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POSITION WÄHLEN
Bioenergie ist eine Form erneuerbarer Energie, die aus organischen Stoffen wie Pflanzenmaterial und tierischen Abfällen gewonnen wird. Diese organischen Stoffe werden als Biomasse bezeichnet. Biogas ist zu einem wichtigen Faktor für die aktuelle und zukünftige Energieversorgung geworden und ersetzt zunehmend fossile Brennstoffe wie Kohle, Öl und Erdgas. Für den Biogasmarkt wird wie unten dargestellt ein beständiges Wachstum erwartet:
Bei der bakteriellen Zersetzung organischer Stoffe unter Ausschluss von Sauerstoff findet eine anaerobe Vergärung statt. Das bei der Vergärung von Pflanzenmaterial und tierischen Abfällen erzeugte Gas wird als Biogas bezeichnet. Biogas besteht hauptsächlich aus Methan und Kohlendioxid und enthält geringere Anteile von Schwefelwasserstoff und Ammoniak. Andere Gase wie Wasserstoff, Stickstoff und Kohlenmonoxid sind in Spuren ebenfalls in dem Gas vorhanden. Das rohe, unbehandelte Biogas enthält zudem Schmutz und Feststoffpartikel und ist oft mit Wasserdampf gesättigt.
Die meisten modernen Vergärungsprozesse erzeugen Biogas, das mit Wasserdampf gesättigt ist und variable Mengen anderer Verunreinigungen enthält. Diese Verunreinigungen können Korrosion, Ablagerungen und Schäden an der Ausrüstung verursachen und sollten entfernt werden, bevor das Biogas für die Energieerzeugung verwendet wird.
Zu den gasförmigen Bestandteilen, die zusammen mit dem Wasserdampf abgeschieden (oder reduziert) werden sollten, zählen Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid, Halogenverbindungen (Chloride, Fluoride), Ammoniak, Siloxane und flüchtige organische Verbindungen (FOV). Biogas enthält auch Staub- und Schmutzpartikel, die ebenfalls als Teil des Aufbereitungsprozesses für das Rohbiogas entfernt werden sollten.
Die gängigste Methode für den Einsatz von Biogas zur Energieerzeugung ist die Verbrennung in einem Gasmotor oder einer Gasturbine, um eine Kombination aus Wärme und elektrischem Strom zu erzeugen (Kraft-Wärme-Kopplung). Damit das Biogas als effiziente Brennstoffquelle verwendet werden kann, muss der Großteil der Verunreinigungen aus dem Rohgas entfernt werden.
Die Auswahl einer effektiven Biogas-Aufbereitungsanlage ist daher besonders wichtig, sowohl zur Optimierung der Kraft-Wärme-Kopplung elektrischer und thermischer Energie, auf die der Großteil der verfügbaren erneuerbaren Energie entfällt, als auch zur Minimierung des Energieverbrauchs und der Betriebskosten.
Es ist allgemein anerkannt, dass eine Reduzierung des Wassergehalts für KWK-Systeme von Vorteil ist. Herkömmliche Methoden wie Kondensatabscheider und unterirdische Leitungen können jedoch keine niedrigen Taupunkte erreichen, was den Nutzen der Wasserabscheidung schmälert. Damit unterirdische Leitungen alleine eine ausreichende Kühlwirkung entfalten, sind sehr lange Leitungslängen erforderlich, was meist praktisch schwer umsetzbar ist und einen hohen Wartungs- und Instandhaltungsaufwand erfordert.
Oft werden für die Biogaskühlung auch Kühlvorrichtungen für Klimageräte verwendet, die jedoch nicht darauf ausgelegt sind, Wasser mit niedrigen Temperaturen zu erzeugen. Diese Geräte führen entweder zu höheren Gastaupunkten oder müssen deutlich außerhalb ihrer Auslegungsgrenzen arbeiten, was einen höheren Energieverbrauch und eine verkürzten Lebensdauer nach sich zieht.
Es ist daher unerlässlich, ein Kühlsystem wie das der Parker BioEnergy Reihe zu verwenden, das spezifisch für die Erzeugung niedriger Taupunkte und den Betrieb unter aggressiven Umgebungsbedingungen wie in Biogasanwendungen ausgelegt ist.
Biogas, das in anaeroben Vergärungsanlagen und Deponien produziert wird, enthält Schaum, Schwebstoffe, Fette, Partikel und andere Fremdstoffe. Diese müssen durch Filtration entfernt werden, bevor das Gas an nachgeschaltete Geräte oder Leitungen weitergeleitet wird. Wenn diese Fremdstoffe nicht entfernt werden, kann es in nachgeschalteten Geräten und Prozessen zu Funktionsstörungen kommen.
Parker Niederdruck-Rohbiogasfilter vereinen eine hohe Effizienz bei der Partikelrückhaltung mit einem äußerst niedrigen Druckabfall, um sauberes, gebrauchsfertiges Biogas zu erzeugen und gleichzeitig die Betriebskosten zu minimieren. Die Vorfilter erhöhen die Prozesssicherheit durch Schutz der Rohrbündelkühler vor Verschmutzungen und Partikelverunreinigungen. Werden sie als Nachfilter verwendet, beseitigen sie Partikel aus dem Gasstrom und schützen somit den nachgeschalteten Gasmotor.
Die hocheffizienten und biogasbeständigen Rohrbündel-Wärmetauscher von Parker kühlen warme Gase, die so stark mit Feuchtigkeit gesättigt sind, dass es zu Kondensation kommt. Das Parker Produkt kann für Installationen in Deponie-, Klär- und Biogasanlagen verwendet werden.
Optimierte Abscheidewirkung mit geringem Druckabfall. Parker BioEnergy Wasserabscheider entfernen kondensiertes Wasser aus Biogas, um trockenes Gas an nachgeschaltete Komponenten wie Gebläse, Rohrleitungen und KWK-Motoren zu liefern.
Die Hyperchill BioEnergy Kaltwassersätze von Parker bieten eine hervorragende Leistung in der aggressiven Umgebung von Deponie- und Kläranlagen. Eine spezielle Schutzbehandlung von Kondensatoren und Kupferrohren gewährleistet einen zuverlässigen Betrieb.
Die Entfeuchtung von Biogas bietet vier wichtige Vorteile. Sie steigert den Energiegehalt des Gases, beugt Korrosion von Rohrleitungen und Systemkomponenten vor, entfernt Konzentrationen spezifischer Gase teilweise oder vollständig und entspricht den Vorgaben großer Gasmotorenhersteller.
Rohbiogas hat in der Regel einen sehr hohen Wasserdampfgehalt (30 bis 100 g Wasser pro m3 Gas), was einem Anteil von 4 bis 8 Prozent an der Gesamtzusammensetzung des Gases entspricht und den Brennwert des Gases reduziert. Die Trocknung von Biogas auf einen Taupunkt von 5 °C reduziert den Feuchtigkeitsgehalt auf 1 Prozent und erhöht somit den Methangehalt um rund 5 Prozent. Dies erhöht wiederum den Brennwert des Gases.
Wenn die Umgebungstemperatur abfällt, kühlt sich das Gas ab, was zur Kondensierung von Wasserdampf in der Rohrleitung führt. Kondensat kann mit CO2, Schwefelwasserstoff (H2S) usw. saure Verbindungen bilden, die zu beschleunigter Korrosion von Maschinen, Gaswäschern, Rohrleitungen, Puffergefäßen, Sensoren und Instrumenten führen können. Die Kombination von H2S und Wasser ergibt Schwefelsäure und/oder ionischen Wasserstoff, während die Kombination von CO2 und Wasser Kohlensäure erzeugt. Das daraus resultierende säurehaltige Kondensat ist hoch korrosiv und verursacht einen starken Abfall der Basizität des Motoröls. Die Trocknung des Gases auf einen niedrigen Taupunkt gewährleistet, dass der Wasserdampf nicht kondensiert, und beugt somit der Entstehung dieser korrosiven Säuren vor.
Durch eine effiziente Entfeuchtung ist es möglich, nicht nur den Wasserdampf abzuscheiden, sondern auch die Konzentration von Bestandteilen wie H2S, Siloxanen, Ammoniak und Halogenverbindungen zu reduzieren, die sich im kondensierten Wasser auflösen. Die teilweise oder vollständige Abscheidung dieser Fremdstoffe verbessert die Effizienz der gesamten Anlage und reduziert die Wartungskosten und Stillstandszeiten erheblich.
Im Gegensatz zu Benzin- und Dieselkraftstoffen müssen gasförmige Brennstoffe in der Regel keine strengen Qualitätsanforderungen erfüllen. Aus diesem Grund geben die Hersteller von KWK-Motoren technische Spezifikationen vor, die sicherstellen, dass das Brenngas eine ausreichende Qualität aufweist und weder die Leistung noch die Lebensdauer des Motors beeinträchtigt.
Im Hinblick auf den Wassergehalt geben alle führenden Motorenhersteller an, dass Wasserkondensat in den Brenngasleitungen oder im Motor NICHT akzeptabel ist.
Die Installation eines Kühlsystems zur Trocknung des Gases auf einen niedrigen Taupunkt stellt sicher, dass der Wasserdampf in der Gasleitung nicht kondensiert, was zur Einhaltung der technischen Spezifikationen der großen Gasmotorenhersteller beiträgt.
In den letzten Jahren hat der Einsatz von siloxanhaltigen Produkten stark zugenommen, und eine beträchtliche Menge des Stoffes gelangt über Abfallprodukte in Kläranlagen und Deponien. Siloxane sind Organosilikonverbindungen, die zahlreichen Körperpflegeprodukten wie Shampoo, Deodorants, Seifen und Cremes zugesetzt werden. Siloxane sind chemisch stabil, gelangen durch Klärsysteme hindurch und sind nahezu im gesamten erzeugten Biogas vorhanden.
Wenn das an diesen Standorten produzierte Gas als Brennstoff für Biogas-Energieanlagen verwendet wird, zeigt sich ein deutlich stärkerer Effekt der Siloxanverunreinigungen in Form von Siliciumdioxid (Quarz/Sand), das sich auf den Oberflächen der Erzeugungsmotoren absetzt – wenn keine Aufbereitung stattfindet. Zusätzlich zu beschädigten Motorkomponenten arbeiten betroffene Motoren ineffizient und produzieren übermäßige Emissionen, insbesondere in Form von Kohlenmonoxid und Stickstoffmonoxid. Die folgende Abbildung zeigt Siloxanablagerungen am Kolbenboden und an den Ventilen eines KWK-Motors.
Das Ergebnis sind höhere Betriebskosten, weniger produzierter Strom und mehr Umweltschadstoffe.
Für die Abscheidung von Siloxanen aus Biogas sind verschiedene Technologien erhältlich. Die gängigsten sind adsorptionsbasierte Systeme mit regenerativen oder nicht regenerativen Medien.
Für geringere Siloxankonzentrationen wird oft Aktivkohle als Adsorptionsmedium verwendet. Obwohl Aktivkohle Siloxane auf sehr geringe Gehalte reduzieren kann, entstehen bei diesem Verfahren hohe Betriebskosten, da das verbrauchte Adsorptionsmaterial regelmäßig ersetzt und als Sondermüll entsorgt werden muss.
Für mittlere bis hohe Konzentrationen von Siloxanen sind die höheren Anschaffungskosten für ein regeneratives System oft gerechtfertigt. Regenerative Systeme können Siloxane auf niedrige Gehalte reduzieren und verwenden Adsorptionsmedien, die deutlich länger als aktivkohlebasierte Systeme halten. Parkers Siloxane Removal System (SRS) kann eine Medienlebensdauer von 5 Jahren garantieren, in der die Siloxankonzentrationen durchgängig unter 10 mg/m³ bleiben.
