Biogas-Aufbereitung zur Biomethanproduktion

CLEAN-BGAS UPGR ist eine hocheffiziente Lösung zur Biogasaufbereitung und Biomethanproduktion. Das System besteht aus verschiedenen Stufen und basiert auf einem chemischen Prozess, der einen chemischen Scrubber mit Amin umfasst. Die Technologie verfügt über verschiedene Module:

• Biogasreinigung
• CO2-Entfernung / Biomethan. CO2-Entfernung / Biomethanproduktion
• Lösungsmittelrückgewinnung
• Trocknung von Gas/Biomethan

Biogasreinigung: Ziel ist es, alle Verunreinigungen aus dem Biogas zu entfernen, bevor es in den CO2-Entfernungsprozess eintritt. In diesem Stadium werden unerwünschte Verbindungen wie Siloxane, Feuchtigkeit, Partikel, halogenierte Kohlenwasserstoffe und NH3 entfernt, die das für die Reinigung verwendete Lösungsmittel vergiften können.

CO2-Entfernung / Biomethan. CO2-Entfernung / Biomethanproduktion: Dies erfolgt durch chemische Absorption. Das Biogas wird mit einem geeigneten chemischen Lösungsmittel (Alkanoamin) gewaschen, um bis zu 100 % des CO2 aus diesem Strom sowie mögliche Spuren von H2S, die im Biogas vorkommen können, zu entfernen. Als Ergebnis des Prozesses wird ein Biogasstrom mit einem hohen CH4-Gehalt, ähnlich wie Erdgas, gewonnen.

Lösungsmittelrückgewinnung: Die Regeneration des Lösungsmittels erfolgt durch Destillation. Dabei wird der CO2-Strom aus dem Lösungsmittel entfernt, der aus dem Biogas abgeschieden wurde. Das Lösungsmittel wird erneut im Absorptionsprozess verwendet, während das CO2 für andere Verwendungen (Befüllung von Feuerlöschern, Trockeneis, Algenzucht, Petrochemie usw.) genutzt werden kann.

Trocknung von Gas/Biomethan: Ziel ist es, ein trockenes Gas für die Kompression und Lagerung sicherzustellen. Dieser Vorgang umfasst Kühlung und Trocknung durch Adsorption. Für die letzte Operation werden Substanzen mit hoher Adsorptionskapazität verwendet.

• Niedriger Stromverbrauch
• Minimale Investition in Bauarbeiten
• Ökologischer Brennstoff
• Betrieb bei niedrigem Druck
• Das Lösungsmittel ist selektiv, minimaler Methanverlust

• Biokraftstoff für Fahrzeuge
• Einspeisung in das Erdgasnetz
• Rohstoff für die Herstellung von Methanol und Wasserstoff
• Hochreines CO2
• Als Erdgas

• Geeignet für jede Art von Biogas.
• Kompakte Ausrüstung, installiert in modifizierten Versandcontainern.
• Modulare Ausrüstung, abhängig vom Fahrzeugbestand.
• Arbeitsweise bei niedrigem Druck.
• Intelligente Verwaltung der erzeugten Energie.
• Vollautomatisch.
• Erzeugt einen Strom mit hoher CO2-Konzentration, der für den Markt nützlich ist.

• Gebläse
• Kühler
• Aktivkohlefilter
• Partikelfilter
• Absorptionsturm
• Trocknungstürme
• Regeneration der Trocknungstürme
• Entsalzungsturm
• Destillationsturm

Derzeit kann man von zwei Grundtypen von Biogas sprechen. Der erste ist Biogas, das auf kontrollierte Weise produziert wird. Dies basiert auf der Technologie der anaeroben Vergärung, die üblicherweise verschiedene Arten von Biodigestern umfasst, abhängig vom zu behandelnden Material. Der andere Typ ist Biogas, das auf natürliche (unkontrollierte) Weise erzeugt wird, was derzeit am häufigsten auf Deponien für Siedlungsabfälle (MSW) vorkommt.

Tabelle 1 zeigt die typische Zusammensetzung von Biogas entsprechend seiner Herkunft, d.h. dem behandelten Material.

Gase	Landwirtschaftliche Abfälle (%)	Klärschlamm (%)	Industrielle Abfälle	MSW-Deponien (%)	Wirkung
Methan	50-80	50-80	50-70	45-65	Brennbar
CO2	30-50	20-50	30-50	34-55	Inert
Dampf H2O	Sättigung	Sättigung	Sättigung	Sättigung	Schädlich
H2	0-2	0-5	0-2	0-1	Brennbar
H2S	100-7000 ppm	0-1	0-8	0,5-3000 ppm	Korrosiv
NH3	50-100 mg/m2	Spuren	Spuren	Spuren	Korrosiv
CO	0-1	0-1	0-1	Spuren	Brennbar
N2	0-1	0-3	0-1	0-20	Inert
O2	0-1	0-1	0-1	0-5	Korrosiv
Siloxane	NR	0-100 mg/m2	NR	0-50 mg/m2	Abrasiv
HCH	NR	Spuren	NR	10-4000 mg/m2	Schädlich

Tabelle 1

Obwohl alle Biogasarten für die Biomethanproduktion geeignet sind, ist Biogas aus kontrollierten Prozessen für die Umwandlung in ein Gas mit ähnlichen Eigenschaften wie Erdgas von besserer Qualität. Dies liegt an der erreichbaren Methankonzentration (CH4) und der geringeren Konzentration von Verunreinigungen wie O2. Tabelle 1 zeigt die typische Zusammensetzung von Biogas entsprechend den Abfallarten.

Derzeit erscheinen auf dem Markt verschiedene Technologien zur Anreicherung von Biogas oder dessen Umwandlung in Biomethan (hoher und konstanter Brennwert), was dieses Gas zu einem Stoff mit großem Anwendungspotenzial macht. Zu diesen Techniken gehören:

Chemische Absorption: Dies basiert auf einer Säure-Base-Reaktion, für die ein selektives Reagenz verwendet wird, das Methanverluste minimiert. Diese Technologie arbeitet bei niedrigem Druck.

Waschen mit Druckwasser. Dies basiert auf dem Prinzip der Löslichkeit der Gase in Wasser, die von Temperatur und Druck abhängt. Es gibt zwei Technologietypen: mit Wasserrückführung und ohne Rückführung. Diese Technologien arbeiten bei hohem Druck.

Adsorptionstechniken: Molekularsiebe. Basierend auf molekularen Anziehungskräften zwischen Adsorbat und Adsorbens (Van-der-Waals-Kräfte), bei denen eine bestimmte chemische Reaktion stattfindet und das Verhältnis von Molekülgröße zur Porengröße des Adsorbens eine wichtige Rolle spielt. Es gibt verschiedene Techniken in dieser Kategorie, die gebräuchlichste basiert auf Druckwechseladsorption (PSA). Diese Technologie arbeitet bei hohem Druck.

Kryogene Trennung: Basierend auf kontinuierlicher Kompression, Kühlung und Expansion (Kalt-Destillation) des Biogases. Diese Vorgänge ermöglichen die Abtrennung von CO2 aus dem Biogas, wodurch die Methankonzentration (CH4) erhöht wird. Sie basiert auf dem Wissen über den Tripelpunkt jeder Komponente und den Bedingungen, unter denen dieser Punkt erreicht werden kann (T & P). Diese Technologie arbeitet bei hohem Druck.

Membrantrennung: Basierend auf dem Prinzip der Permeabilität der verschiedenen Komponenten. Permeabilität ist die Fähigkeit eines Materials, einen Fluss passieren zu lassen, ohne seine innere Struktur zu verändern. Üblicherweise werden Hohlfasermembranen verwendet. Der Prozess erfordert hohen Druck.

Tabelle 2 zeigt die typische Zusammensetzung von Erdgas, Biogas und angereichertem Biogas (Biomethan). In diesem Fall wird das angereicherte Biogas durch Waschen mit Druckwasser erreicht.

Komponenten	Erdgas (%)	Biogas (%)	Biomethan (%)
CH4	86-93	50-75	89-98
CO2	9,5-13	25-50	0,5-2
Propan	0,4	0	0
Butan	0,09	0	0
H2S	0	0-5000 ppm	0
NH3	0	0-500 ppm	0
VH 0	0	0,1-5	0
Inerte Partikel	0	> 5μm	0,1
N2	0,68	0-14	0-5
Siloxane	0	0-100 mg/m	0
HCH	0	0-4000 mg/m2	0

Tabelle 2

Abbildung 1 zeigt das Verhalten der geschätzten Investitionskosten im Verhältnis zur Kapazität zur Behandlung von Rohbiogas für die verschiedenen verfügbaren Biomethanproduktionstechnologien.

Abbildung 2 zeigt den aktuellen Anwendungsgrad der verschiedenen Technologien zur Anreicherung von Biogas, um die Qualität von Erdgas zu erreichen. Laut Grafik werden drei Techniken am häufigsten angewendet: Waschen mit Druckwasser, chemisches Waschen und Druckwechseladsorption (PSA). Aufgrund der Weiterentwicklung der Membraneigenschaften nimmt die Nutzung der Membrantrennung in diesem Sektor zu.

Abbildung 3 zeigt die Anwendung der Biogasanreicherungstechniken in verschiedenen Ländern. Die grundlegende Anwendung zielt auf die Produktion von Biomethan zur Einspeisung ins Gasnetz ab.

Biogas aus verschiedenen Quellen ist ein wertvoller Rohstoff für die Produktion von Energie, chemischen Produkten und Biokraftstoffen. Da es sich um eine erneuerbare Energie handelt, ist sie unerschöpflich, sauber und kann eigenständig genutzt werden, was eine planbare und an den Verbrauch angepasste Produktion ermöglicht. Die Nutzung von Biogas verursacht weniger Umweltverschmutzung und stellt angesichts der spürbaren Erschöpfung fossiler Brennstoffe, deren Preise derzeit steigen, eine praktikable Alternative dar.

Der aktuelle Trend konzentriert sich auf die Produktion von Biogas als Ersatz für Erdgas, zur Einspeisung ins Netz oder zur Versorgung motorisierter Fahrzeuge.

Erdgas befindet sich unterirdisch in der natürlichen Umgebung in „Gasblasen“, die von undurchlässigen Schichten bedeckt sind, welche verhindern, dass es in die Atmosphäre entweicht. Es kann auch zusammen mit Rohöl in Ölfeldern oder in reinen Erdgasfeldern vorkommen. Der Hauptbestandteil von Erdgas ist immer Methan (CH4), das zwischen 83 % und 97 % des Gesamtvolumens des Gemischs ausmacht. Weitere gasförmige Kohlenwasserstoffe, die immer im Erdgas vorhanden sind, wenn auch in geringeren Anteilen, sind Ethan (C2H6), Butan (C4H10) und Propan (C3H8). Schließlich enthalten die Bestandteile von Erdgas, abgesehen von Kohlenwasserstoffen, normalerweise Stickstoff, Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff, Helium und Argon.

Die Entwicklung im Bereich Biogas hat mittlerweile den Punkt erreicht, an dem der Trend verstärkt auf die Nutzung von Biogas als Ersatz für Erdgas durch die Produktion von Biomethan ausgerichtet ist. Verschiedene Technologien erscheinen auf dem Markt, um diese Umwandlung zu ermöglichen.