Prozessmesstechnik sichert automatischen Betrieb in der

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Moderne Biogasanlagen haben längst den Bereich der Nischentechnik verlassen und sind zu hocheffizienten
Produzenten eines edlen Energieträgers geworden: Biomethan. Begünstigt wurde diese Entwicklung durch
politische Rahmenbedingungen, steigende Energiepreise sowie neue Geschäftsmodelle landwirtschaftlicher
Großbetriebe. Dazu hat technologisch in den letzten 10 Jahren eine rasante Entwicklung stattgefunden. Auch
die Energiewende hat dazu beigetragen, diesen Prozess zu beschleunigen.
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Anmischung
Das Gärgut besteht aus Maissilage
(Biogasertrag ca. 200 m3/t), einem
Bild 2. Kapazitiver Grenzschalter VEGACAP 64 als
Unterfüllwächter am Rezirkulationsschacht.
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Mai 2014
gwf-Gas Erdgas
Bild 1. Druckmessumformer VEGABAR 52 im Stoffstrom vom Zerklei­
nerer zum Fermenter.
nachwachsenden Rohstoff aus der
Landwirtschaft sowie Gülle (Biogasertrag ca. 20 m3/t) von einem angrenzenden Schweinemastbetrieb.
Per Radlader wird die Maissilage in
den Annahmebunker transportiert.
Von dort gelangt sie über Schub­
böden und Förderschnecken in den
Anmischbehälter. Hier wird sie mit
der separat zugeführten Gülle in einem definierten Verhältnis chargenweise durch ein Rührwerk gemischt.
Danach wird die Mischung über
einen Zerkleinerer mit einem Druck
von ca. 2 bar in den Fermenter gepumpt Ein Druckmessumformer VEGABAR 52 erfasst diesen Druck und
stellt damit die optimale Versorgung des Fermenters sicher. Er hat
eine robuste Keramikmembran, die
dauerhaft beständig gegen mitgeführte Stoffe wie Steine und Sand
ist.
Fermentierung
Die Fermenter sind große, bis zu
5000 m3 fassende Behälter. Hier findet unter Luftabschluss die Vergärung durch Bakterien im sogenannten mesophilen Bereich von 35–
38 °C statt. Die durchschnittliche
Verweildauer des Gärgutes beträgt
60–70 Tage. In dieser Zeit werden
die organischen Stoffe in Biogas
umgewandelt, das sich unter dem
flexiblen Kunststoffdach sammelt.
Für einen optimalen Prozess müssen bestimmte Rahmenbedingungen eingehalten werden. So muss
der Füllstand konstant gehalten, eine Unterfüllung sowie Schaumbildung verhindert werden. Ein Hängedruckmessumformer VEGABAR 66
in Rohrausführung erfasst den Füllstand und regelt so die Zufuhr aus
dem Anmischbehälter und die Abfuhr zum Gärrestespeicher und zur
Rezirkulation. Anhaftungsneutrale
kapazitive Grenzschalter VEGACAP
64 überwachen den oberen Bereich
des Fermenters auf Unterfüllung
bzw. Schaumbildung sowie die Rezirkulation auf Unterfüllung.
Gasaufbereitung
Die Aufbereitung des Biogases zur
Einspeisung in die Erdgaspipeline
erfolgt in den vier Schritten Entschweflung, Trocknung, Trennung
sowie Konditionierung.
Zur Trennung in Methan und
Kohlendioxid wird das patentierte
EnviThan-Verfahren angewandt. Ein
Kompressor verdichtet zunächst
das entfeuchtete Rohgas aus dem
Fermenter auf ca. 10 bar. Die zuverlässige Funktion des Gasverdichters
ist entscheidend für sicheren und
kontinuierlichen Betrieb der gesamten Anlage. Deshalb dient ein
Druckmessumformer VEGABAR 52
zur SIL2-fähige Über- und Unterdruckabsicherung im Eingangssammelrohr vor dem Verdichter.
Bei einer festgestellten Grenzwertverletzung schaltet das Auswertgerät VEGAMET 391 die gesamte Aufbereitungsanlage sicherheitsgerichtet ab.
Das so verdichtete Gas wird
durch spezielle Kunststoff-Membranmodule gedrückt, die aus mehreren tausend Hohlfasern - in einem
Edelstahlrohr gebündelt – bestehen. Die kleineren CO2-Moleküle sowie der Wasserdampf können die
Mikroporen der Membran schneller
durchwandern, während sich das
wertvolle Methan an der Hochdruckseite der Membran sammelt.
Entscheidend für die Funktion dieser Membran und die Ausbeute an
hochreinem Methangas ist der richtige Druck. Er wird durch einen Prozessdruckmessumformer VEGABAR
14 erfasst und über eine stromschleifengespeiste Anzeige VEGADIS 11 angezeigt.
Durch die Verdichtung auf 10 bar
kann das aufbereitete Biogas direkt
ins öffentliche Netz eingespeist
werden. Eine aufwändige Nachverdichtung wie bei anderen marktüb-
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| AUS DER PRAXIS | Prozessmesstechnik sichert automatischen Betrieb
in der Biogasproduktion
ie EnviTec AG hat am Standort
Köckte im Altmarkkreis Salzwedel (Sachsen-Anhalt) eine solche
Anlage mit einer Leistung von
1,8 MWel errichtet und in Betrieb
genommen. Damit gehört diese Anlage zu den leistungsstärksten in
Deutschland. Der Standort wurde
ausgewählt aufgrund der hervorragenden Gärgutversorgung sowie
der in unmittelbarer Nähe verlaufenden Erdgaspipeline, in die das
erzeugte Biomethan eingespeist
wird. Die einzelnen Prozessschritte
der Biogasproduktion sind mit einer
Vielzahl von Sensoren für Füllstand,
Grenzstand, Druck, Durchfluss und
Temperatur ausgestattet. Der vorliegende Beitrag beschreibt den verfahrenstechnischen Ablauf und die
Funktion der Sensoren.
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| AUS DER PRAXIS | lichen Trennverfahren ist bei dieser
Technik nicht erforderlich.
Im darauf folgenden Stufen des
Aufbereitungsprozesses muss der
Volumenstrom des Gases im Bereich von 100 bis 300 m3/h bedarfsgerecht geregelt werden. Die hierzu
erforderliche präzise und gleichzeitig wirtschaftliche Messung wird
über einen Differenzdruck-Messumformer VEGADIF 65 mit Messblende
realisiert.
An einer weiteren Stelle in der
Aufbereitung wird der VEGADIF 65
zur Überwachung eines Feinfilters
eingesetzt.
Fazit
Stand früher die direkte Nutzung
des erzeugten Biogases vor Ort in
einem Blockheizkraftwerk im Vordergrund, sind zunehmend Anlagen in Betrieb, die nach entsprechender Aufbereitung, Analyse und
Druckerhöhung hochreines Biomethan direkt in Erdgaspipelines
einspeisen. Die eingesetzte Verfahrenstechnik muss keinen Vergleich
mit der in der chemischen Industrie
scheuen. Das gleiche gilt auch für
die Mess- und Automatisierungstechnik.
Bild 3. Filtermodule machen aus Rohbiogas ein
hochreines Bioerdgas mit 97 % Methananteil.
Bild 4. Volumenstrommessung mit Überdruck­
erfassung innerhalb des Aufbereitungsprozesses.
Autor:
Dipl.-Ing. Christian Langensiepen,
Produktmanagement,
VEGA Grieshaber KG,
D-77761 Schiltach
Kontakt:
VEGA Grieshaber KG,
Birgit Wolber,
Tel. (07836) 50-415,
E-Mail [email protected]
www.vega.com
Bild 5. Feinfilterüberwachung.
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