DE102007019159B4

DE102007019159B4 - Verfahren und Anlage zur Aufbereitung von Biogas zur Einspeisung in L-Gasnetze

Info

Publication number: DE102007019159B4
Application number: DE102007019159A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Günther Lothar
Original assignee: MT Biomethan GmbH
Current assignee: HZI DEUTSCHLAND GMBH, DE
Priority date: 2007-04-20
Filing date: 2007-04-20
Publication date: 2013-02-28
Anticipated expiration: 2027-04-21
Also published as: DE102007019159A1

Abstract

Verfahren zur Aufbereitung von Biogas zur Einspeisung in Erdgasnetze der Qualitätsstufe L-Gas, wobei aus dem Biogas Verunreinigungen, wie NH3, H2S, SO2 und COS (organische Schwefelverbindungen) entfernt, im Biogas enthaltenes CO2 nahezu vollständig abgetrennt werden, dadurch gekennzeichnet, dass Luft in Sauerstoffgas und Stickstoffgas mit mindestens 95 Vol.-% Stickstoff zerlegt werden, das Stickstoffgas zwischengespeichert und dem hochreinen Methangas vor der Einspeisung in des L-Gasnetz zur Brennwertabsenkung dosiert zugemischt und das gebildete Methan/Stickstoff-Gasgemisch (L-Gas) entfeuchtet wird, und Sauerstoffgas zur biokatalytischen Entschwefelung von Biogas in den Fermenter der Biogasanlage eingeleitet oder einer nachgeschalteten separaten Entschwefelungsanlage zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Biogas zur Einspeisung in Erdgasnetze der Qualitätsstufe L-Gas und eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Anlage.
Ausgehend von der Herkunft des Erdgases wird dieses in sogenanntes H-Gas (High-Gas) und L-Gas (Low-Gas) unterteilt und in Analogie hierzu die jeweiligen regionalen Gasversorgungsnetze in H-Netz und L-Netz. H-Gas und L-Gas unterscheiden sich in ihrer Zusammensetzung und im Heizwert, wobei H-Gas im Vergleich zu L-Gas einen höheren Heiz- bzw. Brennwert besitzt (H-Gas: > 10,5 kWh/m³ und L-Gas: 8 bis 10,5 kWh/m³).
Die Einspeisung von Biogas in regionale Gasversorgungsnetze erfordert, dass das Biogas auf die brenntechnischen Eigenschaften des Netzgases eingestellt wird.
Aus der DE 10 2005 051 952 B3 ist ein Verfahren zur Herstellung von Methan und flüssigem Kohlendioxid aus Biogas bekannt. Im Biogas enthaltene Verunreinigungen, wie NH₃, H₂S, SO₂ und COS (organische Schwefelverbindungen) werden in an sich bekannter Weise entfernt. Anschließend wird unter Druck mittels einer aminhaltigen Waschlösung das noch im Biogas enthaltene CO₂ nahezu vollständig abgetrennt, sodass ein hochreines, CO₂-freies Methangas entsteht. Dieses kann nach erfolgter Trocknung in ein Erdgasnetz eingespeist werden. Das so gewonnene Methangas besitzt jedoch aufgrund der vollständigen Entfernung von CO₂ Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich des Brennwertes, die dem H-Gas entsprechen. Das Methangas ist daher aufgrund des höheren Brennwertes nicht für eine Einspeisung in L-Gasnetze geeignet. Zur Modifizierung des Methangases für eine geeignete Einspeisung in L-Gasnetze sind aufwendige, kostenintensive Mischanlagen mit hohem Regelaufwand erforderlich. Außerdem ist ein Netz erforderlich, welches als „Dämpfung” dient. In den Mischanlagen wird zur Absenkung des Brennwertes Luft oder CO₂ zugemischt. Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass die Gasnetze regional unterschiedlich Anforderungen an den Brennwert der einzuspeisenden Gase stellen.
Eine physikalisch oder chemische Wäsche des Biogases zur Einstellung eines konstanten CO₂-gehaltes im Methangas lässt sich mit einem wirtschaftlich vertretbarem Aufwand praktisch nicht realisieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Aufbereitung von Biogas zur Einspeisung in Erdgasnetze der Qualitätsstufe L-Gas zu schaffen, mit dem der Brennwert von CO₂-freiem Methangas abgesenkt werden kann und das sich durch eine wirtschaftliche und sichere Betriebsweise auszeichnet. Ferner soll eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Anlage geschaffen werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Verfahrensweise sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 8. Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Anlage ist in Anspruch 9 angegeben.
Die Ansprüche 10 bis 12 beziehen sich auf weitere Ausgestaltungen der Anlage.
Gemäß der vorgeschlagenen Verfahrensweise wird Luft in Sauerstoffgas und Stickstoffgas mit mindestens 90 Vol.-% Stickstoff zerlegt, vorzugsweise durch Druckwechseladsorption, das Stickstoffgas zwischengespeichert und dem aus dem Biogas erzeugten hochreinen Methangas vor der Einspeisung in das L-Gasnetz zur Brennwertabsenkung dosiert zugemischt. Das gebildete Methan/Stickstoff-Gasgemisch (L-Gas) wird nachfolgend entfeuchtet und odoriert. Der Mischvorgang Methangas/Stickstoffgas erfolgt z. B. in einer statischen Mischvorrichtung. Zur Reduzierung des Brennwertes des Methangases um 1 kWh/m³ werden diesem 10 bis 35 m³ Stickstoffgas/m³ Methangas zugesetzt. Die zudosierte Menge an Stickstoffgas als Inertgas wird in Abhängigkeit vom CO₂-Gehalt des Methangases bemessen. In Biogasanlagen gewonnenes Biogas kann nach erfolgter Aufbereitung zu Methangas nunmehr auf einfache und wirtschaftliche Weise an die jeweiligen Bedingungen örtlicher L-Gasnetze angepasst werden. In der bisherigen Praxis stellte die Einstellung der erforderlichen Brennwerte eine besonders hohe technische Anforderung dar. Die vorgesehene Brennwerteinstellung durch auf einfache Art und Weise aus Luft gewonnenem Stickstoffgas ist kostengünstig und praktisch ohne größere Schwierigkeiten zu realisieren. Die Gefahr einer Bildung explosiver Gasgemische besteht nicht. Das zugesetzte Stickstoffgas hat keine nachteiligen Auswirkungen auf die Lebensdauer des L-Gasnetzes. Das als Nebenprodukt bei der Stickstoffgaserzeugung anfallende Sauerstoffgas kann zur biokatalytischen Entschwefelung des Biogases wirtschaftlich genutzt werden. Dieses wird beispielsweise entweder direkt in den Fermenter geleitet oder im Falle einer angeordneten nachgeschalteten Entschwefelungsanlage dieser zugeführt.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass kein Verlust an L-Gas eintritt. Aus dem während der Entfeuchtung anfallenden Wasser/Methangas/Stickstoffgas-Gemisch wird das Gasgemisch (L-Gas) durch Kondensation abgetrennt und wieder in den Biogasstrom zurückgeführt. Das dabei anfallende Wasser wird in den Prozess zurück geführt oder abgeleitet. Damit ist der Prozess praktisch frei von Abfällen.
Die Abtrennung von Kohlendioxid aus dem Biogas erfolgt vorteilhafterweise mittels einer Aminwäsche bis auf einen CO₂-Gehalt von unter 4 Vol.-%, vorzugsweise unter 2 Vol.-%. Diese ist besonders wirtschaftlich, wenn die Abtrennung von CO₂ und restlichem Schwefel aus dem Biogas unter Normaldruck und Normaltemperatur erfolgt.
Die Aufbereitung des Biogases zu Methangas kann auch nach anderen bekannten Verfahren erfolgen.
Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Anlage mit einer Einrichtung zur Entschwefelung von Biogas und einer Waschkolonne zur Abtrennung von CO₂ aus Biogas unter Bildung von Methangas, besteht mindestens aus einer ersten Druckwechseladsorptionseinheit zur Herstellung von Sauerstoffgas und Stickstoffgas aus Luft, einer Mischeinrichtung zur Zumischung von Stickstoffgas zu Methangas, einer zweiten Druckwechseladsorptionseinheit zur Entfeuchtung des gebildeten Stickstoffgas/Methangas-Gemisches und einer Abscheider/Kondensationseinheit zur Trennung des nach der Entfeuchtung als Sekundärprodukt anfallenden Wasser/Stickstoffgas/Methangas-Gemisches in Wasser und Stickstoffgas/Methangas-Gemisch. Die Abscheider/Kondensationseinheit ist mit einer Rückführung des Stickstoffgas/Methangas-Gemisches in den Biogasstrom ausgerüstet.
Die Entschwefelung des Biogases kann ein- oder mehrstufig erfolgen. Vorzugsweise ist die Einrichtung zur Entschwefelung als separate Einheit ausgebildet und mit der von der ersten Druckwechseladsorptionseinheit abzweigenden Sauerstoffgaszuführung verbunden ist. Die Entschwefelungseinrichtung steht mit der Biogasanlage in Verbindung, sodass das Biogas erst entschwefelt und nachfolgend weiter aufbereitet wird. Alternativ kann bei geringen Schwefelgehalten im Biogas auch die Entschwefelung im abgetrennten Kohlendioxid erfolgen. Eine Vorentschwefelung kann auch bereits im Fermenter der Biogasanlage erfolgen. In diesem Fall ist die Druckwechseladsorptionseinheit zur Sauerstoffgaszuführung mit dem Fermenter verbunden. Vor der Abtrennung des CO₂ aus dem Biogas ist eine Waschkolonne mit Wärmetauscher angeordnet, über die mittels des Wärmetauschers die Temperatur und somit der Taupunkt des Biogases eingestellt werden.
Die Erfindung wird nachstehend an zwei Beispielen erläutert.

Zur Einspeisung von aus Biogas abgetrennten Methangas in ein L-Gasnetz (Erdgas) muss das Methangas an die Bedingungen des jeweiligen L-Gasnetzes angepasst werden, insbesondere hinsichtlich des niedrigeren Brennwertes des im L-Gasnetz vorhandenen Erdgases. Dabei ist ein enger Toleranzbereich einzuhalten. Für die Einspeisung von Gas in ein L-Gasnetz sind in Deutschland folgende Bedingungen vorgegeben:

Brennwert	8,4 bis 10,1 kWh/Nm³
Wobbe-Index	10,4 bis 13 kWh/Nm³
Methangehalt	ca. 90 Vol.-%
Kohlendioxidgehalt	bis 6 Vol.-%
Sauerstoffgehalt	0,5 bis 3 Vol.-%
Stickstoffgehalt	keine Vorschrift
Schwefelwasserstoff	5 mg

Beispiel 1
In der zugehörigen Zeichnung ist eine Anlage zur Aufbereitung von Biogas zu Methangas für die Einspeisung in ein L-Gasnetz als Funktionsschaltbild dargestellt.
Die an eine Biogasanlage angeschlossene Anlage besteht im Wesentlichen aus folgenden Baugruppen:
Einer biologischen Nachentschwefelungseinheit R1, einer ersten Druckwechseladsorptionseinheit R3 zur Herstellung von Sauerstoffgas 09 und Stickstoffgas 10 aus Luft, einer ersten, der Nachentschwefelungseinheit R1 nachgeschalteten Waschkolonne K1 mit Wärmetauscher W1, einer zweiten Waschkolonne K2 zur Entfernung von CO₂ mittels einer Aminwäsche, einer der Waschkolonne K2 nachgeschalteten Regenerationseinheit R2 zur Regenerierung der Waschlösung mit einer Adsorptionsstufe A1, einem Wärmetauscher W2 für das aus der Waschkolonne K2 austretende Methangas 02, einem Niederdruck-Verdichter V1 für das Methangas, einer ersten statischen Mischeinheit M1 zur Vermischung des Methangases 02 mit Stickstoffgas 10, einem Ausgleichs-/Speicherbehälter B2 für das hergestellte Gasgemisch 03, einer Gasverdichtereinheit (Mittel- oder Hochdruck) V2, einer zweiten Druckwechseladsorptionseinheit R4 zur Entfeuchtung des Gasgemisches 03 und einer zweiten statischen Mischeinheit M2 zur Zumischung eines Odorierungsmittels 12. Mit PR1, PK1, PK2 und PO1 sind die in den Leitungsverbund der Anlage eingebundenen Pumpen gekennzeichnet.
Zur Einspeisung von Methangas in ein örtliches L-Gasnetz für Erdgas in Deutschland sind nachfolgende Bedingungen einzuhalten:

Brennwert 9,85 bis 10,10 kWh/Nm³

Wobbe-Index 11,27 bis 11,77 kWh/Nm³

In einer Biogasanlage wird Biogas in einer Menge von 600 Nm³/h mit folgender Zusammensetzung hergestellt:

Methan	51,00 Vol.-%
Kohlendioxid	43,23 Vol.-%
Stickstoff	3,00 Vol.-%
Sauerstoff	0,60 Vol.-%
Wasser	2,00 Vol.-%
Kohlenmonoxid	0,12 Vol.-%
Wasserstoff	0,02 Vol.%
Schwefelwasserstoff	120 ppm

Dieses Biogas besitzt folgende brenntechnischen Kennwerte:

Brennwert: 5,64 kWh/Nm³

Wobbe-Index: 5,13 kWh/Nm³
Biogas vorgenannter Zusammensetzung ist für eine Einspeisung in ein Erdgasnetz ungeeignet. Zur Gewinnung von Methangas aus Biogas muss das Biogas in an sich bekannter Weise wie folgt aufbereitet werden:

a) Entschwefelung des Biogases durch Absenkung des Gehaltes an Schwefelwasserstoff auf einen Wert von mindestens ca. 10 ppm und
b) Entfernung des im Biogas enthaltenen CO₂ bis auf einen Wert von mindestens ca. 1,5 Vol.-%.

In einem weiteren Verfahrensschritt c) muss das gewonnene Methangas hinsichtlich seiner Brennwerte an die vorgegebenen Bedingungen des L-Gasnetzes angepasst bzw. verdünnt werden. Dies wird durch Zugabe einer definierten Menge an Stickstoff als Inertgas erreicht.
Das erforderliche Stickstoffgas wird in einer separaten Druckwechseladsorptionsanlage R3 erzeugt, in der mittels des Verdichters V3A komprimierte Luft mit einer Reinheit von über 90% in Sauerstoffgas 09 und Stickstoffgas 10 mit einem Gehalt von mindestens 95 Vol.-% Stickstoff zerlegt werden. Zur Trennung werden als Adsorbentien Zeolithe und Kohlenstoff-Molekularsiebe (CMS) eingesetzt. Der am Austritt des CMS-Bettes anfallende N₂ 10 wird nach erfolgter Verdichtung mittels des Verdichters V3B im Behälter B1 zwischengespeichert. Das erhaltene O₂ 09 wird vorteilhafterweise zur biologischen Entschwefelung des Biogases 01 genutzt.
Die installierte Biogasanlage besitzt eine Leistung von 600 Nm³/h (N = Normzustand).
Im Biogas ist bereits der für den biologischen Abbau erforderliche Sauerstoff vorhanden. Um sicherzustellen, dass der hochgradige Abbau von Schwefelwasserstoff, insbesondere auch bei Lastschwankungen, gewährleistet ist, wird das aus dem Fermenter austretende Biogas 01 zuerst in einer nachgeschalteten Entschwefelungsanlage R1 biologisch entschwefelt.
Hierzu wird das in der separaten Druckwechseladsorptionsanlage R3 erzeugte Sauerstoffgas 09 eingesetzt. Dieses wird im Benetzungskreislauf des Reaktors der Entschwefelungsanlage R1 gelöst und in einer Menge von 2,5 Nm³/h zugeführt. Dabei wird das Sauerstoffgas 09 vorteilhaft in der Waschlösung gelöst, um den Sauerstoffeintrag zu reduzieren. Der in der Waschlösung 08 gelöste Schwefelwasserstoff oxidiert unter Verbrauch von gelöstem Sauerstoff zu Wasser und elementarem Schwefel. Das nach der biologischen Gasreinigung anfallende Biogas 01 besitzt noch einen Schwefelwasserstoffgehalt von ca. 10 ppm und wird einer nachfolgenden Wasserwäsche K1 unterzogen, wobei mittels Wasser mitgerissene Tropfen an biologischer Trägersubstanz und Ammoniak abgeschieden werden. Gleichzeitig wird über den Kühlkreislauf 07 der Wasserwäsche mittels des Wärmetauschers W1 die Biogastemperatur und somit der Taupunkt des Biogases 01 für den nachfolgenden Verfahrensschritt b), zur Abtrennung des CO₂, eingestellt.
In einer nachfolgenden Waschkolonne K2 wird mittels einer aminhaltigen Waschlösung das im Biogas enthaltene Kohlendioxid entfernt, bis auf einen CO₂-Gehalt von 1,5 Vol.-%. Die am Boden der Waschkolonne K2 anfallende Waschlösung 06 wird in einer Regenerationseinheit R2 regeneriert und dabei das in dieser chemisch gebundene Kohlendioxid entfernt und ggf. in die Umgebung abgeleitet oder anderweitig aufbereitet. In einer nachgeschalteten Adsorptionsstufe A1 werden im Kohlendioxid 05 noch enthaltene Mengen an Schwefelwasserstoff abgetrennt.

Nach der Abtrennung des CO₂ aus dem Biogas wird am Kopf der Waschkolonne K2 ein Methangas 02 folgender Zusammensetzung erhalten:

Methan	91,45 Vol.-%
Kohlendioxid	1,19 Vol.-%
Stickstoff	5,38 Vol.-%
Sauerstoff	1,07 Vol.-%
Wasser	2,00 Vol.-%
Kohlenmonoxid	0,22 Vol.-%
Wasserstoff	0,09 Vol.-%
Schwefelwasserstoff	2 ppm

Dieses Methangas besitzt folgende brenntechnischen Kennwerte:

Brennwert 10,12 kWh/Nm³

Wobbe-Index 11,87 kWh/Nm³
Aufgrund der zu hohen brenntechnischen Kennwerte des Methangases ist dieses für eine Einspeisung in ein L-Gasnetz ungeeignet und wird daher zur Anpassung der Brennwerte an das L-Gasnetz wie folgt aufbereitet:
Zunächst wird das Methangas 02 mittels des Wärmetauschers W2 vorentfeuchtet und bis auf eine Temperatur von 2°C abgekühlt und dabei enthaltenes Wasser 11 abgeschieden. Anschließend wird das Methangas 02 mittels der Verdichtereinheit V1 komprimiert und nachfolgend durch Zugabe von Stickstoffgas 10 aus dem Speicher B1 der Druckwechseladsorptionsanlage R3 verdünnt, wobei dem Methangas 11 Nm³/h Stickstoffgas zugesetzt werden. Die Vermischung von Methangas 02 mit Stickstoffgas 10 erfolgt in einer statischen Mischereinheit M1. Dadurch werden die brenntechnischen Kennwerte des Methangases wie folgt abgesenkt:

Brennwert 9,86 kWh/Nm³

Wobbe-Index 11,44 kWh/Nm³
Das erhaltene Methan/Stickstoff-Gasgemisch 03 (L-Gas) gelangt in einen Ausgleichs-/Speicherbehälter B2 und wird nachfolgend mittels einer Verdichtereinheit V2 komprimiert einer Druckwechseladsorptionsanlage R4 zugeführt, um noch enthaltenes Wasser bis auf einen Taupunkt von –45°C zu entfernen. Das bei der Entfeuchtung anfallende Wasser-Methangasgemisch 04 wird in einem Kondensator/Abscheider W3/B3 getrennt, wobei das abgetrennte Gasgemisch (L-Gas) 04 zum Biogasstrom 01 zurückgeführt und das Wasser abgeleitet wird. In einer weiteren Adsorptionsstufe wird als Sicherheitsstufe ggf. noch vorhandener Schwefel über Polizeifilter entfernt. Vor der Einleitung des am Kopf der Druckwechseladsorptionsanlage R4 abgezogenen L-Gases 03 in das L-Gasnetz erfolgt noch die übliche Odorierung gemäß den geltenden Vorschriften des Netzbetreibers. Die Zumischung eines geeigneten Odorierungsmittels 12 erfolgt über einen statischen Mischer M2.

Das nunmehr in ein L-Gasnetz einspeisungsfähige, mit Stickstoffgas verdünnte Methangas besitzt folgende Zusammensetzung:

Methan	89,05 Vol.-%
Kohlendioxid	1,16 Vol.-%
Stickstoff	8,44 Vol.-%
Sauerstoff	1,05 Vol.-%
Wasser	0,02 Vol.-%
Kohlenmonoxid	0,21 Vol.-%
Wasserstoff	0,09 Vol.-%
Schwefelwasserstoff	2 ppm

Der gesamte Regelbereich der Brennwertschwankungen im L-Gasnetz kann bei dieser Prozessführung allein durch die Zuführung von Stickstoffgas eingestellt werden. Durch den Zusatz von Stickstoffgas wird der Anteil an reaktionsschwachen Intertgasen im Gasgemisch erhöht und dadurch dessen Heiz- bzw. Brennwert abgesenkt.
Enthält das Gasgemisch einen besonders hohen Anteil reaktionsschwacher Inertgase (Kohlendioxid, Stickstoff), sinkt der Heizwert nach unten.
Die erforderliche Menge an Stickstoffgas kann zusätzlich durch eine angepasste Aminwäsche (CO₂-Entfernung) optimiert werden. Die Aufbereitung von Biogas zu einem einspeisungsfähigen L-Gas erfolgt damit praktisch ohne Methangasverluste. In der Kondensationsstufe W3/B3 anfallendes Methangas gelangt wieder in den Biogasstrom.
Beispiel 2
Dieses Beispiel unterscheidet sich von Beispiel 1 lediglich durch eine andere Art und Weise der Entschwefelung des Biogases. In bestimmten Anwendungsfällen zur Einspeisung von aufbereitetem Biogas zur Einspeisung in ein L-Gasnetz besteht die zusätzliche Anforderung, dass das einzuspeisende L-Gas nur einen maximalen Sauerstoffgehalt von bis zu maximal 0,5 Vol.-% besitzen darf. In diesem Fall wird in der Druckwechseladsorptionsanlage R3 erzeugter Sauerstoff nicht zur nachträglichen Entschwefelung des aus dem Fermenter austretenden Biogases genutzt, sondern in dosierter Menge direkt in den Fermenter eingeleitet. Im Fermenter wird durch den zusätzlich zugeführten Sauerstoff im Biogas enthaltener Schwefelwasserstoff in elementaren Schwefel umgewandelt und dadurch der Schwefelwasserstoffgehalt im Biogas reduziert.

In einer Biogasanlage mit einer Leistung 600 Nm³/h wird Biogas mit folgender Zusammensetzung hergestellt:

Methan	52,50 Vol.-%
Kohlendioxid	43,73 Vol.-%
Stickstoff	0,40 Vol.-%
Sauerstoff	0,20 Vol.-%
Wasser	2,00 Vol.-%
Kohlenmonoxid	0,12 Vol.-%
Wasserstoff	0,02 Vol.-%
Schwefelwasserstoff	80 ppm

Dieses Biogas besitzt folgende brenntechnischen Kennwerte:

Brennwert 5,81 kWh/Nm³

Wobbe-Index 5,28 kWh/Nm³
Infolge einer dosierten Zuführung von Sauerstoffgas in den Fermenter lässt sich bei einem kleineren Sauerstoffgehalt im Biogas eine bessere Entschwefelung erzielen. Die im Fermenter stattfindende Entschwefelung wird in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt des Biogases gesteuert. Der Sauerstoffgehalt im Biogas wird beispielsweise auf einen Wert von unter 0,2 Vol.-% eingestellt. Der sich dabei einstellende Gehalt an Schwefelwasserstoff ergibt sich aus den vorliegenden Bedingungen. Im konkreten Fall wird zur Entschwefelung des Biogases eine Menge von 2 Nm³/h Sauerstoffgas in den Fermenter geleitet. Das Sauerstoffgas wurde in analoger Weise, wie in Beispiel 1, in einer Druckwechseladsorptionseinheit R3 erzeugt und über ein zugehöriges Leitungssystem mit integrierter Regelstrecke in den Fermenter eingeleitet.

Das aus dem Fermenter austretende, vorentschwefelte Biogas muss für die vorgesehene Einleitung in ein L-Gasnetz weiter aufbereitet werden. Dieses wird analog wie im Beispiel 1 einem Wasserwäscher K1 zugeführt, in dem mittels Wasser noch geringe Mengen an Schwefelwasserstoff und Ammoniak abgeschieden werden. Die nachfolgenden Aufbereitungsstufen sind analog wie in Beispiel 1. In der Waschkolonne K2 wird das im Biogas enthaltene Kohlendioxid bis auf einen CO₂-Gehalt von etwa 1,5 Vol.-% entfernt. Das am Kopf der Waschkolonne K2 austretende Methangas besitzt folgende Zusammensetzung:

Methan	96,74 Vol.-%
Kohlendioxid	1,23 Vol.-%
Stickstoff	0,74 Vol.-%
Sauerstoff	0,37 Vol.-%
Wasser	2,00 Vol.-%
Kohlenmonoxid	0,22 Vol.-%
Wasserstoff	0,09 Vol.-%
Schwefelwasserstoff	0 ppm

Dieses Methangas besitzt folgende brenntechnischen Kennwerte:

Brennwert 10,71 kWh/Nm³

Wobbe-Index 12,81 kWh/Nm³
Dieses ist für eine Einspeisung in ein L-Gasnetz zu feucht und besitzt einen zu hohen Brennwert und zu hohen Wobbe-Index. Diese werden wie in Beispiel 1 durch die Zudosierung von in der Druckwechseladsorptionseinheit R3 erzeugtem Stickstoffgas an die Bedingungen des L-Gasnetzes angepasst. Anschließend wird das Methan/Stickstoff-Gasgemisch (L-Gas) analog wie in Beispiel 1 entfeuchtet. In einer weiteren Adsorptionsstufe wird als Sicherheitsstufe der Schwefel als Polizeifilter entfernt und abschließend die erforderliche Odorierung vorgenommen.

Das nunmehr einspeisungsfähige L-Gas besitzt folgende Zusammensetzung und brenntechnischen Kennwerte:

Methan	88,95 Vol.-%
Kohlendioxid	1,13 Vol.-%
Stickstoff	9,29 Vol.-%
Sauerstoff	0,34 Vol.-%
Wasser	0,02 Vol.-%
Kohlenmonoxid	0,20 Vol.-%
Wasserstoff	0,08 Vol.-%
Schwefelwasserstoff	0 ppm
Brennwert	9,85 kWh/Nm³
Wobbe-Index	11,44 kWh/Nm³

Claims

Verfahren zur Aufbereitung von Biogas zur Einspeisung in Erdgasnetze der Qualitätsstufe L-Gas, wobei aus dem Biogas Verunreinigungen, wie NH₃, H₂S, SO₂ und COS (organische Schwefelverbindungen) entfernt, im Biogas enthaltenes CO₂ nahezu vollständig abgetrennt werden, dadurch gekennzeichnet, dass Luft in Sauerstoffgas und Stickstoffgas mit mindestens 95 Vol.-% Stickstoff zerlegt werden, das Stickstoffgas zwischengespeichert und dem hochreinen Methangas vor der Einspeisung in des L-Gasnetz zur Brennwertabsenkung dosiert zugemischt und das gebildete Methan/Stickstoff-Gasgemisch (L-Gas) entfeuchtet wird, und Sauerstoffgas zur biokatalytischen Entschwefelung von Biogas in den Fermenter der Biogasanlage eingeleitet oder einer nachgeschalteten separaten Entschwefelungsanlage zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Methangas und Stickstoffgas durch einen statischen Mischvorgang zusammengeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem bei der Entfeuchtung anfallenden Wasser/Methangas/Stickstoffgas-Gemisch durch Kondensation das Gasgemisch (L-Gas) abgetrennt und in den Biogasstrom zurückgeführt und das Wasser in den Waschprozess zurückgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Luft durch Druckwechseladsarption in Sauerstoff und Stickstoff zerlegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduzierung des Brennwertes des Methangases um 1 kWh/m³ 10 bis 35 m³ Stickstoffgas/m³ Methangas zugesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zudosierte Menge an Stickstoffgas in Abhängigkeit vom CO₂-Gehalt des Methangases bemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtrennung von Kohlendioxid aus dem Biogas mittels einer Aminwäsche auf einen CO₂ Gehalt von unter 4 Vol.-% erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass CO₂ und restlicher Schwefel aus dem Biogas mittels einer Wäsche mit einer aminhaltigen Waschlösung unter Normaldruck und Normaltemperatur abgetrennt werden.
Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, bestehend aus einer Einrichtung zur Entschwefelung von Biogas und einer Waschkolonne zur Abtrennung von CO₂ aus Biogas unter Bildung von Methangas, dadurch gekennzeichnet, dass diese mindestens eine erste Druckwechseladsorptionseinheit (R3) zur Herstellung von Sauerstoffgas (09) und Stickstoffgas (10) aus Luft, eine Mischeinrichtung (M1) zur Zumischung von Stickstoffgas (10) zu Methangas (02), eine zweite Druckwechseladsorptionseinheit (R4) zur Entfeuchtung des gebildeten Stickstoffgas/Methangas-Gemisches (03) und eine Abscheider/Kondensationseinheit (W3/B3) zur Trennung des nach der Entfeuchtung als Sekundärprodukt anfallenden Wasser/Stickstoffgas/Methangas-Gemisches in Wasser und Stickstoffgas/Methangas-Gemisch mit einer Rückführung des Stickstoffgas/Methangas-Gemisches in den Biogasstrom (01) umfasst.
Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Entschwefelung als separate Einheit (R1) ausgebildet ist und mit der von der ersten Druckwechseladsorptionseinheit (R3) abzweigenden Sauerstoffgaszuführung (09) verbunden ist.
Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Entschwefelung integrierter Bestandteil der Biogasanlage ist und die von der ersten Druckwechseladsorptionseinheit (R3) abzweigende Sauerstoffgaszuführung (09) mit dem Fermenter verbunden ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Waschkolonne (K2) zur Abtrennung von CO₂ aus dem Biogas eine Waschkolonne (K1) mit Wärmetauscher (W1) angeordnet ist, wobei mittels des Wärmetauschers (W1) die Temperatur und somit der Taupunkt des Biogases (01) für die nachfolgenden Abtrennung des CO₂ einstellbar sind.