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Verfahrenstechnik 4/2017

Verfahrenstechnik 4/2017

KOMPONENTEN UND SYSTEME

KOMPONENTEN UND SYSTEME Dauerhaft dicht Sicherer Betrieb einer Biogas- Anlage mit PTFE-Dichtungen In einer Biogasanlage muss das ursprüngliche Biogas aufbereitet werden, um gezielt den Methananteil in möglichst reiner Form zu erhalten. Kritisch für die Aufbereitungsanlage ist die Dichtheit sämtlicher Verbindungen, denn bei Austritt besteht unter Umständen Explosionsgefahr. Um Dichtheit dauerhaft zu erreichen, wurde auf eine gefüllte PTFE-Dichtung gewechselt. Nachwachsende Rohstoffe aus der Landwirtschaft, tierische Exkremente, Reststoffe aus der Lebensmittel- und Agrar- Industrie dienen einer Biogas-Anlage als Ausgangsstoffe. Da sich die Ausgangsstoffe sehr gut an die jeweiligen Prozessbedingungen anpassen können, lassen sich nahezu alle organischen Substanzen wie Maissilage, Hühnerkot, Bioabfall und Gülle durch Vergären abbauen. Beim Vergärungsprozess wird Biogas freigesetzt und das Gas gesammelt. Es handelt sich bei Biogas um ein brennbares Gasgemisch. Es besteht zu mehr als 50 % aus dem farb- und geruchlosen Methan, aus Kohlenstoffdioxid, Stickstoff, Sauerstoff und Wasser sowie Begleitgasen wie z. B. Schwefelwasserstoff. Teilweise wird das Biogas direkt thermisch in Blockheizkraftwerken zum Generieren von Strom und Wärme verwertet – ein Modell, das 01 Biogasanlage der Envitec Biogas AG häufiger in landwirtschaftlichen Betrieben mit Eigenbedarf zu finden ist. Bei Großanlagen liegt jedoch eine andere Zielsetzung vor: Man möchte speziell das Methan auch ins Erdgasnetz als Ergänzung oder Ersatz des fossilen Brennstoffes einspeisen. Ebenso ist ein Einsatz als komprimiertes „Erd-“ Gas (CNG) bzw. Flüssig-„Erd-“Gas (LNG) machbar. Für diese Verwendungen ist es erforderlich, das ursprüngliche Biogas aufzubereiten, um gezielt den Methananteil in möglichst reiner Form zu erhalten. Verfahrenstechnisch nutzt man dazu Hohlfasermembranen. Methan abtrennen Aber wie trennt man effektiv das Methan vom Rohgasgemisch? Technisch wird das z. B. durch Sepuran Green Module des Herstellers Evonik realisiert. Sie bestehen aus mehreren tausend Hohlfasern, die aus Hochleistungskunststoff hergestellt und in einem Edelstahlrohr gebündelt werden. Die Gastrennung durch Hohlfasermembranen nutzt die Tatsache, dass Gasmoleküle unterschiedlich groß und unterschiedlich gut im Polymer löslich sind: Da CO 2 -Moleküle kleiner sind als Methanmoleküle und sich zudem im Polymer besser lösen, können sie die Mikroporen der Membran wesentlich schneller durchwandern. An der Hochdruckseite der Membran sammelt sich somit das Methan, während Wasserdampf, Ammoniak, Schwefelwasserstoff und der Großteil des CO 2 die Membran passieren. Durch die geschickte Verschaltung der Gastrennmodule lässt sich das Methan aus dem Rohgas auf bis zu 99 % aufreinigen. Hierzu wird lediglich ein Kompressor benötigt. Kritisch für die Aufbereitungsanlage ist die Dichtheit sämtlicher (Schraub-)Dichtverbindungen, egal ob auf Roh- oder Reingasseite, denn bei Austritt besteht unter Umständen Explosionsgefahr. Autoren: Gerald Klein, Produktmanager Dichtungen, Klinger GmbH, Idstein; Jörn Jacobs, Fachjournalist, IHW Marketing GmbH, Bad Camberg

KOMPONENTEN UND SYSTEME Das Dichtungsmaterial 02 Ein Gasaufbereitungsmodul kann weit mehr als 700 Dichtverbindungen/Verschraubungsdichtungen enthalten Das Dichtungsmaterial Top-Chem 2003 findet sich u. a. bei Dichtungslösungen in folgenden Bereichen: n Chemiepark, Chlorgas, 45 °C, 22 bar, n Mono-Chlorbenzol (Halogenkohlenwasserstoff), 50 °C, 11 bar, n Düngemittel, Ammoniumsulfatlösung (ASL), 120 °C, 6 bar, n Ölförderindustrie, Essigsäure (Carbonsäure), 225 °C, 45 bar, n Pharmaprozess, Dampf, 160 °C, 6 bar, n Herstellung von Flüssigsauerstoff (LOX), – 176 °C, 15 bar. Es ist beständig gegen: n Ameisensäure, n Chlor, trocken oder feucht, n Ethanol, n Methan, n Schwefelwasserstoff, n Stickstoff n und weitere Medien. Hohe Gasdichtheit Ein Gasaufbereitungsmodul in einem 40-Fuß-Container kann weit mehr als 700 Dichtverbindungen/Verschraubungsdichtungen enthalten. Anfänglich sind andere Dichtungen an der Verschraubung beziehungsweise dem Überwurf der Wellschläuche verbaut worden, die leider nicht den gewünschten Erfolg gebracht haben. Sie waren undicht, wie bei einer Druckprobe festgestellt wurde. Damit stand der Hersteller der Biogasanlage, die Firma Envitec Biogas AG, vor einem Problem – was konnte man tun, um Dichtheit dauerhaft zu erreichen? Durch die gute Zusammenarbeit mit dem Wellschlauch- Lieferanten IBK Wiesehahn aus Bottrop konnte eine Lösung gefunden werden. Zum einen wurden die ¾-Zoll-Verschraubungsdichtungen optimiert, zum anderen auf Klinger Top-Chem 2003 als Dichtungsmaterial gewechselt. Als gefüllte PTFE-Dichtung leistet dieses Material das benötigte hohe Maß an sicherer Anpassung, sodass die Verschraubungsdichtungen an den Kartuschen nun dicht bleiben. Eine gewisse Herausforderung bestand noch in der Tatsache, dass die Gasaufbereitungsanlagen innerhalb weniger Minuten zu Volllast hochgefahren werden können, häufig aber auch ein Teillastbetrieb vorliegt. Doch in allen Lastzuständen und Anforderungen hat die PTFE-Dichtung die Prüfungen bestanden. Damit wurde ein weiterer Nachweis erbracht, dass diese Dichtung bereits bei geringen Flächenpressungen hohe Gasdichtheit aufweist und durch ihre Beständigkeit gegen Methan, Schwefelwasserstoff, Stickstoff und weitere Gase auch eine lange Einsatzzeit erreicht. In der Praxis erprobt Mit Klinger Top-Chem 2003 steht ein in der Praxis erprobtes Weichstoffdichtungsmaterial für den Temperaturbereich von –200 bis ca. +200 °C zur Verfügung. Es wird bevorzugt bei geringen Flächenpressungen eingesetzt und ist in den Standarddicken 1,0, 1,5, 2,0 und 3,0 mm verfügbar. Fotos: Envitec, Evonik, Klinger/G. Klein www.klinger.de

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