Virtuelles Biogas - Biogasaufbereitung und Netzeinbindung

Produktion von Erdgassubstitut aus Biogas und Einspeisung ins öffentliche Erdgasnetz in industriellem Maßstab auf Basis des zweistufigen Membrantrennverfahrens Gaspermeation. Auslegung und Aufbau der Aufbereitungsanlage bei der Biogasanlage in Bruck/Leitha sowie Monitoring und Optimierung des Betriebes.

Title and Synopsis

Virtual Biogas - Biogas-Upgrading and Grid-Injection

Production of natural gas substitute from biogas and grid-injection to the public natural gas grid on an industrial scale using the two-staged membrane separation process gaspermeation. Design and erection of the upgrading plant at the biogas plant Bruck/Leitha as well as monitoring and optimisation of the operational characteristics.


Beschreibung

Status

laufend

Kurzfassung

Biogas, welches bei der anaeroben Vergärung von Biomasse durch Mikroorganismen gebildet wird, besitzt ein großes Potenzial zur zukünftigen nachhaltigen Energieversorgung von Industrie, Haushalt sowie dem automotiven Bereich. Das Gasgemisch setzt sich im Wesentlichen aus folgenden Komponenten zusammen:

  • Methan (CH4) 50 - 75%
  • Kohlendioxid (CO2) 25 - 48%
  • Wasserstoff (H2) bis ca. 2%
  • sowie Spuren von Schwefelwasserstoff (H2S) und Ammoniak (NH3).

Außerdem ist das anfallende Gas wasserdampfgesättigt. Für das so erhaltene Biogas gibt es mehrere Verwendungsmöglichkeiten: die direkte energetische Verwertung (Verbrennung), die Produktion von elektrischer Energie, gegebenenfalls unter Ausnutzung der Abwärme (Gasmotor, Blockheizkraftwerke), die Kompression und Verwendung als Treibstoff, etwa für Traktoren, LKWs oder Autobusse, und die Verwendung als Erdgas-Ersatz nach erfolgter Reinigung und Kompression.

Für die letztere Verwendungsmöglichkeit ist es von großer Bedeutung, ein effizientes, robustes, kostengünstiges, für den Betrieb im dezentralen, ländlichen Umfeld geeignetes Aufarbeitungsverfahren zu finden, um die Begleitstoffe von Methan im Biogas weitgehend abzutrennen, nämlich Kohlendioxid, Wasserdampf (Gastrocknung), sowie Spuren von Ammoniak und Schwefelwasserstoff.

Die von einigen Herstellern angebotenen Aufarbeitungsverfahren, etwa die Druckwasserwäsche, haben mehrere Nachteile: die erzielbare Gasqualität zeichnet sich durch vergleichsweise niedrige Methangehalte aus, manche dieser Verfahren sind für den Betrieb im ländlichen Umfeld nicht geeignet, die Investitionskosten für diese Anlagen sind vergleichsweise hoch und der Energiebedarf dieser Verfahren macht diese Lösungsansätze wirtschaftlich uninteressant.

Im Rahmen dieses Projektes wurde nunmehr eine moderne, effiziente Methode auf Basis eines Membrantrennverfahrens zur Gewinnung eines methanreichen Gases aus Biogas, die so genannte Gaspermeation, erstmalig in Österreich in industriellem Maßstab realisiert. Basierend auf den Ergebnissen und Erfahrungen vorheriger Forschungsprojekte wurde eine Aufbereitungsanlage mit einer Produktgasleistung von 100 Nm³/h (entspricht etwa 180 Nm³/h Rohbiogas) ausgelegt und dimensioniert und Mitte 2007 in Betrieb genommen. Die Qualität des Produktgases wird online gemessen und die Einhaltung der Qualitätskriterien nach den ÖVGW-Richtlinien G31 und G33 laufend verifiziert (Brennwert, Kohlendioxid, Sauerstoff, Schwefelwasserstoff, Feuchte, relative Dichte). Damit werden jährlich 800.000 Nm³ Biomethan als vollwertiges Erdgas-Substitut ins öffentliche Netz eingespeist. Im Winterbetrieb wird dieses odoriert und in das lokale Gasnetz eingespeist. Im Sommerbetrieb wird aufgrund der niedrigen Engpassleistung des lokalen Gasnetzes ein Teilstrom des Biomethans mittels nachgeschaltetem Kompressor, jedoch ohne Odorierung, in einen Leitungsstrang der übergeordneten Netzebene eingespeist. Durch Transport über das Erdgasnetz und virtuelle Verrechnung kann das eingespeiste Biomethan auch an CNG-Tankstellen abgegeben und im automotiven Bereich genutzt werden.

Die wesentlichen Vorteile des Verfahrens werden im niedrigeren Methan-Schlupf, niedrigeren laufenden Betriebskosten, niedrigeren Investitionskosten sowie in der wesentlich vorteilhafteren Prozessdynamik gesehen. Durch das zweistufige Anlagendesign lässt sich der Methangehalt im kohlendioxidreichen Abgasstrom auf ein Mindestmaß reduzieren. Die konkrete Anlage in Bruck/Leitha liefert dieses "Offgas" überdies zu den Blockheizkraftwerken der Biogasanlage zurück, wo es dem Rohbiogasstrom beigemischt und verstromt wird. Damit verläuft der gesamte Betrieb der Gasaufbereitung emissionsfrei. Durch die Erhöhung des Kohlendioxidanteils im Gasmotor wird überdies noch dessen Klopffestigkeit verbessert. Ein weiterer entscheidender Vorteil der angewandten Technologie ist der kompakte und platzsparende Aufbau. Die gesamte Aufbereitungsanlage für die genannte Kapazität inklusive Kompression und Feinentschwefelung, Regelungstechnik und Kühlmittelaufbereitung findet leicht in einem handelsüblichen 30-Fuß-Container Platz.

Die Anlage ist weitestgehend automatisiert und erlaubt durch den einfachen und kontinuierlichen Charakter des Prozesses einen sehr stabilen Regelbetrieb ohne Bedienpersonal. Die ersten Auswertungen in Hinblick auf den Strombedarf der Anlage lassen einen, im Vergleich zu den bereits existierenden anderen Verfahren zur Biogasaufbereitung (Druckwasserwäsche, Aminwäsche, Druckwechseladsorption), außerordentlich konkurrenzfähigen und ökonomischen Betrieb erkennen.

Während des laufenden Betriebes der Anlage werden ständig alle wesentlichen Betriebsparameter aufgezeichnet und ausgewertet. Darauf aufbauend wird die Aufbereitungsanlage laufend hinsichtlich Leistung und Strombedarf optimiert. Präsentationen, Vorträge und Exkursionen sollen dem interessierten Publikum die Technologie während des laufenden Betriebes näherbringen.


Projektbeteiligte

Projektleiter

Ass.Prof. DI Dr. Michael HARASEK

Technische Universität Wien
Institut für Verfahrenstechnik Umwelttechnik und Technische Biowissenschaften

Projekt- und Kooperationspartner

  • Biogas Bruck/Leitha GmbH
    DI Gerhard DANZINGER
    Szallasweg 1
    2460 Bruck/Leitha
    Telefon: +43/664/260 34 03
    Fax: +43/2162/68100 DW 29
    E-Mail: biogas@energiepark.at
  • AXIOM Angewandte Prozesstechnik GmbH
    Ing. Mag. Johannes SZIVACZ
    Unterwaltersdorferstraße 100 / 2
    2443 Deutsch Brodersdorf
    Telefon: +43/2254/76282
    Fax: +43/2254/74675
    E-Mail: office@axiom.at
  • EVN AG
    DI Georg REITTER
    EVN Platz
    2344 Maria Enzersdorf
    Telefon: +43/2236/200-0
    Fax: +43/2236/200-2030
    E-Mail: georg.reitter@evn.at
  • Technische Universität Wien
    Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Technische Biowissenschaften
    FG Fluiddynamische Simulation und Thermische Verfahrenstechnik
    Ass.Prof. DI Dr. Michael HARASEK
    Getreidemarkt 9/166
    1060 Wien
    Telefon: +43/1/58801-15925
    Fax: +43/1/58801-15999
    E-Mail: michael.harasek@tuwien.ac.at
  • Energiepark Bruck/Leitha
    DI Michael HANNESSCHLÄGER
    Fischamender Straße 12
    2460 Bruck an der Leitha
    Telefon: +43/2162/68 100
    Fax: +43/2162/68 100-29
    Web: www.energiepark.at
    E-Mail: m.hannesschlaeger@energiepark.at
  • OMV AG
  • EVN AG
  • Wienenergie Gasnetz GmbH

Kontaktadresse

Ass.Prof. DI Dr. Michael HARASEK
Technische Universität Wien
Institut für Verfahrenstechnik Umwelttechnik und Technische Biowissenschaften
Getreidemarkt 9/166
1060 Wien
Telefon: +43/1/58801-15925
Fax: +43/1/58801-15999
E-Mail: michael.harasek@tuwien.ac.at


FFG ID: 812199

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