Kreative Chemie zielt auf erneuerbare Energie ab
Auf den ersten Blick haben Deponien, Molkereien sowie Zellstoff- und Papierfabriken wenig gemeinsam. Doch diese unterschiedlichen Branchen – zusammen mit Abwasseraufbereitungsanlagen – stehen vor einer kostspieligen Umweltaufgabe: der Bewältigung großer Mengen organischer Abfälle.
Diese Industrien setzen zunehmend anaerobe Mikroorganismen ein, um die Abfälle zunächst zu zersetzen oder zu „verdauen“. Biogas, das hauptsächlich aus einer Mischung von Methan, Kohlendioxid (CO2), und Schwefelwasserstoff (H2S) besteht, ist ein Nebenprodukt dieses Prozesses. Biogas ist potenziell eine wertvolle Quelle für erneuerbares Erdgas (RNG). Damit es jedoch als sauberer, sicherer Brennstoff verwendet werden kann, muss es zunächst behandelt werden, um das CO2 und H2S zu entfernen.
"Dank staatlicher Subventionen rüsten immer mehr Unternehmen biogas auf", sagte Deane Little, CEO, New Sky Energy. "Und die Entfernung des H2S aus dem Gasstrom ist der entscheidende erste Schritt im Prozess."
Mit Sitz in Boulder, Colorado, New Sky Energy entwickelt innovative chemische Lösungen, die landwirtschaftlichen und industriellen Unternehmen helfen, Gasemissionen zu behandeln, wertvolle Chemikalien zurückzugewinnen – und Rohbiogas in erneuerbare Energie umzuwandeln.
Im Jahr 2018 machte das Unternehmen eine bahnbrechende Entdeckung, die zum SulfurSolve®-Prozess – einem transformativen H2S-Erfassungssystem – führte.
Das Besondere an SulfurSolve
Schwefelwasserstoff ist übelriechend, brennbar, giftig – und streng reguliert. Um H2S aus einem biogasstrom zu entfernen, haben die Produzenten typischerweise entweder Einweg-H2S-Chemikalienfänger oder regenerative H2S-Steuerungstechnologien eingesetzt.
"Da die Chemikalien ständig nachgefüllt werden müssen, ist das Einweg-Fänger-Verfahren sehr teuer im Betrieb", sagte Little. "Und am Ende bleibt ein gefährlicher Sulfidabfall zurück."
Die regenerativen Steuerungstechnologien lassen sich in zwei Kategorien einteilen – biologische und chemische. Die biologischen Methoden basieren auf Bakterien, die H2S als Ressource zur Regeneration nutzen.
"Aber die biologischen Methoden sind im Allgemeinen nicht sehr zuverlässig – und wir haben festgestellt, dass diesen biologischen Systemen oft mehr Chemikalien zugesetzt werden müssen als wir in unserem chemischen Prozess verwenden", sagte Little.
Chemische regenerative Steuerungstechnologien absorbieren H2S typischerweise in einer wässrigen Eisensalzlösung. Die Lösung wird durch Luftzufuhr in einem Oxidationsprozess regeneriert. Herkömmliche chemische Systeme verwenden jedoch teure organische Chelatbildner, um die Eisenlöslichkeit zu erreichen.
"Hier ist SulfurSolve einzigartig", erklärte Little. "Unser gemischter Metall-Eisen(III)-Komplex ist von Natur aus in alkalischen Lösungen löslich. Es sind keine chelatbildenden Chemikalien erforderlich, um Eisen zu lösen."
Vom Pilot- zum kommerziellen Maßstab
Laut Little war die chemische Reaktion, die zur SulfurSolve-Lösung führte, unerwartet.
"Es war einer dieser ‚Penicillin-Momente‘", erklärte Little. "Wir experimentierten mit Formulierungen und dachten zunächst, es müsse ein Fehler vorliegen, als wir die Lösung herstellten. Eisen sollte bei diesen hohen pH-Werten nicht löslich sein."
Es folgten monatelange Tests im Labormaßstab, um die Ergebnisse zu überprüfen. Anschließend verbrachte das Unternehmen ein Jahr damit, Pilot-Prozess-Skids in Abwasseraufbereitungsanlagen, einer Zellstoff- und Papierfabrik und einer Deponie zu testen.
Nach den erfolgreichen Pilotprojekten wandte sich New Sky Energy an den Fertigungspartner Moore Control Systems, um das System auf kommerziellen Maßstab zu übertragen. Das EPC-Unternehmen (Engineering, Procurement and Construction) Moore Control Systems verfügt über mehr als 40 Jahre Erfahrung in der Öl und Gas und anderen Branchen. Das Unternehmen hat seinen Hauptsitz in Katy, Texas.
So funktioniert es
Moore Control Systems entwickelte eine skidded SulfurSolve-Anlage auf Basis einer Rockwell Automation Steuerungsplattform mit Allen-Bradley® CompactLogix™-Steuerungen, PowerFlex®-AC-Antrieben und einer FactoryTalk® View-HMI. Die Anlage läuft auf einem EtherNet,IP™-Netzwerk.
Das in die SulfurSolve-Anlage eintretende Rohbiogas wird behandelt, um Tröpfchen und Feststoffe zu entfernen, und dann in Niederdruck-Ko- oder Gegenstrom-Kontaktkolonnen dem SulfurSolve ausgesetzt. Die alkalische SulfurSolve-Lösung erfasst und oxidiert das H2S sofort teilweise. Die teilweise verbrauchte Lösung mit aufgenommenem H2S wird in ein Regenerationsgefäß gepumpt, wo die Exposition gegenüber Luft das aufgenommene Sulfid in elementaren Schwefel umwandelt und die SulfurSolve-Lösung regeneriert. Schwimmender Schwefel wird durch Druckfiltration zurückgewonnen. SulfurSolve-Lösungen werden hunderte Male regeneriert und wiederverwendet, was die H2S-Behandlungskosten erheblich senkt.
"Wir unterstützen unsere Kunden bei der Integration des SulfurSolve-Prozess-Skids als ersten Schritt im biogas-Aufrüstungsprozess", sagte Jessica Carollo, Sales and Marketing Manager, Moore Control Systems. "Wir können auch Fachwissen für weitere Schritte anbieten, die die Umwandlung in erneuerbares Erdgas vervollständigen, einschließlich CO2-Entfernung und Gasverdichtung."
Niedrigere Betriebskosten. Weniger Abfall.
Mit vielen erfolgreichen kommerziellen Implementierungen im Feld zeigt das SulfurSolve-System beeindruckende Ergebnisse. Es erfasst und entfernt konsequent mehr als 99.9 % des H2S im Eingangsgas – und gewinnt nahezu 100 % der SulfurSolve-Lösung zurück und verwendet sie wieder.
New Sky Energy schätzt, dass das System die Kosten für den Chemikalieneinkauf und die Abfallentsorgung bei H2S-Steuerungsprojekten um bis zu 90 % im Vergleich zu Systemen mit herkömmlichen chemischen Fängern senkt. Je nach Anwendung liegt die typische Kapitalrendite bei 12–24 Monaten.
"Außerdem kann das Nebenprodukt elementarer Schwefel verkauft und als Dünger oder in anderen Anwendungen verwendet werden", sagte Little.
SulfurSolve ermöglicht einen nachhaltigeren Ansatz zur H2S-Steuerung für die biogas-Industrie – und erweist sich auch in anderen Erdgas-Anwendungen als praktikable Option.
"Kürzlich haben wir das SulfurSolve-System für die Amintailgasbehandlung in der Erdgasverarbeitung getestet", sagte Carollo. "Es hat eine unglaubliche Leistung gezeigt und bewiesen, dass SulfurSolve für diese Anwendungen mit hohem Durchfluss geeignet ist."
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SulfurSolve ist eine eingetragene Marke von New Sky Energy.