Aktivkohle zur Entfernung von H2S aus Biogas/Öl und Gas

Schwefelwasserstoff (H₂S) ist ein giftiges und entflammbares Gas mit dem Geruch von faulen Eiern, das häufig in industriellen und biologischen Fermentationsprozessen vorkommt. Aktivkohle wird aufgrund ihrer Adsorptionseigenschaften häufig zur Entfernung von H₂S eingesetzt.

In diesem Artikel werden wir die Rolle der Aktivkohle bei der Beseitigung von Schwefelwasserstoff, stellen die verschiedenen Arten von Aktivkohleprodukten und ihre Vorteile vor und geben einen Leitfaden für die Auswahl der richtigen Aktivkohle.

Warum ist es notwendig, H₂S zu entfernen?

Die Entfernung von H₂S ist aus mehreren Gründen wichtig:

• Gesundheitliche Risiken: Längerer Kontakt mit H₂S kann zu Atembeschwerden und Augenreizungen führen und bei hohen Konzentrationen sogar tödlich sein.
• Korrosionsschutz: H₂S ist stark korrosiv und kann Metallgeräte, Rohrleitungen und Infrastrukturen beschädigen, was zu teuren Wartungskosten führt.
• Operative Effizienz: Bei der Biogaserzeugung ist die Entfernung von H₂S notwendig, um die nachgeschalteten Anlagen zu schützen und sicherzustellen, dass das Gas den Pipelinespezifikationen entspricht oder als Kraftstoff für Fahrzeuge geeignet ist.

In diesem Zusammenhang stellt Aktivkohle aufgrund ihrer hocheffizienten Adsorptionseigenschaften eine ideale Lösung dar.

Die Rolle von Aktivkohle bei der H₂S-Entfernung

Aktivkohle mit ihrer hoch entwickelten porösen Struktur kann verschiedene Gase und Chemikalien adsorbieren. Im Fall der H₂S-Entfernung funktioniert Aktivkohle auf folgende Weise:

• Adsorption: Die poröse Struktur der Aktivkohle ermöglicht es ihr, H₂S-Moleküle wirksam zu adsorbieren. Durch diesen Adsorptionsprozess schließt Aktivkohle H₂S-Moleküle in ihren Poren ein und verringert so die Konzentration von H₂S in der Luft.
• Chemische Reaktionen: Einige speziell behandelte Aktivkohlen, wie z. B. mit Kaliumjodid (KI) imprägnierte Aktivkohlen, adsorbieren H₂S nicht nur physikalisch, sondern wandeln es auch chemisch in harmlosen Schwefel oder Schwefelsäure um.
• Schutz der Umwelt: H₂S-Emissionen verschmutzen die Luft und haben negative Auswirkungen auf die Ökosysteme, einschließlich der Versauerung von Böden und Gewässern sowie toxischer Wirkungen auf Pflanzen und Tiere.
• Wirkungsgrad: Im Vergleich zu anderen H₂S-Entfernungsmethoden bietet Aktivkohle Kosteneffizienz und hohe Behandlungseffizienz, insbesondere bei Gasanwendungen mit hohem Durchfluss und hoher Konzentration.

Anwendungen von Aktivkohle zur Entfernung von H₂S

Aktivkohle wird häufig zur Entfernung von H₂S in verschiedenen kritischen Anwendungen eingesetzt:

Reinigung von Biogas

Biogasdas bei der anaeroben Vergärung von organischen Abfällen (z. B. landwirtschaftlichen Abfällen, Lebensmittelabfällen) entsteht, besteht hauptsächlich aus Methan, kann aber auch H₂S enthalten.

Aktivkohle kann H₂S effizient aus Biogas entfernen und so dessen Qualität und Verwendbarkeit verbessern und gleichzeitig Umweltverschmutzung und Gesundheitsrisiken verringern.

Darüber hinaus kann Aktivkohle flüchtige organische Verbindungen (VOC) und Siloxane aus dem Biogas entfernen und so deren Freisetzung bei der Verbrennung verhindern und die nachgeschalteten Anlagen schützen.

Öl- und Gasindustrie

H₂S ist ein häufiges Nebenprodukt bei der Herstellung und Raffination von Erdöl und Erdgas. Die Beseitigung dieses gefährlichen Gases ist für eine sichere Produktion und die langfristige Stabilität der Anlagen unerlässlich. Aktivkohle entfernt effizient H₂S, sorgt für eine sichere Betriebsumgebung und verlängert die Lebensdauer der Anlagen.

Kläranlagen

Schwefelwasserstoff kann bei der Abwasserbehandlung entstehen, insbesondere im Absetzbecken und in den anaeroben Faulungsstufen. Aufgrund seiner starken Toxizität und seines Geruchs muss Schwefelwasserstoffgas umgehend entfernt werden, um die Sicherheit der Arbeitsumgebung und den normalen Betrieb der Abwasserbehandlungsanlagen zu gewährleisten.

Durch den Einsatz von speziell behandelter Aktivkohle kann Schwefelwasserstoff während des Abwasserbehandlungsprozesses wirksam adsorbiert und entfernt werden, wodurch die Luftqualität verbessert und die korrosiven Auswirkungen von Schwefelwasserstoff auf die Anlagen vermieden werden.

Deponiegasbehandlung

Auf Deponien entsteht bei der anaeroben Vergärung Biogas, das H₂S und andere Schadstoffe enthält. Aufgrund ihrer hervorragenden Adsorptionsfähigkeit spielt Aktivkohle eine wichtige Rolle bei der Behandlung von Deponiegas. Sie adsorbiert wirksam H₂S und wandelt es in harmlosen Schwefel um, schützt die Anlagen vor Korrosion und verbessert die Gesamtqualität des Gases.

Molkereibetriebe und Kofermentationsanlagen

In Molkereien fallen Abfälle an, die nach der anaeroben Vergärung H₂S freisetzen, was zu Geruchs- und Korrosionsrisiken für die Anlagen und die Umwelt führt.

In ähnlicher Weise erzeugen Kofermentationsanlagen schwefelhaltiges Biogas. Aktivkohle kann H₂S wirksam adsorbieren und in harmlosen elementaren Schwefel umwandeln, wodurch die Anlagen geschützt und die Effizienz der Abgasbehandlung verbessert wird.

Arten von Aktivkohle für die H₂S-Entfernung

Die Auswahl des geeigneten Aktivkohletyps ist für eine wirksame H₂S-Entfernung entscheidend. Die folgende Tabelle enthält einen detaillierten Vergleich mehrerer häufig verwendeter Aktivkohletypen:

Aktivkohle Typ	Mechanismus der Reaktion	Anwendbare H₂S-Konzentration	Sauerstoff-Bedarf
Granulierte Aktivkohle	Physikalische Adsorption	Niedrig	Nein
KI-imprägnierte Aktivkohle	H₂S + ½ O₂ → S + H₂O	Hoch	Erforderlich
NaOH-imprägnierte Aktivkohle	H₂S + 2 NaOH → Na₂S + 2 H₂O	Mittel bis Hoch	Nein
KOH-imprägnierte Aktivkohle	KOH + H₂S → KHS + H₂O	Hoch	Nein
Katalytische Aktivkohle	H₂S + O₂ → S + H₂O	Hoch	Erforderlich
Eisenoxid-Entschwefelungsmittel	H₂S + Fe₃O₄ → FeS + H₂O	Mittel bis niedrig	Nein

Granulierte Aktivkohle

Granulierte Aktivkohle wird in der Regel zur Adsorption schädlicher Gase verwendet und eignet sich für die Behandlung von H₂S in niedriger Konzentration. Die durch spezielle Granulierungs- und Trocknungsverfahren hergestellte AKPF bietet eine hohe Stabilität, Abriebfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit und ist daher für die Adsorption von H₂S geeignet.

Merkmale:

• Geeignet für die Behandlung niedrig konzentrierter Gase
• Wiederverwendbar durch Regenerationsprozesse
• Einfach zu bedienen und auszutauschen

KI-imprägnierte Aktivkohle

KI-imprägnierte Aktivkohle wird chemisch behandelt und mit KI imprägniert. Es kann die Oxidation von H₂S zu harmlosem elementarem Schwefel (S) katalysieren.

Mechanismus der Reaktion:

KI-imprägnierte Aktivkohle katalysiert die Oxidation von H₂S zu elementarem Schwefel durch Reaktionen wie diese:

• H₂S + ½ O₂ → S + H₂O
• 2 CH₃-CH₂-SH + ½ O₂ → CH₃-CH₂-S-S-CH₂-CH₃ + H₂O

Um eine vollständige Umwandlung von H₂S in Schwefel zu gewährleisten, sollte die erforderliche Sauerstoffmenge das 1,7-fache der stöchiometrischen Menge betragen.

Operative Erwägungen:

• Gleichmäßiges Mischen: Um eine hohe Schwefelbeladung zu erreichen, müssen sich H₂S und Sauerstoff gut vermischen. Eine schlechte Durchmischung verringert die Effizienz und die Schwefelbeladungskapazität.
• Luftfeuchtigkeitskontrolle: Wenn die relative Luftfeuchtigkeit des Gases 60-70% übersteigt, kann die Reaktionsleistung beeinträchtigt werden. Die Erwärmung des Gases kann die Effizienz in solchen Fällen verbessern.

Vorteile von KI-imprägnierter Aktivkohle:

• Effiziente Umwandlung: Wandelt H₂S effektiv in elementaren Schwefel um und reduziert so schädliche Emissionen.
• Sauerstoff-Bedarf: Benötigt Sauerstoff zur Aufrechterhaltung der katalytischen Oxidationsreaktion.
• Anwendbarkeit: Ideal für Umgebungen mit hohen H₂S-Konzentrationen.

NaOH-imprägnierte Aktivkohle

Mit NaOH imprägnierte Aktivkohle beseitigt H₂S durch chemische Adsorption. Dieser Prozess erfordert keinen Sauerstoff, da H₂S mit NaOH zu harmlosem Natriumsulfid und Wasser reagiert:

H₂S + 2 NaOH → Na₂S + 2 H₂O

Merkmale:

• Kein Sauerstoffbedarf
• Geeignet für mittlere bis hohe H₂S-Konzentrationen
• Wirksam bei der Beseitigung anderer saurer Gase

KOH-imprägnierte Aktivkohle

KOH-imprägnierte Aktivkohle beseitigt H₂S durch chemische Adsorption und Reaktion. KOH reagiert mit H₂S und bildet lösliche Verbindungen, die die Selektivität der H₂S-Adsorption erhöhen:

KOH + H₂S → KHS + H₂O

Merkmale:

• Hocheffizient für die Adsorption von sauren Gasen
• Verarbeitet komplexe Gaszusammensetzungen
• Geeignet für hohe H₂S-Konzentrationen

Katalytische Aktivkohle

Katalytische Aktivkohle kombiniert Metalloxide (z. B. Eisenoxid, Kupferoxid) mit Aktivkohle. Diese Metalloxide katalysieren die Oxidation von H₂S und wandeln es in unschädliche Stoffe wie Schwefel oder Sulfate um:

H₂S + O₂ → S + H₂O

Merkmale:

• Hocheffiziente H₂S-Entfernung, geeignet für hochkonzentrierte Gase
• Benötigt Sauerstoff zur Verbesserung der katalytischen Reaktionen
• Geeignet für groß angelegte industrielle Anwendungen

Eisenoxid-Entschwefelungsmittel

Eisenoxid-Entschwefelungsmittel entfernen H₂S, indem sie mit ihm reagieren und Eisensulfid (FeS) bilden. Diese Materialien werden häufig in der Erdgasreinigung und Abgasbehandlung eingesetzt, insbesondere bei mittleren bis niedrigen H₂S-Konzentrationen. Eisenoxid-Entschwefelungsmittel sind hochwirksam und können durch einfache Verfahren regeneriert werden.

Merkmale:

• Geeignet für mittlere bis niedrige H₂S-Konzentrationen
• Regenerierbar durch einfache Prozesse
• Ideal für die Behandlung von Erdgas und industriellen Abgasen

Schlussfolgerung

Die Entfernung von H₂S ist für viele industrielle Prozesse entscheidend, und Aktivkohle bietet eine zuverlässige und kostengünstige Lösung für die Gasreinigung. Durch die Auswahl des geeigneten Aktivkohletyps auf der Grundlage der Anwendung und der Gaseigenschaften kann die Effizienz maximiert und ein reibungsloser industrieller Betrieb sichergestellt werden.

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