Aufbereitungsanlage, Bild: EnviTec

In einer solchen Aufbereitungsanlage entsteht Biogas. Bild: EnviTec

Nachwachsende Rohstoffe aus der Landwirtschaft, tierische Exkremente, Reststoffe aus der Lebensmittel- und Agrarindustrie dienen einer Biogasanlage als Ausgangsstoffe. Da sich diese sehr gut an die jeweiligen Prozessbedingungen anpassen können, lassen sich nahezu alle organischen Substanzen wie Maissilage, Hühnerkot, Bioabfall oder Gülle durch Vergären abbauen. EnviTec Biogas baut Biogasanlagen und deckt die gesamte Wertschöpfungskette zur Erzeugung des Gases ab. Dazu gehören die Planung und der schlüsselfertige Bau von Biogasanlagen und -aufbereitungsanlagen ebenso wie deren Inbetriebnahme im In- und Ausland.

Umgang mit dem Gasgemisch

Faserbündel,  Bild: Klinger, G. Klein
Faserbündel werden dazu genutzt, um Methan von anderen Gasen zu trennen. Bild: Klinger, G. Klein

Beim Vergärungsprozess wird Biogas, ein brennbares Gasgemisch, freigesetzt und gesammelt. Es besteht zu mehr als 50 Prozent aus dem farb- und geruchlosen Methan (CH4), aus Kohlenstoffdioxid (CO2), Stickstoff (N2), Sauerstoff (O2) und Wasser (H2O) sowie Begleitgasen wie zum Beispiel Schwefelwasserstoff (H2S). Teilweise wird das Biogas direkt thermisch in Blockheizkraftwerken zum Generieren von Strom und Wärme verwertet. Dieses Modell ist häufiger in landwirtschaftlichen Betrieben mit Eigenbedarf zu finden.

Bei Großanlagen liegt jedoch eine andere Zielsetzung vor: Man möchte speziell das Methan auch ins Erdgasnetz als Ergänzung oder Ersatz des fossilen Brennstoffes einspeisen. Ebenso ist ein Einsatz als komprimiertes Erdgas (CNG) beziehungsweise Flüssigerdgas (LNG) machbar. Für diese Verwendungen ist es erforderlich, das ursprüngliche Biogas aufzubereiten, um gezielt den Methananteil in möglichst reiner Form zu erhalten. Verfahrenstechnisch nutzt man dazu Hohlfasermembranen.

So trennt man das Methan effektiv vom Rohgasgemisch

Hohlfasermodule, Bild: Evonik
In Hohlfasermodulen erfolgt die Trennung des Methans von den übrigen enthaltenen Gasen. Bild: Evonik

Technisch wird das zum Beispiel durch Sepuran Green Module des Herstellers Evonik realisiert. Sie bestehen aus mehreren Tausend Hohlfasern, die aus Hochleistungskunststoff hergestellt und in einem Edelstahlrohr gebündelt werden. Die Gastrennung durch Hohlfasermembranen nutzt die Tatsache, dass Gasmoleküle unterschiedlich groß und unterschiedlich gut im Polymer löslich sind. Da CO2-Moleküle kleiner sind als Methanmoleküle und sich zudem im Polymer besser lösen, können sie die Mikroporen der Membran wesentlich schneller durchwandern.

An der Hochdruckseite der Membran sammelt sich somit das Methan an, während Wasserdampf, Ammoniak, Schwefelwasserstoff und der Großteil des CO2 die Membran passieren. Durch die geschickte Verschaltung der Gastrennmodule lässt sich das Methan aus dem Rohgas auf bis zu 99 Prozent aufreinigen. Hierzu wird lediglich ein Kompressor benötigt. Kritisch für die Aufbereitungsanlage ist die Dichtheit sämtlicher Schraubdichtverbindungen, egal ob auf Roh- oder Reingasseite, denn bei Austritt besteht unter Umständen Explosionsgefahr.

Klinger top-chem-Dichtungsring, Bild: Klinger, G. Klein
Der Top-Chem-Dichtungsring. Bild: Klinger, G. Klein

Sichere Abdichtung

Ein Gasaufbereitungsmodul in einem 40-Fuß-Container kann weit mehr als 700 Dichtverbindungen beziehungsweise Verschraubungsdichtungen enthalten. Anfänglich sind Dichtungen an der Verschraubung beziehungsweise Überwurf der Wellschläuche verbaut worden, die nicht den gewünschten Erfolg gebracht haben. Eine Druckprobe zeigte, dass sie undicht waren. Damit stand der Hersteller EnviTec vor einem Problem – was konnte man tun, um Dichtheit dauerhaft zu erreichen?

Durch die gute Zusammenarbeit mit dem Wellschlauchlieferanten IBK Wiesehahn aus Bottrop konnte eine Lösung gefunden werden. Zum einen wurden die ¾-Zoll-Verschraubungsdichtungen optimiert, zum anderen auf Klinger Top-Chem 2003 als Dichtungsmaterial gewechselt. Als gefüllte PTFE-Dichtung bietet dieses Material das benötigte hohe Maß an sicherer Anpassung, sodass die Verschraubungsdichtungen an den Kartuschen nun dicht bleiben.

Eine gewisse Herausforderung bildete die Tatsache, dass die Gasaufbereitungsanlagen innerhalb weniger Minuten zu Volllast hochgefahren werden können, häufig aber auch ein Teillastbetrieb vorliegt. In allen Lastzuständen und Anforderungen hat das Dichtungsmaterial die Prüfungen bestanden. Damit wurde ein weiterer Nachweis erbracht, dass diese Dichtung bereits bei geringen Flächenpressungen hohe Gasdichtheit aufweist und durch ihre Beständigkeit gegen Methan, Schwefelwasserstoff, Stickstoff und weitere Gase auch eine lange Einsatzzeit erreicht.

Fazit

Mit Klinger Top-Chem 2003 steht ein in der Praxis erprobtes Weichstoffdichtungsmaterial für den Temperaturbereich von -200 °C bis ungefähr 200 °C zur Verfügung. Es wird bevorzugt bei geringen Flächenpressungen eingesetzt. Das Material ist in den Standarddicken 1,0 mm, 1,5 mm, 2,0 mm und 3,0 mm verfügbar. eh