Gasayfbereitungselnrichtung ynd Gasayfbereitungsverfahren

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasaufbereitungseinrichtung und ein Gasaufbereitungsverfahren zur Verminderung des Anteils an Teer in einem Produktgas, das bei der Vergasung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen entsteht.

Die thermische Vergasung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen und speziell die Holzvergasung ist eine verfahrenstechnisch genutzte chemische Reaktion, die es ermöglicht, durch Pyrolyse, d. h. der thermischen Spaltung chemischer Verbindungen, oder Teilverbrennung unter Luftmangel aus den kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen ein brennbares Produktgas, im Falle von Holz das so genannte Holzgas, zu gewinnen. Holzgas wurde und wird unter anderem dazu benutzt, Kraftfahrzeuge oder Verbrennungsmotoren, die mit einem Generator gekoppelt sind, der wiederum Strom erzeugt, zu betreiben Bei der Vergasung wird dem als Brennstoff dienenden Holz eine unterstö- chiometrϊsche Menge an Oxidatϊonsmittel (meistens Luft, seltener Wasserdampf) zugeführt. Dabei verbrennt ein Teil des Holzes Die so erzeugte Wärme wird für die thermische Zersetzung der restlichen Holzmenge verwendet. Das bei der Vergasung erzeugte Holzgas liefert im Wesentlichen ein Gasgemisch aus Wasserstoff (H2X Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO ₂ ), Wasserdampf, Methan (CH ₄ ) und Luftstickstoff (N ₂ ). Auch aus Kohle lässt sich mittels thermischer Vergasung ein brennbares Gas gewinnen.

Ein Nachteil ergibt sich daraus, dass als Folge einer unvollständigen Vergasung das Produktgas/Hoizgas noch mehr oder weniger große Mengen unerwünschter Teerverbindungen (höher siedende Kohlenwasserstoffe) und polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) enthält.

Bei der Verwendung mit einem Gas-Otto-Motor beispielsweise beeinträchtigen diese Verbindungen durch Kondensation und insbesondere durch Resublimation die Funktionsfähigkeit des Gaszuführsystems (Mischer, Ventile, Messfühler). Auch führt die Verbrennung des mit Teer belasteten Holzgases leicht zu einer Überschreitung der in der TA Luft festgelegten Abgasgrenzwerte von Motoranlagen.

Aus der DE 20 2004 014 510 U1 ist eine Anlage zur Erhöhung der Gasausbeute einer Biogasanlage nach dem Prinzip der Flüssigfermentation bekannt. In die flussige Biomasse in Form von Gülle wird mit Teer belastetes Produktgas aus einem Holzvergaser eingeleitet. Da in der Gülle auch Teer abbauende Bakterien enthalten sind, wird die in dem Holzgas enthaltene Teere teilweise abgebaut. Allerdings ist der Abbau nicht sehr effektiv, da nur ein geringer Anteil der in der Gülie enthaltenen Bakterien Teer abbauen können, während der Großteil der Bakterien auf den Abbau von Biomasse „spezialisiert" ist. Da systembedingt - es handelt sich um eine Biogasanlage - ausreichend Biomasse zum Abbau vorhanden ist, können sich die Teer abbauenden Bakterien auch nicht selbsttätig anreichern

Aus der DE 195 15 578 A1 ist ein Selektionsverfahren für Bakterienstämme bekannt, bei dem gezielt unerwünschte Bakterien in einem Bakteriengemisch abgetötet werden.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gasaufberestungsein- richtung und ein Gasaufbereitungsverfahren bereitzustellen, durch die/das der Teeranteil in einem Produktgas, das bei der Vergasung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen entsteht, effektiv verringert wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 10 gelöst.

Das bei der Vergasung kohlenstoffhaltiger Einsatzstoffe entstehende Produktoder Synthesegas ist in der Regel stark mit Teer belastet. Dieses mit Teer belastete Produktgas wird in einem Festbettreaktor einem Feststoff-Trägersubstrat ausgesetzt, das Träger von Bakterien ist, die Teer abbauen. Derartige Bakterien sind in insbesondere in Bakterienmϊschpopulatϊonen enthalten, wie sie in Biogas erzeugenden Prozessen vorkommen. Die in dem Feststoff-Trägersubstrat enthaltenen Bakterien wandeln wenigstens einen Teil der in dem Produktgas enthaltenen Teere und polyzyklischen aro- malischen Kohlenwasserstoffe (PAK) in technisch unproblematische, kürzerkettige Kohlenwasserstoffverbindungen und Methan um, so dass deren Anteil in dem das Feststoff- Trägersubstrat verlassenden Produktgas verringert ist Dadurch, dass Bakterϊenmisch- popuiation auf einem Feststoff-Trägersubstrat angesiedelt sind, steht für die Bakterien kein biologisch leicht abbaubares Material zur Verfügung, Die Nahrung die zur Verfügung gestellt wird, sind die Teere in dem zu reinigenden Produktgas. Folglich sterben Bakterien, die keine Teere verarbeiten können ab und das Feststoff-Trägersubstrat reichert sich mit Teer abbauenden Bakterien an, so dass die Filterwirkung der Gasaufbereitungseinrichtung verbessert wird. Teerabbauende Bakterien gedeihen in der Regel in einem aeroben Umfeld, es sind jedoch auch Teer abbauende Bakterien in aerobem Umfeld denkbar. Auf diese Weise kann die Teerlast in einem Synthese- oder Produktgas auf einfache und kostengünstige Weise reduziert werden.

Durch die vorteilhaften Ausgestaltungen nach Anspruch 2 und 3 wird erreicht, dass möglichst viele Bakterien in oder auf dem Feststoff-Trägersubstrat mit dem mit Teer beiasteten Produktgas in Berührung kommen.

Eine Schüttung stellt eine einfache und kostengünstige Ausgestaltung für ein

Feststoff-Trägersubstrat dar - Anspruch 3.

Durch die vorteilhafte Ausgestaltung nach Anspruch 4 wird der Selektionsdruck in Richtung Anreicherung von Teer abbauenden Bakterien zusätzlich verstärkt, indem das von Teeren abweichende Nahrungsangebot weiter verringert wird.

Anspruch 5 hat besonders geeignete, biologisch schwer abbaubare Materialien für das Feststoff-Trägersubstrat zum Gegenstand.

Durch die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 6 wird die Schüttung mit den Teer abbauenden Bakterien auf einfache Weise bereitgestellt. Verbrauchte Biomasse aus einer Biogasanlage enthält hauptsächlich Bakterien die Biomasse abbauen können, aber auch Bakterien die Teer abbauen können. Da in der erfindungsgemäßen Gasaufbereitungseinrichtung keine frische Biomasse, sondern vor allem Teere „angeboten" werden, vermehren sich die Teer abbauenden Bakterien, wäh- rend der Anteil der nicht Teer abbauenden Bakterien sinkt. Damit werden geeigneten Bakterien automatisch aus dem BakteriencocktatI selektiert und angereichert. Als mit Teer abbauenden Bakterien beladenes Feststoff-Trägersubstrat eignet sich auch die in einer Biogasanlage nach dem Prinzip der Trockenfermentation „verbrauchte" Biomasse der organischen Fraktion des Hausmülls, Diese verbrauchte Biomasse ist ohnehin schon so sehr mit Schadstoffen belastet, dass eine Entsorgung durch Kompostierung nicht ohne weiteres in Frage kommt.

Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 7 bzw. 13 wird verhindert, dass bei kurzen Leitungswegen das heiße Produktgas (bis zu 800 ⁰ C) die Teer abbauenden Bakterien schädigen oder zerstören. Die bei der Kühlung in flüssiger Form anfallenden Teere werden durch eine Kondensateintragseinrichtung auf das Feststoff-Trägersubstrat mit den Teer abbauenden Bakterien aufgebracht - Anspruch 8.

Nicht nur die Temperatur, sondern auch der Feuchtegrad des Feststoff- Trägersubstrats (des Milieus) ist ein entscheidender Parameter, der Einfluss auf den in dem Gasaufbereitungsbehälter stattfindenden Umwandlungsprozess und somit den Aufbereitungswirkungsgrad hat. Durch die Benetzung nach den Ansprüchen 9 bzw. 11 wird eine partielle Austrocknung des Feststoff-Trägersubstrats und damit verbundene inaktivierung der Teer abbauenden Bakterien verhindert. In vorteilhafter Weise erfolgt diese Benetzung mittels eines Perkolatkreisiaufes, wie er aus Biogasanlagen nach dem Prinzip der Trockenfermentation bekannt ist. Bei einigen Feststoff-Trägersubstraten und Teer abbauenden Bakterien kann auch eine vollständige Flutung des Feststoff- Trägersubstrats mit den Teer abbauenden Bakterien vorteilhaft sein.

Bei einigen Feststoff-Trägersubstraten und Teer abbauenden Bakterien kann eine vollständige Flutung des Feststoff-Trägersubstrats mit Perkolat vorteilhaft sein - Anspruch 12.

Durch die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 14 erübrigt sich eine Kondensateintragungsvorrichtung. Durch Einleiten des Kondensats in das Perkolat, bevor dieses nach Durchsickern durch den und Heraussickern aus dem Gasaufbe- reitungsbehälter in den Gasaufbereitungsbehälter zugeführt wird, wird eine Durchmischung beider Flüssigkeiten auf verfahrenstechnisch einfache Weise realisiert

Weitere Einzelheiten, Merkmaie und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ersichtlich beim Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der beiliegenden Zeichnung.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Gasaufbereitungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Gasaufbereitungseinrichtung 10 zur Verminderung des Anteils an Teer in einem Produktgas, wobei das Produktgas gemäß der Ausführungsform Holzgas ist, das bei der allothermen Wasserdampf-Vergasung von Holz entsteht. Die Gasaufbereitungseinrichtung 10 umfasst eine Holzgaszuleitung 12 zur Zuleitung eines Teer beladenen Hoizgases HG _TT und eine Holzgasableitung 14 zur Ableitung eines aufbereiteten, d, h. geringer Teer beiadenen Holzgases HG _T . Die Gasaufbereitungseinrichtung 10 umfasst ferner einen Festbettreaktor 16 und eine mit diesem über eine Verbindungsleitung 18 verbundene Gaskühiungseinrichtung 20. Das in die Gasaufbereitungseinrichtung 10 durch die Holzgaszuieitung 12 zugeführte Holzgas HGT _T wird in der Gaskühlungseinrichtung 20 gekühlt, über die Verbindungsleitung 18 dem Festbettreaktor 16 zugeführt, dort wenigstens teilweise entteert, so dass der darin enthaltene Anteil an Teer vermindert ist, und aus der Gasaufbereitungseinrichtung 10 als weniger mit Teeren beladenes Holzgas HG _T abgeführt. Außerdem wird das bei der Kühlung in der Gaskühlungseinrichtung 20 anfallende Kondensat zu einem vorbestimmten Prozentsatz über eine Kondensateintragungseinrichtung 22 einem Perkolatkreislauf 26 zugeführt. Dem Perkolatkreislauf 26 wird zunächst Perkoiat aus einer Biogasaniage nach dem Prinzip der Trockenfermentation zugeführt. Dieses Perkoiat ist eine wässrige Lösung, die mit einer Bakterienmϊschpopulation angereichert ist, die auch Teer abbauende Bakterien enthält. Mit diesem Perkoiat wird das Feststoff-Trägersubstrat kontinuierlich oder diskontinuierlich benetzt oder geflutet. Das Perkoiat wird aus dem Festbettreaktor 16 abgezogen und diesem wieder zugeführt, also rezirkuliert, wie es in Fig. 1 durch eine schematisch dargestellte Rohrleitung 26 dargestellt ist. Da das Feststoff-Trägersubstrat 24 aus für die anfängliche Bakterienmischpopula- tion in bzw. auf dem Feststoff-Trägersubstrat 24 schwer bzw. wenig verwertbaren Materialien besteht, sterben diejenigen Bakterien ab, die kein Teer abbauen können, während Teer abbauende Bakterien angereichert werden. Geeignete Materialien für das Feststoff-Trägersubstrat 24 sind Zellulose (Holzschnitzel oder Stroh), poröse Keramik, Kunststoffe und insbesondere verbrauchte Biomasse aus einer Biogasanlage nach dem Prinzip der Trockenfermentation.

Bezugszeichenliste

10 Gasaufbereitungseirsrichtung

12 Zuleitung

14 Ableitung

16 Festbettreaktor

18 Verbϊndungslestung

20 Gaskühlungseinrichtung

22 Kondensateintragungseinrichtung

24 Bakterien beladenes Feststoff-Trägersubstrat

26 Perkolatkreislauf

HG _T Teer beladenes Holzgas

HGπ Aufbereitetes Holzgas