Anlagenbau & Prozesstechnik

Der sichere Weg vom Faulgas zu Wärme und Strom

MBA Schwarze Elster hat mit INCA die Gasanalyse einschließlich H2S-Bestimmung im Griff

20.05.2016 -

Die EG-Deponierichtline von 1999 mit ihren Einschränkungen der Deponienutzung hat zur Entwicklung alternativer Abfallbeseitigungsverfahren geführt. In Deutschland liefert die 30. BImSchV dazu einen Rahmen für die Errichtung von mechanisch-biologischen Abfallbehandlungsanlagen (MBA) mit thermischer Verwertung des entstehenden Faulgases.

Faulgas bildet sich bei der Zersetzung organischer Substanzen mittels Bakterien unter Luftabschluss durch anaerobe Gärung. Der Kohlenstoff reagiert dabei zu brennbarem Methan, welches zu 30-60% im Faulgas enthalten ist und dieses mit seinem Energieinhalt von ca. 10 kWh/m3 zu einem attraktiven Energieträger macht. Die übrigen Bestandteile sind CO2, H2S, Wasserdampf sowie Restgase. Dieser in der Natur selbständig ablaufende Prozess wird in der modernen Abfallwirtschaft gezielt eingesetzt, um Reststoffe zu entsorgen und das dabei entstehende Gas als Energiequelle zu nutzen. Verwertbare Rohstoffe sind dabei sowohl der Klärschlamm aus Kläranlagen als auch der organische Anteil von Haushalt- und Industrieabfällen, wie sie in den Fermentern von Abfallverwertungsbetrieben wie den modernen MBA verarbeitet werden. Ein wichtiger Begleiteffekt  der thermischen Nutzung des Methans ist der Sachverhalt, dass dessen Verbrennungsprodukte eine weit geringere Umweltbelastung darstellen als das Methan.

Biogas aus Abfall

Der Abfallentsorgungsverband „Schwarze Elster“ betreibt in Freienhufen (Brandenburg) seit 2006 eine MBA zur Aufbereitung von Haus- und Sperrmüll. Nach Anlieferung des Mülls und Entfernung von Störstoffen und nicht zulässiger Abfälle durchläuft das verbleibende Abfallmaterial mehrere Verfahrensschritte.

Die mechanische Aufbereitung beginnt mit der manuellen Sichtung bei der Anlieferung und endet in der Auftrennung des Stoffstroms in verschiedene Fraktionen. Hierfür wird der Stoffstrom zerkleinert, gesiebt, von Metallen und hochkalorischen Anteilen (z. B. Kunststoffe) befreit. Der Teilstrom mit Korngrößen kleiner als 35 mm wird der biologischen Aufbereitung und Behandlung zugeführt; die hochkalorischen Anteile und die Metalle werden in Container gefüllt und einer separaten Verwertung zugeführt.

In der Nassaufbereitung wird der Teilstrom kleiner 35 mm in Pulpern (Stofflösern) in Wasser aufgelöst, so dass eine pumpfähige Dispersion mit einem Trockensubstanzgehalt von ca. 5 bis 10% entsteht. Dadurch lassen sich Inertstoffe, das sind schwere Partikel wie Glas, Sand, etc. und Schwimmstoffe (Kunststoffe wie Styropor etc.) von dem biologisch behandelbaren Stoffstrom abtrennen.

Die biologische Behandlung beginnt mit der Aufbereitung des Substrates zur Vergärung durch Hydrolyse, wobei die organischen Bestandteile aufgeschlossen werden. Das entstandene Gärsubstrat wird in Fermentern unter anaeroben Bedingungen bei einer Temperatur von 34 °C in durchschnittlich drei Wochen biologisch abgebaut. Dabei werden die meisten Bestandteile zu Methan, Kohlendioxid, Wasser und Bakterienmasse umgesetzt. Das so entstehende Biogas wird durch Verbrennung  in einem BHKW zur Wärme- und Stromerzeugung sowie einem Heizkessel energetisch genutzt.

H2S-Konzentration im Blickpunkt

Durch die inhomogene und jahreszeitlich stark schwankende Zusammensetzung des angelieferten Restabfalls unterliegt auch die Biogasqualität starken Schwankungen. Dabei ist die Konzentration an H2S wegen dessen schädlicher Eigenschaften (hochgiftig und stark korrosiv) entscheidend für die Verwertbarkeit des Biogases. Zur Senkung des H2S-Gehaltes werden in der Anlage zwei Verfahren angewendet:

- Durch  Zugabe von Eisenhydroxid in den Fermentern wird H2S als Eisensulfid gebunden und mit den Gärresten aus dem Prozess entfernt. Durch ständige Messung der H2S -Konzentration im Biogas wird die Dosierung des Eisenhydroxids optimiert.

- Zum Abbau von Restkonzentrationen wird H2S durch Bakterien in Schwefelsäure umgewandelt. Der dafür benötigte Sauerstoff wird als Luft über ein Gebläse zugeführt. Durch die Messung des Sauerstoffgehaltes im gereinigten Biogas wird die optimale Versorgung der Bakterien sichergestellt und gleichzeitig verhindert, dass sich durch eine Überversorgung ein explosives Gemisch bilden kann.

Die Gasanalyse des Biogases hat maßgeblichen Einfluss auf den Betrieb der Anlage, wobei die H2S -Konzentration über einen sehr großen Messbereich sicher bestimmt werden muss: Die Konzentration am Ausgang der Hydrolyse kann über 10.000 ppm betragen, liegt aber nach der biologischen Entschwefelung nur noch im Bereich einiger ppm. Der Mehrkomponenten-Gasanalysator INCA von Union Instruments löst diese Aufgabe durch eine im Sensormodul ablaufende Vorbehandlungsfunktion mit einer patentierten Verdünnungs- und Auswertetechnik und beweist seine Eignung in der MBA Schwarze Elster im täglichen Einsatz.

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