Untersuchungen zur Wirkung und Optimierung von Eisenpräparaten zur Entschwefelung von Biogas. Ein Gemeinschaftsprojekt von:

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1 Untersuchungen zur Wirkung und Optimierung von Eisenpräparaten zur Entschwefelung von Biogas Ein Gemeinschaftsprojekt von:

2 Auswirkungen hoher Schwefelwasserstoffkonzentrationen in BGA s Störung der Biologie Beeinträchtigung der Anlagentechnik Hemmung der Methanbildung Korrosion in der Biogasanlage Ausfällen von Spurenelementen Versäuerung des Motorenöls Abtötung der Methanbakterien Korrosion im BHKW Innovationskongress Osnabrück Juni 2015 Seite 2

3 Dosierung von eisenbasierten Reaktionsmitteln in Abhängigkeit von: gebildete Gasmenge Schwefelwasserstoffmenge Eisengehalt Größte Bedeutung Gruppe der Eisenhydroxide Eisenhydroxid (FeO(OH)) = Ableitung aus Stoffgruppe von Eisen (III)-oxid (Fe 2 O 3 ) mit unterschiedlichem Wasseranteil Innovationskongress Osnabrück Juni 2015 Seite 3

4 Bisher unberücksichtigt sind anlagenspezifische Rahmenbedingungen: Temperatur ph - Wert Verweilzeit Freisetzungsgeschwindigkeit von Schwefelwasserstoff Soll die Effizienz der chemischen Entschwefelung verbessert werden, müssen anlagenspezifische Rahmenbedingungen mehr Beachtung finden. Innovationskongress Osnabrück Juni 2015 Seite 4

5 Versuchsfragen 1. Ist der Eisengehalt das alleinige Kriterium zur Beschreibung der Effizienz dieser Reaktionsmittel? 2. Anhand von welchen physikochemischen Eigenschaften lassen sich diese Reaktionsmittel noch kennzeichnen? Kristallisationsgrad (amorph / kristallin) Herkunft / Alter Korngröße spezifische Oberfläche Feuchtegehalt Innovationskongress Osnabrück Juni 2015 Seite 5

6 Entwicklung eines speziellen Versuchsaufbaues Simulierung anaerober Fermentationsvorgänge in einer BGA Photometrische Messung der Umsetzungsgeschwindigkeit von Sulfid / Schwefelwasserstoff mit Eisen zu Eisensulfid Innovationskongress Osnabrück Juni 2015 Seite 6

7 Kurzbeschreibung der ausgewählten Proben Fe Gehalt: 24,62 69,55 % TS Gehalt: 24,55 99,75 % Herkunft: Wasseraufbereitung Metallindustrie Bergbau Ind. Herstellung Innovationskongress Osnabrück Juni 2015 Seite 7

8 Umsetzungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Eisengehalt der Proben 100 Lichtdurchlässigkeit der Probe [%] Probe 1 -Fe = 34,92 % Probe 4 - Fe = 69,55 % Probe 10 - Fe = 24,62 % Probe 13 - Fe = 52,69 % Probe 14 - Fe = 44,00 % t [h] 400 Eisengehalt ist nicht alleine entscheidend für Start und Dauer der Reaktion mit Schwefelwasserstoff / Sulfid Innovationskongress Osnabrück Juni 2015 Seite 8

9 Definition Kristallisationsgrad Unterscheidung zwischen amorphen und kristallinen Strukturen amorph regellos, ungeordnet lose Anordnung kristallin streng regelmäßig, geordnet stabile Anordnung Innovationskongress Osnabrück Juni 2015 Seite 9

10 Umsetzungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Kristallisationsgrad der Proben (Mischungen aus Probe 1 (< 1% kristallin) und Probe 4 (> 99% kristallin) Lichtdurchlässigkeit der Probe [%] t [h] 35 % Fe (< 1 % kristallin) 40 % Fe (20 % kristallin) 43 % Fe (40 % kristallin) 50 % Fe (50 % kristallin) 52 % Fe (60 % kristallin) 61 % Fe (80 % kristallin) 69 % Fe (> 99 % kristallin) Steigt der kristalline Anteil, sinkt die Reaktionsgeschwindigkeit. Innovationskongress Osnabrück Juni 2015 Seite 10

11 Beziehung zwischen Eisengehalt und Kristallisationsgrad der Proben 100 > 50 % an Probe 1 Probe 2 Probe 3 Probe 4 Probe 5 Probe 6 Probe 7 Probe 8 Probe 9 Probe 10 Probe 11 Probe 12 Eisengehalt [%] < 50 % an amorph Eisenhydroxid / Oxid kristallin Höhere Eisengehalte verfügen oft über eher kristalline Strukturen. Innovationskongress Osnabrück Juni 2015 Seite 11

12 Umsetzungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Alter der Proben Probe 1 (frisch) und Probe 10 (zwischengelagert) Lichtdurchlässigkeit der Probe [%] t [h] Probe 1 Probe 10 Mit zunehmendem Alter wandeln sich die Strukturen in Richtung kristallin. Innovationskongress Osnabrück Juni 2015 Seite 12

13 Zusammenfassung (Teil 1) Eisengehalt ist nicht alleine entscheidend für Start und Dauer der Reaktion mit Schwefelwasserstoff / Sulfid Das Verhältnis zwischen amorphen und kristallinen Strukturen im Produkt (Kristallisationsgrad) hat einen entscheidenden Einfluss auf die Umsetzungsgeschwindigkeit. Je höher der amorphe Anteil ist, desto schneller findet die Reaktion statt. Mit zunehmendem Produktalter kommt es zu einer Verlagerung von amorph in Richtung kristallin. Innovationskongress Osnabrück Juni 2015 Seite 13

14 Umsetzungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit der Herkunft der Proben Max. Schwarzfärbung [h] Probe 1 und 10 FeO(OH) Probe 2 - FeO(OH) 90 Probe 4 - Fe2O3 388 Probe 9 - FeO(OH) Wasseraufbereitung Metallindustrie industrielle Herstellung Produkte aus der Wasseraufbereitung verfügen eher über amorphe Strukturen. Innovationskongress Osnabrück Juni 2015 Seite 14

15 Bedeutung ausgewählter Einflussfaktoren von Eisenhydroxiden für die Umsetzungsgeschwindigkeit (Start und Dauer der Reaktion) mit Schwefelwasserstoff / Sulfid Innovationskongress Osnabrück Juni 2015 Seite 15

16 Zusammenfassung (Teil 2) Eisenhydroxide aus der Wasseraufbereitung verfügen aufgrund ihres hohen amorphen Anteils über sehr schnelle Umsetzungsgeschwindigkeiten Eisenhydroxide anderer Herkünfte haben zwar oft hohe Eisengehalte, reagieren aber nur langsam mit Schwefelwasserstoff / Sulfid. Die Ergebnisse ermöglichen die Herstellung einer maßgeschneiderten Zusammensetzung des eisenhydroxidbasierten Reaktionsmittels (z.b. in Abhängigkeit von der Verweilzeit). Darauf aufbauend wurden die Produktlinien MethaTec Detox S und FerroSorp DG entwickelt. Innovationskongress Osnabrück Juni 2015 Seite 16

17 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit Ein Gemeinschaftsprojekt von: