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Interessen Gemeinschaft Biogasmotoren

Damit Biogasmotoren problemlos laufen

Qualität der Aktivkohle punktet

Qualität der Aktivkohle punktet

28. Januar 2019 by Michael Wentzke

Form-Aktivkohle oder Granulat-Aktivkohle ?
Quelle: Necatec AG

Biogasanlagen-Betreiber schauen auf die Betriebskosten ihrer Anlagen und nutzen jede Gelegenheit, diese im laufenden Betrieb zu senken. Aktivkohle-Kosten gehören mit zu diesen Positionen. Die Erwartungen an die Beladungsleistung und Standzeit der Aktivkohle sind hoch. Dabei ist die Qualität der Aktivkohle noch nicht ausreichend im Visier vieler Betreiber.

Einsatzbedingungen entscheiden über die Standzeit der Aktivkohle

Im Winter spielen die Betriebsbedingungen der Aktivkohle eine große Rolle. Hier droht Gefahr durch Kondensatbildung aufgrund der tiefen Temperaturen. Die Beladungsleistung sinkt dramatisch, wenn

  1.   die Rohgastemperatur zu tief ist,
  2.   die relative Feuchte zu groß oder zu klein ist und
  3.   der Sauerstoffgehalt des Rohbiogases zu klein ist

Diese Zusammenhänge haben wir im vergangenen Sommer in einem Artikel mit der Necatec AG ausführlich dargestellt. Dort sind die Zusammenhänge um die Nutzung der Aktivkohle noch einmal umfassend beschrieben.

Die Biogasaufbereitung benötigt keine Abkühlung auf unter 3° C, wenn nicht gerade Biomethan  zur Einspeisung ins Gasnetz angestrebt wird. Dies erhöht nur die Stromkosten für den Kältekompressor und den Heizenergiebedarf der Nacherwärmung. Ca. 12°C reichen gewöhnlich zur Feuchtigkeitsabscheidung aus, da die Aktivkohle eine Restfeuchte von ca. 50% für optimales Arbeiten benötigt. Ab Nacherwärmung (ca. 25°C) ist eine Isolierung (und im Flexbetrieb eine Warmhaltung) aller gasführenden Komponenten (Rohre, Aktivkohlefiltergehäuse) bis zum Eintritt in den BHKW-Betriebsraum notwendig, um Kondensate zu vermeiden.

Die Qualität der Aktivkohle entscheidet über die Wirtschaftlichkeit

In einer Wirtschaftlichkeitsbetrachtung zeigt die Necatec AG, dass eine teurere, aber qualitativ hochwertigere Aktivkohle einer minderwertigen trotz höheren Beschaffungspreises überlegen ist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass für die gleiche Menge abgeschiedenen Schwefels eine deutlich geringere Menge Aktivkohle benötigt wird.

In der beigefügten Vergleichsrechnung der Necatec AG wird deutlich, wie sich die Qualitätsunterschiede in der Praxis auswirken. Steinkohle ist der Rohstoff für hochwertige, pelletierte Aktivkohle, dessen Preis auf dem Markt gestiegen ist. Aktivkohle-Granulate aus minderwertigerer Bruchsteinkohle haben eine niedrigere Beladungsleistung. Und wesentlich höhere Druckverluste bei der Durchströmung mit Rohbiogas. Unter dem Strich betrachtet spricht daher vieles für die bessere Qualität der Aktivkohle.

Aktivkohle, Betriebsmittel Tagged: Aktivkohle, Beladungsleistung, Betriebsbedingungen, Druckverlust, Preis-Leistungs-Verhältnis, Qualitätsmerkmal, Wirtschaftlichkeitsrechnung

Was Aktivkohle-Kosten treibt oder senkt

Was Aktivkohle-Kosten treibt oder senkt

28. August 2018 by Michael Wentzke

Jede Aktivkohle sieht schwarz aus, für den Nutzer einer Biogasanlage sind Unterschiede der Qualität der Aktivkohle nicht augenfällig. Sie werden erst spürbar, wenn die Nutzungsdauer nicht den Erwartungen entspricht und somit die Aktivkohle-Kosten steigen. Bei genauerer Betrachtung wird dann auch klar, dass die gewünschte Reinigung des Biogases von mehreren Faktoren abhängt. Hier ist die richtige Auswahl der Aktivkohle und die Optimierung der Betriebsbedingungen entscheidend.

Aktivkohle leistet im Betrieb Schwerstarbeit

Aktivkohle wird hauptsächlich zur Filterung des im Biogasmotor und im Katalysator unerwünschten Schwefelwasserstoffes (H2S) aus dem Biogas eingesetzt. Dazu wird eine möglichst große innere Oberfläche und auch ein ausgeprägtes, passendes Porensystem in der Aktivkohle benötigt (feine Poren), damit sich unerwünschte Schadstoffe anlagern können (Adsorption). Dies reicht im Falle des Schadstoffes H2S jedoch nicht aus. Es muss noch eine chemische Reaktion erfolgen, die H2S in elementaren Schwefel umwandelt und bindet.

Die Aktivkohle muss mit einem Katalysator „imprägniert“ oder „dotiert“ werden, damit diese chemische Reaktion beim Durchströmen des Biogases auch angestoßen wird. Die so behandelte Aktivkohle führt dann zu diesen gewünschten Reaktionen und Endprodukten:

  1. Aufspaltung von H2S zu Schwefel und Wasserstoff (in der Form von H2O)
  2. Oxidation des Wasserstoffes zu Wasser unter Nutzung des im Biogas enthaltenen Sauerstoffes.

Aktivkohle wird gezielt zur Filterung von H2S in ihren Merkmalen eingestellt, die bei anderen Schadstoffen ganz anders aussehen können. Damit dieser Prozess mit einer hohen Konvertierungsleistung (aus H2S wird Schwefel und Wasser) und damit einer hohen Beladungsleistung der Aktivkohle gelingt, wird ein enger Betriebs-Bereich für die relative Gasfeuchte (ca. 50%) und die Gastemperatur (ca.23°C) benötigt.

Um diesen chemischen Prozess vollständig ablaufen zu lassen, benötigt das Biogas eine Mindest-Verweilzeit im Aktivkohlebehälter. Das Biogas sollte innerhalb von 4-6 Sekunden die poröse Aktivkohleschüttung durchströmen. Bei einem großen Volumenstrom und einem zu kleinen Aktivkohlefilterbehälter würde die Verweilzeit zu gering werden: mangelnde Umwandlung des Schadstoffes H2S und geringere Beladungsleistung wären die Folge.

Es gibt keine „Vielzweck“-Aktivkohle, sie muss nach den jeweiligen Anforderungen genau ausgelegt sein. Schon im normalen Grundlastbetrieb stellen die Schwankungen des Schwefelwasserstoffgehaltes des Biogases, seiner Temperatur und relativen Feuchte die Aktivkohle vor hohe Anforderungen. Dies gilt erst Recht im Flex-Betrieb eines BHKWs mit den häufigeren Temperatur- und Feuchtewechseln.

Was die Wirkung der Aktivkohle begrenzt

  • Ohne Sauerstoff als Reaktionspartner für Schwefelwasserstoff kann keine Entschwefelung stattfinden (Sauerstoffgehalt im Biogas von < 0,4 % ist i.d.R. zu gering!).
  • Eine zu geringe relative Feuchte verkürzt die Standzeit der Aktivkohle stark und sorgt für frühe H2S-Durchbrüche. Daher ist eine zu starke Abkühlung (<5°C) und Trocknung auf weniger als 30 % relative Feuchte teuer (Stromverbrauch des Kühlaggregates) und kontraproduktiv.
  • Eine zu hohe relative Gasfeuchte (>80%) macht die Entschwefelungsreaktion langsam und sorgt für frühzeitige, kleine H2S-Durchbrüche
  • Kondensat im Aktivkohlefiltergehäuse führt zur Ablagerung des Schwefels an der Außenseite der Aktivkohlepellets und blockiert die Wirkung der inneren Oberflächen. Die Standzeit der Aktivkohle sinkt dramatisch. Zudem besteht die Gefahr des Verklumpens, was auch den Wechsel der Aktivkohle erschwert.

Wann sich Aktivkohle im Einsatz wohlfühlt    

Die Filterung unterschiedlicher Schadstoffe wie z.B. Siloxane oder Schwefelwasserstoff erfordert unterschiedlich Aktivkohleeigenschaften und unterschiedliche Gasbedingungen.

  • Siloxane benötigen (klassische Adsorption) eine möglichst geringe relative Gasfeuchte (< 30 %) bei möglichst geringer Temperatur (< 25°C).
  • Die Entschwefelung funktioniert optimal bei einer relativen Feuchte von 50% und Temperaturen größer als 15°C

Die nachfolgende Übersicht zeigt die unterschiedlichen Gasparameter und Aktivkohleeigenschaften. Leider schließen sich manche Anforderungen diametral aus, so dass unverträgliche Störstoffe in mehreren Reinigungsstufen ausgeschieden werden müssen. Dies begründet auch, warum Mehrzweck-Aktivkohle nicht funktionieren kann und es diese auch nicht geben kann.

Grundlagen der Schadstoffentfernung aus biogenen Gasen

Welche Faktoren die Standzeit der Aktivkohle erhöhen und die Aktivkohle-Kosten senken

  • Ein ausreichend groß dimensionierter Aktivkohlefilterbehälter (Verweildauer 4-6 Sekunden beim Durchströmen des Behälters mit der Schüttung) ,
  • Einstellung der geforderten Gasfeuchte durch Kühlung (auf ca. 10-12 °C) und nachfolgende Erwärmung um ca. 10-12 Kelvin,
  • Sauerstoffgehalt im Biogas, der zur H2S-Konzentration und zur relativen Feuchte passt (> 0,4 %),
  • Abscheidung von weiteren Störstoffen (wie z.B. Terpene) in einer vorgelagerten Reinigungsstufe.
Beladungsleitung als Funktion der Gas-Feuchte und des Sauerstoff-Gehaltes

Auf welche Qualitätsmerkmale der Aktivkohle Betreiber achten sollten

Neben der Klärung, welche Schadstoffe neben dem Schwefelwasserstoff im Biogas behandelt werden müssen – davon hängen die Auswahl der richtigen Aktivkohle, die notwendigen Reinigungsstufen und die Gaskonditionierung (Temperatur und Feuchte) ganz wesentlich ab – sind diese drei Qualitätskriterien bedeutsam:

  1. Eine große innere Oberfläche (viele, kleine Poren), die rasch das Gas aufnehmen kann und viel Raum zur Anlagerung von Schwefel bietet.
  2. Eine chemisch so modifizierte Aktivkohle, dass eine möglichst vollständige Umwandlung des Schwefelwasserstoffes zu Schwefel ermöglicht wird.
  3. Eine gleichmäßige Pelletstruktur mit hoher Abriebfestigkeit stellt einen geringen Druckverlust und wenig Abrieb beim Umfüllen sicher.

Bei den im Biogasanlagen-Betrieb immer wieder geäußerten Klagen nach hohen Aktivkohle-Kosten und geringen Standzeiten ist ein kritischer Blick nur auf die Aktivkohle nicht hilfreich, da die Einflussfaktoren auch stark von der Anlagenausstattung im Bereich der Biogasaufbereitung sowie von den Parametern der Gaskonditionierung abhängen. Eine Fachberatung kann hier dauerhaft Probleme mit Schadstoffen des Biogases lösen, Betriebskosten sparen und Schäden am Biogasmotor vermeiden.

Kontaktdaten zur NECATEC AG : Dipl.-Ing. Toralf Goetze und Dr.-Ing. Silvana Rossow, Bredeneyer Straße 2B, 45133 Essen, Telefon (Zentrale) 0201 / 61 20 43 97

Aktivkohle, Anlagenoptimierung, Betriebsführung Tagged: Aktivkohle, Aktivkohle-Kosten, Beladungsleistung, Feuchte, Gasparameter, Konvertierung, Standzeit, Temperatur

Top-News für den Biogas-BHKW-Betrieb in Leipheim

13. Februar 2018 by Michael Wentzke

Am 7.3.2018 wird in Leipheim das Fachsymposium Biogasmotoren den Betreibern von Biogasanlagen wichtige Hinweise zur Senkung Ihrer Kosten im Biogas-BHKW-Betrieb vermitteln. Dies betrifft Anlagen, die im Grundlastbetrieb laufen, und Biogas-BHKWs, die unmittelbar vor der Flexibilisierung stehen. Mehr als ein Dutzend Referenten  und ein Anlagenbetreiber stellen den Tagungsteilnehmern  ihr Know-How und ihre praktische Erfahrungen vor.

Wartung von BHKW-Komponenten sichert Ertrag und Anlagenverfügbarkeit

Wenn Zündkerzen sich mit einer Störmeldung verabschieden, werden sie ausgetauscht. Wenn ein Wärmetauscher verschmutzt ist, passiert dies im Regelfall schleichend, bis ein Wärmekunde über zuwenig ausgekoppelte Wärme klagt. Oder die Motorsteuerung eine zu hohe Gemischtemperatur anmahnt. Zwischenzeitlich erhöhen sich aber die Risiken und es wird weniger Wärmeumsatz getätigt.

Spezialisten, die sich um diese Themen kümmern, geben den Betreibern mit kurzen Vorträgen die wichtigsten Hinweise für den Alltag. Damit das Biogas-BHKW seine Kondition behält oder wieder erlangt. Das schont den Geldbeutel des Betreibers und schützt vor überraschenden Schäden.

Wärmeauskopplung und Wärmespeicher : die unterschätzten Ertragstreiber im Biogas-BHKW-Betrieb

Die Fehlermöglichkeiten bei der Wärmeauskopplung sind genauso zahlreich wie beim Einsatz von Wärmepufferspeichern und der Anbindung von Nahwärmnetzen. Ausgeführte Beispiele zeigen Betreibern, das der Respekt vor großen Wärmepufferspeichern nicht berechtigt ist. Richtig ausgelegt und eingesetzt sind diese Wärmepufferspeicher eine sichere Bank für die Versorgung der Wärmekunden. Und sie amortisieren sich über die Qualität der Wärmeversorgung sehr schnell.

Die Praxisbeispiele eines Komponentenherstellers und eines Ingenieurbüros motivieren Betreiber, sich intensiver mit den passenden Partnern hierüber zu informieren und eine attraktive Ertragsquelle zu erschließen. Die Vortragsblöcke sind von ausreichend großen Pausen unterbrochen. So können die ersten Gespräche zwischen Betreibern und Spezialisten beginnen.

Wie in der Flexibilisierung Stolperfallen vermieden werden

In der Flexibilisierung müssen nahezu alle Bereiche einer Biogasanlage neben dem Biogas-BHKW kritisch angeschaut werden. Ob alles auch für den geplanten Flexbetrieb passt, ist durchaus nicht klar. Daher lassen Angebote über Flex-BHKWs, die nichts über die notwendigen Schnittstellen zur Biogasversorgung, Biogasaufbereitung und weiteren Bereichen aussagen, den Betreiber allein. Wichtige Ergänzungen für späteren problemlosen Flex-Betrieb werden oft nicht angesprochen.

Die IG Biogasmotoren sorgt mit ihren Partnern für Information und Transparenz. Dies schützt Betreiber vor Investitionen, die später zeit- und kostenfressende Nachbesserungen erfordern. Wer sich mit dem Gedanken der Flexibilisierung trägt, wird auf dem Fachsymposium Biogasmotoren in Leipheim in den Fachvorträgen zahlreiche Anregungen erhalten, die er später in seinem Flexprojekt berücksichtigen kann.

Niedrige Betriebskosten mit dem richtigen Servicekonzept

Die Flexibilisierung zwingt Serviceanbieter, ihr Servicekonzept zu überdenken. Es ist sowohl für die Fahrweise Grundlast als auch im Flexbetrieb zu modifizieren. Teurer Bauteileaustausch auf Verdacht ohne Prüfung des Zustandes werden hinterfragt. Ebenso starre Fristen für Wartungs- und Instandsetzungsmaßnahmen. Der Service-Markt kommt langsam in Bewegung. Andere Branchen machen es schon seit längerem vor, wie es zuverlässig und kostengünstig für Anlagen-Betreiber geht.

Die Fachvorträge im vierten Themenblock stellen Betreibern Dienstleistungen und Produkte für einen kostengünstigen Biogas-BHKW-Betrieb vor. Die Themen reichen bis hin zu praktisch erzielten Standzeiten der neuen Generation von Abgaskatalysatoren für Biogas-BHKWs.

Das Fachsymposium Biogasmotoren richtet sich an Betreiber von Biogas-BHKWs, ihre Servicepartner, Komponentenhersteller, Refinanzierer und Versicherer sowie an Berater, Planer und Anlagenbauer. Die Tagungsplätze sind in Leipheim begrenzt, die Anmeldung erfolgt über den Veranstaltungsflyer.

Anlagenoptimierung, Betriebsführung, Betriebsmittel, Fachsymposium, Flexbetrieb, Veranstaltung, Wartung Tagged: 7.3.2018, Aktivkohle, automatisierte Fahrpläne, Betreibererfahrung Flexibilisierung, Betriebskosten, Biogas-BHKW, Biogasmotoren, Ersatzteilkosten, Fachsymposium, Flexangebote, Flexbetrieb, Flexibilisierung, Flexumsetzung, Kühlmittel, Leipheim, Schmierölstandzeit, Servicekosten, Serviceverträge, Top-News, Wärmepufferspeicher, Wärmetauscher, Wärmetauscherwartung, Wärmeverkauf

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