Kurzzeit-Kontaktverfahren zur Entschwefelung erneuerbarer gasförmiger Energieträger

Erneuerbare gasförmige Energieträger können einen nennenswerten Beitrag bei der Lösung der Energieversorgungsproblematik und des Treibhausproblems leisten. Von speziellem Interesse sind hierbei aufgrund des technologischen Entwicklungsstandes Biogas aus anaerober Fermentation sowie das Produktgas der Dampfvergasung von Holz (Vergasergas). Um einen standardisierbaren und qualitativ einwandfreien Energieträger aus diesen Rohgasen zu produzieren, ist der Einsatz einer rigorosen und effizienten Gasaufbereitung erforderlich. Als Produkt können dann beispielsweise Biomethan oder Biowasserstoff hergestellt werden. Biomethan kann bei ausreichender Gasqualität als vollwertiges Erdgas-Substitut direkt in bestehende Erdgasnetze eingespeist werden oder direkt als Kraftstoff Bio-CNG verwendet werden. Obwohl für die Abtrennung der Hauptverunreinigung des Rohgases, nämlich Kohlendioxid, heute bereits eine Vielzahl verschiedener Verfahren kommerziell verfügbar ist, hat sich herausgestellt, dass bei der Abtrennung der Spurenverunreinigungen, und hier speziell Schwefelwasserstoff, noch Entwicklungsbedarf besteht.

Das Projekt SHOCOTEC (Short time contacting technology for the desulphurisation of renewable gaseous energy carriers) hat zum Ziel, ein neuartiges Entschwefelungsverfahren zu entwickeln, welches technologische und ökonomische Vorteile gegenüber den bisherigen Verfahren aufweisen kann. Basierend auf der bereits entwickelten chemisch-oxidativen Wäsche des Gases mittels Natronlauge und Wasserstoffperoxid soll als Herzstück der Technologie ein neuer Kontaktapparat entwickelt werden, der durch sehr kurzen Phasenkontakt zwischen Gas und Waschflüssigkeit die Abtrennselektivität zwischen Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid signifikant erhöhen kann, wobei die sehr schnelle Absorptionskinetik des Schwefelwasserstoffs genutzt wird. Dadurch kann einerseits der Chemikalienverbrauch des Verfahrens reduziert, und andererseits der Kontaktapparat signifikant kleiner gebaut werden. Dadurch ergeben sich reduzierte Investitionskosten und in Summe niedrigere spezifische Gasaufbereitungskosten.

Neben der intensiven experimentellen Untersuchung des Abscheideverhaltens von Schwefelwasserstoff aus Biogas anhand einer neu aufgebauten Versuchsanlage wurden zur Unterstützung des Designs des Kontaktapparates umfangreiche strömungstechnische Analysen mit laseroptischen Methoden (Laser-Doppler-Anemometrie) durchgeführt. Das neue Entschwefelungsverfahren verlangt für einen optimalen und effizienten Betrieb eine verlässliche Quantifizierung des Wasserstoffperoxids in der wässrigen Waschflüssigkeit, weshalb im Rahmen des Projekts eine neue Analysenmethode basierend auf QCL-Spektroskopie (quantum cascade laser) entwickelt wurde. Dazu wurden in umfangreichen Untersuchungen die besten IR-Wellenzahlbereiche mit den geringsten Querempfindlichkeiten gefunden, um damit einen ersten Sensor-Prototyp für Feldmessungen zu konzipieren. Eine leistungsfähige Prozessautomatisierung basierend auf den Messwerten für pH, Leitfähigkeit, Redox sowie H₂O₂ kann die damit gelieferten Daten zur optimalen Regelung der Anlage optimal nutzen. Das ausgezeichnete dynamische Anlagenverhalten soll dazu beitragen, selbst bei stark schwankenden Eingangsbedingungen, stets ein Produktgas mit konstant hoher Qualität zu liefern.