DE202021001759U1

DE202021001759U1 - Biogas plant

Info

Publication number: DE202021001759U1
Application number: DE202021001759.3U
Authority: DE
Original assignee: Terra Mater Renewables Invest AB; Terra Mater Renewables Investments AB
Current assignee: Terra Mater Renewables Investments Se AB
Priority date: 2021-05-14
Filing date: 2021-05-14
Publication date: 2021-09-14
Anticipated expiration: 2031-05-15

Abstract

Anlage zur Herstellung von Methan mittels anaerober Vergärung, aufweisend wenigstens jeweils ein Anlagenteil zur Produktion von Biogas, zur Trocknung und Reinigung des Biogases, zur Trennung des Biogases in Methan und Kohlenstoffdioxid, zur Verflüssigung von Kohlenstoffdioxid sowie zur Produktion der von den vorgenannten Anlagenteilen benötigten Prozessenergie aus regenerativen Quellen, wobei das gesamte in der Anlage entstehende Kohlenstoffdioxid verflüssigt oder in einem Feststoff dauerhaft gebunden wird.Plant for the production of methane by means of anaerobic fermentation, each having at least one plant part for the production of biogas, for drying and cleaning the biogas, for separating the biogas into methane and carbon dioxide, for liquefying carbon dioxide and for producing the process energy required by the aforementioned plant parts Renewable sources, whereby all of the carbon dioxide produced in the system is liquefied or permanently bound in a solid.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung von Methan mittels anaerober Vergärung.The invention relates to a plant for the production of methane by means of anaerobic fermentation.

Solche Anlagen nach dem Stand der Technik weisen Anlagenteile zur Produktion von Biogas, zur Trennung des Biogases in Methan und Kohlenstoffdioxid sowie zur Produktion der erforderlichen Prozessenergie auf. Die erforderliche Prozessenergie wird in aller Regel von einem Blockheizkraftwerk (BHKW), seltener durch eine Brennstoffzellenanlage bereitgestellt.Such systems according to the prior art have system parts for the production of biogas, for the separation of the biogas into methane and carbon dioxide and for the production of the necessary process energy. The required process energy is usually provided by a combined heat and power unit (BHKW), more rarely by a fuel cell system.

Diese Anlagen emittieren erhebliche Mengen Kohlenstoffdioxid in die Atmosphäre: einerseits die Abgase des Blockheizkraftwerkes, die weitestgehend aus Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf bestehen, und andererseits das abgetrennte Kohlenstoffdioxid.These systems emit considerable amounts of carbon dioxide into the atmosphere: on the one hand, the exhaust gases from the combined heat and power plant, which largely consist of carbon dioxide and water vapor, and, on the other hand, the separated carbon dioxide.

Eine Anlage nach dem Stand der Technik, die 700 m³/h Methan herstellt, emittiert jährlich mehr als 8.000 t aus dem Biogas abgetrenntes Kohlenstoffdioxid und darüber hinaus jährlich mehr als 1.000 t Kohlenstoffdioxid im Abgas des BHKW.A state-of-the-art plant that ^{produces 700 m 3} / h of methane emits more than 8,000 t of carbon dioxide separated from the biogas and more than 1,000 t of carbon dioxide annually in the exhaust gas of the CHP unit.

Hier setzt die Erfindung an, die eine Anlage zur Herstellung von Methan mittels anaerober Vergärung vorsieht, die kein Kohlenstoffdioxid emittiert, sondern das gesamte von der Anlage produzierte Kohlendioxid in verflüssigter Form oder dauerhaft in einem Feststoff wie beispielsweise Kalziumkarbonat gebunden bereitstellt.This is where the invention comes in, which provides a plant for the production of methane by means of anaerobic fermentation, which does not emit carbon dioxide, but provides all of the carbon dioxide produced by the plant in liquefied form or permanently bound in a solid such as calcium carbonate.

Dazu weist die erfindungsgemäße Anlage zunächst wenigstens ein Anlagenteil auf, in der das produzierte Biogas in Methan und Kohlenstoffdioxid getrennt wird. Vorteilhafterweise ist dieser Anlagenteil als Membrantrennanlage, Druckwechseladsorption oder Druckwasserwäsche ausgeführt. Die Erfindung umfasst jedoch auch Anlagenteile, in der das Biogas in Methan und Kohlenstoffdioxid getrennt wird, die Wärmezufuhr benötigen.For this purpose, the system according to the invention initially has at least one system part in which the biogas produced is separated into methane and carbon dioxide. This part of the system is advantageously designed as a membrane separation system, pressure swing adsorption or pressurized water scrubbing. However, the invention also includes plant parts in which the biogas is separated into methane and carbon dioxide, which require the supply of heat.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind dem Anlagenteil zur Trennung Biogas in Methan und Kohlenstoffdioxid Vorrichtungen zum Trocknen und Reinigen des Biogases vorgeschaltet.In a preferred embodiment of the invention, devices for drying and cleaning the biogas are connected upstream of the system part for separating biogas into methane and carbon dioxide.

Weiterhin weist die erfindungsgemäße Anlage wenigstens ein Anlagenteil auf, der die Verflüssigung des abgetrennten Kohlenstoffdioxides ermöglicht.Furthermore, the system according to the invention has at least one system part which enables the separated carbon dioxide to be liquefied.

Das verflüssigte Kohlenstoffdioxid kann in industriellen Prozessen Kohlenstoffdioxid aus fossilen Quellen ersetzen, trägt aber selbst nicht zur Erhöhung der Kohlenstoffdioxidkonzentration in der Atmosphäre bei, da es aus regenerativen Substraten hergestellt wurde.The liquefied carbon dioxide can replace carbon dioxide from fossil sources in industrial processes, but does not itself contribute to increasing the carbon dioxide concentration in the atmosphere, since it was produced from regenerative substrates.

Schließlich weist die erfindungsgemäße Anlage wenigstens ein Anlagenteil auf, das die in der Anlage benötigte Prozessenergie regenerativ bereitstellt. Vorteilhafterweise ist dieser Anlagenteil als Photovoltaik- oder Windkraftanlage ausgeführt, die Erfindung umfasst aber auch Wasser- Gezeiten-, Solarthermie-, Geothermiekraftwerke usw. Damit kann auf ein Blockheizkraftwerk und dessen Kohlenstoffdioxidemission verzichtet werden.Finally, the system according to the invention has at least one system part which regeneratively provides the process energy required in the system. This part of the system is advantageously designed as a photovoltaic or wind power plant, but the invention also includes water, tidal, solar thermal, geothermal power plants, etc. This means that a combined heat and power plant and its carbon dioxide emissions can be dispensed with.

Der Wärmebedarf des Anlagenteils zur Produktion von Biogas kann damit mit der Abwärme der Anlagenteile gedeckt werden, die Biogas in Biomethan und Kohlenstoffdioxid auftrennen, und Kohlenstoffdioxid verflüssigen.The heat demand of the plant section for the production of biogas can thus be covered with the waste heat from the plant sections, which separate biogas into biomethane and carbon dioxide and liquefy carbon dioxide.

Die erfindungsgemäße Anlage kann weiterhin ein Anlagenteil aufweisen, in dem Trockeneis hergestellt wird. Auch dessen Abwärme kann zur Beheizung des Anlagenteils zur Produktion von Biogas genutzt werden.The system according to the invention can furthermore have a system part in which dry ice is produced. Its waste heat can also be used to heat the part of the plant for the production of biogas.

Nach der Trennung von Biogas in Methan und Kohlenstoffdioxid befinden sich im Kohlenstoffdioxidstrom in der Regel Spuren von Methan. Da Methan ein annähernd 25 mal höheres Treibhauspotential als Kohlenstoffdioxid hat, fordern Regelwerke eine Umwandlung dieser Methananteile z.B. durch eine Regenerative Thermische Oxidation.After the separation of biogas into methane and carbon dioxide, there are usually traces of methane in the carbon dioxide flow. Since methane has a global warming potential that is almost 25 times higher than that of carbon dioxide, regulations require a conversion of this methane content, e.g. through regenerative thermal oxidation.

Bei der erfindungsgemäßen Anlage kann auf eine Oxidation der Methananteile verzichtet und das Kohlenstoffdioxid direkt zur Verflüssigung geleitet werden, da dieser Anlagenteil eine eigene Vorrichtung zur Abtrennung von Fremdstoffen aus dem Kohlenstoffdioxid aufweist.In the system according to the invention, oxidation of the methane components can be dispensed with and the carbon dioxide can be passed directly to the liquefaction, since this system part has its own device for separating foreign substances from the carbon dioxide.

Vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße Anlage eine Rohrleitungsverbindung auf, um das in dem Anlagenteil zur Verflüssigung des Kohlenstoffmonoxids abgetrennte Methan in ein anderes Anlagenteil zurückzuführen.The system according to the invention advantageously has a pipeline connection in order to return the methane separated in the system part to liquefy the carbon monoxide to another system part.

Die Erfindung umfasst auch Anlagen, die Anlagenteile zur Kühlung und zur Reinigung des Biogases, insbesondere von Schwefelwasserstoff, und/oder wenigstens eine Wärmepumpe aufweisen, mit dem das Temperatumiveau der Abwärme aus den Anlagenteilen zur Biogastrennung und/oder Verflüssigung von Kohlenstoffdioxid erhöht werden kann.The invention also includes systems that have system parts for cooling and cleaning the biogas, in particular hydrogen sulfide, and / or at least one heat pump with which the temperature level of the waste heat from the system parts for biogas separation and / or liquefaction of carbon dioxide can be increased.

Weiterhin umfasst die Erfindung Ausführungsformen, bei der Wärmeenergie mit einem Heizkessel, bevorzugt beheizt mit Biogas, Holz, Gärresten oder anderen nachwachsenden Rohstoffen, bereitgestellt und bei der das Abgas des Kessels nach Trocknung und Reinigung des Wasserdampfes der Kohlendioxidverflüssigung zugeführt wird.The invention also includes embodiments in which thermal energy is provided with a boiler, preferably heated with biogas, wood, fermentation residues or other renewable raw materials, and in which the exhaust gas from the boiler is fed to the carbon dioxide liquefaction after drying and cleaning of the water vapor.

Die Lehre der Erfindung umfasst auch Anlagen, bei denen sich nicht alle Anlagenteile auf dem gleichen Grundstück oder Standort befinden und/oder die nicht den oder die gleichen Besitzer haben, die jedoch durch Stoff- und/oder Energieströme miteinander zu einer Anlage verbunden sind.The teaching of the invention also includes systems in which not all system parts are located on the same property or location and / or which do not have the same owner or owners, but which are connected to one another by material and / or energy flows to form a system.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Prozessenergie wenigstens anteilig durch ein Blockheizkraftwerk oder eine Brennstoffzellenanlage bereitgestellt, wobei dessen Abgas nach Trocknung und Reinigung der Kohlendioxidverflüssigung zugeführt wird.In a further embodiment of the invention, the process energy is provided at least in part by a block-type thermal power station or a fuel cell system, the exhaust gas of which, after drying and cleaning, is fed to the carbon dioxide liquefaction.

Die Zielsetzung der Erfindung wird auch dann als erreicht angesehen, wenn wenigstens 90% des entstehenden Kohlenstoffdioxids verflüssigt oder in Feststoffen gebunden, oder wenigstens 90% der Prozessenergie aus regenerativen Quellen bereitgestellt wird oder wird, wobei elektrische Energie und Wärme im Verhältnis 2 zu 1 gewichtet wird.The objective of the invention is also considered to be achieved when at least 90% of the carbon dioxide produced is liquefied or bound in solids, or at least 90% of the process energy is provided from renewable sources, with electrical energy and heat being weighted in a ratio of 2 to 1 .

Weiterhin wird die Zielsetzung der Erfindung als erreicht angesehen, wenn Anlage unter Berücksichtigung des Treibhausgaspotentials der eingesetzten Substrate gem. EU-Richtlinie 2018/2001 in der Fassung vom 11.12.2018 in der Gesamtbilanz kein Kohlenstoffdioxid an die Atmosphäre abgibt.Furthermore, the objective of the invention is considered to be achieved if the system does not emit any carbon dioxide into the atmosphere in the overall balance, taking into account the greenhouse gas potential of the substrates used in accordance with EU Directive 2018/2001 in the version dated December 11, 2018.

Die Erfindung umfasst auch Ausführungsformen, bei der das gesamte von der Anlage produzierte Kohlenstoffdioxid in einem Feststoff dauerhaft gebunden ist.The invention also encompasses embodiments in which all of the carbon dioxide produced by the plant is permanently bound in a solid.

Claims

Plant for the production of methane by means of anaerobic fermentation, each having at least one plant part for the production of biogas, for drying and cleaning the biogas, for separating the biogas into methane and carbon dioxide, for liquefying carbon dioxide and for producing the process energy required by the aforementioned plant parts renewable sources, whereby all of the carbon dioxide produced in the system is liquefied or permanently bound in a solid.

Plant after Claim 1 , characterized in that the system has at least one further system part for the production of dry ice.

Plant according to one of the preceding claims, characterized in that the waste heat from the plant part for separating the biogas into methane and carbon dioxide and / or the plant part for liquefying the carbon dioxide and / or the plant part for the production of dry ice as process heat, in particular in the plant part for the production of Biogas, is used.

Plant according to one of the preceding claims, characterized in that the plant part for separating the biogas into methane and carbon dioxide has no device for the oxidation of methane.

Plant according to one of the preceding claims, characterized in that it has a line to convey the exhaust gas from the plant part for liquefying the carbon dioxide to the plant part for producing biogas or a plant part for drying and cleaning the biogas or for separating the biogas into methane and carbon dioxide to feed.

Plant according to one of the preceding claims, characterized in that the plant part for producing the process energy has photovoltaic elements, wind power plants and / or hydroelectric power plants.

Plant according to one of the preceding claims, characterized in that the plant part for the production of the process energy has boilers in which regenerative materials such as biogas, wood or fermentation residues are burned.

Plant according to one of the preceding claims, characterized in that plant parts for producing the process energy are at least partially arranged at different locations, but are connected by the material and energy flows to form a plant.

System according to one of the preceding claims, characterized in that individual system parts are connected to one another via energy and / or mass flows, but have different owners.

Plant according to one of the preceding claims, characterized in that at least 90% of the process energy is provided without carbon dioxide emissions, with electrical energy being weighted twice compared to thermal energy.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the system does not emit any carbon dioxide into the atmosphere in the overall balance, taking into account the greenhouse gas potential of the substrates used in accordance with EU Directive 2018/2001 in the version of 11.12.2018.

Plant according to one of the preceding claims, characterized in that the plant parts for liquefying the carbon dioxide and / or for producing dry ice do not have Process stream are supplied from the plant part for the production of the process stream.