Biogas Aufbereitung

Biogas Aufbereitung
Verfahren und Technologien der HZI BioMethan GmbH, Zeven
März 2016
Agenda
1
Biogas zu Biomethan
2
Aufbereitungsverfahren Aminwäsche
3
Aufbereitungsverfahren Membrantechnik
4
CO2-Abtrennung im Rauchgas
5
Biomethan-Tankstelle
6
Beispielhafte Anwendungsfälle
CO2-Abtrennung zur Biomethanerzeugung und Rauchgasreinigung, HZI BioMethan GmbH, März 2016
1) Biogas, Biomethan und dessen Nutzung
Biogas entsteht durch Vergärung von Biomasse
Brennbares Gasgemisch aus 50 - 70 % Methan und 30 - 50 % Kohlendioxid (CO2)
Ebenfalls enthalten sind verschiedene Spurengase wie Stickstoff, Ammoniak und
Schwefelwasserstoff
Durch die Abtrennung des CO2 aus dem Methan wird Biomethan (Bioerdgas) erzeugt
Nach Aufbereitung auf Erdgasqualität kann es ins allgemeine Erdgasversorgungsnetz
eingespeist werden und steht vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten zur Verfügung
CO2-Abtrennung zur Biomethanerzeugung und Rauchgasreinigung, HZI BioMethan GmbH, März 2016
1) Biomethan-Wertschöpfungskette
Quelle: HZI Kompogas
CO2-Abtrennung zur Biomethanerzeugung und Rauchgasreinigung, HZI BioMethan GmbH, März 2016
1) Nutzungsmöglichkeiten
Quelle: HZI
CO2-Abtrennung zur Biomethanerzeugung und Rauchgasreinigung, HZI BioMethan GmbH, März 2016
1) Biomethan-Wertschöpfungskette
Quelle: dena
CO2-Abtrennung zur Biomethanerzeugung und Rauchgasreinigung, HZI BioMethan GmbH, März 2016
1) Anlagen in Europa
200
140'000
180
180
120'000
115'000
160
100'000
140
120
80'000
100
60'000
80
60
54
40'000
28'500
40
23 11'900
20
20'000
15
4'175
11
2'800
64'130
52'730
4
0
8'650
3
3 850
2 0
1 0
4'000
1
0
0
Number of Plants
Production Capacity in Nm³/h
Quelle: energie / wasser-praxis 02/2016
CO2-Abtrennung zur Biomethanerzeugung und Rauchgasreinigung, HZI BioMethan GmbH, März 2016
2) Drucklose Aminwäsche
Hoch effizientes und zuverlässiges
wärmegeführtes Verfahren
Standardgrößen: 125, 250, 500, 700,
1.000, 1.400, 2.000 m³/h
Methanschlupf < 0,1 %
Biomethanreinheit > 99 %
Ausgangsdruck 0,1 – 0,15 bar
Chemische Waschlösung bindet das CO2
und trennt es vom Gas
Die Waschlösung wird regeneriert und
erneut dem Prozess zugeführt
CO2-Abtrennung zur Biomethanerzeugung und Rauchgasreinigung, HZI BioMethan GmbH, März 2016
2) Aminwäsche
CO2-Seperation
Maximale Reaktionsoberfläche in der Waschkolonne
Biogasstrom von unten nach oben
Waschlösung wird gegenläufig von oben verrieselt
Die beladene Waschlösung wird unten in der
Kolonne abgezogen
CO2-Abtrennung zur Biomethanerzeugung und Rauchgasreinigung, HZI BioMethan GmbH, März 2016
2) Prozessschema Aminwäsche
CO2-Abtrennung zur Biomethanerzeugung und Rauchgasreinigung, HZI BioMethan GmbH, März 2016
3) Membrantechnik
Stromgeführtes Verfahren mit
membranbasierter Gasseparation
Evonik Sepuran® Membranen mit
Hochleistungskunststoffen auf
Polyamidbasis
Standardgrößen: 125, 250, 500, 700,
1.000, 1.400, 2.000 m³/h
Unter Druckbeaufschlagung halten die
Membranen das Methan zurück,
wohingegen das CO2 diese durchdringt
Methanschlupf < 0.5 %
Biomethanreinheit > 97 %
Ausgangsdruck 6 – 16 bar
Bild: Evonik
Membranlösungen eignen sich für
kleinere und schwankende
Biogasströme
CO2-Abtrennung zur Biomethanerzeugung und Rauchgasreinigung, HZI BioMethan GmbH, März 2016
3) Membrantechnik
CO2-Seperation durch selektive Permeation
Unter Druckbeaufschlagung strömt Biogas in die Membranen (erforderlicher
Prozessdruck 10 – 16 bar)
CO2 = Permeat
CH4 = Retentat, das am Ende der Module abgezogen wird
CH4
CO2
NH3
H2S
H2O
Biogas
Methane
Retentat
CO2
Permeat
Membrane
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3) Prozessschema Membrantechnik
1
2
3
4
5
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3) Membrantechnik
Membranseparation erfolgt in 3 Stufen
Zunächst Trennung von Feedstrom aus vorgereinigtem Rohbiogas in mit Methan
angereichertes Retentat und kohlendioxidhaltiges Permeat
Im Anschluss Feintrennung in zwei Stufen für gewünschte Biomethanreinheit und
maximale Methanausbeute
CO2-Abtrennung zur Biomethanerzeugung und Rauchgasreinigung, HZI BioMethan GmbH, März 2016
3) Verfahrensvergleich
Aminwäsche
Membrantechnik
Funktionsprinzip
Chemisch, Absorption
Physikalisch, Permeation
Strombedarf
0,1 kWhel/m3
0,25 kWhel/m3
Wärmebedarf
0.6 kWhth/m3
-
Biomethanreinheit
> 99 %
> 97 %
Methanschlupf/-verlust
< 0.1 %
< 0.5 %
Ausgangsdruck
0.1 – 0.15 bar
6 – 16 bar
Standardgrößen
125, 250, 500, 700, 1’000, 1’400,
2’000 m3/h
125, 250, 500, 700, 1’000, 1’400,
2’000 m3/h
Verbrauchskosten
30 kEUR für Tausch der Aminlösung
alle 3 Jahre
250 kEUR für Tausch der
Membranmodule alle 5 Jahre (700
Nm3/h-Anlage)
Entscheidungsfaktoren für
Verfahrenswahl
• kostengünstige Wärme vorhanden
• hohe Biomethanreinheit erforderlich
• hohe CO2-Reinheit gefordert
• entspricht LNG-Anforderungen
• kostengünstige und berechenbare
Stromkosten
• kleine und schwankende
Biogasströme
• hoher Ausgangsdruck erforderlich
• entspricht CNG-Anforderungen
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4) CO2-Abtrennung im Rauchgas
Behandlung von Rauch- und Abgasen aus
industriellen Prozessen
Beispiel: HBB Holzbearbeitung Bralitz GmbH
Energetische Verwertung von Holzresten in
einem Holzheiz-Kraftwerk: ORC-Anlage
erzeugt Strom aus der thermischen Energie
des Abgases.
In Kombination mit der HZI BioMethanTechnologie Aminwäsche wird ein Teilstrom
des Abgases gereinigt und das darin
enthaltene Kohlendioxid abgetrennt.
Speicherung des CO2 in Kugelspeicher
Als CO2-Produktgas kommt es in einer nahe
gelegenen Gewächshausanlage zum Einsatz –
eine wirtschaftliche und umweltbewusste
Lösung.
CO2-Abtrennung zur Biomethanerzeugung und Rauchgasreinigung, HZI BioMethan GmbH, März 2016
5) Biomethan-Tankstelle
Beispiel: bioCNG M 125 m³/h
Unterbringung in einem 45‘ Container
Rohbiogaskühlung, -vorverdichtung und Aktivkohlefilter in Außenaufstellung
Zapfsäule und Tankautomat extern
Platzbedarf Anlagentechnik ca. 60 m²
CO2-Abtrennung zur Biomethanerzeugung und Rauchgasreinigung, HZI BioMethan GmbH, März 2016
5) Biomethan-Tankstelle
Beispiel: bioCNG M 700 m³/h
Unterbringung Membrantechnik in 40‘
Container
CNG-Technik in zusätzlichem
20‘ Container
Rohbiogaskühlung, -vorverdichtung und
Aktivkohlefilter in Außenaufstellung
Zapfsäule und Tankautomat extern
Platzbedarf Anlagentechnik ca. 150 m²
Draufsicht bioCNG 700 m³/h
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5) Bereitstellungskosten CNG
Vergleich CNG - bioCNG
1.40 €
1.32
Euro je kG
1.20 €
1.04
0.95
1.00 €
0.80 €
0.82
0.60 €
0.55
0.40 €
0.20 €
125 Nm³/h
CNG Referenzpreis
kg CNG @ 5,00 €‐cts/kWh Biogas 700 Nm³/h
kg CNG @ 2,00 €‐cts/kWh Biogas CO2-Abtrennung zur Biomethanerzeugung und Rauchgasreinigung, HZI BioMethan GmbH, März 2016
5) Biomethan-Tankstelle zusammengefasst
Aufbereitung von Biogas zu bioCNG technisch möglich
Kombination aus effizienter Membran-Separation und bewährter
(Hochdruck-)Verdichtertechnik ideal
Abdeckung großer Kapazitätsbereiche: 50 – 700+ m³/h (Rohgas)
Zuverlässige Rohgasvorreinigung wichtig, insbesondere bei
Deponiergas, Abfallgas oder Gas aus der Abwasserbehandlung
Wichtigstes Kriterium bei der Anlagenauslegung: Art und Anzahl
zu betankender Fahrzeuge
Wichtiger wirtschaftlicher Faktor: Rohgaserzeugungskosten
CO2-Abtrennung zur Biomethanerzeugung und Rauchgasreinigung, HZI BioMethan GmbH, März 2016
6) Referenzen
CO2-Abtrennung zur Biomethanerzeugung und Rauchgasreinigung, HZI BioMethan GmbH, März 2016
6) Referenzen / Schwedt
Einspeisekapazität: 700 Nm³/h
Input: Gülle, Hühnertrockenkot,
landwirtschaftliche Produkte
Inbetriebnahme: 2011
CO2-Abtrennung zur Biomethanerzeugung und Rauchgasreinigung, HZI BioMethan GmbH, März 2016
6) Referenzen / Winterthur
Einspeisekapazität: 250 Nm³/h
Input: 23.000 t/a Bioabfälle
Inbetriebnahme: 2014
CO2-Abtrennung zur Biomethanerzeugung und Rauchgasreinigung, HZI BioMethan GmbH, März 2016
6) Referenzen / Berlin durch Lizenznehmer
Quelle: BSR
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6) Referenzen / Karft
Einspeisekapazität: 700 Nm³/h
Input: Industrielle und
Schlachtabfälle
Inbetriebnahme: 2011
CO2-Abtrennung zur Biomethanerzeugung und Rauchgasreinigung, HZI BioMethan GmbH, März 2016
6) Referenzen / Werlte / Audi e-gas-Projekt
CO2-Abtrennung zur Biomethanerzeugung und Rauchgasreinigung, HZI BioMethan GmbH, März 2016
6) Referenzen / Werlte / Audi e-gas Projekt
Eingangsleistung Strom:
6.300 kWel
H2-Produktion:
1.300 m³/h
e-Gas-Produktion:
300 m³/h
CO2-Quelle:
CO2-Abgas der Biogasaufbereitungsanlage
CO2-Abtrennung zur Biomethanerzeugung und Rauchgasreinigung, HZI BioMethan GmbH, März 2016
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
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