Biogas Engineering Biogasaufbereitung 32. Energiekonferenz Berghotel Podjavorník, Papradno Považská Bystrica Oktober 2009 Biogasaufbereitung

Transkript

1 Biogas Engineering Biogasaufbereitung 32. Energiekonferenz Berghotel Podjavorník, Papradno Považská Bystrica Oktober 2009 Biogasaufbereitung

2 Multitalent Biogas Grundlagen 4-Phasen-Gärprozess Biogas entsteht beim anaeroben Abbau (Vergärung) organischer Substanz (Energiepflanzen, Wirtschaftsdünger, Abfälle, etc.), besteht zu % aus Methan (CH 4 ) kann zur Erzeugung von elektrischem Strom und Wärme als Brenn- und Treibstoff genutzt werden, ist ein erneuerbarer Energieträger und CO 2 - neutral, wenn die Rohstoffe auf bestehenden Ackerflächen erzeugt werden. Biogasaufbereitung 2

3 Multitalent Biogas Nutzungsmöglichkeiten Biogas Gasmotor/ BHKW Gasaufbereitung Dampfreformierung H 2 -Erzeugung Strom/ Wärme Erdgassubstitut Wasserstoff Kraftstoff Erdgasnetz Dezentrales BHKW Brennstoffzelle Industriegas Kraftstoff Biogasaufbereitung 3

4 Biogasaufbereitung und -netzeinspeisung Gründe Gasnutzungsaspekte Einleitung in Gasnetze (90 % der erzeugten Energie) Industrielle Nutzung Energetische Nutzung (Gasmotor, Gasturbine, Brennstoffzelle, Kraftfahrzeuge) (Öko)strom- und Wärmeerzeugung in Haushalten und Gewerbe (Öko)stromerzeugung mit hohen Wirkungsgraden in Kraftwärmekopplungsanlagen oder Gas- und Dampfkraftwerken Nutzung als Biokraftstoff Ökologische Aspekte Energiegehalt kann besser genutzt werden Vermeidung ungenutzter Abwärme Erhöhte Nutzungsflexibilität CO2-Einsparungen; Vermeidungskosten betragen zw. 20 bis 40 EUR/t CO2 Wirtschaftliche Aspekte Reduktion der Abhängigkeit von Importen fossiler Brennstoffe Standortaspekte Räumliche Trennung von Erzeugung und Nutzung Projekt Bruck/ Leitha Biogasaufbereitung 4

5 Biogasaufbereitung Verfahrensschritte Vorentschwefelung Kompression Kondensatabtrennung H2O/NH3- Abtrennung H2S-Abtrennung Rohgaserzeugung Entfernung Begleitstoffe CO2-Abtrennung Einspeisung in Europa sind derzeit ca. 60 Biogasaufbereitungsanlagen in Betrieb Aufbereitungskapazitäten von ca m³/h Rohbiogas Biogasaufbereitung 5

6 Biogasaufbereitung Standortkonzepte Stand-alone-Biogasreinigung am Ort der Gaserzeugung - nur einen Teil des Biogases aufbereiten - Kombination mit BHKW oder alternative Verwertung - Maximierung der aufbereiteten Biogasmenge Wärmeaufbringung zur Fermenterbeheizung Zentrale Biogasreinigung - mehrere Biogasanlagen liefern Rohgas Erdgasnetzeinspeisung - Austauschgas; vermutlich Flüssiggaszugabe notwendig - Zusatzgas; setzt bestimmten Erdgasstrom voraus (Vermischung) Kfz-Kraftstoff - via Erdgasnetz oder Flaschengas vor Ort Biogasanlage St. Margarethen/ Moos Biogasaufbereitung 6

7 Biogasaufbereitung Möglichkeiten Mechanische Trennverfahren - Filtration, Tröpfchenabscheidung Thermische Trennverfahren - Absorption physikalisch chemische - Adsorption - Membrantrennverfahren - Kondensation Biologische Verfahren Chemische Verfahren Prozessschritte 1) Gas-Kompression 2) Kondensatabscheidung 3) Entfernung von H2S / NH3 4) Abtrennung von CO2 5) Entfernung von H2O (Taupunktseinstellung) 6) Produktgas-Speicherung 7) Qualitätskontrolle / Volumenstrommessung 8) Anpassung des Druckniveaus für Abnehmer 9) Odorierung (THT, Mercaptane) 10) Regenerierung der eingesetzten Betriebsmittel Biogasaufbereitung 7

8 Biogasaufbereitung Abtrennung der unerwünschten Komponenten H2S-Entfernung Partikel/ Tröpfchen-Entfernung - Biologische H2S-Entfernung - katalytische Adsorption (Aktivkohle) - Membranverfahren (Gaspermeation) NH3-Entfernung - Kondensation - Absorption CO2-Entfernung - Absorption (Druckwasserwäsche) - Membranabsorption (chemische Absorption) - Adsorption (Kohlenstoffmolsieb) - Membranverfahren (Gaspermeation) H2O-Entfernung - Kondensation - Adsorption (Silicagel, keramische Molsiebe) - Membranverfahren (Gaspermeation) - Kondensation - Filter Siloxan-Entfernung - Kondensation gemeinsam mit Wasser - Absorption gemeinsam mit biologischer Entschwefelung O2-Entfernung - Adsorption (Kohlenstoffmolsieb) nur teilweise möglich - Membranverfahren (Gaspermeation) nur teilweise möglich - Kryoverfahren N2-Entfernung - Kyroverfahren Biogasaufbereitung 8

9 Abtrennung von CO2 Komplettsysteme zur Herstellung von Austauschgas Methananreicherung mittels Absorption Lösen von Gasen in einer Waschflüssigkeit Henry sches Gesetz Stoffübergang / Phasengrenzfläche Druck- und Temperaturabhängigkeit Regeneration durch Druck- und/oder Temperaturwechsel Physikalische Absorption einfache Regeneration hohe Durchsätze hohe Restkonzentration im Produktgas geringe Selektivität Chemische Absorption hohe Selektivität hohe Bindefähigkeit geringe Restbeladung aufwendige Regeneration Biogasaufbereitung 9

10 Absorption: CO2-Abtrennung mittels Druckwasserwäsche Stufen 1) Partikelentfernung 2) Roh-Biogas-Kompression 3) Gastrennung 4) Gastrocknung Einflussparameter Wassertemperatur Druckniveau Gegenstromführung Produktgasspezifikation Biogasaufbereitung 10

11 Absorption: CO2-Abtrennung mittels Selexol Beschreibung Ähnliche Konzeption wie Druckwasserwäsche im Zirkulationssystem Löslichkeit von CO2 und H2S wesentlich höher als in Wasser Absorptionsmittelrecycling aufwendiger Zusätzliche Chemikalien notwendig Quelle: SGC 2001 Biogasaufbereitung 11

12 Abtrennung von CO2 Komplettsysteme zur Herstellung von Austauschgas Methananreicherung mittels Adsorption Bindung von Gasen an Feststoffoberflächen Vor-/ Nachteile Niedrige Drücke Einfache Anpassung an sich ändernde Bedingungen Hohe Ausbeuten bei Teillast Keine spezielle Vortrocknung notwendig Gasverluste durch Spülvorgänge Vorreinigung notwendig Verfahren Carbotech Biogasaufbereitung 12

13 Adsorption: Druckwechseladsorption (PSA) Stufen 1) Vorreinigung und Roh-Biogas- Kompression 2) H2S-Entfernung 3) Konditionierung (Kühlung und Trocknung) 4) Methananreicherung Biogasaufbereitung 13

14 Abtrennung von CO2 Komplettsysteme zur Herstellung von Austauschgas Methananreicherung mittels Membrantrennverfahren Selektiver Stofftransport durch eine Polymermembran aufgrund unterschiedlicher Permeabilitäten Lösungs-Diffusions-Mechanismus Druck- und Temperaturabhängigkeit Modulverschaltung Ein- oder zweistufiger Verdichter Gasaufbereitungsanlage mittels Gaspermeation Membranmodule (2-stufige Anordnung) Biogasaufbereitung 14

15 Methananreicherung mittels Membrantrennverfahren: Gas-Permeation Vor-/ Nachteile keinerlei Hilfsstoffe notwendig keine Regeneration flexibler Betrieb / leichte Anpassbarkeit der Gasqualität an die Erfordernisse modularer Aufbau Vorreinigung notwendig Biogasaufbereitung 15

16 Biogasaufbereitungstechniken Vergleich Entscheidung über Aufbereitungsverfahren ist abhängig von: Spezifikation von Biogas und Gasen nach ÖVGW G31 Geforderter Gasreinheit/ Gasqualität Anlagenkapazität Erforderlichen Betriebsweise Druckverhältnissen Bereitstellbaren Betriebsmitteln Integrierbarkeit in das Gesamtkonzept der Biogasanlage Kosten Nach ÖVGW G31 aufbereitetes Biogas ist in Ö Kfz-fähig Neue Richtlinie ÖVGW G33 für die Einspeisung von Biogas ab 07/2006 Biogasaufbereitung 16

17 Biogasaufbereitung State of the art ca. 60 Anlagen in Europa Kapazität 125 MW Rohgas-Brennstoffwärmeleistung derzeit v. a. in S, CH und NL überwiegend Kfz-Kraftstoff, zum Teil Erdgasnetzeinspeisung großteils noch Pilotanlagencharakter (klare) Rahmenbedingungen führ(t)en zur Realisierung ~ 8 Hersteller in Europa z. T. ca. 15 Jahre Betriebserfahrung einzelne Technologien kurz vor Serienreife 3. Anlagengeneration am Markt Biogasaufbereitung 17

18 Biogasaufbereitung Biogastechnologien in Europa Biogasaufbereitungstechnologien in Europa etabliert - Druckwasserwäsche - 55 % Marktanteil (Absorption) - Druckwechseladsorption - 26 % Marktanteil vereinzelt / im F&E-Stadium - Niederdruck-Membranabsorption - Membrantechnik (Gaspermeation) - Kryotechnik, Selexol, Monoethanolamin Biogasaufbereitung 18

19 Netzeinspeisung Einflussfaktoren Rechtlicher Rahmen Technische Anforderungen Gasqualität/ Herkunft 100% ige Energienutzung möglich! Gasmengenstrom versus Engpasslseistung Biogaspotenzial: rd. 1 Mrd. m3 p.a. (6,6 kwh/m3) Erdgasverbrauch: 9 Mrd. m3 p.a. (11,07 kwh/m3) Substitutionsrate 6,7 % des Erdgasverbrauchs CO 2 -Reduktion: 1,18 Mio. t p.a. bzw. 1,6 % Biogasaufbereitung 19

20 Zusammenfassung Technologien zur Biogasaufbereitung vorhanden Wettbewerb verschiedener Technologien Technologiedemonstration in Bruck/Leitha Aufbereitetes Biogas kann flexibel in Standard- Erdgas-Anwendungen genutzt werden. In größeren Biogasanlagen lässt sich effizient Biogas erzeugen und zukünftig auch aufbereiten. Die Wirtschaftlichkeit von Biomethan hängt vom Erdgaspreis, von energiepolitischen Rahmenbedingungen und von zukünftigen Nutzungsszenarien (Bio-CNG ) ab. Technologische Entwicklungen werden zu deutlichen Kostenreduktionen bei der Produktion und bei deraufbereitung von Biogas führen. Biogasaufbereitung 20

21 Kontakt BIOGEST Energie- und Wassertechnik GmbH Inkustraße 1-7/5/2 A Klosterneuburg/ Vienna Österreich T F E office@biogest.at I BIOGEST Hungária Kft. Rákóczi ut 29 HU Vasszilvágy Ungarn T BIOGEST Romania srl Str George Cosbuc nr 1 RO Timisoara Rumänien T BIOGEST sro Sladová CZ Breclav Tschechien T E office@biogest-biogas.hu I E office@biogest-biogas.ro I E office@biogest-biogas.com I BIOGEST Energie- und Wassertechnik GmbH Westbahnstraße 108 A 4300 St. Valentin/ Linz Österreich T F E office@biogest.at I Biogasaufbereitung 21