DE102022125444A1 - Verfahren zur Entfernung eines Methananteils aus Offgas und Biogasanlage - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Biogasanlage zur Entfernung eines Methananteils aus einem Offgas (24), das nach einer vorausgegangenen Abscheidung von Methan (22) aus einem Gasgemisch (14) einen hohen Inertgasanteil und einen geringen Methananteil aufweist, wobei das Offgas (24) zur Umwandlung des Methananteils einem Verbrennungsprozess zugeführt wird. Nach der Erfindung wird der Verbrennungsprozess in einem BHKW (30) zur Kraft-Wärme-Kopplung durchgeführt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung eines Methananteils aus einem Offgas, das nach einer vorausgegangenen Abscheidung von Methan aus einem Gasgemisch einen hohen Inertgasanteil, insbesondere Kohlendioxid (CO₂), und einen geringen restlichen Methananteil aufweist. Das Offgas wird zur Umwandlung dieses restlichen Methananteils einem Verbrennungsprozess zugeführt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Biogasanlage. Diese umfasst eine Einrichtung zur Abscheidung von Methan aus dem Biogas. Nach der Abscheidung liegt ein Offgas mit einem geringen Methananteil vor.
• Biogas ist durch seinen hohen Gehalt an Methan (CH₄) ein brennbares Gas, das durch anaerobe Vergärung von Biomasse entsteht. Es wird in Biogasanlagen erzeugt, wozu sowohl Abfälle, insbesondere Exkremente von Tieren, als auch nachwachsende Rohstoffe anaerob in einem mehrphasigen biologischen Prozess vergoren werden.
• Biogas wird in Deutschland vor allem zwei Nutzungswegen zugeführt. Der erste und häufigste Weg ist die Stromerzeugung des grob gereinigten Biogases in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) vor Ort, um standortnah zugleich Strom und Wärme zu erzeugen.
• Weiterhin besteht als einem zweiten Nutzungsweg die Möglichkeit, das Biogas einem Trennverfahren und damit einer Aufbereitung zu unterziehen, dabei den Methananteil abzuscheiden und dadurch sogenanntes Biomethan zu erzeugen, das beispielsweise als Erdgassubstitut in das Gasnetz eingespeist werden kann. Das abgetrennte Restgas ist das sogenannte Offgas, vor allem Kohlendioxid (CO₂), welches einen geringen Anteil an Methan enthält. Dieser Anteil ist bedingt durch den Methanschlupf, die unvollständige Abscheidung des Methans, bei der Reste von Methan im Inertgas verbleiben. Wenngleich dieser Anteil Methan gering ist, beispielsweise 1 bis 3 %, für ein Abblasen in die Atmosphäre ist er angesichts eines Grenzwerts von 0,2 % dennoch unzulässig hoch. Das Offgas muss daher weiterverarbeitet werden.
• Bei den Technologien zur Aufbereitung von Rohbiogas in einem Abscheidungsprozess stellen Membranverfahren einen bevorzugt angewandten Technologiezweig neben Druckwechseladsorption (DWA), Druckwasserwäsche (DWW) und den Aminwäschen (AW) dar. Als besondere Vorteile der Membranverfahren werden einfache Handhabung, hohe Betriebssicherheit, verhältnismäßig geringe Investitionskosten und eine hohe Flexibilität bei der Durchsatzleistung herausgestellt.
• Nachteile sind der Energieaufwand für die Druckerzeugung und der vergleichsweise hohe Methanschlupf von bis zu 5 Vol.-% sowie die resultierende geringe Reinheit des CO₂. Eine Senkung des Methanschlupfes bzw. eine Verbesserung der CO₂-Reinheit geht einher mit steigenden Investitionsaufwendungen für mehrstufige Verfahren bzw. höhere Drücke. Darüber hinaus ist jeweils eine Nachverbrennung des mit dem CO₂ abgetrennten Methans im Offgas in speziellen, für die niedrigen Methangehalte geeigneten Anlagen erforderlich. Gesetzliche Regelungen, wie z. B. die Gasnetzzugangs-Verordnung in Deutschland, geben für das Offgas einen Grenzwert von 0,2 % Restgehalt an Methan vor, damit es in die Atmosphäre abgegeben werden kann. Dieser Wert kann durch herkömmliche Membranverfahren nicht eingehalten werden. In der Folge sind eine Aufbereitung und Einspeisung von Biomethan in das Erdgasnetz ohne zusätzliche Maßnahmen für den Umgang mit dem Offgas nicht möglich.
• Neben organischen stehen anorganische Membranen zur CO₂-Abtrennung zur Verfügung. Anorganische Membranen verfügen über deutliche höhere Durchsatzraten und bessere chemische Stabilität gegenüber Spurenstoffen. Sie neigen nicht zur Quellung. Als Membranmaterialien werden gegenwärtig dotierter Kohlenstoff oder Zeolithe eingesetzt. Kohlenstoffmembranen weisen eine besonders hohe Trennschärfe zwischen CO₂ und CH₄ auf.
• Die Ziele der Abscheideverfahren sind immer eine hohe Trennschärfe zwischen CH₄ und CO₂, um insbesondere im Offgas den CH₄-Gehalt zu senken, die geforderten Grenzwerte einzuhalten und damit zugleich kritische Treibhausgasemissionen zu vermeiden. Diese Zielstellung ist nur bedingt erfolgreich umsetzbar und führt zwangsläufig zu kostenaufwendigen Verfahren mit mehreren Stufen und zusätzlichem Rezirkulationskreis. Damit steigen nicht nur die Investitionskosten, sondern auch der Betriebsaufwand für die zusätzliche Verdichtungsarbeit.
• Die FLOX-Technik, wie beispielsweise in der Druckschrift EP 2 184 538 B1 beschrieben, wird erfolgreich zur Verwertung von Deponiegas eingesetzt. Der wesentliche Unterschied zu herkömmlichen Brennern ist, dass sich durch eine sehr starke interne Abgasrezirkulation und die dadurch bewirkte Vermischung keine Flamme mehr ausbildet. Wenn die Voraussetzung ausreichend hoher Temperaturen erfüllt ist (>800 °C), findet die Oxidation des Brennstoffs im gesamten Brennraumvolumen und nicht mehr an der Flammengrenze statt. Dadurch stellen sich sehr homogene Temperaturen ein. Ein Betrieb mit Biogas ist hingegen nicht bekannt und würde durch Schwefelrückstände zu Problemen für die FLOX-Technik führen. Die Bildung thermischer Stickstoffoxide, die bei Diffusionsflammen vor allem an der Flammengrenze mit ihren hohen Spitzentemperaturen stattfindet, wird unterdrückt. Dies senkt nicht nur dramatisch die Stickstoffoxidemissionen, es ermöglicht im Umkehrschluss auch die Erhöhung der mittleren Brennraumtemperatur.
• Neben den geringen Stickstoffoxidemissionen ist die Tatsache, dass bei der flammlosen Oxidation Schwankungen in der Brennstoffqualität nicht gleich zu Problemen mit der Flammenstabilität führen, ein wesentlicher Grund für die hier Verwendung von FLOX-Brenner für Schwachgase. Zur Offgasvorwärmung muss Prozesswärme zugeführt werden.
• Die Anlage zur regenerativen thermischen Nachverbrennung (RTO, vergleiche z. B. die Druckschrift DE 10 2012 101 729 A1 ) besteht fast immer aus drei Kammern, welche mit keramischen Speicherkörpern gefüllt sind. In diesen drei Kammern erfolgt ein wechselweiser gesteuerter Prozess, bei dem das Offgas durch die jeweiligen Speicherbetten strömt. Durch die Verbrennung eines Hilfsstoffes werden diese entsprechend aufgeheizt, sodass im Anschluss in umgekehrter Strömungsrichtung das kalte Offgas hindurchgeführt und dabei erwärmt werden kann. Durch den regenerativen Wärmetausch werden thermische Wirkungsgrade von bis zu 97 % erreicht. Eine Auskopplung von Prozesswäre ist theoretisch möglich, aber nach aktuellem Stand nicht wirtschaftlich. Die regenerative thermische Nachverbrennung ist die modernste Form der thermischen Nachverbrennung und überzeugt durch ihren sehr geringen Energieverbrauch, ist aber auch durch hohe Investitionskosten gekennzeichnet.
• Weitere Möglichkeiten zum Umgang mit dem Methanschlupf sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die Druckschrift DE 10 2013 004 079 A1 beschreibt eine Anlage zur Aufbereitung von Biogas, die das Offgas einer weiteren, zusätzlichen Reinigung zuführt, um den Anteil von CH₄ in der an die Umgebung abgegeben Abluft weiter zu senken. Die zusätzliche Reinigung ist auch mit zusätzlichem Aufwand verbunden.
• In der Druckschrift DE 10 2014 000 120 A1 wird eine Anlage beschrieben, mit welcher aus Gasen, die einen hohen Inertgasanteil und einen geringen Methangasanteil aufweisen, Methangas entfernt werden kann. Ein Wärmetauscher wird von dem zu reinigenden Gas ein erstes Mal durchtreten und gelangt sodann in eine Katalysatorpackung, in welcher der Methangasanteil katalytisch unter Wärmeentwicklung entfernt wird. Das gereinigte Inertgas durchströmt nunmehr den Wärmetauscher ein zweites Mal und steht dabei in Wärmeaustausch mit dem den Wärmetauscher durchströmenden zu reinigenden Gas. Auf diese Weise lassen sich praktisch ohne Energieaufwand auch kleinste Methangasmengen aus Gasgemischen entfernen. Die Katalysatorpackung besteht bevorzugt aus edelmetalldotierten Keramikteilchen, beispielsweise aus mit Platin oder Palladium dotierten Aluminiumoxidkugeln. Oben und unten wird die Katalysatorpackung durch Sieb- oder Lochstrukturen begrenzt, so dass die Gase ein- bzw. ausströmen können, das Katalysatormaterial selbst jedoch zwischen diesen Sieb- oder Lochstrukturen gehalten wird. Auch hier ist die zusätzliche Reinigung mit zusätzlichem Aufwand verbunden.
• Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Biogasanlage anzubieten, wodurch die Behandlung von Offgas und insbesondere die Vermeidung von Methanemissionen in die Atmosphäre mit vereinfachter Anagentechnik und verbesserter energetischer Effizienz erfolgt.
• Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Entfernung eines Methananteils aus einem Offgas, das nach einer vorausgegangenen Abscheidung von Methan aus einem Gasgemisch einen hohen Inertgasanteil und einen geringen Methananteil aufweist. Das Offgas wird zur Umwandlung des Methananteils eine energetische Verwertung zur Erzeugung von Strom und Wärme zugeführt. Nach der Erfindung wird das Offgas zur Umwandlung des Methananteils einem Verbrennungsprozess in einem BHKW zur Kraft-Wärme-Kopplung zugeführt. Die Umwandlung führt dazu, dass kein Methan mit seinem klimaschädlichen Effekt aus dem Offgas in die Atmosphäre gelangt.
• Ein Blockheizkraftwerk (BHKW) ist eine modular aufgebaute Anlage zur Gewinnung elektrischer Energie und Wärme, die vorzugsweise am Ort des Wärmeverbrauchs betrieben wird. Die Anlage nutzt dafür das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung mit einem Verbrennungsmotor und einem Generator für die Stromerzeugung. Als Verbrennungsmotor des BHKW können Diesel-, Pflanzenöl- oder, wie im vorliegenden Fall, Gasmotoren, aber auch Gasturbinen zum Einsatz kommen. Der höhere Gesamtnutzungsgrad gegenüber der herkömmlichen Kombination von (lokaler) Heizung und (zentralem) Kraftwerk resultiert daraus, dass die Abwärme neben dem elektrischen Strom genutzt wird. Der Wirkungsgrad der Stromerzeugung mit Verbrennungsmotoren liegt dabei, abhängig von der Anlagengröße, zwischen 25 % und 44 % (bezogen auf den Heizwert des Brennstoffs). Falls die Abwärme vollständig und ortsnah genutzt wird, kann ein Gesamtwirkungsgrad bezüglich eingesetzter Primärenergie von 80 bis 90 % (bezogen auf den Heizwert) erreicht werden.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung entsteht das aufzubereitende Gasgemisch als Biogas, das vor allem Methan als größtem Anteil sowie Kohlendioxid enthält, in einer Biogasanlage. Teil der Biogasanlage ist das BHKW, das einen Biogasmotor zur Verbrennung des Offgases umfasst. Biogasanlagen mit Gasaufbereitung zur Abscheidung von Methan besitzen üblicherweise kein BHKW mehr, da das Biogas stattdessen vollständig der Aufbereitung zugeführt wird. Damit entfällt auch die Möglichkeit der Eigenstrom- und Eigenwärmeversorgung.
• Nach einer vorteilhaften Ausführungsform wird das Offgas zusammen mit einem Biogasteilstrom im Motor des BHKW verbrannt. Dieses Vorgehen löst das Problem, dass zumeist der Brennwert von Offgas nicht ausreicht, um einen Motor zu betreiben oder überhaupt eine technisch nutzbare Wärmegewinnung zu erreichen.
• Das Gemisch aus Offgas und Biogas, d. h. der Anteil des Biogasteilstroms an dem dem BHKW zugeführten Brenngas, wird deshalb so eingestellt, dass - in Abhängigkeit von den Anforderungen des BHKW an den Gasbrennwert, vom Methangehalt im Biogasteilstrom und im Offgas - der Brennwert für den Betrieb des Motors ausreicht, um den Verbrennungsprozess in dem BHKW stabil zu führen. Auch die Anforderungen eines strom- oder wärmegeführten BHKWs sind zu berücksichtigen. So wird der Betrieb des BHKW gesichert, ohne unnötig viel Biogas der Aufbereitung zu entziehen. Um einen möglichst geringen Anteil an Biogas für die Verbrennung nutzen zu müssen, erfolgt der Verbrennungsprozess vorzugweise in einem schwachgasfähigen Biogasmotor. Schwachgasfähige Motoren kommen beispielsweise bei der Verwertung von Holzgas zum Einsatz.
• Als schwachgasfähiger Biogasmotor kommen sowohl ein mittels Zündfunken fremdgezündeter als auch ein selbstzündender Motor in Betracht, der in dem Fall als Zündstrahlmotor bezeichnet wird. Ein Zündstrahlmotor ist eine Dieselmotorenkonstruktion für den Betrieb mit brennbarem Gas. Über das systemeigene Einspritzsystem wird nach dem Ansaugvorgang eine zum Zünden des im Zylinder verdichteten Gas-Luft-Gemisches benötigte geringe Menge an flüssigem Treibstoff zugeführt, der in dem hochverdichteten Gemisch von selbst entflammt. Wenn das brennbare Gas ein Schwachgas mit geringem Methananteil ist, sichert der flüssige Treibstoff den stabilen Betrieb des Zündstrahlmotors im Wesentlichen unabhängig von der zugeführten Gasqualität. Insbesondere hat sich der Einsatz eines vorzugsweise schwachgasfähigen Zündstrahlmotors als vorteilhaft erwiesen.
• Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, wenn der schwachgasfähige Biogasmotor auf Schwachgasbetrieb mit dem Inertgas CO₂ angepasst ist, das als Bestandteil von Biogas auch den Hauptanteil des Offgases ausmacht. Dazu werden auch Änderungen der Peripherie (Neben- und Hilfsaggregate) am Biogasmotor vorgenommen, um Betriebspunkte dahingehend zu verändern, dass das Schwachgas sauber motorisch verwertet werden kann. Können durch die alleinige Änderung der Peripherie die angestrebten Betriebspunkte nicht erreicht werden, werden bauliche Maßnahmen am Aggregat selbst durchgeführt.
• Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin gelöst durch eine Biogasanlage, umfassend eine Methanabscheideeinrichtung zur Abscheidung von Methan aus dem Biogas, wobei nach der Abscheidung neben dem Methan ein Offgas mit einem geringen verbliebenen Methananteil vorliegt. Nach der Erfindung umfasst die Biogasanlage weiterhin ein BHKW mit einem schwachgasfähigen Biogasmotor und eine Zuführung von Offgas aus der Methanabscheideeinrichtung zum BHKW.
• Vorteilhafterweise weist die Biogasanlage weiterhin eine Zuführung von Biogas und eine Einrichtung zur Steuerung und Einstellung eines Mischverhältnisses von Offgas und Biogas in Abhängigkeit vom Methangehalt im Offgas und/oder im Biogas auf.
• Vorzugsweise wird die Biogasanlage auf eine Biogasproduktions- und Aufbereitungskapazität kleinerer und mittlerer Biogasanlagen zwischen 100 m³ Biogas/h und 350 m³ Biogas/h mit der kostengünstigen, einfachen Membranaufbereitung ausgelegt. In dieser Größenordnung sind andere bekannte Verfahren zur Vermeidung des Methanschlupfes, z. B. durch mehrfache Aufbereitung, besonders unwirtschaftlich.
• Die Erfindung ist mit zahlreichen Vorteilen verbunden. Sie ermöglicht die energetische Offgasverwertung zur Eigenstrom- und Eigenwärmenutzung. Die Erfindung erweitert die Anwendungsmöglichkeiten gerade in der kleineren Leistungsgröße der Biogasanlagen zwischen 100 m³ Biogas/h und 350 m³ Biogas/h, für die sich aufwändigere Anlagen nicht lohnen. Die vorgeschlagene Technologie sieht vor, den sonst aufwändig zu beseitigenden Methanschlupf mit Hilfe eines schwachgasfähigen Biogasmotors (ausgelegt auf Inertgas CO₂) hinsichtlich seiner Klimawirkung zu neutralisieren. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann zudem auf eine externe Wärmerzeugung verzichtet werden. Damit verbessert sich auch die CO₂ Bilanz des anwendenden Betriebs weiter.
• Es kann auf eine hohe Reinheit, d. h. geringen Restgehalt an CH₄, des als Offgas abgeschiedenen CO₂ verzichtet werden, wodurch der Anlagenaufwand durch Reduktion der Membranstufen und ohne das Erfordernis einer Nachverbrennung erheblich sinkt. Bei konsequenter Optimierung von Membran und Verfahren ergibt sich ein wesentlicher Kostenvorteil bei Membranverfahren, da dessen eingangs erwähnte Nachteile nicht mehr zum Tragen kommen.
• Außerdem ist eine strom- und wärmegeführte Fahrweise des BHKW möglich. Die wärmegeführte Fahrweise kann sich auf den tatsächlichen Wärmeverbrauch einstellen, die stromgeführte Fahrweise auf den Stromverbrauch des zugehörigen Betriebes. Durch diese gegenseitige Stimulierung kann ein Multiplikationseffekt hinsichtlich der Versorgung mit erneuerbaren Energieträgern und der Reduktion von CO₂-Emission bzw. äquivalenten Emissionen erreicht werden. Die Erfindung ermöglicht die energetische Erschließung ungenutzter Potenziale. Die mit der Erfindung verbundene Ergänzung der energetischen Nutzung erhöht die Wirtschaftlichkeit der Güllebehandlung, Biomassegewinnung und geht mit einer Sicherung von Bestandsbiogasanlagen im Rahmen einer Sektorenkopplung einher. Mit der Gewinnung und der möglichen betriebsinternen Nutzung von Biomethan als Treibstoff kann eine neue Wertschöpfung im Betrieb aufgebaut werden. Die regionale Wertschöpfung wird damit weiter gesteigert.
• Anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und ihrer Darstellung in den zugehörigen Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:
• 1: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrensablauf und
• 2: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Biogasanlage.
• Die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs nach 1 zeigt als Blockschaltbild die Verknüpfung der verschiedenen Komponenten. Zentral ist die Biogaserzeugungsanlage 10, die organische Eingangsstoffe wie Gülle, organische Abfälle oder Biomasse einer anaeroben Vergärung unterzieht, aus der das Biogas 14 hervorgeht.
• Der Großteil des Biogases 14 gelangt in die Gasaufbereitungsanlage 20, wo Methan 22 zur weiteren Nutzung als Treibstoff oder zur Abgabe in ein Gasnetz abgeschieden wird. Neben Methan 22 enthält Biogas 14 insbesondere CO₂, das nach der Gasaufbereitung 20 zurückbleibt. Bedingt durch den Methanschlupf in der als Membrananlage ausgeführten Gasaufbereitungsanlage 20 enthält das CO₂ aber Rückstände von Methan, die verhindern, das CO₂ ohne Beeinträchtigung der Atmosphäre durch den erhöhten Treibhauseffekt, den Methan aufweist, als Offgas 24 abzublasen.
• Das Offgas 24 mit seinem geringen Methananteil wird deshalb in einem Schwachgas-BHKW 30 verbrannt, sodass das Methan in CO₂ und Wasser umgewandelt wird und als Abgas 38 abgeführt werden kann. Zur Unterstützung des Betriebs des Schwachgas-BHKW 30, das allein mit dem Offgas 24 nicht betrieben werden könnte, wird Biogas 14 als ein Biogasteilstrom 14` zugeführt. Die Regelung des Biogasteilstroms 14` erfolgt in einer Teilstromsteuerungseinrichtung 32 in Abhängigkeit der Methangehalte des Offgas` 24, des Biogas` 14 und gemäß den Anforderungen des Schwachgasmotors im BHKW 30 hinsichtlich der Eigenschaften des Brenngases.
• Weitere Details der Funktion sind der Beschreibung der 2 zu entnehmen, da die Funktionen der Anlagenkomponenten grundsätzlich übereinstimmen.
• 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Biogasanlage 1, wobei in die zugehörige Biogaserzeugungseinrichtung 10, auch als Fermenter mit integriertem Gasspeicher bezeichnet, Eingangsstoffe 12, hier tierische Exkremente, eingebracht werden. Das dort entstandene Biogas 14 wird aus dem Gasspeicher über eine Zuführleitung 18 aus dem Gasspeicher abgeführt und der Gasaufbereitungseinrichtung 20 zugeführt. Der Biogasteilstrom 14` wird im Bereich der Teilstromsteuerungseinrichtung 32 abgezweigt und dem BHKW 30 zugeführt. Dort erfolgt die Verbrennung in dem Biogasmotor, dem auch Wärmeenergie 36 entnommen wird. Der Biogasmotors ist mit einem Generator gekoppelt, der elektrischen Strom 34 erzeugt.
• Dem BHKW 30 wird neben dem Biogasteilstrom 14` auch Offgas 24 zugeführt, das in der Gasaufbereitungseinrichtung 20 neben dem Methan 22, wegen der biogenen Herkunft auch als Biomethan bezeichnet, anfällt. Die Anteile des Biogasteilstroms 14 und des Offgases 24 werden in der Teilstromsteuerungseinrichtung 32 bestimmt. Die Einstellung der Anteile erfolgt nach der Maßgabe, dass dem Biogasmotor eine Gasmischung zugeführt wird, mit der ein ordnungsgemäßer Betrieb möglich ist. Dabei muss insbesondere ein bestimmter Energiegehalt erreicht werden. Durch Einsatz eines Schwachgasmotors wird dieser Grenzwert dahingehend optimiert, dass ein vergleichsweise geringer Energiegehalt ausreichend ist für den ordnungsgemäßen Betrieb des Schwachgasmotors.
• Das Biomethan 22 kann in einer örtlich nahegelegenen Gastankstelle unmittelbar an Nutzer abgegeben oder in ein Leitungsnetz mit angeschlossenen Nutzern eingespeist werden. Die Wärmeenergie 34 aus dem BHKW 30 kann abgegeben werden, soweit sie nicht für die Beheizung der Biogaserzeugungsanlage 10 benötigt wird. Entsprechendes gilt für den elektrischen Strom 36, der zunächst für die Biogaserzeugungsanlage 10, beispielsweise für Rührwerke, benötigt wird, aber auch in der Gasaufbereitungseinrichtung 20, vor allem für den für die Druckerzeugung erforderlichen Energieaufwand, eingesetzt wird. Das BHKW 20 gibt auch ein Abgas 38 ab, das aber idealerweise nur noch Wasser und CO₂ enthält, da das im Offgas 24 zunächst verbliebene Methan im Biogasmotor verbrannt wurde. Damit werden unerwünschte Methanemissionen in der Atmosphäre durch das Offgas 24 vermieden.
• Bezugszeichenliste

1

Biogasanlage

10

Biogaserzeugung, Biogaserzeugungseinrichtung

12

Eingangsstoffe

14

Gasgemisch, Biogas

14`

Biogasteilstrom

16

Zuführleitung für Offgas

18

Zuführleitung für Biogas

20

Gasaufbereitung, Gasaufbereitungseinrichtung, Methanabscheideeinrichtung

22

Methan, Biomethan

24

Offgas

30

BHKW, Schwachgas-BHKW

32

Teilstromsteuerung, Teilstromsteuerungseinrichtung

34

Strom (Elektroenergie)

36

Wärmeenergie

38

Abgas

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• EP 2184538 B1 [0009]
• DE 102012101729 A1 [0011]
• DE 102013004079 A1 [0012]
• DE 102014000120 A1 [0013]

Claims (10)

1. Verfahren zur Entfernung eines Methananteils aus einem Offgas (24), das nach einer vorausgegangenen Abscheidung von Methan (22) aus einem Gasgemisch (14) einen hohen Inertgasanteil und einen geringen Methananteil aufweist, wobei das Offgas (24) zur Umwandlung des Methananteils einem Verbrennungsprozess zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsprozess in einem BHKW (30) zur Kraft-Wärme-Kopplung durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gasgemisch als Biogas (14) in einer Biogaserzeugungseinrichtung (10) entsteht, die das BHKW (30) mit einem Biogasmotor zur Verbrennung des Offgases (24) umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Offgas (24) zusammen mit einem Biogasteilstrom (14`) verbrannt wird.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Anteil des Biogasteilstroms (14`) so gesteuert und eingestellt wird, dass in Abhängigkeit von den Anforderungen des BHKW (30) an den Gasbrennwert, von dem Methangehalt im Biogasteilstrom (14`) und im Offgas (24) der Verbrennungsprozess in dem BHKW (30) stabil geführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Verbrennungsprozess in einem schwachgasfähigen Biogasmotor abläuft.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der schwachgasfähige Biogasmotor auf Schwachgasbetrieb mit dem Inertgas CO₂ angepasst ist.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei der schwachgasfähige Biogasmotor ein Zündstrahlmotor ist.
8. Biogasanlage, umfassend eine Methanabscheideeinrichtung (20) zur Abscheidung von Methan (22) aus dem Biogas (14), wobei nach der Abscheidung neben dem Methan (14) ein Offgas (24) mit einem verbliebenen Methananteil vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Biogasanlage (1) weiterhin ein BHKW (30) mit einem schwachgasfähigen Biogasmotor und eine Zuführleitung (16) für Offgas (24) aus der Methanabscheideeinrichtung (20) zum BHKW (30) umfasst.
9. Biogasanlage nach Anspruch 8, wobei die Biogasanlage (1) weiterhin eine Zuführleitung (18) für Biogas (14) und eine Teilstromsteuerungseinrichtung (32) zur Steuerung und Einstellung eines Mischverhältnisses von Offgas (24) und Biogas (14) in Abhängigkeit vom Methangehalt im Offgas (24) und/oder im Biogas (14) aufweist.
10. Biogasanlage nach Anspruch 8 oder 9, die eine Biogasproduktions- und Aufbereitungskapazität zwischen 100 m³ Biogas/h und 350 m³ Biogas/h aufweist.

Images