Ein Gas wird veredelt

Anlagen-/Apparatebau Ein Gas wird veredelt

08.02.2007Redakteur: Redaktion PROCESS

Einer der saubersten und verfahrenstechnisch problemlosesten Grundstoffe ist das Erdgas. Das natürliche Gasgemisch, das zum größten Teil aus Methan besteht, sucht seinesgleichen unter den Rohstoffen. Eine Alternative ist Biogas – gerade nach In-Kraft-Treten des Erneuerbare-Energien-Gesetzes. Wie man dieses ebenfalls natürliche Gasgemisch „fit macht“ für die industrielle Nutzung, zeigt folgender Beitrag, der es auch nicht versäumt, die wirtschaftliche Nutzung zu beleuchten.

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DGE Dr. Ing. Günther Engineering GmbH

Mit der Veröffentlichung im Bundesgesetzblatt am 1. August 2004 ist das novellierte Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) in Kraft getreten. Damit wurde nach langem Gezerre wieder Investitionssicherheit für eine ganze Branche geschaffen. Das Bundesumweltministerium erwartet vom neuen EEG einen Motor für Innovation und erhöhte Exportchancen für deutsche Technik. Ein Aspekt des Gesetzes ist, dass seitdem auch die Reinigung von Biogas zur Erdgasqualität bezuschusst und damit gefördert wird.

Eine klare Definition zur bezuschussungsfähigen Erdgasqualität besteht jedoch bislang nicht. Die Tabelle unten zeigt jedoch eine typische Zusammensetzung dieses wertvollen Rohstoffs. Zur weiteren problemlosen Verwendung müssen einige der dort aufgeführten Bestandteile entfernt werden. Dies sind vor allem Schwefelwasserstoff, Ammoniak und Kohlendioxid. Eine Reinigung des Biogases von NH3 und H2S ist sehr leicht mittels Wäsche möglich, wobei damit das Biogas bis auf Werte von 1-3 mg/m3 und auch deutlich darunter entfernt werden kann.

Dies entspricht dem Stand der Technik. Für die Entfernung von Kohlendioxid aus dem Biogas haben sich in den letzten Jahren die Verfahren der Druckwechseladsorption und der Druckwäsche durchgesetzt. Beide Verfahren der Biogasreinigung liefern ein Gasgemisch mit hohem Methananteil. Bei der Druckwechseladsorption muss ein Methanverlust über das CO2 akzeptiert werden. Es können dagegen jedoch N2 und O2 partiell abgetrennt werden.

CO2 selektiv abscheiden

Dagegen kann mit der Druckwäsche CO2 selektiv abgeschieden werden. Dies ergibt sich daraus, dass Methan praktisch in Wasser und anderen Waschmedien, wie Aminen unlöslich ist. Während die Wäsche mit Wasser extrem hohe Drücke erfordert, kann mit der Aminwäsche eine praktisch vollständige Entfernung von CO2 aus dem Biogas erreicht werden. Stickstoff und Sauerstoff können jedoch nicht entfernt werden. Ein von der Firma DGE entwickeltes Verfahren zur Abscheidung von CO2 arbeitet mit DEA als Waschmittel. Bei dieser Verfahrensführung treten überlagerte Reaktionen in der flüssigen Phase des Waschmittels auf.

Die entsprechenden Reaktionsgleichungen auf Seite 21 rechts oben zeigen, dass hier insbesondere für die Regeneration spezielle Bedingungen eingestellt werden müssen, damit CO2 abgetrennt werden kann. Ein solcher Prozess wird allgemein über eine Absorptions-/Desorptionsstufe realisiert. Das von den DGE-Experten dazu speziell entwickelte Verfahren arbeitet im Gegensatz zu bekannten Prozessen mit einer Desorption unter erhöhtem Druck von ca. 60 bar.

Dies hat den entscheidenden Vorteil, dass unter diesen Bedingungen CO2 mit geringem Wasseranteil abgetrennt wird, was zu geringen erforderlichen Kühlleistungen führt. Darüber hinaus kann dann das abgeschiedene Kohlendioxid ohne weitere Druckerhöhung durch Kondensation verflüssigt werden. Das Grundfließbild dazu kann der Abbildung auf dieser Seite entnommen werden. Die technische Realisierung dieser Prozessführung ermöglicht nachstehende wirtschaftliche Prozessdurchführung.

Aus einem Biogas von 750 Nm3/h mit der ZusammensetzungCH4 348,93 kg/hH2 0,67 kg/hN2 9,37 kg/hCO2 485,98 kg/hwerden mit dem BCM-3 Verfahren 348 kg/h bzw. 502 Nm3/h Methan zurückgewonnen, wobei die auf der Seite 21 links oben gezeigten Verwendungsmöglichkeiten bestehen. Diese Gegenüberstellung zeigt, dass bei unterschiedlicher Verwendung des Gasgemisches auch unterschiedliche Preise erzielt werden können.

Die existierenden unterschiedlichen Subventionen erlauben hier keinen realen Vergleich. Bei der Verwendung als Erdgas oder Treibstoff können die Investitionen für das BHKW eingespart werden.Für die Verwertung von flüssigem Kohlendioxid ergibt sich folgender Erlös:Kohlendioxidmenge: 485 kg/hKohlendioxidmenge: 4171 t/aPreis pro t: 120,00 EUR/tErlös: 500 520 EUR/a

Durch weitere Verarbeitung des Kohlendioxids zu Trockeneis, Pellets für die Reinigung und Werkstoffprüfung als Flaschengase lassen sich noch deutlich höhere Preise erzielen. Damit kann mit einer zusätzlichen CO2-Verwertung ein deutlicher Preisvorteil erzielt werden.

Hochreines Gasgemisch

Diese Betrachtungen zeigen, dass eine Biogasreinigung mit dem DGE-Verfahren ein Methangasgemisch mit hoher Reinheit zur Einspeisung in das Erdgasnetz oder zur Verwendung als Kraftstoff liefert. Bei einer Verwendung des gereinigten Biogases als Treibstoff und Vermarktung des gewonnenen CO2 kann der Prozess auch ohne Subventionen wirtschaftlich realisiert werden. Vor allem in Regionen, in denen kein Bedarf an Wärme, sondern an Kühlleistung besteht, ist der Prozess sehr wirtschaftlich. Die Versorgung schwer zugänglicher Regionen mit Treibstoff aus nativen Rohstoffen ist hier sicher eine interessante Alternative.

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