In Deponien, Biogas- oder Kläranlagen entstehen Gase, die beispielsweise für die Verstromung nutzbar gemacht werden. Allerdings besitzen die Gemische häufig einen hohen Anteil an Schwefelwasserstoff (H2S), welcher – falls er nicht entsprechend abgetrennt wird – seine korrosive Wirkung entfaltet und Motorkomponenten angreift oder das dort eingesetzte Öl versauern lässt. Deshalb wird das Gas vor der Weiterverarbeitung einer biologischen Entschwefelung unterzogen, bei der sich Bakterien in einem Rieselbettreaktor auf Füllkörpern, die die Nährfläche bilden, ansiedeln und das Gas beim Durchströmen vom H2S befreien. Jedoch führen falsche Auslegungsparameter oder eine unzureichende Sauerstoffzufuhr schnell zur Verblockung der Anlage. Der bei den Prozessen gebildete elementare Schwefel setzt sich in diesen Fällen auf die Füllkörper und verschliesst sie immer weiter, bis ein Austausch notwendig wird. Deshalb hat die SH SULPHTEC GmbH den Biofeuchtbettreaktor SulphPur entwickelt, der auf klassische Füllkörper verzichtet. Er nutzt stattdessen spezielle Kunststoffstreifen, die eine Verblockung ausschliessen. Ausserdem wird für die Entschwefelung mit 0.3 Prozent ein Bruchteil der herkömmlichen Sauerstoffmenge benötigt. Der sonst hohe Wasserverbrauch, der durch die kontinuierliche Befeuchtung des Reaktors anfällt, kann um nahezu 90 Prozent reduziert werden.
Bevor Bio-, Klär- und Deponiegase in das Erdgasnetz eingespeist oder direkt als Kraftstoff für einen Motor verwendet werden können, müssen sie von Schwefelwasserstoff befreit werden. Andernfalls reagiert der H2S mit der Umgebung und greift Rohrleitungen und Motorkomponenten an – Korrosion ist die Folge. Wird das Gas im Antrieb mitverbrannt, entsteht ausserdem eine schwefelige Säure, die das Motoröl versauern lässt. Dadurch verkürzen sich die Wechselintervalle und die Betriebskosten steigen weiter. Daher wird das Rohgas häufig einer biologischen Entschwefelung unterzogen: Unter Zugabe von Sauerstoff und dem Einsatz spezieller Bakterien wird das H2S vom Rohgas getrennt und zu 80 Prozent in elementaren Schwefel umgewandelt, der gesammelt und als Düngezusatz für die Landwirtschaft genutzt werden kann. Die restlichen 20 Prozent verbleiben als Sulfat im Prozesskreislauf. Allerdings neigen herkömmliche Anlagen bei diesem Verhältnis zur Verblockung.
«Verfügt die Anlage nicht über genügend Besiedlungsoberfläche, eine vollautomatische Reinigung im laufenden Betrieb oder schwankt die zugeführte Sauerstoffmenge, legt sich bereits nach einer Stunde eine feste Schicht Schwefel auf die Füllkörper, die nicht einfach abgespült werden kann», erklärt Thomas Springer, Leiter Vertrieb der SH SULPHTEC GmbH. «Die notwendige Reinigung der Anlage und der Austausch der Füllkörper kosten schnell Summen im fünfstelligen Bereich.» Damit diese regelmässigen Mehrkosten gar nicht erst auftreten, hat die SH SULPHTEC GmbH eine Anlage entwickelt, bei der Verblockung ausgeschlossen ist. Die SulphPur ist dank eines optimierten Reaktoraufbaus kostengünstiger im Betrieb und ein Austausch des Nährbodens auch nach Jahren nicht notwendig.
Beständige Sessilstreifen verhindern Verblockung
Obwohl die Anlage klassischen Biobettreaktoren ähnelt, unterscheidet sie sich in einigen Punkten grundlegend. Generell besteht die SulphPur aus einem bis zu 13 Meter hohen Reaktorturm, in dem sich das Füllmedium – als Besiedlungsfläche für die Bakterien – und der Sammelsumpf für den elementaren Schwefel befinden. Zusätzlich angeschlossen sind der Gasein- und -austritt sowie ein Technikraum. «Anstatt der sonst üblichen Füllkörper nutzen wir allerdings sogenannte Sessilstreifen, da sie widerstandsfähiger sind und der anfallende Schwefel ihre Funktionalität nicht negativ beeinflussen kann», so Springer. «Die Kunststofffäden werden an einem Gitter unter dem Reaktordach befestigt. Auf einer Länge von bis zu 11 Meter hängen sie nach unten und füllen den Reaktionsraum zu zwei Dritteln aus.» Diese Konstruktion bringt einen entscheidenden Vorteil: Der bei der Entschwefelung anfallende elementare Schwefel lagert sich entlang der Fäden ab und rutscht nach unten in den Reaktorsumpf, wo er sich sammelt und abgepumpt werden kann. So wird die Reaktionsfläche vor jeglicher Art der Verstopfung oder Verblockung bewahrt.
Diesem Aufbau entsprechend befindet sich der Gaseintritt im unteren Drittel der Anlage. Das Rohgas wird durch die Kolonne nach oben zum Austritt geführt, anders als bei vielen herkömmlichen Reaktoren. «Die höchste Reaktionsrate lässt sich immer in der Nähe des Zuführpunktes verzeichnen, daher haben wir den Strömungsverlauf an den vertikalen Aufbau des Füllmediums angepasst», erklärt Springer. Über dem Rost sind drei Düsen angeordnet, über die Substrat und bei Bedarf Spülwasser über die Füllkörper verrieselt werden. So können sich in den oberen Bereichen kleinere Schwefelmengen anlagern, die nach und nach auf die grösseren Klumpen im unteren Drittel rutschen und sie von den Streifen lösen. So entsteht ein Selbstreinigungseffekt. Damit die hohe Umwandlungsrate erfüllt werden kann, wird das Gas in einem vorgeschalteten Heizwäscher auf 30 °C gebracht und leicht befeuchtet – nur so arbeiten die Bakterien auf Hochtouren. Am Gaseinlass befindet sich zudem ein fester Propeller, der das Gas in Bewegung bringt und verwirbelt, sodass es nicht nur punktuell nach oben steigt, sondern homogen die gesamte Sessilfläche erreicht.
Geringe Betriebskosten ermöglichen schnelle Amortisierung
Damit die Bakterien ausreichend angeregt sind, um mit dem Rohgas zu interagieren, wird – wie bei jeder biologischen Entschwefelung – Sauerstoff sowie eine Nährstoffzugabe in Form von Substrat oder Flüssigdünger benötigt. «Viele Anlagen wirken auf den ersten Blick zwar günstiger, haben aber im Laufe der Zeit hohe Betriebskosten, da grosse Mengen Wasser und Sauerstoff benötigt oder im Falle einer Verblockung umfassende Reparaturen notwendig werden», erklärt Springer. «Die SulphPur kommt allerdings von vornherein im Vergleich zu klassischen Rieselbettreaktoren mit weniger Sauerstoff und Wasser aus.» Anstatt der häufig benötigten 2 Prozent kann die Anlage effektiv bereits mit 0,3 Prozent Sauerstoff betrieben werden. Als Nährstofflösung kann Substrat beispielsweise aus dem Fermenter oder dem Gärrestlager bezogen werden, sodass kein zusätzlicher Dünger notwendig ist. Steht kein geeignetes Substrat zur Verfügung, wird ein Wasser-Dünger Gemisch verwendet. Es wird vollautomatisch alle vier Stunden für eine Minute im Gegenstrom von oben nach unten über das Trägermaterial verrieselt. Anders als bei herkömmlichen Anlagen, bei denen eine Befeuchtung der Füllkörper für 24 Stunden notwendig ist, kann so die Zeit auf wenige Minuten am Tag reduziert werden. Gleichzeitig entfallen die Strom- und Wasserkosten, welche eine Pumpe im Dauerbetrieb mit sich bringt.
Die Kombination aus reduzierten Betriebskosten, hochwertigen Materialien und effizienter Biologie sorgt letztendlich für die Beständigkeit und Langlebigkeit der Anlage, sodass sie auch bei hohen Volumenströmen dauerhaft die gewünschten Umwandlungsraten erreicht. Einmal aufgebaut wird lediglich eine jährliche Inspektion empfohlen; der regelmässige Austausch von Teilen oder des Füllmaterials entfällt. «Investitionssicherheit ist für uns ein ganz wichtiger Punkt», erklärt Springer. «Die SulphPur-Anlagen, aber auch unsere klassischen Biorieselbettreaktoren sind so ausgelegt, dass sie nicht verblocken, kaum Wartung benötigen und die Betriebskosten dauerhaft gering bleiben, ohne dass die Effizienz leidet. Dass diese Philosophie funktioniert, bestätigen uns die zahlreichen Aufträge zur Nachrüstung konventioneller Anlagen anderer Hersteller.»
www.sulphtec.com
