DE2827969A1 - Verfahren zur gewinnung von methan aus methan und kohlendioxid enthaltenden abgedeckten sanitaermuellaufschuettungen - Google Patents

Verfahren zur gewinnung von methan aus methan und kohlendioxid enthaltenden abgedeckten sanitaermuellaufschuettungen

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DE2827969A1 DE19782827969 DE2827969A DE2827969A1 DE 2827969 A1 DE2827969 A1 DE 2827969A1 DE 19782827969 DE19782827969 DE 19782827969 DE 2827969 A DE2827969 A DE 2827969A DE 2827969 A1 DE2827969 A1 DE 2827969A1
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Description

!DR.-ING. WALTER ABIT
DR. DIETER F. MORF X
DIPL.-PHYS. M. GRITSCHNEDEB
Patentanwälte
Manchen,
26. Juni 197«
COjt.in.ithrift / Postal AiM '■Jdtf.t h tiiiO IC)SJ, HOOO M I'inaztiu i-i>- r itr.tli» 2H Tulafii.: !/ J )2^U
Mü.n.fiu-1
C-L18L
Calgon Corporation
Robinson Township, Pennsylvania, V.Sh.A.
Verfahren zur Gewinnung von Methan aus Methiin und Kohlendioxid enthaltenden abgedeckten SanitäriiiüllauEschüttungeri
809881/10 70
2877969
C-Il 81 2>
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Methan aus einer Methan und Kohlendioxid enthaltenden abgedeckten Sanitärmüll- bzw. Sanitärabfallaufschüttung.
Insbesondere betrifft die Erfindung die Gewinnung von Methan aus einer abgedeckten Sanitärmüllaufschüttung, die kontinuierlich Methan und wesentliche Mengen an Kohlendioxid bildet, durch Bohren eines Bohrloches in die abgedeckte Müllaufschüttung mit Installation einer Leitung, worauf das Gemisch von Methan und Kohlendioxid, das aus der Sanitärmüllaufschüttung freigesetzt wird, mit Aktivkohle in Kontakt gebracht wird, wodurch vorwiegend Kohlendioxid adsorbiert wird und Methan in einer Aufnahmevorrichtung gewonnen wird-.
Bisher war es bekannt, Kohlenwasserstoffgase, insbesondere Methan an Aktivkohle für verschiedene Zwecke zu adsorbieren. Beispielsweise beschreibt die US-PS 3 834 130 die Anwendung von Aktivkohle in einer Kohlenwasserstoffalle zur Entfernung leichter Kohlenwasserstoffe aus einem hindurchtretenden Gas. Die US-PS 2 284 beschreibt eine Vorrichtung zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffgasen aus einer Oberflächenbohrung in der Erde unter Anwendung von Aktivkolile. Die US-PS 2 663 626 lehrt ein Verfahren zur Lagerung von Gasen, vorwiegend von Methan, an Aktivkohle durch Kühlung des Gases auf eine Temperatur über der Verf1üssigungstemperatur des Gases' und Inkontaktbringen des gekühlten Gases mit der Aktivkohle. Die US-PS 2 6oo 133 beschreibt ein Verfahren zur Abtrennung von Methan von anderen leichten Kohlenwasserstoffgasen, das darin besteht, das Gemisch von Gasen in eine selektive Adsorptions-Trennzone aus einem kontinuierlich bewegten Bett von Aktivkohle, das bei einem absoluten Druck von etwa 6,9 bis etwa 13,8 bar (lOO bis 200 PSIA) betrieben wird.
Ein Verfahren zur Entfernung von Kohlendioxid von Kohlenwasser-
8 0 9-8 ä 17 1 0 7 0
C-1181 ^r
stoffgasen, jedoch nicht unter Anwendung von Aktivkohle, wird beschrieben von Raney, Donald R. in "Remove Carbon Dioxide with Selexol", Hydrocarbon Processing, April 1976, Seiten 73-75. Dieses Verfahren wendet die physikalische Adsorption durch ein Lösungsmittel an, wobei als Lösungsmittel der Dimethyläther von Polyäthylenglykol verwendet wird.
Es ist auch bekannt. Molekularsiebe zur Trennung von Methan und Kohlendioxid zu verwenden, die aus einer abgedeckten Sanitärmüllaufschüttung erhalten werden. Jedoch weisen derartige Molekularsiebe den Nachteil einer irreversiblen Zersetzung durch die Adsorption bestimmter Gasbestandteile auf, die in der abgedeckten Sanitärmüllaufschüttung gebildet werden.
Die vorliegende Erfindung ist auf die Gewinnung von Methan aus abgedeckten Sanitärmüllaufschüttungen anwendbar. Unter "abgedeckten Sanitärmüllaufschüttungen1' sind grosse Müllabfuhrflächen zu verstehen, auf denen Sanitärmüll (bzw. organischer Müll, Fäkalien usw.) abgelagert wurde und anschliessend mit Erde bedeckt wurde. Die Zersetzung des Abfallmaterials führt zur kontinuierlichen Erzeugung von Methan. Leider jedoch werden auch grosse Mengen an Kohlendioxid erzeugt, beispielsweise so grosse Mengen wie 50 Vol.-% oder darüber des in der abgedeckten Sanitärmüllaufschüttung erzeugten Gesamtgasgemischs. Die Gewinnung des Methans erfordert seine Abtrennung von dem Kohlendioxid.
Es ist notwendig, Methan von Kohlendioxid abzutrennen, wenn diese Gase zusammen auftreten, in erster Linie wegen der Unbrennbarkeit des Kohlendioxids. Natürliches Gas muss normalerweise einen Heizwert von etwa 33,5 bis 37,3 J/m3 (900 bis 1000 BTU pro cubic foot) aufweisen. Da Methan einen Heizwert von 35,8 J/m (960 BTU pro cubic foot) besitzt, würden mehr als etwa 7 Vol.-% Kohlendioxid, vermischt mit dem Methan, das Gemisch unter die Brauchbarkeitsgrenze drücken.
- 2 809881/1070
C-1181 ^
Die erste Stufe bei dem Gewinnungsverfahren besteht darin, eine oder mehrere Bohrungen von der Bodenoberfläche in die abgedeckte Sanitärmüllaufschüttung in einer Strecke zu treiben, die von etwa 7,6 bis etwa 3O,5 m (25 bis 100 feet) oder darüber variieren kann. Diese Bohrlöcher können horizontal oder schräg sein und sollten einen üblichen Durchmesser aufweisen, beispielsweise, etwa -15,2 cm (6 inch) , der für die Strömung des Methans aus der abgedeckten Sanitärmüllaufschüttung geeignet ist. Zum Zeitpunkt der Bohrung des Bohrloches wird die Rohrleitung in das Bohrloch nach üblichen Techniken installiert, um einen permanenten Austritt des Methans aus der Sanitärmüllaufschüttung an die Erdoberfläche sicherzustellen. Ist die Leitung installiert, so wird sie verschlossen, um die Gewinnung des Methans durch einfache Freisetzung des Methans in eine geeignete Aufnahmevorrichtung zu ermöglichen, beispielsweise eine Rohrleitung über lange Entfernungen oder eine Verflüssigungsvorrichtung.
Das Methan entweicht aus der abgedeckten Sanitärmüllaufschüttung im Gemisch mit Kohlendioxid. Das Methan wird durch Kontakt des Gemischs von Kohlendioxid und Methan mit aktivierter Kohle gewonnen. Die aktivierte Kohle bzw. Aktivkohle adsorbiert bevorzugt das Kohlendioxid, wohingegen das Methan hindurchtreten kann. Die Adsorption wird bei absoluten Drücken von etwa 3,44 bis 17,24 bar (etwa 5O bis 25O PSIA) durchgeführt, wenn die Aktivkohle durch eine Desorption durch Druckschwankungen regeneriert werden soll. Das Methan wird anschliessend in einer Aufnahmevorrichtung gesammelt .
Die Art der zu verwendenden aktivierten Kohle bzw. Aktivkohle ist nicht kritisch und im allgemeinen ist jede Art von in der Dampfphase aktivierter Kohle geeignet. Vorzugsweise verwendet man granulierte Aktivkohle und die Granulate sollten eine Grosse von etwa 4,76 bis > 0,4 2 mm ( 4 χ 40 U.S. Sieve Series) und vorzugsweise von etwa 1,68 bis > 0,59 mm (12 χ 30 U.S. Sieve Series) aufweisen. Es wurde gefunden, dass die granulierte Aktivkohle
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C-1181 Ό
vom Typ BPL der "Activated Carbon Devision of Calgon Corporation" für das erfindungsgemässe Verfahren besonders geeignet ist.
Das an der Aktivkohle adsorbierte Kohlendioxid kann entfernt v/erden oder wiedergewonnen werden von der Aktivkohle durch übliche Desorptionsverfahren. Vorzugsweise führt man diese Desorption durch, entweder durch thermische Desorption oder durch Druckschwankungsdesorption.
Beispiel 1
Man wählt eine abgedeckte Sanitärmüllaufschüttung zur Gewinnuncj von Methan. Man treibt ein Bohrloch von etwa 15,24 cm (6 inch) Durchmesser direkt in die Müllaufschüttung in einer Strecke von etwa 22,9 m (75 feet), wobei man sich einer üblichen Ausrüstung bedient. Während des Bohrvorganges wird auch eine Leitung installiert. Die installierte Leitung wird verschlossen. Eine aus der Leitung entnommene Gasprobe wird analysiert und es zeigt sich, dass die Probe 43 VoI.-% Kohlendioxid und 54 Vol. -Ji Methan enthält, wobei der Rest aus einer Anzahl anderer nicht identifizierter Gase besteht. Die Gewinnung des Methans erz ie; L L man anschliessend durch Leiten des durch das Bohrloch in der Sanitärmüllaufschüttung strömenden Gasgemischs durch eine geeignete Leitung in ein Bett von granulierter Aktivkohle (BPL et ν/α 1,68 bis
> 0,59 ram bzw. 12 χ 30). Methan, das durch dan AktivkohLebeth hindurchtritt, wird in einem Lagerungsbehälter vor AbLoLten durch eine Gasepipeline gesammelt. Man führt die Adsorption b.-i. eineia absoluten Druck von etwa 5,17 bis 6,9 bar (75 bis ICK) ί'.-ίΐΛ) durch. Der Abstrom aus dem Aktivkohlebett wird auf Kohlendioxid überwacht und falls der Durchbruch von Kohlendioxid 2 VoL. 3 erreicht hat, wird die Aktivkohle in situ durch Druckschwankungsdesorption regeneriert. Da die Adsorption bei einem absoluten Druck von etwa 5,17 bis 6,9 bar (75 bis 100 PSIA) stattgefunden hat, erzielt man dies einfach dadurch, dass man das beladene Aktivkohl, -bett auf Atmosphärendruck zurückkehren lässt, was zu einer Freijetzurkj d.-.i Kohlendioxids aus der Aktivkohle führt. Die Gewinnung des Methans
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C-1181
aus der abgedeckten Sanitärmüllaufschüttung führt man im kontinuierlichen Betrieb durch, da Methan in der Mül!aufschüttung konstant erzeugt wird.
Beispiel 2
Es wurden dynamische Untersuchungen der Kohlendioxidadsorption an BPL 3O x" 40 (etwa 0,59 bis > 0,42 mm) in einer kleinen Säule aus einem rostfreien Stahl (3/8 O.D. bzw. 0,95 cm Aussendurchmesser) durchgeführt. Die Länge der Säule betrug etwa 76,2 cm (3O inch) und sie enthielt ein Volumen von etwa 40 cm Kohle. Ein Brooks-Strömungsmesser (Modell 8744A) wurde verwendet, um den Einlassgasstrom konstant zu halten und es wurde ein Veriflow— Rückdruckregulator verwendet, um in der Säule den gewünschten Adsorptionsdruck aufrechtzuerhalten. Das tote Volumen des Systems wurde durch Ileliumexpansion bestimmt, unter der Annahme, dass bei Raumtemperatur keine bedeutende Heliumadsorption stattfindet. Die Kohlendioxidadsorptionsuntersuchungen wurden in folgender Weise durchgeführt: Das Kohlenstoffbett wurde 1 Stunde bei 1,33 mbar (1 Torr) desorbiert und anschliessend mit Stickstoff auf den gewünschten Adsorptionsdruck gebracht. Das zu untersuchende Gas wurde anschliessend durch das Kohlebett geleitet und der Durchbruch an Methan und Kohlendioxid wurde gaschromatographisch überwacht (thermischer Leitfähigkeitsdetektor, Poropak S Kolonne bei 5O C). Die Sättigungskapazität, die Durchbruchskapazität und die Zurückhaltungsmengen wurden aus den resultierenden Durchbruchskurven berechnet. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen werden durch die Werte der folgenden Tabelle veranschaulicht.
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CO2 DURCHBRUNCHSUNTERSUCHUNGEN - BPL (30x40) etwa 0,59 bis > 0,42 nun
Absoluter Absorptionsdruck in bar (bzw. PSIA)
A) 51,5 %. CO 2 in CH4
0,97 ( 14, 1)
3,99 ( 58 )
- 6
809881 		4,69 (
4,69 (
4,83 (
7,24 (		 68
68
70
105		 j
i ' 7,24 ( 105 )
ο 16,62 ( 241 )
ο B) 9,59 % CO 2 in CH4
0,97 ( 14, D
0,97 ( 14, D
2,62 ( 38 )
3,24 ( 47 )
3,93 ( 57 )
4,14 ( 60 )
8,55 ( 124 )
8,62 ( 125 )
16,96 ( 246 )
Strömung (cm /Min). (Umweltbedingungen)
73,2
73,2
54,6
123,6
60,0
103,2
127,7
210,0
81,1 82,2 71,4 90,9 76,9
,1 ,9
81,
142,
139,5 187,5 Sättigungskapazität (Gew.-%) CH.
0,54 0,66 1,33 1,12 1,15 1,08 0,78 1,33
0,77 0,96 1,53 2,10 1,94 2,28 3,59 3,22 4,75
.iCO.
4,30 10,01 10,38 12,31 13,29 14,65 13,60 19,29
1,20 1,06 1,79 2,20 2,45 2,53 3,68 3,64 4,70
Fortsetzung
DURCHBRUCHSUNTERSUCHUNGEN - BPL (30x40) etwa 0,50 bis 0,42 mm
P3 Durchbruchszeit ί CO2 in CH4 C0_ Durchbruchs-
D (Min) kapazität (Gew.-%
α
(D 		A) 51,1 ?
α
ι ro		 11 3,49
27 8,06
00
O 		co 42 9,09
CO
00 		CD
cn
η 		20 10,41
00 (D 48 12,24
-
C 30 12,81
°, < 23 11,53
-J 20 S CO2 in CH4 15,47
ο ι
B) 9,59 5
16 1,08
14 0,98
26 1,38
26 1,88
38 2,36
34 2,17 ■
30 3,38
30 3,13
30 3,92
Beim Druchbruch .
CH4 (Gew.-%) 11CH4 (Gew.-%)
!urückgeha] Lten) (gewonnen)
0,65 1,32
0,94 2,80
1,55 1,70
1,24 2,30
1,26 2,93
1,37 4,28
1,12 4,02
2,02 5,09
0,87 3,73
0,94 3,29
1,50 5,10
2,08 6,51
1,91 8,06
2,26 7,52
3,57 . 11,27
3,28 10,95
4,59 13,64,
ro «-j
CD CO CD

Claims (3)

DR-ING. WALTER ABITZ DE. DIETER F. MORF DIPL.-PHYS. M. GRITSCHNEDER Patentanwälte c-iiai München, 26. Juni 1978 Postanschrift / Postal Address Postfach 860100. 8OOO München. 86 Fienzenauerstraßö 38 Telefon 983222 Telegramme: Chemhidus München ΓβΙοχ: (O) 523992 2827369 Patentansprüche
1.J Verfahren zur Gewinnung von Methan aus einer Methan und Kohlendioxid enthaltenden abgedeckten Sanitärmüll- bzw. Sanitärabfallaufschüttung, dadurch gekennzeichnet, dass man:
a) ein oder mehrere Bohrlöcher von der Erdoberfläche in die Sanitärmüll- bzw. Sanitärabfallaufschüttung bohrt und in diese Bohrlöcher Leitungen installiert; und
b) durch Kontakt des Gemischs von Methan und Kohlendioxid,
das aus der abgedeckten Sanitärmüll- bzw. Sanitärabfiillaufschüttung entströmt, mit Aktivkohle Methan gewinnt, wobei Kohlendioxid vorwiegend adsorbiert wird und Methan in einer Auffmicjvorrichtuncj gesammelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das an der Ak' ivkohle adsorbierte Kohlendioxid desorbiert.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man das Kohlendioxid von der Aktivkohle desorbiert durch thermische Desorption oder Druckschwankungsdesorption.
809881 /1070
DE2827969A 1977-06-27 1978-06-26 Verfahren zur Gewinnung von Methan aus Methan und Kohlendioxid enthaltenden abgedeckten Sanitarmullaufschüttungen Expired DE2827969C3 (de)

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