1 Motivation 1 2 Stand der Wissenschaft und Technik sowie gesetzliche Grundlagen _3

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1 Inhaltsverzeichnis 1 Motivation 1 2 Stand der Wissenschaft und Technik sowie gesetzliche Grundlagen _3 2.1 Methananreicherung - Abtrennung von C Adsorption an Feststoffen Adsorptionskinetik Druckwechseladsorption (PSA) Absorption an Flüssigkeiten Absorptionskinetik Physikalische Wäsche mit Wasser oder anderen Flüssigkeiten Chemische Wäsche mit Amin oder anderen Flüssigkeiten Vergleich der Waschmittel Membrantrennverfahren Tieftemperaturrektifikation Methanschlupf Definition des Methanschlupfes Anlagenoptimierung in Richtung einer hohen Methanausbeute Anlagenoptimierung in Richtung eines geringen Methanschlupfes Technische Einsatzgrenzen Rechtliche Einsatzgrenzen Zusammenfassung der Gasaufbereitungstechnologien Gesetzliche Rahmenbedingungen Anforderungen an die Biomethanqualität DVGW-Arbeitsblatt G DVGW-Arbeitsblatt G Gegenüberstellung der Qualitätsanforderungen Vergütung von Strom aus Biomasse Vergütungslage 2005 bis Aktuelle Vergütungslage 2009 bis GasNZV Patente Abzuleitende Anforderungen an die Aufbereitungstechnik 32 3 Aufgabenstellung 33 4 Technische Grundlagen Erzeugung von Rohgas Gaszusammensetzung Rohgas Methan Kohlendioxid Sauerstoff,-Stickstoff und Schwefelkomponenten Ammoniak Wasserstoff Benzol, Toluol, Ethylbenzol, Xylol Kohlenwasserstoffe Gesamt-Silizium Gesamt-Chlor und -Fluor Alkohole und Carbonsäuren Langzeitmessung Rohgas Zusammenfassung der Rohgas-Messergebnisse Anforderungen des öffentlichen Gasnetzes Absorptionskinetik Struktur der Amine 44 I

2 4.4.2 Physikalische und chemische Eigenschaften der Amine Monoethanolamin (MEA) Diethanolamin (DEA) _ N-Methyldiethanolamin (MDEA) Piperazin Morpholin Diethylentriamin Dimethylaminoethanol Triethanolamin Hexamethylendiamin Dimethylaminopropanol Dimethylaminoethoxyethanol Cyclooctylamin Dibutylamin Dicyclohexylamin Zusammenstellung Kinetik der C0 2 -Absorption aus Rohgas in wässrige Aminlösungen Absorptionsprozess Rührkesselversuch Bestimmung der Beladung des Waschmittels mit C Ergebnisse Auswertung der Ergebnisse Bestimmung der Konzentration von Amin Bestimmung TOC Bestimmung Stickstoff Gaschromatographie Titration Untersuchungsergebnisse zum Desorptionsverhalten verschiedener Waschflüssigkeiten Untersuchungsmethode Untersuchungsergebnisse mit verschiedenen Aminen Betrachtung von Absorption und Desorption im Kreisprozess Grundlegende Betrachtungen zum Mindestenergiebedarf und Mindestmethanverlust bei der Rohgasaufbereitung 74 5 Entwicklung und Errichtung einer Technikumsanlage Experimenteller Aufbau Waschstufe Ergebnisse Variation der Waschmittelmenge ; Einfluss der Temperatur auf die Gaswäsche Betrachtung der Nutzung von regenerierten Waschflüssigkeiten Übertragbarkeit der Verhältnisse Testgemisch/ Real-Rohgas Untersuchungen mit unterschiedlichen Füllkörpern Waschmittelregeneration Beschreibung der Regenerationseinheit Untersuchungsergebnisse von Waschmittelregenerationen Reaktionskinetik Einfluss der Wasserqualität 94 6 Entwicklung und Errichtung einer Prototypenanlage Kenndaten des Anlagenstandortes Zur Verfügung stehende Rohgasqualität Dimensionierung einer Prototypenanlage für eine Leistung von V n =10 m 3 /h Rohgas Dimensionierung der Waschstufe (Absorption) Dimensionierung der Waschmittelregeneration (Desorption) Beschreibung der einzelnen Verfahrensstufen 102 II

3 6.3.4 Rohgasaufbereitung (Rohgasentschwefelung, Kühlung des Rohgases) Absorption mittels Waschkolonne, Kühlung des Biomethans und Verdichtung des Biomethans Regenerationseinheit für beladenen Waschlösung Prozesswärmeerzeugung Ergebnisse Absorption mittels Waschkolonne, Kühlung des Biomethans und Verdichtung des Biomethans Regenerationseinheit für beladenen Waschlösung Untersuchungen mit mehrstufiger Waschmittelregeneration Untersuchungen zur erreichbaren C02-Qualität Errichtung einer Prototypenanlage am Standort Godenstedt Kenndaten des Anlagenstandortes Zur Verfügung stehende Rohgasqualität Dimensionierung einer Prototypenanlage für eine Leistung V n von 600 m 3 /h Rohgas Beschreibung der einzelnen Verfahrensstufen Rohgasentschwefelung Kühlung des Rohgases Absorption mittels Waschkolonne Kühlung des Biomethan Verdichtung des Biomethan Regenerationseinheit für beladene Waschlösungen (Desorption) Messwerterfassung Prozesswärmeerzeugung Ergebnisse Entschwefelung Dimensionierung der Waschstufe (Absorption) Verdichtung des Biomethans Regenerationseinheit für beladene Waschlösungen (Desorption) Untersuchungen mit einstufiger Waschmittelregeneration Untersuchungen mit zweistufiger Waschmittelregeneration Untersuchungen zu einer alternativen Wärmeübertragerkonfiguration Untersuchungen zum Methanverlust Untersuchungen zur Wärmeauskopplung Messwerterfassung Prozesswärmeversorgung Dauerbeständigkeit der eingesetzten Werkstoffe Zusammenstellung der Betriebsergebnisse im Endausbau Errichtung einer Aufbereitungsanlage am Standort Hardegsen Kenndaten des Anlagenstandortes Zur Verfügung stehende Rohgasqualität Dimensionierung einer Aufbereitungsanlage für eine Leistung V n von m 3 /h Rohgas Beschreibung der einzelnen Verfahrensstufen Eingangsweiche Rohgas Rohgasentschwefelung Kühlung des Rohgases Verdichtung des Rohgases Absorption mittels Waschkolonne Kühlung des Biomethans Verdichtung des Biomethans Regenerationseinheit für beladene Waschlösungen (Desorption) 135 III

4 Kühlwasserversorgung Frischwasser / Abwasser Abgas Messwerterfassung Prozesswärmeversorgung Wärmeauskopplung Anlagensteuerung Rohgasaufbereitungsanlage Rohgasanlage mit Fackel Wärmeversorgungsanlage Steuerluft Ergebnisse Eingangsweiche Rohgas Rohgasentschwefelung Kühlung des Rohgases Verdichtung des Rohgases Absorption mittels Waschkolonne Regenerationseinheit für beladene Waschlösungen Qualitätsmessung Prozesswärmeversorgung Fackelanlage Anlagensteuerung Steuerluft Zusammestellung der Ergebnisse im Endausbau Errichtung einer Aufbereitungsanlage am Standort Einbeck Kenndaten des Anlagenstandortes Zur Verfügung stehende Rohgasqualität Dimensionierung einer Aufbereitungsanlage für eine Leistung V n von m 3 /h Rohgas Beschreibung der einzelnen Verfahrensstufen Eingangsweiche Rohgas Rohgasentschwefelung ; Kühlung des Rohgases Verdichtung des Rohgas Absorption mittels Waschkolonne Kühlung des Biomethans Verdichtung des Biomethans Regenerationseinheit für beladene Waschlösungen (Desorption) Kühlwasserversorgung Messwerterfassung Prozesswärmeversorgung und Wärmeauskopplung Anlagensteuerung Ergebnisse Eingangsweiche Rohgas Kühlung des Rohgases Verdichtung des Rohgases Absorption mittels Waschkolonne Kühlung des Biomethans Regenerationseinheit für beladene Waschlösungen Qualitätsmessung ; Prozesswärmeversorgung Fackelanlage Anlagensteuerung Steuerluft Zusammenstellung der Betriebsergebnisse im Endausbau 158 IV

5 10 Errichtung einer Aufbereitungsanlage am Standort Zeven-Aspe Kenndaten des Anlagenstandortes Zur Verfügung stehende Rohgasqualität Dimensionierung einer Aufbereitungsanlage für eine Leistung V n von 250 m 3 /h Rohgas Beschreibung der einzelnen Verfahrensstufen Kühlung Rohgas Verdichtung Rohgas Erhitzung Rohgas Rohgasentschwefelung Absorption mittels Waschkolonne Neues Waschmittel Regenerationseinheit für beladene Waschlösungen (Desorption) Abgas Kühlung und Trocknung des Biomethan Funktionsbeschreibung eines warmregenerierenden Adsorptionstrockners mit externer Wärmezufuhr mit geschlossenem Kreislauf Verdichtung des Biomethan Messwerterfassung Prozesswärmeversorgung Fackelanlage ; Druckluftversorgung Osmosewasseranlage Anlagensteuerung Ergebnisse Absorption mittels Waschkolonne Auswertung der Prozessdaten Bilanzierung Verlauf der Bilanzgerade Auswertung der Laborproben Vergleich der C0 2 -Bilanz mit den Labormessungen Wärmeleistungsdifferenz Fazit neues Waschmittel Messwerterfassung Prozesswärmeversorgung Rohgasentschwefelung Adsorptionstrocknung Osmosewasseranlage Zusammenstellung der Betriebsergebnisse im Endausbau Standard-Anlage Generell unterstellte Kenndaten der Anlagenstandorte Generell unterstellte Rohgasqualität Dimensionierung der Standard-Anlage Beschreibung der einzelnen Verfahrensstufen Kühlung und Verdichtung des Rohgases Rohgasentschwefelung : Eingangsweiche Rohgas : Absorption mittels Waschkolonne Kühlung des Biomethan Verdichtung des Biomethans Feinsttrocknung Regenerationseinheit für beladene Waschlösungen (Desorption) Kühlwasserversorgung 194 V

6 Messwerterfassung Prozesswärmeversorgung und Wärmeauskopplung Auslegungsgrundlagen Grundkonzepte Wärmebilanz im Black-Box-Verfahren Betrachtung der Wärmeauskopplung Anlagensteuerung Künftige Aufgaben Alterung der Aminwaschlösung Flüchtigkeit des Aktivators korrosive Prozesse Bildung von HSS Reinigung der Waschlösung Vereinfachung der Aminregeneration Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit 202 Literaturverzeichnis 204 Abbildungsverzeichnis 209 Tabellenverzeichnis 211 Formelverzeichnis 213 Glossar 214 Anhang 218 VI