - R3 bei geöffnetem Tankdeckel 18 mit dem porösen Material 14 in der Form von Braunkohle - Industriekoks gefüllt, wobei der Koks auf dem Gitterrost 13 aufliegt und zumindest die Hälfte des Tankvolumens einnimmt. Sodann wird der Tankdeckel 18 verschlossen und die Nährlösung 27 z. B. über die Abführung 12 in den Tank eingefüllt, und zwar soweit, dass noch eine genügend große Sammelkammer 19 für das zu erzeugende Methangas im oberen Teil des Tankes 10 verbleibt. Die Nährlösung 27 besteht dabei aus Wasser sowie einem Medium aus verschiedenen Mineralien, Vitaminen, Puffersystemen und geeigneten Chemikalien.
Dieses Medium kann dabei als Beispiel folgende Elemente enthalten:
- Titriplex 1 ( Nitrilotriacetic acid) 15, 00 g
- MgS04 X 7 H2O 30,00 g
- MnSO 4 X H2O 5,00 g
- NaCL 10,00 g
- FeSO 4 X 7 H2O 1,00 g
- CoSO 4 X 7 H2O 0,18 g
- CaCL 3 X 2 H2O 1,00 g
- CuSO 4 X 5 H2O 0,10 g
- KAI(SO4)2 X 12 H2O o, 10 g
- H3BO3 0,10 g - ZnSO 4 X 7 H2O 1,80 g
- Na2S0 4 x 2 H2O 0,10 g
- Na2Mo04 4 X H2O 0,10 g
- Na2SeO4 0,10 g
- (NH4)2Ni (SO4)2 X 6H2O 2,80 g - H2O bidest. ad. 1000 ml
pH 6,5 wird mit KOH - Plätzchen bzw. 5N KOH eingestellt, dabei wird die Lösung klar.
Sodann wird die Nährstofflösung 27 mittels der Heizwendel 15, die mit Dampf oder Warmwasser über den Zu- und Abfluss 16, 17 betrieben werden kann, auf etwa 550C erwärmt und die Mikroben zugeführt , und zwar einen Methanosarcinastamm und ein Bakterium Thermoautotrophicum. Hierbei ist es zweckmäßig, mit Hilfe der bereits in ihrer Funktionsweise beschriebenen Umwälzpumpe 16 im Zusammenhang mit dem eingeschwenkten Rohrabschnitt 25 diese kurzfristig laufen zu lassen, damit sich die Mikroben und die Nährstofflösung zum einen gleichmäßig temperieren und zum anderen besser vermischen.
Schließlich werden die durch die in einem Modulverband angeordneten Holzvergaser I - VI erzeugten kohlendioxidhaltigen Abgase über die Zuleitungen 1 - 3 den Reaktoren R1-R3 zugeführt, und zwar wieder exemplarisch bei der Zuführung 11 des Tanks 10.
Durch die Zufuhr der Abgase und regelbar durch die Heizspirale 15 erhöht sich die Temperatur der Nährlösung
27 auf eine Temperatur zwischen 68°C und 800C, vorzugsweise 7O0C.
Die bei der Zuführung 11 in den Tank 10 einströtnendenden Abgase der Holzvergaser durchströmen bzw. durchperlen den
Inhalt des Tanks 10, und hierbei wird in einem
Hochtemperaturmethanogeneseprozess bei einem eingestellten pH - Wert von vorzugsweise 6,5 Kohlendioxyd in Methan umgebaut, welches dann über die Abführung 12 dem jeweiligen Verbraucher zugeführt werden kann.
Für den Fall, dass bei einem erhöhten Kohlendioxidanteil der Abgase, dieser bei einem einmaligen Reaktordurchlauf noch nicht vollkommen in Methan umgewandelt sein sollte, können diese „Zwischenprodukte" zirkulär, d. h. über Endöffnung 26 via der Verbindungsleitung 22 mit Hilfe der Umwälzpumpe 23 erneut den Tankinhalt durchlaufen bis ein gewünschter Methangehalt (z. B. über 90%) erreicht ist.
Das mit der vorliegenden Erfindung erzeugte Biogas kann entweder in Flaschen abgefüllt oder sonstigen Verbrauchern wie Gasmotoren, Blockheizkraftwerken usw. zugeführt werden. In Fig. 1 mit den Pfeilen 1"- 3 vangedeutet . Umgekehrt können die Abgase wiederum der diversen Verbraucher V den Reaktor Rl - R3 wieder zur Herstellung von Methangas zugeführt werden, was in Fig. 1 mit den Pfeilen 7 - 9 angedeutet ist.
Insgesamt ist mit der vorliegenden Erfindung ein wirtschaftliches Energiekonzept vorgelegt, welches den herkömmlichen Biogasprozess, der in der in der Regel 3 -
4 Wochen dauern kann, auf 2 - 3 Tage reduziert. Darüber hinaus ist das mit der Erfindung gewonnene Biogas von wesentlich besserer Qualität, und zwar bis zur Erdgasqualität. Ferner wird eine wesentlich höhere
Biomassereduktion bis hin zu den mineralischen Bestandteilen erreicht. Schließlich ist es vorteilhaft eine Schadstofffreie Kohlendioxidentsorgung von problematischen Biomassen, wie Altholz, Bahnschwellen, Altreifen usw. geschaffen zu haben, d. h. es findet in der Bilanz sogar ein Kohlendioxid - Recycling statt.
Bezugszeichenliste
1 Zuleitung Rl I -VI VI Holzvergaser
2 Zuleitung R2 Rl - R3 Reaktoren
3 Zuleitung R3 V- Verbraucher
I1 Ableitung
21 Ableitung
3X Ableitung
4 Pfeile für Austrag
5 Pfeile für Eintrag
6 Pfeile für Eintrag
7 Abgasrückführung
8 Abgasrückführung
9 Abgasrückführung
10 Tank
11 Zuführung
12 Abführung
13 Rost
14 poröses Material
15 Heizwendel
16 Zufluss
17 Abfluss
18 Tankdeckel
19 Samme1kämmer
20 Messgerät
21 Messgerät
22 Verbindungsleitung
23 Umwälzpumpe
24 Siphon
25 Rohrabschnitt
26 Endöffnung
27 Nährlösung
Claims
1. Verfahren zur Herstellung von Methangas aus insbesondere Kohlendioxid enthaltenen Abgasen, gekennzeichnet durch eine Durchleitung der Abgase (11) durch einen Reaktor (10) , der ein poröses Material (14) enthalt, welches von einer mit Mikroben versetzen Nährlösung (27) geflutet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Abgase (11) von den unterschiedlichsten Quellen, wie Verbrennungsmotoren, Kläranlagen, herkömmliche Biogasanlagen usw. zur Durchleitung durch den Reaktor (10) verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase (11) in mindestens einem Holzvergaser (I) aus geeigneter Biomasse oder dgl . erzeugt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass in mehrere in einem Modulverband geschaltete Holzvergaser (I-VI) unterschiedliche Biomassen oder dgl. eingefüllt und unter Sauerstoffmangel verschwelt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4 , dadurch gekennzeichnet, dass zum Befüllen der Holzvergaser (I-VI)
Problembiomassen, wie aus Altholz, Bahnschwellen, Altreifen und dgl. zum Einsatz kommen.
6. Verfahren nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Optimierung der Stoffströme die zu entsorgenden Biomassen in relativ kleine Materialgrößen (Fingernagelgröße) zerkleinert werde.
7. . Verfahren nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise drei Gruppen (I, II;
III, IV; V, VI) von Holzvergasern zum Einsatz kommen.
8. Verfahren nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Gruppe vorzugsweise aus zwei Holzvergaser (z.B. I, II) gebildet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 und 8 , dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Gruppe der Holzvergaser (I, II) vorzugsweise ligninhaltige Biomassen bis zur Aktivkohle (Holzkohle) verschwelt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die in der ersten Gruppe der Holzvergaser (I, II) erzeugte Aktivkohle aus diesen ausgetragen und als Aktivkohlefilter in die zweite Gruppe der Holzvergaser (III, IV) eingebracht wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Gruppe der Holzvergaser (III, IV) vorzugsweise zusätzlich noch zerkleinerte Altreifen verschwelt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der dritten Gruppe der Holzvergaser (V, VI) Aktivkohle als Filter und Ruß sowie als Zusatzbiomasse zerkleinerte Altreifen bis zu deren mineralischen Bestandteilen (Asche) verschwelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase (1-3) der vorzugsweise drei Gruppen von Holzvergasern (I, II; III, IV; V, VI) jeweils durch einen Reaktor (Rl, R2 , R3) oder gemeinsam durch einen Reaktor zur Herstellung von Methangas geleitet werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere bei einem erhöhten Kohlendioxidanteil der Abgase, dieses jeweils zirculär durch den Reaktor geführt wird bis ein gewünschter Methangehalt (z. B. über 90 %) erreicht wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Nährlösung (27) in dem Reaktor bzw. den Reaktoren (R1-R3) als Mikroben ein Methanosarcinastamm und/oder ein Bakterium Thermoautotrophicum verwendet werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass als poröses Material in dem Reaktor bzw. den Reaktoren (Rl- R3) Koks, vorzugsweise Braunkohle-Industriekosks (14) verwendet wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Nährlösung (27) neben Mikroben destilliertes Wasser sowie ein Medium aus verschiedenen Mineralien, Vitaminen, Puffersystemen und geeignete Chemikalien in den Reaktor bzw. den Reaktoren (R1-R3) eingefüllt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einfüllen der Nährlösung (27) in den Reaktor bzw. den Reaktoren (R1-R3) eine Umwälzung (23) zur deren Vermischung erfolgt.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Nährlösung (27) auf eine Temperatur zwischen 50 und 60 0C, vorzugsweise auf etwa 55 0C erhitzt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass beim Zuführen (1-3) der kohlenoxidhaltigen Abgase in den Reaktor bzw. in die Reaktoren (R1-R3) die Temperatur der Nährlösung (27) auf zwischen 68 und 800C, vorzugsweise auf etwa 70 0C erhöht wird.
21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der optimalen Milieubedingungen für die Mikroben durch eine geeignete pH-Wert Einstellung erfolgt.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der bevorzugte pH-Wert bei etwa 6,5 liegt.
23. Reaktor zur Herstellung von Methangas, insbesondere nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass dieser einen verschließbaren Tank (10) mit mindestens einer Zu- und Abführung (11,12) aufweist.
24. Reaktor nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung (11) im Bereich des Tankbodens und die Abführung (12) im Bereich eines Tankdeckels (18) angeordnet sind.
25. Reaktor nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Tank (10) in seinem unteren Drittel einen Gitterrost (13) zur Aufnahme des porösen Materials (14) aufweist.
26. Reaktor nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Tank (10) mindestens eine innenliegende Heizwendel (15) aufweist.
27. Reaktor nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Tank (10) an seinem oberen Ende unterhalb der Abführung (12) eine Kammer (19) zum Sammeln des erzeugten Methangases besitzt.
28. Reaktor nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Tankdeckels (18) Messgeräte (20,21) zur Messung der Methangehalte, der pH- Werte und der Temperaturen vorgesehen sind.
29. Reaktor nach einem der Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Zu- und Abführung (11,12) am Tank (10) eine Verbindungsleitung (22) vorgesehen ist.
30. Reaktor nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindungsleitung (22) eine Umwälzpumpe (23) vorgesehen ist.
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