Gasaufbereitung
Projektbearbeiter: DVGW-EBI
DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT)
Die DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut ist eine Forschungseinrichtung des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches e. V. am KIT. Die Forschungsschwerpunkte des Bereichs „Wasserchemie und Wassertechnologie“ liegen in den Bereichen Wasserqualität, Wassertechnologie, biologische Abwasserbehandlung und biologische Grenzflächen. Dabei steht immer das Prozessverständnis im Vordergrund. Ein Schwerpunkt der Forschungsarbeiten im Bereich „Gastechnologie“ liegt auf der Erzeugung von Methan aus regenerativen Quellen und auf dessen Aufbereitung und Einspeisung ins Gasnetz.
Der Bereich „Gastechnologie“ untersucht in probioLNG den Einfluss von Biogasbegleitstoffe auf die Verflüssigung in einer Laborapparatur. Außerdem wird ein neues Verfahrenskonzept zur energieeffizienten CO2–Abtrennung aus Biogas mit Hilfe von ionischen Flüssigkeiten auf das Druckniveau des Methanreaktors angepasst. Das Biomethan wird anschließend verflüssigt und ergänzt die Demonstration der probioLNG -Prozesskette am Standort „Untere Lindenhöfe“.
Im Bereich „Wasserchemie und Wassertechnologie“ werden Membranverfahren zur Aufbereitung des Prozessstroms aus einem Hydrolysereaktor eingesetzt. Als erster Schritt wird eine Mikrofiltration für die Fest-Flüssig-Trennung gebaut und in die probioLNG-Prozesskette am Standort „Untere Lindenhöfe“ integriert. Als zweiter Schritt wird die Anwendung der Nanofiltration für die Aufkonzentration organischer Säuren untersucht. Die Membranleistung soll mit den klassischen Parametern Flux und Druck charakterisiert werden. OCT (Optical Coherence Tomography) und online Biofilm-Sensoren werden eingesetzt, um das Fouling zu überwachen.
Um die Spezifikationen für Bio-LNG und des Verflüssigers zu erfüllen, muss das Gas gereinigt werden. Da bei der Abkühlung auf bis zu –161,5 °C (Siedepunkt von Methan bei 1,013 bar) sowohl H2O, CO2 und H2S als Feststoff ausfallen können, müssen diese Gase nahezu vollständig entfernt werden.
Die Abtrennung von CO2 erfolgt zweistufig. Im ersten Schritt wird das Gas durch eine chemische Wäsche geleitet, welche auf der Verwendung alternativer Waschflüssigkeiten, sog. Ionischer Flüssigkeiten (IL), basiert. Im Gegensatz zu herkömmlichen Konzepten der Gaswäsche wird bei der Gaswäsche mit ionischen Flüssigkeiten die Waschflüssigkeit durch Druckreduktion regeneriert anstelle von thermischer Energie. Durch den vernachlässigbaren Dampfdruck von IL wird ein Verdunstungsverlust des Lösungsmittels vermieden. Das quasi-isotherme Prozessdesign führt zu einem deutlich reduzierten Energiebedarf.
Das restliche CO2 sowie Restfeuchte und H2S werden adsorptiv entfernt. Hierzu ermöglichen verschiedene Adsorbentien eine selektive Abtrennung. Bei großtechnischen Anwendungen werden die beladenen Adsorbentien in Wechselbehältern ebenfalls durch Druckreduktion (PSA, engl. Pressure Swing Adsorption) oder Temperaturerhöhung (TSA, engl. Temperature Swing Adsorption) regeneriert.
Die Gaswäsche mit ionischen Flüssigkeiten sowie die weiteren Schritte der Gasfeinreinigung vor der anschließenden Verflüssigung werden auf dem gleichen Hochdruckniveau (ca. 7 – 10 bar) wie der MR betrieben. Der erhöhte Druck in allen probioLNG-Prozessen, hervorgerufen durch die Biogasproduktion der Mikroorganismen, bietet auch bei der abschließenden Verflüssigung energetische Vorteile. Dadurch kann ein Gesamtwirkungsgrad der probioLNG-Prozesskette von über 60 % erreicht werden.