Schwefelwasserstoff Entfernung aus Biogas - Teil 2

DESOTEC Innovation: kostengünstige Beseitigung von Schwefelwasserstoff

Schwefelwasserstoff Entfernung aus Biogas

Es ist eine bekannte Tatsache, dass jede Aktivkohle im gewissem Grad Schwefelwasserstoff aus Biogas entfernt. Schwefelwasserstoff wird auf der internen Kohlenstoffoberfläche adsorbiert und kann dort in Gegenwart von Sauerstoff zu Schwefel oxidiert werden. Aschebestandteile wie Eisenoxid können die Beseitigung von H2S beschleunigen und verbessern. Die H2S-Beseitigungskapazität einfacher Aktivkohle ist normalerweise gering und deshalb nicht attraktiv. Für die kostengünstige Beseitigung von Schwefelwasserstoff aus Biogas werden die Beseitigungskapazitäten und -raten gesteigert, indem man die Aktivkohle mit geeigneten Chemikalien imprägniert.

DESOTECs Forschungsteam aus Chemikern und Ingenieuren untersuchte verschiedene Basismaterialien, verschiedene Salze, Metalloxide oder Laugen und Imprägnierungsarten, um die Schwefelwasserstoffbeseitigungseigenschaften der bei der Biogasreinigung verwendeten Produkte zu verbessern.

Schwefelwasserstoffentfernungsprozess

Bei der Entfernung von Schwefelwasserstoff wird H2S zunächst physikalisch in das adsorbierte Wasser absorbiert und durchläuft dabei folgende Dissoziationsreaktionen:

H2S (g) + H2O   ↔        H2S (aq)

H2S (aq)           ↔         H+ + HS-

HS-                  ↔         H+ + S2-

Die Bildung von Schwefel und Wasser erfolgt durch Sulfidoxidation in Gegenwart von freiem Sauerstoff:

Hauptreaktionen:

2 H2S + O2 ↔ ¼ S8 + 2 H2O       (1)

2 H2S + 3 O2 ↔ 2 SO2 + 2 H2O  (2)

2 H2S + SO2 ↔ 3 S + 2 H2O      (3)

Nebenreaktionen:

¼ S8 + 2 O2 → 2 SO2

2 SO2 + O2 + 2 H2O → 2 H2SO4

Bei niedrigen Temperaturen tritt am wahrscheinlichsten Reaktion (1) auf. Die Schwefelwasserstoffbeseitigungskapazität einer Aktivkohle hängt von den Bedingungen ab, unter denen das Produkt verwendet wird, wie:

  • Relative Luftfeuchtigkeit;
  • Stoffmengenverhältnis von H2S zu O2;
  • Temperatur;
  • Schwefelbeladung  der Aktivkohle (und damit Porenvolumen);
  • Art der Imprägnierung;
  • sowie andere Betriebsparameter.

DESOTECs Forschungs- und Entwicklungsteam führte zahlreiche Untersuchungen durch, um eine Aktivkohle mit ganz besonderen Eigenschaften hinsichtlich der Beseitigung von H2S aus Biogas zu entwerfen, zu entwickeln und zu produzieren. Die Beseitigung von Schwefelwasserstoff aus Biogas kann am nassen Biogas erfolgen, das den Faulbehälter verlässt, oder am getrockneten Gas. Da der erste Schritt des Prozesses zur Beseitigung von H2S die Absorption des H2S ins adsorbierte Wasser ist, ist es wichtig, die Auswirkungen der relativen Luftfeuchtigkeit auf den Biogasreinigungsprozess zu verstehen.

Wasserdampfadsorption bei 20 °C Abbildung 1 Wasserdampfadsorption bei 20 °C Wie viel Wasser von Aktivkohle adsorbiert wird, hängt von der relativen Luftfeuchtigkeit und der Temperatur des Gases ab. Das Wasserdampfadsorptionsgleichgewicht von Aktivkohle weist normalerweise eine Hysterese auf. Größe und Form des Hysteresekreislaufs, der den Adsorptions- und den Desorptionszweig trennt, sind stark von der Porengröße und vom Zusammenhang der Poren und damit vom Rohmaterial und vom Aktivierungsprozess bei der Herstellung des Produkts abhängig. Abbildung 1 zeigt das Wasserdampfadsorptionsgleichgewicht von AIRPEL 10-3 bei 20 °C.Verschiedene Aktivkohleprodukte wurden in dynamischen Pilottests hinsichtlich der H2S-Beseitigung bei unterschiedlichen Luftfeuchtigkeitswerten erprobt. Abbildung 10 zeigt typische H2S-Durchbruchskurven für eines der getesteten Entwicklungsprodukte, die bei verschiedenen relativen Luftfeuchtigkeiten erzielt wurden. Die Ergebnisse lassen auf eine schnellere H2S-Beseitigungskinetik bei höherer Luftfeuchtigkeit schließen.Sobald der Schwefelwasserstoff im adsorbierten Wasser absorbiert ist, kann er zu Schwefel oxidiert werden. Die Bildung von Schwefel und Wasser erfolgt durch Sulfidoxidation in Gegenwart von freiem Sauerstoff.Aus den obigen Oxidationsreaktionen lässt sich schließen, dass sich das Stoffmengenverhältnis von H2S zu O2 auf die Gesamtbeseitigungskinetik auswirkt. Abbildung 3 zeigt die H2S-Durchbruchskurven eines der Entwicklungsprodukte. Durch Veränderung der Rezeptur des Produkts, das bei diesem ersten Test verwendet wurde, fand unser Forschungs- und Entwicklungsteam eine Möglichkeit, die Gesamtleistung unserer Produkte für die Anwendung zu verbessern. Die Ergebnisse der H2S-Durchbruchskurve unter ähnlichen Bedingungen werden in Abbildung 4 gezeigt. Auf der Grundlage unserer Forschung entwickelten wir schließlich AIRPEL® ULTRA DS, eine extrudierte imprägnierte Aktivkohle mit verbesserter Adsorptionskapazität für Schwefelverbindungen eigens für Luft- und Gasreinigungsanwendungen. Unter den richtigen Bedingungen können Beladungskapazitäten von über 100 Gewichts-% Schwefel erreicht werden.
Typische H2S-Durchbruchskurven Abbildung 2 Typische H2S-Durchbruchskurven
Typische H2S-Durchbruchskurven Abbildung 3 Typische H2S-Durchbruchskurven
Typische H2S-Durchbruchskurven Abbildung 4 Typische H2S-Durchbruchskurven

 

Kontaktieren Sie uns für mehr Info auf Schwefelwasserstoff Entfernung und Biogasaufbereitungslösungen im allgemeinen!