Bei der Rektifikation werden heute zunehmend Füllkörperkolonnen mit geordneten Packungen eingesetzt. Die Maldistribution, ein bislang ungelöstes Problem in Füllkörperkolonnen, wirkt sich negativ auf die Stoffaustauschleistung aus. Zur Verringerung der Maldistribution wird zwischen den Packungssektionen mehrfach die Rücklaufflüssigkeit gesammelt und erneut gleichmäßig über den Kolonnenquerschnitt verteilt. Diese Neuverteilung realisieren Zwischenverteiler, die somit einen Großteil der Kolonnenhöhe beanspruchen und damit die Investitions- und Betriebskosten erheblich erhöhen. Hauptursache für die Bauhöhe der Zwischenverteiler ist der Wunsch nach einem vollständigen Konzentrationsausgleich vor der Neuverteilung. Um die Kolonnenhöhe zu verringern und dennoch die gleiche Trennleistung zu erreichen, mangelt es den Anlagenbauern bislang an einer praktikablen Lösung. Entgegen der bisherigen Lehrbuchmeinung wird in dieser Arbeit die Bedeutung des vollständigen Konzentrationsausgleich grundsätzlich in Frage gestellt. Es erfolgen deshalb theoretische und experimentelle Untersuchungen für ein besseres Verständnis der Neuverteilung der Rücklaufflüssigkeit und deren Auswirkung auf die Trennleistung. Durch Modifizierung des klassischen Zwei-Kolonnen-Modells gelingt es, den Einfluss der Maldistribution, der Dampfquervermischung und der hydraulisch gleichmäßigen Flüssigkeitsneuverteilung mit und ohne vollständigen Konzentrationsausgleich numerisch zu simulieren. Die Überprüfung der Simulationsmodelle erfolgt an einer Pilotkolonne mit einem inneren Durchmesser von 1 m. Die Kolonne ist mit Sulzer MellapakPlus 752.Y ausgerüstet und als Testgemisch dient trans-/cis-Dekalin. Im Ergebnis zeigt sich, dass vor allem der hydraulische Ausgleich erforderlich ist und es praktisch keinen Unterschied zwischen vollständigen und unvollständigen Konzentrationsausgleich bei sonst gleichen Betriebsbedingungen gibt. Überlegungen für deutlich flachere Verteilerkonstruktionen werden vorgestellt.

Questions that were answered in the dissertation: Which process is suitable to desulphurize biogas knowing that chemical absorption will be used to separate CO2? Which absorption solvent is suitable to separate CO2 from concentrated gases such as biogas at atmospheric pressure? What properties of the selected solvent, namely aqueous diglycolamine (DGA), are already known? How to determine solvent properties such as equilibrium CO2 solubility under absorption and desorption conditions using simple, but robust apparatuses? What values do solvent properties such as density, viscosity and surface tension take at various DGA contents and CO2 loadings? How do primary alkanolamine content and CO2 loading influence solvent properties? What is the optimal DGA content in the solvent? What is the optimal desorption temperature at atmospheric pressure? How can equilibrium CO2 solubility in aqueous DGA solvents be simulated? What is the uncertainty in the results? How to debottleneck an absorber and increase its gas-treating capacity? How to determine the optimal lean loading of the absorption solvent? What are the characteristics of the absorption process that uses aqueous DGA as the solvent to separate CO2 from biogas and is more energy efficient and safer than the state-of-the-art processes? How to quantitatively compare the hazards of absorption solvents? What is the disposition of the German population towards hazards from biogas plants? What are the favourable and adverse environmental impacts of biomethane? / Fragen, die in der Dissertation beantwortet wurden: Welches Verfahren ist zur Entschwefelung von Biogas geeignet, wenn die chemische Absorption zur CO2-Abtrennung genutzt wird? Welches Absorptionsmittel ist geeignet, um CO2 aus konzentrierten Gasen, wie Biogas, bei atmosphärischem Druck abzutrennen? Welche Eigenschaften des ausgewählten Absorptionsmittels, wässriges Diglykolamin (DGA), sind bereits bekannt? Wie wird die CO2-Gleichgewichtsbeladung unter Absorptions- und Desorptionsbedingungen mit einfachen und robusten Laborapparaten bestimmt? Welche Werte nehmen die Absorptionsmitteleigenschaften wie Dichte, Viskosität und Oberflächenspannung bei verschiedenen DGA-Gehalten und CO2-Beladungen? Wie werden die Absorptionsmitteleigenschaften durch den Primäramin-Gehalt und die CO2-Beladung beeinflusst? Was ist der optimale DGA-Gehalt im Absorptionsmittel? Was ist die optimale Desorptionstemperatur bei atmosphärischem Druck? Wie wird die CO2-Gleichgewichtsbeladung im wässrigen DGA simuliert? Welche Ungenauigkeit ist zu erwarten? Wie wird eine Absorptionskolonne umgerüstet, um die Kapazität zu erweitern? Wie wird die optimale CO2-Beladung des Absorptionsmittels am Absorbereintritt (im unbeladenen Absorptionsmittel) bestimmt? Was sind die Prozesseigenschaften eines Absorptionsverfahrens, das wässriges DGA als Absorptionsmittel nutzt sowie energieeffizienter und sicherer als Verfahren auf dem Stand der Technik ist? Wie kann das Gefahrenpotenzial von Absorptionsmittel quantitativ verglichen werden? Wie werden Gefahren aus einer Biogasanlage durch die deutsche Bevölkerung wahrgenommen? Welche positive und negative Umweltauswirkung hat Biomethan?

Questions that were answered in the dissertation: Which process is suitable to desulphurize biogas knowing that chemical absorption will be used to separate CO2? Which absorption solvent is suitable to separate CO2 from concentrated gases such as biogas at atmospheric pressure? What properties of the selected solvent, namely aqueous diglycolamine (DGA), are already known? How to determine solvent properties such as equilibrium CO2 solubility under absorption and desorption conditions using simple, but robust apparatuses? What values do solvent properties such as density, viscosity and surface tension take at various DGA contents and CO2 loadings? How do primary alkanolamine content and CO2 loading influence solvent properties? What is the optimal DGA content in the solvent? What is the optimal desorption temperature at atmospheric pressure? How can equilibrium CO2 solubility in aqueous DGA solvents be simulated? What is the uncertainty in the results? How to debottleneck an absorber and increase its gas-treating capacity? How to determine the optimal lean loading of the absorption solvent? What are the characteristics of the absorption process that uses aqueous DGA as the solvent to separate CO2 from biogas and is more energy efficient and safer than the state-of-the-art processes? How to quantitatively compare the hazards of absorption solvents? What is the disposition of the German population towards hazards from biogas plants? What are the favourable and adverse environmental impacts of biomethane? / Fragen, die in der Dissertation beantwortet wurden: Welches Verfahren ist zur Entschwefelung von Biogas geeignet, wenn die chemische Absorption zur CO2-Abtrennung genutzt wird? Welches Absorptionsmittel ist geeignet, um CO2 aus konzentrierten Gasen, wie Biogas, bei atmosphärischem Druck abzutrennen? Welche Eigenschaften des ausgewählten Absorptionsmittels, wässriges Diglykolamin (DGA), sind bereits bekannt? Wie wird die CO2-Gleichgewichtsbeladung unter Absorptions- und Desorptionsbedingungen mit einfachen und robusten Laborapparaten bestimmt? Welche Werte nehmen die Absorptionsmitteleigenschaften wie Dichte, Viskosität und Oberflächenspannung bei verschiedenen DGA-Gehalten und CO2-Beladungen? Wie werden die Absorptionsmitteleigenschaften durch den Primäramin-Gehalt und die CO2-Beladung beeinflusst? Was ist der optimale DGA-Gehalt im Absorptionsmittel? Was ist die optimale Desorptionstemperatur bei atmosphärischem Druck? Wie wird die CO2-Gleichgewichtsbeladung im wässrigen DGA simuliert? Welche Ungenauigkeit ist zu erwarten? Wie wird eine Absorptionskolonne umgerüstet, um die Kapazität zu erweitern? Wie wird die optimale CO2-Beladung des Absorptionsmittels am Absorbereintritt (im unbeladenen Absorptionsmittel) bestimmt? Was sind die Prozesseigenschaften eines Absorptionsverfahrens, das wässriges DGA als Absorptionsmittel nutzt sowie energieeffizienter und sicherer als Verfahren auf dem Stand der Technik ist? Wie kann das Gefahrenpotenzial von Absorptionsmittel quantitativ verglichen werden? Wie werden Gefahren aus einer Biogasanlage durch die deutsche Bevölkerung wahrgenommen? Welche positive und negative Umweltauswirkung hat Biomethan?

Bei der Rektifikation werden heute zunehmend Füllkörperkolonnen mit geordneten Packungen eingesetzt. Die Maldistribution, ein bislang ungelöstes Problem in Füllkörperkolonnen, wirkt sich negativ auf die Stoffaustauschleistung aus. Zur Verringerung der Maldistribution wird zwischen den Packungssektionen mehrfach die Rücklaufflüssigkeit gesammelt und erneut gleichmäßig über den Kolonnenquerschnitt verteilt. Diese Neuverteilung realisieren Zwischenverteiler, die somit einen Großteil der Kolonnenhöhe beanspruchen und damit die Investitions- und Betriebskosten erheblich erhöhen. Hauptursache für die Bauhöhe der Zwischenverteiler ist der Wunsch nach einem vollständigen Konzentrationsausgleich vor der Neuverteilung. Um die Kolonnenhöhe zu verringern und dennoch die gleiche Trennleistung zu erreichen, mangelt es den Anlagenbauern bislang an einer praktikablen Lösung. Entgegen der bisherigen Lehrbuchmeinung wird in dieser Arbeit die Bedeutung des vollständigen Konzentrationsausgleich grundsätzlich in Frage gestellt. Es erfolgen deshalb theoretische und experimentelle Untersuchungen für ein besseres Verständnis der Neuverteilung der Rücklaufflüssigkeit und deren Auswirkung auf die Trennleistung. Durch Modifizierung des klassischen Zwei-Kolonnen-Modells gelingt es, den Einfluss der Maldistribution, der Dampfquervermischung und der hydraulisch gleichmäßigen Flüssigkeitsneuverteilung mit und ohne vollständigen Konzentrationsausgleich numerisch zu simulieren. Die Überprüfung der Simulationsmodelle erfolgt an einer Pilotkolonne mit einem inneren Durchmesser von 1 m. Die Kolonne ist mit Sulzer MellapakPlus 752.Y ausgerüstet und als Testgemisch dient trans-/cis-Dekalin. Im Ergebnis zeigt sich, dass vor allem der hydraulische Ausgleich erforderlich ist und es praktisch keinen Unterschied zwischen vollständigen und unvollständigen Konzentrationsausgleich bei sonst gleichen Betriebsbedingungen gibt. Überlegungen für deutlich flachere Verteilerkonstruktionen werden vorgestellt.