Biogas-Membran-Verfahren zur Reinigung und Aufreinigung von Gasen

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I. Anwendungsbereiche: Die Ausrüstung zur Reinigung und Aufreinigung von Biogas mittels Membranverfahren ist eine Anlage, die auf fortschrittlicher Technologie von Hohlfaser-Gasgetrennmembranen beruht. Sie dient dazu, Kohlendioxid aus Biogas (oder Deponiegas) zu entfernen. Sie eignet sich zur Reinigung und Aufreinigung von Biogas sowie Deponiegas. Nach der Reinigung kann Biogas als Ersatz für Erdgas verwendet werden. Die Methankonzentration kann dabei über 97 % betragen. Durch eine Kombination aus Kompression und Aufbereitung kann ein Standard-Gas für Fahrzeuge mit einem Druck von 25 MPa erzeugt werden. Alternativ kann das Gas auf den Druckstand des Erdgasnetzes erhöht werden, damit es direkt in das lokale Gasnetz eingespeist werden kann. II. Funktionsprinzip
Die Geräte zur Reinigung und Aufreinigung von Biogas mittels Membranverfahren sind auf der Eigenschaft beruhend, dass Gasmembranen unterschiedliche Permeationsraten für die einzelnen Bestandteile einer Gemischgasmenge aufweisen. Abbildung 1 und Abbildung 2 zeigen, wie die Gasmembranen selektiv an den verschiedenen Bestandteilen des Gemischgases vorbeipermittieren. Die Bestandteile von Biogas sind hauptsächlich Methan und Kohlendioxid. Die Reinigung und Aufreinigung von Biogas besteht im Wesentlichen darin, das Kohlendioxid aus dem Biogas zu entfernen. Aus der Abbildung geht hervor, dass die Diffusionsgeschwindigkeit von CO2 im Biogas höher ist als die von CH4. Durch die selektive Diffusionseigenschaften der Gasmembranen können die Bestandteile wie CH4 und CO2 im Biogas schnell voneinander getrennt werden, wodurch eine Reinigung und Aufreinigung des Biogases erreicht wird. file:///C:/Users/ThinkPad/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.gif
Abbildung 1: Selektive Permeation von Gasgetrennungsmembranen
Abbildung 2: Prinzip der Trennung von Methan- und Kohlendioxidgasen
Der Prozess zur Reinigung und Aufreinigung von Biogas mittels Membranen ist in Abbildung 3 dargestellt. Das gesamte Gerät weist eine einfache Struktur auf – abgesehen vom Primärkompressor gibt es keine anderen gasbetriebenen Komponenten. Dadurch ist die Ausfallrate gering und der Gesamtenerverbrauch niedrig. file:///C:/Users/ThinkPad/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image003.jpg Abbildung 3: Ablaufdiagramm des Verfahrens zur Reinigung und Aufreinigung von Biogas mittels Membranen. III. Eigenschaften der Membrangetrennungstechnologie: Das Verfahren ist einfach strukturiert und leicht zu bedienen; außerdem kann die Anzahl der benötigten Arbeitskräfte um mehr als 50 % reduziert werden ； ü Niedrige Investitions- und Betriebskosten, 15–25 % niedriger als bei der chemischen Absorption und der Druckwasserspülung ； ü Kleine Fläche, Nutzung von Standard-Containern zur Integration sowie mögliche modulare Erweiterung ； ü Hohe Produktreinheit und hoher Rückgewinnungsgrad, CH4-Reinheit ≥ 97%, Rückgewinnungsgrad ≥ 97% ； ü Verfügt über eine Funktion zur synchronen Entwässerung, wodurch eine vorherige Entwässerung nicht notwendig ist. IV. Aufbau des Systems: Die Ausrüstung zur Reinigung und Aufreinigung von Biogas mittels Membranverfahren setzt sich wie folgt zusammen: Biogas-Kompressionsystem, System zur Vorreinigung des Gases vor der Membran, Trennsystem mit Membranen, System zur Erhöhung des Drucks des Biogases sowie System zur Zugabe von Gas. 4.1 Biogas-Kompressionsystem: Um eine optimale Trennleistung der Membranen zu erzielen, muss das Rohgas auf einen Prozessdruck komprimiert werden, der für den Betrieb der Membranen geeignet ist. Das System verwendet ölfreie Kompressoren, um zu gewährleisten, dass das Biogas nicht erneut durch Schmieröl verschmutzt wird, und liefert somit sauberes Gas für die Membrangetrennungsanlage. 4.2 Gasreinigungssystem vor der Membran: Neben Gasen wie Methan und Kohlendioxid enthält Biogas in der Regel auch verschiedene Flüssigkeiten, Feststoffpartikel sowie Mikroorganismen als Verunreinigungen. Das Gasreinigungssystem entfernt diese Verunreinigungen – wie Wasser, Öl und Feststoffpartikel – aus dem Biogas, sodass die Anforderungen des Membranscheidungssystems erfüllt werden können. Das Gasmischsystem ist eine Voraussetzung dafür, dass die Reinigungsanlage zuverlässig funktioniert, und kann außerdem die Lebensdauer des Membranscheidungssystems verlängern. 4.3 Membransystem zur Trennung: Es werden die modernsten importierten Membrankomponenten verwendet, um das in dem Biogas enthaltene Kohlendioxid sowie Wasserdampf zu trennen und so Methangas in höherer Reinheit zu gewinnen. Durch ein wissenschaftlich konzipiertes mehrstufiges Trennverfahren kann die Methanreinheit am Ausgang des Membransystems auf über 97 % erhöht werden, wobei die Methanrückgewinnungsrate ebenfalls über 97 % beträgt. Die Anwendung von Membranscheidungssystemen ermöglicht eine optimale Reinigung des Biogases. Sie weisen folgende Vorteile auf: Im Vergleich zu anderen physikalischen Verfahren zur Reinigung von Biogas erzielen sie eine höhere Rückgewinnungsrate ； Das Membranscheidungssystem verbraucht selbst keine Energie und muss nicht regeneriert werden ； Das Membransystem ist mit einem Drucküberwachungs- und Sicherheitssystem sowie einem System zur Abschaltung der Luftzufuhr ausgestattet. Im Falle eines Notfalls wird die Luftzufuhr automatisch abgeschaltet, um die Membrankomponenten zu schützen ； Am Ausgang des MembrangetrennungsSystems verhindern Einwegventile Rückflüsse sowie Probleme wie zu hohen Drücken. 4.4 Das Biogas-Druckaufbereitungssystem dient dazu, sicherzustellen, dass das aufbereitete Biogas die Druckanforderungen für den Einsatz in Fahrzeugen oder anderen Anwendungen erfüllt. Dazu muss das aufbereitete Biogas weiter erhöht werden. Das System verwendet kompakte und zuverlässige Kompressoren, mit denen das Biogas auf einen Druck von 25 MPa – oder auf den von den jeweiligen Anwendungen geforderten Druck – gebracht werden kann. 4.5 Aufbau des Gasspeisungssystems: Es wird ein Gasspeisestützpunkt eingesetzt, der das unter hohem Druck vom Biogas-Druckaufbereitungssystem erzeugte Gas in die CNG-Tankwagen leitet, damit es dort gespeichert werden kann. Wenn der Druck in den Tankwagen den eingestellten Wert erreicht hat, stoppt das Biogas-Druckaufbereitungssystem automatisch die Kompression und den Gasfluss. V. Technische Parameter – Übersicht der wichtigsten Modelle und technischen Parameter
Nummer | Modell und Spezifikationen | Abmessungen des Geräts (L×B×H in m) | Luftdurchflussrate (m³/d) | Reinheit des Ausgangsgases CH4 (%): 50–70 | Reinheit des erzeugten CH4 (%): ≥96,8; ≥99,09 | CH4-Rückgewinnungsrate (%)
1 | TRJH-25 | 2500 m³/d | 12,3×2,4×2,5 | 2500 | 50–70 | ≥96,8 | ≥99,09
2 | TRJH-50 | 5000 m³/d | 12,3×2,4×2,5 | 5000 | 50–70 | ≥96,5 | ≥99,57
3 | TRJH-80 | 8000 m³/d | 12,3×2,4×2,5 | 8000 | 50–70 | ≥96,5 | ≥99,35
4 | TRJH-100 | 10000 m³/d | 2×12,3×2,4×2,5 | 10000 | 50–70 | ≥96,6 | ≥98,31

Hinweis: Die Ausstattung des Geräts muss je nach konkretem Luftdurchfluss, CO2-Gehalt sowie anderen relevanten Parametern festgelegt werden. Zudem können je nach Bedarf weitere Geräte und Messinstrumente zur weiteren Aufbereitung des Gases hinzugefügt werden