Effiziente Druckwasserwäsche

In Deutschland hat die Verwendung von Gasen aus natürlichen Quellen und erneuerbaren Energien, wie etwa Biogas, in den letzten Jahren zugenommen. Vor der Weiterverwendung oder Einspeisung ins öffentliche Gasnetz müssen die Gasgemische aufbereitet werden. Mithilfe technischer Lösungen werden sie in ihre Rohgasbestandteile, z.B. Methan, Kohlenstoffdioxid oder Schwefelwasserstoff, getrennt, um sie in verschiedenen Industriezweigen, wie der Lebensmittelindustrie, der Abwasserbehandlung oder der Energieerzeugung, einzusetzen.

Stand der Technik

Eine gängige Methode der Biogasreinigung ist die Druckwasserwäsche, die auf dem physikalischen Effekt der Lösung von Gasen in Flüssigkeiten beruht. Hierbei wird in einem isentropen zweistufigen Prozess das zu trennende Gas zunächst unter Druck komprimiert, da die Löslichkeit des Gases mit steigendem Druck zunimmt. Danach wird das komprimierte Gas in eine Waschlösung, ein flüssiges Absorptionsmittel, injiziert. Hier wird das Gas von der Flüssigkeit absorbiert.

Technologie

Wissenschaftler des Engler-Bunte-Instituts (EBI) am KIT haben ein energieeffizienteres Verfahren entwickelt, das die für die Druckwasserwäsche notwendige Kompressionsarbeit erheblich reduziert. Kern des einstufigen Verfahrens ist der simultane Verlauf von Kompression und Absorption. Dabei wird das Gas zum Verdichten in einen Kolbenkompressor geleitet, der mit einem Zerstäuber ausgestattet ist. Während der Kompression wird die Waschlösung – in dem Fall Wasser – in Form von Tröpfchen in das zu absorbierende Gas eingedüst. Die Zerstäubung beschleunigt den Stofftransport durch die vergrößerte Austauschfläche. Die Wassertropfen wirken mit ihrer großen Wärmekapazität als Energiespeicher der fühlbaren Wärme.

Vorteile

Im Vergleich zur herkömmlichen, zweistufigen Druckwasserwäsche lässt sich die Kompressionsarbeit mit dem neuen Verfahren um rund 40 % reduzieren: Einerseits durch die permanente Verringerung der zu komprimierenden bzw. absorbierenden Gasmenge und andererseits durch die nahezu isotherme Kompression.

Optionen für Unternehmen

Das Verfahren ist anwendbar auf alle wasserlöslichen Gase und wurde am Institut in einer experimentellen Anlage erprobt. Das KIT sucht Partner für gemeinsame Entwicklungsprojekte sowie zur industriellen Anwendung.