Biogas Engineering Biogasaufbereitung 32. Energiekonferenz Berghotel Podjavorník, Papradno Považská Bystrica 27. 28. Oktober 2009 Biogasaufbereitung
Multitalent Biogas Grundlagen 4-Phasen-Gärprozess Biogas entsteht beim anaeroben Abbau (Vergärung) organischer Substanz (Energiepflanzen, Wirtschaftsdünger, Abfälle, etc.), besteht zu 50-65 % 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
Multitalent Biogas Nutzungsmöglichkeiten Biogas Gasmotor/ BHKW Gasaufbereitung Dampfreformierung H 2 -Erzeugung Strom/ Wärme Erdgassubstitut Wasserstoff Kraftstoff Erdgasnetz Dezentrales BHKW Brennstoffzelle Industriegas Kraftstoff Biogasaufbereitung 3
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
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. 20.000 m³/h Rohbiogas Biogasaufbereitung 5
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
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
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
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
Absorption: CO2-Abtrennung mittels Druckwasserwäsche Stufen 1) Partikelentfernung 2) Roh-Biogas-Kompression 3) Gastrennung 4) Gastrocknung Einflussparameter Wassertemperatur Druckniveau Gegenstromführung Produktgasspezifikation Biogasaufbereitung 10
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
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
Adsorption: Druckwechseladsorption (PSA) Stufen 1) Vorreinigung und Roh-Biogas- Kompression 2) H2S-Entfernung 3) Konditionierung (Kühlung und Trocknung) 4) Methananreicherung Biogasaufbereitung 13
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
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
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
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
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
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
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
Kontakt BIOGEST Energie- und Wassertechnik GmbH Inkustraße 1-7/5/2 A - 3400 Klosterneuburg/ Vienna Österreich T +43 2243 20840 F +43 2243 20840 40 E office@biogest.at I www.biogest.at BIOGEST Hungária Kft. Rákóczi ut 29 HU - 9747 Vasszilvágy Ungarn T +36 30 7585819 BIOGEST Romania srl Str George Cosbuc nr 1 RO - 300048 Timisoara Rumänien T +40 256 220555 BIOGEST sro Sladová CZ - 69141 Breclav Tschechien T +420 725 80 26 44 E office@biogest-biogas.hu I www.biogest-biogas.hu E office@biogest-biogas.ro I www.biogest-biogas.com E office@biogest-biogas.com I www.biogest-biogas.com BIOGEST Energie- und Wassertechnik GmbH Westbahnstraße 108 A 4300 St. Valentin/ Linz Österreich T +43 7435 54745 F +43 7435 54745 40 E office@biogest.at I www.biogest.at Biogasaufbereitung 21