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wlb - Wasser, Luft und Boden 3/2015

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LUFTREINHALTUNG/KLIMASCHUTZ Der kritische Schritt Abluftreinigung bei der Biomethanaufbereitung Siegfried Woitkowitz Ein Spezialist für industrielle Abluftreinigung hat bis dato 25 regenerative thermische Oxidations-Anlagen (RTO) vor allem für Druckwasser-Waschanlagen in den Biomethanmarkt geliefert und zählt daher zu den Lieferanten mit der größten praktischen Erfahrung. In der nachfolgenden Betrachtung sollen die wesentlichen Punkte dieser Erfahrung zusammengefasst werden. Autor: Dipl.-Phys. Siegfried Woitkowitz, Geschäftsführer, RELOX- Gruppe, Bremerhaven Allen Aufbereitungsverfahren zur Biomethangewinnung gemeinsam ist die kritische Schnittstelle zur RTO, die in jedem Fall vor einer Installation sorgfältig analysiert werden muss. Auch können diese Anlagen ablufttechnisch nicht direkt angeschlossen werden, da zwischen der Abluftabgabe und der Einströmung eine ausreichende Sicherheitszeit eingeplant werden muss, in der das Abgas untersucht wird (UEG-Kontrolle) und gegebenenfalls Maßnahmen zum Schutze der Anlage ergriffen werden können. Auch ist eine ausreichende Kommunikation zwischen beiden Anlagenteilen sicherzustellen, damit die Aufbereitungsanlage so gefahren wird, dass kein Sicherheitsrisiko entsteht und zudem der Energieverbrauch bzw. der Methanschlupf optimierbar ist. Die Qualität des Abgases hängt ganz entscheidend vom Aufbereitungsverfahren ab. Es hat sich jedoch allgemein herausgestellt, dass ohne eine weitgehende Entschwefelung (Feinentschwefelung) des Biorohgases nachfolgend mehr Probleme auftreten. Zudem können siliziumorganische Verbindungen aus dem Biogas bis in die RTO gelangen. Auch wurden dem Waschwasser von Druckwasser-Waschanlagen Antischaummittel zugesetzt, die ebenfalls Silizium enthalten. Siliziumverbindungen werden in der Brennkammer der RTO-Anlagen zu weißem Staub oxidiert, der sich in der Isolierung und den oberen Lagen der keramischen Wabenkörper absetzt, die Funktion des Wärmetauschers beeinträchtigt und zu höherem Wartungsaufwand führt. Für die Betreiber derartiger Anlagen oder Endkunden kommt es also darauf an, im Vorfeld zu prüfen, ob wirklich ein vollständiges technisches Konzept, d. h. einschließlich Trocknung und Feinentschwefelung angeboten wird, sodass die RTO-Anlage ihre Aufgaben auch erfüllen kann. Das Sicherheitsproblem Um das mit der unteren Explosionsschutzgrenze (UEG) zu lösen, braucht man zunächst ein schnelles und sicheres Messverfahren. In der Praxis haben sich schnelle IR- Sensoren in indirekten Messsystemen bewährt. Die Analysetechnik muss redundant oder eigensicher ausgeführt werden. Je nach Aufbereitungsverfahren können prozessbedingt (PSA) beim Anfahren oder bei Störungen hohe Methanpeaks auftreten. Es ist Sache der jeweiligen Hersteller hier für eine Vergleichmäßigung der Methanemission zu sorgen, um kritische Zustände und hohe Belastungen der RTO- Anlagen zu vermeiden. Da die meisten Aufbereitungsverfahren die Abtrennung von Kohlendioxid unter Druck vornehmen, muss ausgeschlossen werden, dass hohe Drücke über das Abgasrohr in die RTO gelangen. Ein ausreichendes Sicherheitskonzept sieht eine Druckentlastungsklappe >100 mbar vor, die sich automatisch öffnet, wenn der Druck in der Abgasleitung den kritischen Grenzwert übersteigt. Weitere Problemfelder ergeben sich durch mögliche CO 2 -Leckagen innerhalb geschlossener Räume und die Brennstoffzufuhr zum Brenner der RTO-Anlage, die sicher gestaltet werden müssen. 32 wlb 3/2015

LUFTREINHALTUNG/KLIMASCHUTZ Die Verfügbarkeit Biogasanlagen sollen möglichst durchgehend produzieren. Bei den RTO-Anlagen kommt es noch mehr darauf an, dass diese Anlagen nie ausfallen, da sie aufgrund des Verfahrens deutlich langsamer den Zustand der Betriebsbereitschaft wieder erreichen. Dies beginnt bereits bei der Auswahl der Heizquelle für die RTO-Anlage. Biorohgas als Heizquelle ist prinzipiell technisch möglich, aber mit einer Reihe von Nachteilen verbunden. Besser ist es, die RTO-Anlage mit Biomethan, Erdgas oder LPG zu heizen, da hier von der Aufbereitungsanlage unabhängige Speicher zu Verfügung stehen. Auf Seiten der RTO sind neben Brennerstörungen vor allem die Schaltkontakte von Klappen oder Ventilen die Ursache für Störungen. Industrietaugliche Kontakte, die auch bei Schalthäufigkeiten alle 100 Sekunden zuverlässig dauerhaft funktionieren, werden hier benötigt. Gleiches gilt für Dichtungsmaterialien, besonders bei Anlagen ohne Feinentschwefelung. Auf das Problem der Verstopfung von Wabenkörpern der oberen Lage durch Siliziumverbindungen wurde bereits hingewiesen. Noch signifikanter sind Verstopfungen im unteren Bereich des Wabenkörperbettes durch Salzbildung bei fehlender Feinentschwefelung, die zwar wasserlöslich sind, aber nur begrenzt von unten gereinigt werden können. Es wurde daher ein geteiltes Wabenbett entwickelt, das den Austausch und die Reinigung z. B. der zwei unteren Lagen separat ermöglicht. In der fortgeschrittenen Variante kann dieses Bett in einer Rahmenkonstruktion durch einen Gabelstapler herausgenommen und ausgetauscht werden. Effizienz und Korrosion Der Anschluss einer RTO-Anlage an eine Biogasaufbereitungsanlage führt in ein Dilemma. Einerseits möchte man den Energieverbrauch so gering wie möglich halten. Dafür muss das Reingas soweit wie möglich abgekühlt werden. Bei den niedrigen Kamintemperatur wird der Säuretaupunkt aber weit unterschritten, sodass eine Kondensation mit all ihren Folgeerscheinungen nicht vermieden werden kann. Wollte man das Abgas oberhalb des Säuretaupunktes emittieren, wären Temperaturen dauerhaft > 140 °C erforderlich. Der Anlagenspezialist hat Anlagen aus Normalstahl und Edelstahl (1.4571) gebaut und dabei feststellen müssen, dass die Korrosion bei Normalstahlanlagen praktisch mit der Inbetriebnahme sichtbar wird, während bei den Edelstahlanlagen eine gewisse Verzögerung eintritt. Schaut man sich das Umfeld einer RTO nach einigen Jahren an, sind zwischen beiden Anlagentypen kaum Unterschiede festzustellen. Erfahrungen mit dem Einsatz von Kunststoffen im unteren Anlagenbereich liegen derzeit noch nicht vor. Die Wärmerückgewinnung Geht man von einem Methanschlupf von ca. 1 % aus, so entspricht dies bei einer Musteranlage mit 500 m³ Biomethan/h und einem Abluftvolumen von 3000 Nm³/h (Druckwasserwäsche) einer Temperaturerhöhung im Reingas von ca. 50 °C. Während einer RTO Zykluszeit stehen deshalb Kamintemperaturen von 40–100 °C zur Verfügung (50–60 kW). Es ist sinnvoll, dieses Potenzial zu nutzten, da ansonsten gleichzeitig eine separate Brenneranlage, betrieben mit Biomethan, die Gärbehälter mit Wärme versorgen würde. Vorsetzung für einen nachgeschalteten Wärmetauscher ist die Feinentschwefelung von der RTO, weil bei der ansonsten auftretenden bei Säurekondensation die Lebendauer der üblichen Wärmetausch-Konstruktionen verkürzt würde. Dennoch könnte durch die Wärmerückführung des Methanverlustes der Schlupf auf Werte < 0,5 % begrenzt werden. Schlussbetrachtungen Einheit 3-Kammer-RTO nach einer Druckwasserwäsche RTO-Anlagen sind die richtige Lösung zur Reinigung von Abgasen einer Biogasaufbereitungsanlage. Es müssen jedoch in der Branche einige nun vorliegende Erkenntnisse in verbesserte Lösungen umgesetzt werden. Notwendig ist vielmehr einerseits eine faire Kooperationen zwischen den einzelnen Anlagenlieferanten, andererseits aber ein verstärkter technischer Einkauf bei den Betreibern oder Käufern , die in der Lage sein müssen, das Gesamtsystem und die wechselseitigen Abhängigkeiten zu verstehen und zu steuern. Bis zur nächsten Überarbeitung des EE-Gesetzes sollte die Zeit genutzt werden. www.relox.de Biogas aus biogenen Reststoffen Biogas aus nachwachsenden Rohstoffen Methan Vol. % 30–70 50–55 Kohlendioxid Vol. % 30–40 45–50 Sauerstoff Vol. % 0–1 0–1 Schwefelwasserstoff ppmv 100–5000 100–1500 Ammoniak mg/m³ I.N.