Biogasreinigung und -aufbereitung

Condorchem Envitech liefert Komplettlösungen zur Biogasreinigung für alle Arten von Biogasanlagen, unabhängig von deren Herkunft (Deponien, Kläranlagen oder Vergärungsanlagen). Diese Lösungen umfassen Engineering, Herstellung und Lieferung von Ausrüstung und Technologien sowie die Inbetriebnahme und Wartung der Anlage.

Das CLEAN-BGAS® MP DRY Modul ist darauf ausgelegt, unerwünschte Bestandteile des Biogases zu reduzieren. Dieses Modul konzentriert sich auf die Kühlung und das Durchleiten des Biogases durch Aktivkohle. Unsere Biogasreinigungsanlagen werden vollständig montiert auf einem Skid geliefert, sodass sie einfach zu installieren, zu betreiben und zu warten sind.

Eigenschaften unserer Biogasreinigungsanlagen:

• Energie- und Reagenzienoptimierung: Anlagen sind für minimalen Energie- und Reagenzienverbrauch ausgelegt.
• Automatischer Betrieb: Systeme sind für den automatischen Betrieb ausgestattet.
• Umfassende Reinigung: Reduziert gleichzeitig Feuchtigkeit, Kohlenwasserstoffe, Siloxane und teilweise H2S und NH3 gemäß Kundenanforderungen.
• Kompaktes Design: Kompakte Systeme sparen Platz und vereinfachen die Wartung.
• Feuchtigkeitsreduzierung: Reduziert sowohl die relative als auch die absolute Feuchtigkeit des Biogases.

Biogas kann in Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen nicht verwendet werden, ohne zuvor gereinigt zu werden. Aus diesem Grund müssen der Feuchtigkeitsanteil und alle Verbindungen, die die Lebensdauer von Geräten, die Biogas als Brennstoff nutzen, verkürzen können, reduziert werden.

Ein wesentlicher Bestandteil einer Biogasanlage, die für die Nutzung von Biogas als Biokraftstoff bestimmt ist, ist die Sammel- und Reinigungsanlage. Diese Sammel- und Reinigungsanlage umfasst eine Reihe von Geräten und Technologien, die für die ordnungsgemäße Planung und Nutzung von Biogas erforderlich sind.

Komponenten einer Biogas-Reinigungsanlage:

• Entfeuchtung/Trocknung von Biogas: Entfernung von Feuchtigkeit durch Kondensatfallen, Wärmetauscher und Kältemaschinen.
• Reinigungssysteme: Einsatz von Technologien wie Aktivkohlefiltern, Membranen und chemischen Waschern zur Beseitigung unerwünschter Bestandteile wie H2S, Siloxane, Kohlenwasserstoffe usw.

Diese Anlagen umfassen Teile wie:

• Rohrleitungssystem und Ausrüstung (Kondensatfalle, Schaumentferner, Partikelfilter, Kiesfilter usw.).
• Transportsystem. Radialgebläse, Seitenkanal- und Drehgebläse. Hilfseinrichtungen wie Flammensperren, Dehnungsfugen und Ventile.
• Biogas-Management-System. Fackel, Gasometer und Hilfseinrichtungen.

Ein Verfahren, das auf Kühlung, Kondensation, Wasserwäsche und Absorption mit Aktivkohle basiert.

Biogas ist ein Gasgemisch, das hauptsächlich aus CH4, CO2, Wasserdampf und Spuren anderer Verbindungen (H2S, Siloxane, NH3 und Kohlenwasserstoffe unter anderem) besteht. Um es in einem BHKW-System nutzen zu können, ist es notwendig, den Feuchtigkeitsgehalt zu reduzieren und alle schädlichen Verbindungen zu entfernen, um die Haltbarkeit der für die Nutzung als Biokraftstoff eingesetzten Anlagen zu gewährleisten.

Das CLEAN-BGAS® MP DRY Modul garantiert die Reduzierung dieser Komponenten (Wasserdampf, Partikel, H2S und Siloxane). Die Technologie besteht aus zwei Teilen: der Kühlung des Biogases und der Adsorption mit Aktivkohle. Die Aktivkohle wird für die Hauptgefährdungskomponente ausgewählt. Die gesamte Ausrüstung ist in einer Basis untergebracht, um den Betrieb, die Wartung und die Installation zu erleichtern.

• Produktion von hochwertigem Biogas
• Reduzierung des Energieverbrauchs um 30%
• Langfristiges Adsorbens
• Niedrige Wartungskosten
• Vollautomatisch
• Verbessert die Abgasemissionen von Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen

• Beseitigung von Siloxanen und Kohlenwasserstoffen
• Entfernung von Wasserdampf
• Beseitigung von H2S und NH3
• Temperaturabsenkung
• Deponiegas
• Abwassergas

• Modulares System
• Geeignet für alle Arten von Biogas
• Dauerbetrieb seit der Installation
• Gleichzeitige Reduzierung von Temperatur, Wasserdampf, H2S, NH3, halogenierten Kohlenwasserstoffen und Siloxanen
• Funktioniert auf Vakuum- oder Druckleitungen
• Integriert ein Trennsystem für Partikel und Schaum
• Vollständige Automatisierung
• Aktivkohlefilter sind einfach zu handhaben
• Bietet hochwertiges Biogas
• Kann ein Energiespeicher- oder Nachheizsystem enthalten

Biogas wird durch die anaerobe Zersetzung (Fäulnis) organischer Stoffe gewonnen. Es enthält Methan (CH4) in unterschiedlichen Anteilen, die von 35 % bis 70 % reichen und maßgeblich von den Produktionsmethoden sowie den im Prozess verwendeten Materialien abhängen. Diese Methankonzentration ermöglicht die Nutzung von Biogas als Brennstoff. Die Freisetzung von Methan in die Atmosphäre trägt zur Verstärkung des Treibhauseffekts bei, wobei seine Verschmutzungskapazität 21-mal höher ist als die von CO2.

Die Nutzung von Biogas als Brennstoff oder Rohstoff für die Herstellung anderer Produkte ist die beste Option, nicht nur weil dadurch Methanemissionen in die Atmosphäre vermieden werden, sondern auch weil die Emissionen anderer Treibhausgase, die durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe entstehen würden, reduziert werden. Biogas ist eine unerschöpfliche Quelle sauberer, erneuerbarer Energie, deren Nutzung automatisch gesteuert werden kann. Es ist eine der zugänglichsten erneuerbaren Energien, da es leicht gewonnen werden kann. Darüber hinaus verursacht Biogas weniger Luftverschmutzung und stellt eine praktikable Alternative zur Erschöpfung fossiler Brennstoffe wie Erdgas und Öl dar, deren Preise in den letzten Jahren gestiegen sind.

Mit einem Netto-Kalorienwert (NCV) von etwa 4.000 bis 6.000 Kcal/m3 kann Biogas zur Erzeugung und zum Verkauf von Strom und Wärme verwendet werden. Es kann auch als Biokraftstoff für Fahrzeuge genutzt, in das Erdgasnetz eingespeist oder als Rohstoff für die Produktion von H2 und Methanol verwendet werden. Die effektivste Nutzung von Biogas liegt jedoch in der Kraft-Wärme-Kopplung, bei der gleichzeitig Strom und Wärmeenergie gewonnen werden.

Dies sind die Hauptgründe, warum ein effizientes Biogasreinigungssystem erforderlich ist:

• Optimale Maschinenfunktion: Gewährleistet den effizienten Betrieb von Maschinen (Motoren, Turbinen, Kesseln, Brennstoffzellen, Fahrzeugen usw.), die Biogas als Brennstoff verwenden.
• Verlängerte Lebensdauer der Ausrüstung: Verlängert die Lebensdauer der für Pumpen, Förderung und Kompression eingesetzten Geräte (Gebläse und Kompressoren).
• Verbesserte Emissionen: Verbessert die Abgasemissionen von motorbetriebenen Maschinen.
• Arbeitssicherheit: Verhindert toxische Konzentrationen, die für menschliche Bediener schädlich sind.
• Reduzierte Wartungskosten: Senkt die Wartungskosten, einschließlich Ölreparaturen und -austausch, für Maschinen in solchen Anlagen.
• Effizientes Gaserfassungs-, Förder-, Speicher- und Verteilungssystem: Gewährleistet den optimalen Betrieb des Biogas-Erfassungs-, Förder-, Speicher- und Verteilungssystems.

Tabelle 1 zeigt die typische Zusammensetzung von Biogas entsprechend seiner Herkunft, d. h. Deponie oder Methanisierungsanlage, und der zu behandelnden Materialart.

Tabelle 1

Obwohl alle Biogasarten für die Produktion von Biomethan geeignet sind, liefern die aus kontrollierten Prozessen stammenden Biogase eine bessere Qualität für die Umwandlung in ein Gas mit ähnlichen Eigenschaften wie Erdgas. Dies liegt an der höheren Methankonzentration (CH4), die erreicht werden kann, sowie an der geringeren Konzentration von Schadstoffen, einschließlich O2.

Für die Anwendung oder Nutzung von Biogas als Brennstoff oder Rohstoff für die Herstellung chemischer Produkte wie Methanol und Wasserstoff muss dessen Qualität verbessert werden. Um dies zu erreichen, müssen alle unten beschriebenen schädlichen Bestandteile entfernt werden.

Wasserdampf

Wasserdampf reduziert den NCV von Biogas drastisch und beeinflusst somit die Energieeffizienz der Geräte, die bei der Nutzung als Biokraftstoff eingesetzt werden (Motoren, Turbinen, Kessel, Brenner usw.). Daher sollte vor der Verwendung als Biokraftstoff der Feuchtigkeitsgehalt so weit wie möglich reduziert werden. Die Entfernung dieser Feuchtigkeit ist auch notwendig, um die Ansammlung von Kondensaten in der Gasleitung zu verhindern und folglich die Bildung von korrosiven Säuren sowie das Verstopfen der Rohre zu vermeiden.

Schwere und halogenierte Kohlenwasserstoffe

Halogenierte Kohlenwasserstoffe, insbesondere solche mit Chlor und Fluor, können Korrosion an Generator-Motoren verursachen, insbesondere in der Brennkammer, an Ventilen und Zylinderköpfen. Kohlenwasserstoffe mit hohem Molekulargewicht können Fehlfunktionen des Motors verursachen, da sich ihr Zündpunkt stark vom Zündpunkt von Biogas (CH4) unterscheidet. In vielen Fällen verbrennen diese Kohlenwasserstoffe nur teilweise, was zu einer Erhöhung der Konzentration von Formaldehyd, VOCs und anderen Komponenten in den Abgasen dieser Geräte führt.

Schwefelwasserstoff (H2S)

Die Entschwefelung von Biogas ist notwendig, um Korrosion und toxische Konzentrationen von Schwefelwasserstoff (H2S) zu verhindern. Beim Verbrennen von Biogas entstehen Schwefeloxide wie SO2/SO3, die noch toxischer sind als das ursprüngliche H2S. Gleichzeitig senkt SO2 den Kondensationspunkt der Abgase (Rauch), was zur möglichen Bildung von schwefliger Säure (H2SO3) führt, die hochgradig korrosiv ist. Außerdem entsteht bei der Mischung von Schwefelwasserstoff (H2S) mit der Luftfeuchtigkeit (Wasser) oder der Feuchtigkeit des Biogases selbst in der Brennkammer oder in Kesseln Schwefelsäure (H2SO4), die Metallkomponenten angreift, insbesondere solche mit Kupfer (Cu), Bronze, Eisen oder anderen Materialien, wodurch die Leistung dieser Komponenten erheblich reduziert wird. Zusätzlich kontaminiert H2S bei Motoren das Schmieröl, was umweltschädliche Schwefeloxidemissionen in den Abgasen verursacht.

Siloxane

Siloxane gehören zu den häufigsten Bestandteilen von Biogas, das in Deponien und/oder Kläranlagen für Energiezwecke erzeugt wird. Sie schädigen Motoren und verkürzen deren Lebensdauer aufgrund der abrasiven Wirkung, die sie auf die internen Komponenten ausüben. Dieser Effekt entsteht durch die Silikate, die sich infolge der Verbrennung im Inneren des Motors auf den verschiedenen Motorteilen ablagern.

Viele Trenn- und Entfernungstechnologien werden angewendet, um diese Arten von Komponenten zu reduzieren. Jede ist auf eine bestimmte Komponente ausgerichtet, entsprechend der Herkunft des Biogases und seiner potenziellen Anwendung. Im letzten Teil dieses Artikels werde ich die Biolimp-Siloxa-Kombinationstechnologie zur Entfernung von Siloxanen beschreiben.

Die Biolimp-Siloxa-Technologie zur Biogasaufbereitung/-reinigung umfasst eine Reihe miteinander verbundener Geräte, die die Entfernung von Feuchtigkeit, Siloxanen, halogenierten Verbindungen und H2S durch physikalische Mittel (Wärme und Adsorption) ermöglichen. Sie ermöglicht auch die Absenkung der Gastemperatur auf zulässige Werte für den Einsatz in Motoren.

Das Modul führt verschiedene Operationen in einer vorgegebenen Reihenfolge durch (Multifunktionstechnologie): Kühlung (Temperaturabsenkung), Kondensation (Entfernung von Feuchtigkeit, Siloxanen, Schwefelwasserstoff) und Adsorption (Reduktion unerwünschter Komponenten wie Siloxane, H2S und Kohlenwasserstoffe). Zu diesem Zweck verfügt das Modul über verschiedene interne Elemente.

Technische Grundlage

Die Kühlung des Biogases erfolgt, um seine Temperatur auf 2 ºC zu bringen, um Siloxane zu entfernen. Die Kondensation dient der Reduzierung des Feuchtigkeitsgehalts im Biogas. Die Gaswäsche erfolgt zur Reduktion saurer Gase (H2S) und Ammoniak (NH3), und die Adsorption mit Aktivkohle dient der Entfernung von Siloxanen und halogenierten Verbindungen.

Technologiestufen

Diese Technologie besteht aus den folgenden Stufen: Vorabkühlung auf 20 ºC zur Reduzierung der absoluten Feuchtigkeit; Gaswäsche und Kondensatabscheidung; Kühlung auf 2-4 ºC zur Reduzierung von Siloxanen und absoluter Feuchtigkeit; Erwärmung des Gases und Reduzierung der relativen Feuchtigkeit sowie schließlich Adsorption mit Aktivkohle. Abbildung 1 zeigt die 2008 für die Deponie Arico auf Teneriffa (Kanarische Inseln), im Besitz der Grupo Urbaser, errichtete Biolimp-Siloxa-Technologie. Sie besteht aus einer Rückgewinnungs- und Reinigungseinheit, einem Entfeuchter, einem Kondensatsammelbehälter und Aktivkohlefiltern.

Tabelle 2 zeigt die Betriebsergebnisse der Biolimp-Siloxa-Technologie. Das Biolimp-Siloxa-Modul/-Technologie ist das Ergebnis von fünf Jahren F&E&I, durchgeführt von Energy & Waste SLNE, einem Unternehmen mit über 15 Jahren Erfahrung in der Behandlung von Biogas aus Deponien, Methanisierungsanlagen, Kläranlagen und Gasaufbereitungsanlagen. Das Unternehmen setzt seine Forschungsarbeit derzeit fort, um eine höhere Energieeffizienz und verbesserte Schadstoffentfernung zu erreichen.

Tabelle 2