GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN
BiogaserzeugungBiogaserzeugung--
Verfahren, GasbestandteileVerfahren, Gasbestandteileund Potenzialeund Potenziale
AlbusAlbus, R. und, R. und BurmeisterBurmeister, F., F.GaswärmeGaswärme--Institut e. V. EssenInstitut e. V. Essen
14. DVV Kolloquium14. DVV KolloquiumWien, 19.11.2004Wien, 19.11.2004
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN InhaltInhalt
• Potenziale der verschiedenen Quellen
• Prozesse zur Darstellung von Biogasen• Gase aus fermentativen Prozessen• Gase aus thermischen Prozessen
• Einspeisung in das Erdgasnetz
• Zusammenfassung
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN BegriffsbestimmungenBegriffsbestimmungen
Erneuerbare EnergiequellenErneuerbare Energiequellen (nach 2001/77/EG)
Erneuerbare, nicht fossile Energiequellen:• Wind• Sonne• Erdwärme• Wellen- und Gezeitenenergie• Wasserkraft• Biomasse• Deponiegas• Klärgas• Biogas
BiomasseBiomasse (nach 2001/77/EG)
Der biologisch abbaubare Anteil von Erzeugnissen, Abfällen und Rückständen der Landwirtschaft, der Forstwirtschaft und damit verbundener Industriezweige, sowie der biologisch abbaubare Anteil von Abfällen aus Industrie und Haushalten.
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN Potenzial verschiedener biogener Energieträger (D)Potenzial verschiedener biogener Energieträger (D)
• Der Primärenergieverbrauch betrug 2001 ca. 14500 PJ.• Der Erdgasanteil entsprechend: 3100 PJ.
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN BegriffsbestimmungenBegriffsbestimmungen
DeponiegasDeponiegas (nach 2001/77/EG)
Anaerober Abbau organischer Materialien im Deponiekörper
KlärgasKlärgas (nach 2001/77/EG)
Vergärung von Primär- und Überschussschlämmen aus der Abwasserreinigung in Faultürmen auf Kläranlagen
GrubengasGrubengasMethanhaltigen Gasen aus stillgelegten Schächten des Kohlebergbaus
BiogasBiogas (nach 2001/77/EG)
Fermentative oder thermische Gewinnung aus organischen Materialien in landwirtschaftlichen und industriellen Biogasanlagen
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN Klassifizierung des Rohmaterials und der ProdunkteKlassifizierung des Rohmaterials und der Produnkte
BiogeneBrennstoffe
Biomasse
naturbelassene Biomasse
• Hölzer• halmgutartige
Pflanzen• Energiepflanzen• Ernterückstände• org. Nebenprodukte
• Hölzer ausindustriellen Prozessen (mit Farben, Imprägnierungen, Klebern)
belastete Biomasse
Bio-gase
Klärschlämme
Klär-gase
Deponie-gase
Abfälle FossileBrennstoffe
Gruben-gase
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN
Quelle:Institut für Energetik und Umwelt gGmbH
Potenzieller Gesamtertrag einschl. Deponie- und Klärgas ca. 24 24 MrdMrd. m³/a. m³/a
Potenziale Biogas, Klärgas und Deponiegas (D)Potenziale Biogas, Klärgas und Deponiegas (D)
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN Potenziale der Grubengasnutzung (D)Potenziale der Grubengasnutzung (D)
•Eine exakte Abschätzung der frei werdenden Mengen und Potenziale ist schwierig
•Insgesamt angefallene Gasmenge (1993): 1131 Mio. Nm³ CH1131 Mio. Nm³ CH44/a/a
•Insgesamt verwertete Gasmenge (1993): 355 Mio. Nm³ CH355 Mio. Nm³ CH44/a/a
•Gesamtpotenzial NRW, technisch nutzbares Grubengas:100 Mrd. m³ CH100 Mrd. m³ CH44
Methanbilanz des deutschen Steinkohlebergbaus 1993Quelle:Fhg UMSICHT, Oberhausen
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN Erzeugung und Fassung von Gasen aus biogenen QuellenErzeugung und Fassung von Gasen aus biogenen Quellen
Erzeugung / Fassung
BiogasBiogas Vergärung organischer Materialien in landwirtschaftlichen und industriellen Biogasanlagen
KlärgasKlärgas Vergärung von Primär- und Überschussschlämmen aus der Abwasserreinigung in Faultürmen auf Kläranlagen
DeponiegasDeponiegas anaerober Abbau organischer Materialien im Deponie-körper; Sammlung der Gase in „Gassammelbrunnen“
GrubengasGrubengas Absaugung von methanhaltigen Gasen aus stillgelegten Schächten des Kohlebergbaus
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN EEGEEG--Gase: Gaszusammensetzung, StörkomponentenGase: Gaszusammensetzung, Störkomponenten
BiogasBiogasBiogasanlage Hof LoickZusammensetzung
Methan 55 55 -- 70%70%CO2 25 25 -- 35%35%
Restliche Bestandteile:• im wesentlichen Wasser
Begleitstoffe: • BTEX• NH3• Schwefel-verbindungen
Quelle:Fhg UMSICHT, Oberhausen
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN Biogastechnik: Landwirtschaftliche BiogasanlageBiogastechnik: Landwirtschaftliche Biogasanlage
GasaufbereitungNetzeinspeisung
Quelle:Fhg UMSICHT, Oberhausen
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN Biogasanlagen in DeutschlandBiogasanlagen in Deutschland
LandwirtschaftlicheLandwirtschaftliche AnlagenAnlagen- April 1999 etwa 600 (Karte)- 2002 ca. 1700 - davon ca. 32 Groß- und
Gemeinschaftsanlagen
Potenzial Potenzial BiogasanlagenBiogasanlagen- 1% der Ackerfläche ca. 2500
Anlagen à 125 kWel (Fachverband Biogas e.V.)
AnlagendurchsatzAnlagendurchsatz- 1.500 bis 130.000 t/a
BiogasproduktionBiogasproduktion- 45.000 bis > 3.500.000 m3/a
Quelle:Fhg UMSICHT, Oberhausen
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN Biogasanlagen in DeutschlandBiogasanlagen in Deutschland
0
2000
1000
Anl
agen
anza
hl
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
< 70 kWel
70 - 488 kWel
> 488 kWel
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN Eingangsstoffe der VergärungEingangsstoffe der Vergärung
0 300 600 900 1.200 1.500
Stärke
Fett
Eiweiß
Normliter Biogas pro kg
H2SH2O
CO2
CH4(50..70 %)
, NH3
• wasserreiche (40% - 95%) organische Stoffe mit geringem Lignin- und Zellulosegehalt
• landwirtschaftliche Produkte und Reststoffe
• industrielle Rückstände aus der Lebensmittelindustrie
• Kommunaler Bioabfall• Art der Einsatzstoffe bestimmt die
Aufbereitung (z.B. Zerkleinerung, Mischung, Hygienisierung)
BiogasBiogas
Quelle:Fhg UMSICHT, Oberhausen
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN BiogaszusammensetzungBiogaszusammensetzung
Gehalt in Vol.%
Hauptkomponenten: CH4 55-60 % (45-70 %)CO2 30-35 % (20-45 %)
Feuchte: (mesophil) H2O 4-6 %(thermophil) 10-15 %
Spurengase: H2S max. 1 %(Ausnahmen möglich) Cl, F < 0,2 mg/m3
NH3 max. 1 %
KW-Verb. < 10 mg/m3
H2 max. 1 %
Si-Verb. allg. Spuren
nur bei biologischer O2 max. 2 %Entschwefelung: N2 max. 10 %
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN Messdaten aus dem Praxisbetrieb einer BiogasanlagMessdaten aus dem Praxisbetrieb einer Biogasanlagee
BiogasBiogasTagesverlauf Methan
Quelle: Kempkens, Besgen, 2003
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN Messdaten aus dem Praxisbetrieb einer BiogasanlagMessdaten aus dem Praxisbetrieb einer Biogasanlagee
Tagesverlauf H2S vor und nach der EntschwefelungBiogasBiogas
Quelle: Kempkens, Besgen, 2003
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN EEGEEG--Gase: Gaszusammensetzung, Mengen, StörkomponentenGase: Gaszusammensetzung, Mengen, Störkomponenten
KlärgasKlärgas
Zusammensetzung
CH4 55 55 -- 70%70%CO2 20 20 -- 35%35%
Begleitstoffe in Abwässern: • Siloxane• BTEX• Schwefelver-
bindungen, • Halogenide
(Chlor, Fluor)• Schwermetalle
Quelle:Fhg UMSICHT, Oberhausen
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN EEGEEG--Gase: Gaszusammensetzung, StörkomponentenGase: Gaszusammensetzung, Störkomponenten
00:00 05:00 10:00 15:00 20:000
5
10
15
20
25
30
35
60
62
64
66
23,5
30,8
0,3
63,5
Sauerstoff
Schwefelwasserstoff
Kohlendioxid
Methan
Kon
zent
ratio
n in
Vol
.-% b
zw. p
pm
Zeitachse
Tagesverlauf Methan und Kohlendioxid
Quelle:Fhg UMSICHT, Oberhausen
KlärgasKlärgas
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN EEGEEG--Gase: Gaszusammensetzung, StörkomponentenGase: Gaszusammensetzung, Störkomponenten
00:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 24:000,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
15
20
25
Trimethylbenzol
D5 *
Chlorbenzol
Toluol
Schwefelwasserstoff
Xylol
Kon
zent
ratio
n in
ppm
Zeit
KlärgasKlärgasTagesverlauf ausgewählter Spurenkomponenten
D5 - PENTAMETHYLCYCLOSILOXAN(idR mengenmäßig wichtigster Vertreter der Siloxane)
Quelle:Fhg UMSICHT, Oberhausen
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN EEGEEG--Gase: Gaszusammensetzung, StörkomponentenGase: Gaszusammensetzung, Störkomponenten
Klärgas ErdgasHauptkomponentenMethan [%vol] 55 - 70 88,5Kohlenmonoxid [%vol] -- --Wasserstoff [%vol] 0 - 1,5 --Sauerstoff [%vol] 0 - 1,5 --Stickstoff [%vol] 0 - 5 5Kohlendioxid [%vol] 25 - 35 --SpurenstoffeSumme Silizium (Siloxane) [mg/m³i.N.CH4] 1 - 150 --Summe Fluor [mg/m³i.N.CH4] 1 - 5 --Summe Chlor [mg/m³i.N.CH4] 1 - 5 --Summe Schwefel [mg/m³i.N.CH4] 20 - 2.500 < 30Benzol [mg/m³i.N.CH4] 0 - 5 --Toluol [mg/m³i.N.CH4] 0 - 10 --Xylol [mg/m³i.N.CH4] 0 -10 --höhere KW C2 - Cn [mg/m³i.N.CH4] 0 - 100 --halogenierte KW. [mg/m³i.N.CH4] 0 - 100 --Ethan [%vol] 4,7Propan [%vol] 1,6Butan [%vol] 0,2relative Feuchte [%] 90 - 100 0 - 20Heizwert Hu [kWh/m³i.N.] 5,5 - 7 10,1
SpurenstoffeKlärgasKlärgas
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN EEGEEG--Gase: Gaszusammensetzung, StörkomponentenGase: Gaszusammensetzung, Störkomponenten
GrubengasGrubengas
Entstand durch Inkohlungsprozess(Karbon) bei hohen Temperaturen und Drücken
Zusammensetzung
CH4 40 40 -- 75%75%CO2 10 10 -- 15%15%N2 10 10 -- 40%40%
Adsorptiv in der Kohle und im Gestein eingelagert
Quelle:Fhg UMSICHT, Oberhausen
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN EEGEEG--Gase: Gaszusammensetzung, StörkomponentenGase: Gaszusammensetzung, Störkomponenten
DeponiegasDeponiegas
Zusammensetzung
Methan 45 45 -- 60%60%CO2 30 30 -- 40%40%Stickstoff 1 1 -- 15%15%
Restliche Bestandteileim wesentlichen Wasser
Begleitstoffe: • Siloxane• BTEX• Halogenide
(Chlor-, Fluor- oder Schwefelverbindungen)
• höhere Kohlenwasser-stoffe.
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN Beispiel: Deponiegasnutzung Beispiel: Deponiegasnutzung -- Deponie FreyburgDeponie Freyburg
Installierte Anlagentechnik:
GassammelstationVerdichterstation 500 m3/hGasmotoren-BHKW 311 kWelIntegrierte HT-Fackel
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN EEGEEG--Gase: Gaszusammensetzung, StörkomponentenGase: Gaszusammensetzung, Störkomponenten
DeponiegasDeponiegas Spurenstoffe (Daten einer ausgewählten Deponie)Spuren Mengen in
mg/m³Spuren Mengen in
mg/m³
Schwefelwasserstoff 10 - 80 AusgewählteHalogenierte KW1,1-Dichlormethan 2,7
BTEX 1,1-Dichlorethan 1,2Benzol 2,8 Cis-1,2-Dichlorethen 9,8Toluol 130,8 Trichlorethen 7,8Ethylbenzol 30,3 Tetrachlorethen 3,7m-/p-Xylol 70,1 Vinylchlorid 1,7o-Xylol 12,9 Methylchlorid < 0,5
Trichlorfluormethan(R11)
12,4
Dichlordifluormethan(R12)
17,4
Summe Silizium 50 - 200Summe Fluor 5 – 50Summe Chlor 30 – 300
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN Biogasaufbereitung zu „Grünem Gas“Biogasaufbereitung zu „Grünem Gas“
Prozessintegrierte Verfahren(Sulfidfällung, biologische H2S-Elimination, physikal. und chemische Sorption
Adsorption (Bsp. Aktivkohle)Absorption (Wäsche mit organischen Lösungsmitteln)Katalytische OxidationKondensation
Gas-reinigung
Druckwäsche (z.B. MEA)Druckwechseladsorption Membran-Trennverfahren Gasverflüssigung
Methan-anreicherung(CO2-/N2-Entfernung)
Kondensation durch Verdichten oder Kälte (Kältetrocknung)
adsorptive Verfahren (Silicagel)
Trocknung
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN Biogasaufbereitung zu „Grünem Gas“Biogasaufbereitung zu „Grünem Gas“
Biogas in Erdgasqualität - „Grünes Gas“
Biogas / Klärgas DeponiegasGrubengas
AKAktivkohle
AKAktivkohle
DWAAdsorption
WäscheAbsorption
KatOXOxidation
KälteAusfrieren
AKAktivkohle
AKAktivkohle
DWAAdsorption
WäscheAbsorptionKarburierung CO2
Cl 2
FS
H2SSi
N2
CO 2
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN Verfügbare VerfahrenstechnikVerfügbare Verfahrenstechnik
Vergasertypen
Querstrom Gegenstrom WirbelschichtGleichstrom
Zweizonen stationär zirkulierend
Drehtrommel Festbett FlugstromFließbett
Einordnung nach derBrennstoffbewegung
Einordnung nachder Gasführung
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN Reingaszusammensetzung verschiedener VergasungsvReingaszusammensetzung verschiedener Vergasungsverfahrenerfahren
Vergasertyp Festbettabsteigend
Wirbelschichtzirkulierend
Wirbelschicht Flugstrom FlugstromPyrolyse
Betreiber HugoPetersen(Wamsler)
IVD,Stuttgart
Lurgi,Frankfurt
IEHK,Aachen
Noell, APAS,Freiberg
IVD,Stuttgart
Biomasse Holz Holz/Stroh Baumrinde Elefantengras Stroh Elefantengras
Feuchtigkeit [%] 15 - 25 10 - 15 13.6 8.8 4.1 10.5
Oxidator Luft Luft Luft Luft/O22 O2 -
Massenstrom [kg/h] 150 3-6 20 280 1.5
H2 [Vol-%] 8 6 14.4 9.7 13.5 11.5
CO [Vol-%] 16 18 14.6 16 27.7 46.8
CO2 [Vol-%] 14 16 13.6 15 11.3 10.3
CH4 [Vol-%] 4 5.5 4 2.2 <0.1 31.3 3
N2 [Vol-%] 56 53 35.3 45 17.5 - 1
Heizwert [MJ/m³] 5 5.5 4.8 4.0 7.08 18.420.3 4
Reaktor-Temperatur
[°C] 800 800 950 674 - 915 1800 800
Reaktor-Druck
[bar] atm atm 1.6 atm 2.62 atm
zirkulierendWirbelschicht
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN Anlagenbeispiel: Fhg UMSICHT, OberhausenAnlagenbeispiel: Fhg UMSICHT, Oberhausen
Gaszusammensetzung
Wasserstoff 5 5 -- 9%9%CO 15 15 -- 18%18%CO2 12 12 -- 13%13%Stickstoff 45 45 -- 48%48%
Blockheizkraftwerk(Containereinheit)
Gebäude desBiomassevergasers
Begleitstoffe: • BTEX• PAK
Pilotanlage zurBiomassevergasung
bei Fhg UMSICHT
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN EEGEEG--Gase: Gaszusammensetzung, StörkomponentenGase: Gaszusammensetzung, Störkomponenten
Biogas (Synthesegas)Biogas (Synthesegas)
Typische SynthesegaszusammensetzungenBCL UET ATES MHB UMSICHT
CO [Vol.-%] 45-55 20 17 16H2 [Vol.-%] 15-25 21 15 8CH4 [Vol.-%] 12-16 - 2 4CO2 [Vol.-%] 8-14 11 12 13N2 [Vol.-%] - 42 50 44Hu [MJ/Nm³] 10-15 4.7-8.6 4.5-5.0 4.8
Verunreinigungen in Synthesegasen• Teere• Schwefel• Alkalien• Staub• Halogenide
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN Anlagenbeispiel: UmweltAnlagenbeispiel: Umwelt-- und Energietechnik Freibergund Energietechnik Freiberg
[Vol.-%] UETCH4CO2 11CO 20H2 21N2 42H2O 7H2SToluolTeerC2+BenzolHeizwert[MJ/m3]
4,7-8,6
Anlagen-größe
1MWth
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN VerfahrensVerfahrens-- und rohstoffbedingte Störkomponentenund rohstoffbedingte Störkomponenten
Gasbegleitstoffe:Gasbegleitstoffe:
Gase aus thermischen Prozessen bestehen aus ca.HH22 15%, CO 17%, CO15%, CO 17%, CO22 12%, CH12%, CH44 2%, Teer 5% und Wasser2%, Teer 5% und Wasser
Der Kondensatbildung infolge der hohen Feuchte des Gases muss durch entsprechende Leitungsführung oder Trocknung Rechnung getragen werden.
Einer Korrosionsgefährdung durch Anwesenheit von CO2 , H2S, und O2muss durch geeignete Werkstoffe und Trocknung begegnet werden.
Durch die hohen Inertgas-Anteile (CO2 und N2 ) und Wasserstoffanteilewerden die verbrennungstechnischen Kenndaten beeinflußt.
Chlor, NHi, K, Na, Schwermetalle, Aromate, Stäube, Teere müssen entfernt werden.
Halogenkohlenwasserstoffe und H2S haben gesundheitliche Auswirkungenund Korrosion zur Folge.
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN NutzungsmöglichkeitenNutzungsmöglichkeiten
Lokale NutzungLokale NutzungEs gibt in Deutschland derzeit (Juni 2003) 1600 – 2000 Erzeugungs-anlagen; das erzeugte Biogas wird meistens für BHKW, zum Teil mit Wärmeauskopplung genutzt.
Öffentliche GasversorgungÖffentliche Gasversorgung• In den achtziger Jahren existierte im Niersverband eine Biogasanlagemit Gaswäsche; das dort erzeugte L-Gas wurde als Austauschgas bis 1997 in das örtliche Netz eingespeist; Kapazität ca. 400 m3/h.
• In Schleswig existiert eine Versuchsanlage, Kapazität 50 m3/h; zur Zeit ist eine größere Anlage im Bau mit einer Kapazität von ca. 1.000 m3/h, die Anfang 2004 in Betrieb gehen soll; Carbotech-Gasreinigung, Verwendung des Produktgases für CNG, Netzeinspeisung möglich.
• Weitere Anlagen mit einer Anbindung an die öffentliche Gasversorgung existieren derzeit nicht in Deutschland.
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN Gesetzliche GrundlagenGesetzliche Grundlagen
• Artikel 7(2) und 10(2) der EG-Richtlinie 98/30/EG: „... Es (das Verteilerunternehmen) unterlässt auf jeden Fall jegliche diskriminierende Behandlung von Netzbenutzern oder Kategorien von Netzbenutzern, ...“
• Erstes Gesetz zur Änderung des Gesetzes zur Neuregelung des Energiewirtschaftsrechts (Entwurf 04.12.2000), §4a, Ziffer (2): „Die Betreiber von Gasversorgungsnetzen sind verpflichtet, ...technische Vorschriften ... zur Interoperabilität ... festzulegen. Zur Interoperabilität gehören insbesondere technische Anschluss-bedingungen und die Bedingungen für netzkompatible Gasbe-schaffenheiten unter Einschluss von Gas aus Biomasse. Die Vorschriften müssen objektiv und nicht diskriminierend sein. ...“
• Stromeinspeisegesetz – Gaseinspeisegesetz (?)
Quelle: Dr. Friedrichs, Hr. Zingrefe et al
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN Allgemeine Anforderungen nach VVAllgemeine Anforderungen nach VV
Einspeisung in ÜbergabeschnittstellenEinspeisung in Übergabeschnittstellen
• Ausreichender Druck
• Kompatibilität
• Zeit- und Wärmeäquivalenz
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN Allgemeine Anforderungen nach VVAllgemeine Anforderungen nach VV
1. Für die (diskriminierungsfreie) Übernahme von Dritten in das Erdgasnetz gilthinsichtlich der Beschaffenheit der Gase die Anlage Kompatibilität” der VV2 mit den Bedingungen
- ausreichender Druck- netzkompatible Beschaffenheit, wobei u.a. die DVGW- Arbeitsblätter G 260 (“Gasbeschaffenheit”) und G 685 (“Gasabrechnung”) zu beachten sind.
2. Der Entwurf des DVGW-Arbeitsblattes G 262 (Juni 2003) “Nutzung von regenerativ erzeugten Gasen” wird die geordnete Einspeisung dieser Gase
in das öffentliche Gasnetz unter Beachtung des geltenden gesetzlichen Rahmens regeln. Unter regenerativ erzeugten Gasen werden Biogase, Klärgase, Deponiegase und Gase aus thermischen Prozessen verstanden.
3. Die Anforderungen an die Beschaffenheit von Brenngasen (Definition sieheDIN 1340) in der öffentlichen Gasversorgung werden im DVGW-Arbeitsblatt G 260(Januar 2000) geregelt. Es ist im allgemeinen Vertragsgrundlage für den nationalen Gashandel und den Betrieb von Gasanlagen.
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN Biogasnutzung im DVGWBiogasnutzung im DVGW--RegelwerkRegelwerk
• DVGW-Arbeitsblatt G 260 „Gasbeschaffenheit“
• DVGW-Arbeitsblatt G 685 „Gasabrechnung“
• DVGW-Merkblatt G 262 „Nutzung von Deponie-, Klär- und Biogasen“(Juni 1991)
• DVGW-Arbeitsblatt G 262 „Nutzung von regenerativ erzeugten Gasen“
(Entwurfsveröffentlichung 4. Quartal 2002)Gründe: Erste Version gab als Merkblatt Hinweise zur Nutzung
Zweite Version gibt als Arbeitsblatt Vorgaben zum geregelten Transport im Netz der Netzbetreiber
Quelle: Dr. Friedrichs, Hr. Zingrefe et al
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN GasbeschaffenheitsmessungGasbeschaffenheitsmessung
• Kontrolle der Gasbeschaffenheit im Hinblick auf Produkthaftung erforderlich
(H2S, Taupunkt, Abwesenheit von vermuteten sonstigen Gasbegleitstoffen)
• Messung der Gasbeschaffenheit im Hinblick auf Steuerung der Konditionierungsanlage erforderlich zur Einstellung kompatibler Gasbeschaffenheiten (Ho, Wo) und als Steuergröße zur zeit- und wärmeäquivalentenÜbernahme/Übergabe nach VV
Quelle: Dr. Friedrichs, Hr. Zingrefe et al
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN Nutzung für die öffentliche Gasversorgung gemäß GNutzung für die öffentliche Gasversorgung gemäß G 262262
• Das Rohgas muß gereinigt, aufbereitet (entsprechend G260) und auf den Netzdruck des Netzbetreibers verdichtet werden. In keinem Fall dürfen gesundheitliche Risiken vom aufbereiteten Gas ausgehen. Zur Einspeisung in ein Verteilungsnetz eines örtlichen GVU´s muss das Gas nach G280 odoriert werden.
• Das Gas kann entweder als Austauschgas oder als Zusatzgas(Gas zur Konditionierung) dem Netzbetreiber an der Übernahme-schnittstelle zur Verfügung gestellt werden.
• Für die Verwendung als Austauschgas ist die Bestimmung der übergebenen Energiemenge erforderlich.
• Für eine Verwendung als Zusatzgas zum Grundgas gilt dies gleichermaßen. Zusätzlich ist ein Gasmischer (G213) notwendig und die Anforderungen bzgl. Verwendung und Abrechnung nach G685 hinter dem Mischpunkt müssen gegeben sein.
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN Schnittstellen zur öffentlichen GasversorgungSchnittstellen zur öffentlichen Gasversorgung
Reinigung +Aufbereitung
V
H-Gasoder
L-Gas
H-Gasoder
L-Gas
lokale Nutzung
Erzeugung
G 260G 492G 488G ...
EN ISO13686
G 685ggf. G 280
ATV-Merkblatt M 363"Herkunft, Aufbereitung undVerwertung von Biogasen"
oderReinigungsverfahren für
Pyrolyse- oder Vergasungsgase
V
maßgeblicheRegeln
und Literatur(Auszüge)
Komponentenund
Prozesse
|-- öffentliche Gasversorgung ->
Mischer
Verdichter
Verdichter MSR-Anlage
AustauschgasG 260, Ziffer 4.4.2
ZusatzgasG 260, Ziffer 4.3(zur Kond. Ziff. 4.2)
Systemgrenze
MSR-Anlage H-Gasoder
L-Gas
H-Gasoder
L-Gas
H-Gasoder
L-Gas
Austauschgas
Zusatzgas
Quelle: Dr. Friedrichs, Hr. Zingrefe et al
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN Anforderungen an MischanlagenAnforderungen an Mischanlagen
• Sind Gase deutlich unterschiedlich, ist evtl. ein Mischervorzusehen.
• Mischanlagen- sind Heiz- oder Wobbewert-gesteuert- Mischanlagen sollten kontinuierlich betrieben werden
können, d. h. gleichmäßige Abnahmen von Gas
• Regelgrößen sind Druck, Volumenstrom, Heiz- oder Wobbewerte
• Starke Gasbeschaffenheitswechsel bewirken großen Regel-aufwand und benötigen ein Netz, welches als "Dämpfung" dient.
Quelle: Dr. Friedrichs, Hr. Zingrefe et al
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN WobbewertWobbewert--EinflussEinfluss
Methanreiche Gase aus natür-lichen Vorkommen werden nach der G 260 in der 2. Gasfamilie nach dem Wobbe-Index einge-teilt:
- Gruppe L:Wobbe-Index von
10,5-13,0 kWh/m3
- Gruppe H:Wobbe-Index von
12,8-15,7 kWh/m3
Die Gruppierung basiert aufverbrennungstechnisch ähn-lichem Verhalten und resultiert zum Teil aus gerätetechn. Gründen.Die Gase, die zur gleichen Gruppe gehören sind aus-tauschbar, wobei die örtlich erlaubten Wobbezahlschwan-Kungen gemäß G 260 zu beachten sind.
0,75
12,0
E
Biogase
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN NutzungNutzung
LL--Gas Gebiete:Gas Gebiete:Eine Nutzung als Austauschgas ist möglich, wenn CO2 bis auf wenige Prozente entfernt wird;Ein Einsatz als Zusatzgas ist beschränkt möglich, abhängig von den Netzgegebenheiten;
HH--Gas Gebiete:Gas Gebiete:In Versorgungsgebieten mit Russengas-Qualität völlig unbeschränkte Verwendung als Austauschgas bei weitgehender CO2-Entfernung;
-In Versorgungsgebieten mit Nordseequalität (z.B. Ekofisk, hoher Brennwert nahe 12 kWh/m3) auch bei nahezu vollständiger CO2-Entfernung nur Verwendung als Zusatzgas;
-Bei teilaufbereitetem Zusatzgas mit größeren CO2-Anteilen richtet sich die zumischbare Menge nach der Vermischungsregel zur Einhaltung derWobbezahlgrenzen und örtlich erlaubten Brennwertschwankungen nach G 685 (2% bei thermischer, 1% bei volumetrischer Abrechnung).
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN ZusammenfassungZusammenfassung
Unter biogenen Gasen werden • Biogase• Klärgase• Deponiegase und• Gase aus thermischen Prozessen
verstanden.
Die Rohgase werden in Gase aus • fermentativen und• thermischen
Prozessen eingeteilt.
Verbrennungstechnische Kenndaten werden • bei fermentativ erzeugten Gasen von den inerten
Bestandteilen • bei thermisch erzeugten vom Wasserstoffgehalt
geprägt.
GASWÄRME-INSTITUT E.V.ESSEN ZusammenfassungZusammenfassung
Die Hauptkomponenten bei fermentativ erzeugten Gasen
• sind stark abhängig von den Erzeugungsbedingungen und der vergärten Masse.
• CH4 (ca. 45-60 Vol-%) und CO2 (ca. 40 - 55Vol-%);
• Bei instabilem Anlagenbetrieb auch weniger als 45 % CH4 möglich.
• Je nach Cosubstrat treten noch auf Silane, andere Schwefelver-bindungen, Halogen- Kohlenwasserstoffe, Methanol (aus Rapsöl-ME), Ammoniak
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Die Hauptkomponenten bei Gasen aus thermischen Prozessen
• sind hauptsächlich H2, CO, CO2, CH4, N2 (aus Luft als Vergasungs-mittel),
• Aromaten wie Benzol, Toluol etc. und Teer.
• Volumenanteilen: (Buchenholzspäne, 800 °C, Luftzahl 0,25, Stickstoff-frei gerechnet): H2 30%, CO 28%, CO2 12% ,CH4 23%, Benzol 2,1%, Toluol 0,5%, Teer 5%.
• Alkali-Metallverbindungen, Halogen-Kohlenwasserstoffe, Phosphor-verbindungen wurden nachgewiesen.
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• Als Grenzen werden unter Berücksichtigung der Wobbewert-grenzen für CO2 6% und für H2 5 Vol.-% angegeben.
• Nach G 260 sind für die 1. Gasfamilie 6%, für Spalt- und Kohlever-gasungsgase 3% CO erlaubt.
• Der durchschnittliche Wobbe-Index eines fermentativ erzeugten Gases liegt mit 60% Methananteil bei 7 kWh/m3 und damit deutlichunter denen von L- und H-Gas.
• Daraus folgt, dass der CO2-Anteil auf jeden Fall verringert werdenmuß, wenn das Gas als Austauschgas verwendet werden soll.
• Bei Zusatzgas gilt dies nicht unbedingt.
• Schwefelwasserstoff und andere Fremdgase wie N2 und O2müssen ebenfalls entfernt werden.