05.03.2013
ForschungUmwelt

Biogas: Biologische Entschwefelung ohne Lufteintrag

  • Abb. 1: Integration des biologischen Grobentschwefelungsverfahrens in eine BiogasanlageAbb. 1: Integration des biologischen Grobentschwefelungsverfahrens in eine Biogasanlage
  • Abb. 1: Integration des biologischen Grobentschwefelungsverfahrens in eine Biogasanlage
  • Abb. 2: Foto der BioSX-Anlage
  • Abb. 3: Abbaudiagramm
  • Abb. 4: Vereinfachtes Verfahrensfließbild
  • Dipl.-Ing. (FH) Bettina Sayder, wissenschaftliche Mitarbeiterin, Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheitsund Energietechnik Umsicht
  • Dipl.-Ing. (FH) Sabine Strauch, wissenschaftliche Mitarbeiterin, Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheitsund Energietechnik Umsicht

Biogas muss vor der motorischen Nutzung oder vor der Einspeisung in das Erdgasnetz entschwefelt werden. Mit Hilfe des von Fraunhofer Umsicht entwickelten biologischen Grobentschwefelungsverfahrens BioSX wird Biogas ohne Zugabe von Luft in den Biogasstrom und ohne Erzeugung stark saurer Reaktionsprodukte auf Konzentrationen unter 50 ppmv H2S gereinigt.

Einleitung

Bei der Biogaserzeugung wird durch die Vergärung organischer Stoffe ein energetisch hochwertiges Gas gebildet, das hauptsächlich aus Methan (CH4) und Kohlendioxid (CO2) besteht. In Abhängigkeit von den verwendeten Substraten kann neben anderen Spurenstoffen auch Schwefelwasserstoff (H2S) in einer Konzentration entstehen, die eine Aufbereitung notwendig macht.

Ein störungsfreier Betrieb von modernen Gasmotoren oder die Einspeisung in das Erdgasnetz ist z. B. ohne eine vorhergehende Entschwefelung des Biogases nicht möglich. Das von Fraunhofer Umsicht entwickelte biologische Grobentschwefelungsverfahren lässt sich wie in Abbildung 1 dargestellt in den Biogasprozess integrieren.

Verfahrensbeschreibung

Für die Erprobung und Weiterentwicklung des Verfahrens wurde eine Pilotanlage im Technikumsmaßstab gebaut und im Nebenstrom an eine landwirtschaftliche Biogasanlage angeschlossen. Die Pilotanlage besteht aus den zwei Hauptkomponenten „Bioreaktor“ und „Konditionierungsbecken“ (Abb. 2).

Im Kopf des 3,5 m hohen Bioreaktors befindet sich eine Verteilerdüse, der untere Teil ist mit Kunststoffrohren als Aufwuchsflächen für Mikroorganismen gefüllt. Das Rohgas wird mit einem Volumenstrom von bis zu 2 Nm3 / h in die Anlage eingeleitet und dort gereinigt.

In Abbildung 3 werden der Gasweg und der Waschflüssigkeitskreislauf anhand eines vereinfachten Verfahrensfließbildes dargestellt. Das Rohgas aus der Biogasanlage wird im Gegenstrom zur Waschflüssigkeit durch den Bioreaktor geleitet. Die Waschflüssigkeit nimmt den Schwefelwasserstoff auf, und die schwefeloxidierenden Bakterien bauen den absorbierten Schwefelwasserstoff zu Schwefel oder Sulfat um.

Als Waschflüssigkeit wird verdünnter und separierter Gärrest eingesetzt, der eine gute pH Pufferkapazität aufweist und gleichzeitig alle Nährstoffe für die Versorgung der schwefeloxidierenden Bakterien enthält.

In dem Konditionierungsbecken mit einem Füllvolumen von 60 Litern wird die Waschflüssigkeit mit Luftsauerstoff angereichert, um so die optimalen Lebensbedingungen für die Bakterien zu schaffen.

Idealerweise findet der größte Teil des Schwefelwasserstoffabbaus bereits im Bioreaktor statt. Dort bildet sich auf den als Aufwuchsflächen geeigneten Rohrwandungen ein Biofilm, in dem sich die Bakterien vermehren und den zugeführten Schwefelwasserstoff direkt umsetzen. Die Waschflüssigkeit wird solange im Kreislauf geführt, bis der pH-Wert auf einen Wert unterhalb von pH 6 absinkt. Um die entwickelte Bakterienkultur nicht zu sehr zu verdünnen, wird die Waschflüssigkeit immer nur teilweise durch frischen separierten Gärrest ersetzt.

Ergebnisse

Die Abbauleistung der Pilotanlage wurde in mehreren aufeinanderfolgenden Versuchsreihen getestet. Bei optimalen Versuchsbedingungen konnte eine Verminderung der H2S-Konzentration von 200 bis 300 ppmv im Rohgas auf unter 50 ppmv im Reingas erzielt werden (Abb. 4). Eine Verminderung der Luftzufuhr oder eine Erhöhung des Rohgasvolumenstroms führte zu einer Verschlechterung der Abbauleistung.

Zusammenfassung

Der Verfahrensansatz bietet die folgenden Vorteile:

▪▪ Die Anreicherung des zur Schwefeloxidation erforderlichen Sauerstoffs erfolgt nur im Waschmedium. Eine Verdünnung des Biogases durch Luft wird so vermieden.

▪▪ Das beladene Waschmedium hat einen annähernd neutralen pH-Wert und kann nach der Ausschleusung aus dem Wäscher als hochwertiger Schwefeldünger eingesetzt werden.

▪▪ Neben dem H2S wird gleichzeitig auch CO2 teilweise ausgewaschen. Dies erhöht die Methankonzentration des gereinigten Biogases. 

▶Kontakt

Bettina Sayder Fraunhofer-Institut für Umwelt-,

Sicherheits- und Energietechnik Umsicht

Oberhausen

Tel.: 0208/8598-1403

Fax: 0208/8598-1424

bettina.sayder@umsicht.fraunhofer.de

www.umsicht.fraunhofer.de

Autor(en)

Kontaktieren

Fraunhofer UMSICHT Inst.f. Umwelt-,Sicherheits-u.Energietechnik
Osterfelder Str. 3
46047 Oberhausen
Germany
Telefon: +49 208 8598 0
Telefax: +49 208 8598 290

Jetzt registrieren!

Die neusten Informationen direkt per Newsletter.

To prevent automated spam submissions leave this field empty.