Effiziente Biogastrocknung mit Kaltwassersatz

Biogas ist ein Naturprodukt, das bei mikrobiellen Zersetzungsprozessen in Biogasanlagen entsteht. Mit Blockheizkraftwerken (BHKW) lässt sich der Energieträger meist direkt vor Ort nutzen, um erneuerbaren Strom und erneuerbare Wärme zu erzeugen. Da das Gas jedoch einen hohen Wasserdampfanteil hat, ist zuvor eine Biogastrocknung mit Kaltwassersatz zu empfehlen. Passgenau ausgelegte Anlagen kühlen den Energieträger dabei herunter, sodass die Feuchtigkeit kondensiert. Für Betreiber, BHKWs und Gasnetze hat die Biogastrocknung dabei zahlreiche Vorteile.

Die Themen im Überblick

Trocknung der Gase hat verschiedene Gründe

In deutschlandweit über 9.300 Anlagen zersetzen Kleinstlebewesen biologische Reststoffe in ihre Bestandteile. Sie verarbeiten Bioabfall, Speisereste, Gülle oder eigens gezüchtete Energiepflanzen und produzieren dabei Methan sowie Kohlendioxid. Das energiereiche Methan lässt sich daraufhin verwenden, um Strom zu erzeugen, Fahrzeuge anzutreiben oder erneuerbare Energien über das Gasnetz zu verteilen. Voraussetzung ist allerdings eine hohe Qualität, die sich unter anderem im Feuchtegehalt widerspiegelt. Ist dieser infolge der natürlichen Entstehung erst einmal sehr hoch, lässt sich der Energieträger nicht ohne Weiteres verwenden. Zu groß wäre die Gefahr, dass die Feuchtigkeit in Motoren oder Gasleitungen kondensiert. Denn dort würde sie Korrosionserscheinungen hervorrufen oder Wassersäcke bilden. Letztere sind Pfützen in Gasleitungen, die das freie Durchströmen verhindern. Diese Probleme zu verhindern, ist Aufgabe der Biogastrocknung, die sich unter anderem mit einem Kaltwassersatz umsetzen lässt.

Biogastrocknung

Höhere Effizienz durch die Biogastrocknung

Nach der Entstehung verarbeiten viele Biogasanlagen den energiereichen Rohstoff sofort weiter. Möglich ist das mit Blockheizkraftwerken (BHKWs), die bei der Verbrennung Strom und Wärme erzeugen. Eine vorgeschaltete Biogastrocknung mit Kaltwassersatz bringt hier viele Vorteile. So lassen sich die Verbrennungsprozesse im Motor auf diese Weise optimieren, wodurch der Wirkungsgrad steigt und der Gasverbrauch sinkt.

Kaltwassersatz

Darüber hinaus schont das Verarbeiten optimal getrockneter Gase die Motoren. Es ermöglicht längere Ölstandszeiten und damit auch geringere Betriebs- und Wartungskosten. Letzteres lässt sich auch damit begründen, dass die Biogastrocknung mit Kaltwassersatz neben der Feuchtigkeit auch motorschädigende Substanzen abführt. Das Gas ist reiner und deutlich besser nutzbar.

Gastrocknung begünstigt auch die Gaseinspeisung

Alternativ zur Verstromung vor Ort lässt sich Biogas aufbereiten und in das Gasnetz einspeisen. Voraussetzung dafür ist auch hier ein möglichst geringer Feuchtegehalt, der sich durch die Biogastrocknung mit Kaltwassersatz erreichen lässt. Der Wasserdampf kondensiert dabei an den Kühlregistern zu feinen Tröpfchen, die sich in Wannen sammeln und aus dem System fließen. Das Besondere daran: Mit der Feuchtigkeit verschwinden auch wasserlösliche Stoffe wie Ammoniak aus dem Gas, was der anschließenden Aufbereitung zugutekommt.

Die Vorteile der Biogastrocknung mit Kaltwassersatz

Reineres Gas und sinkende Kosten: Die Biogastrocknung mit Kaltwassersatz bietet zahlreiche Vorteile. Die folgende Übersicht fasst die wichtigsten zusammen:

zuverlässige Gastrocknung über leistungsfähige Kühlregister

trockneres Gas begünstigt Verbrennungsprozesse und lässt Verbrauchskosten sinken

ohne Kondensation bleibt Öl länger im BHKW-Motor und die Wartungskosten sinken

auch in der Anschlussleitung bleibt die Kondensation aus, was die Funktion von Motor und Abgaswärmetauscher begünstigt

Biogastrocknung mit Kaltwassersatz entfernt auch motorschädigende Substanzen

Verschleißerscheinungen treten später auf und die Betriebskosten sinken

geringere Ausfallzeiten von Gasmotoren und Generatoren

Vermeidung von Kondensat und Wassersäcken in Leitungsnetzen

Die Biogastrocknung mit Kaltwassersatz sorgt insgesamt also für einen sinkenden Gasverbrauch, geringere Verschleißerscheinungen sowie niedrigere Verbrauchs-, Betriebs- und Wartungskosten.

Biogastrocknung mit Kaltwassersatz: Die Funktion

Die Gastrocknung kommt bei Bio-, Klär- oder auch Deponiegas zum Einsatz und basiert einfach beschrieben auf einem Kühlprozess. Dabei senken Anlagen die Temperatur des Mediums von etwa 40 Grad Celsius oder mehr auf 20 oder sogar 4 Grad Celsius herab. Das führt dazu, dass das Gas weniger Feuchtigkeit mitführen kann und Wasser in Form kleiner Tröpfchen ausfällt. Ähnliches passiert auch an der Oberfläche einer kalten Flasche aus dem Kühlschrank: Das Gas (in diesem Fall die Umgebungsluft) kühlt sich an der Flasche ab und enthaltene Feuchtigkeit kondensiert deutlich sichtbar. Strömt das Gas aus dem Prozess heraus, ist es absolut betrachtet (Gramm Feuchtigkeit pro Gramm Biogas) so trocken, dass es sich problemlos weiter nutzen oder verarbeiten lässt.

Kaltwassersätze stellen das Kühlmedium zur Verfügung

Die Trocknung erfolgt an einem Kühlregister, welches dazu von kaltem Wasser durchflossen wird. Das sogenannte Kühlmedium bereitzustellen, ist die Aufgabe eines Kaltwassersatzes. Dieser nutzt einen technischen Prozess, um Wasser im Umlaufprinzip zu kühlen:

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Kühlwasser herunterkühlen:

Im ersten Schritt fließt das von der Anlage kommende und warme Kühlwasser durch einen Wärmeübertrager. Es gibt die mitgeführte Wärme an ein spezielles Kältemittel ab und kühlt dabei herunter. Das Kältemittel nimmt die thermische Energie auf und verdampft.

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Kältemittel verdichten:

Im nächsten Schritt strömt der Kältemitteldampf zu einem Verdichter, der mit dem Druck auch die Temperatur des Mediums anhebt. Das ist die Voraussetzung dafür, dass sich die Wärme im nächsten Schritt aus dem Prozess auskoppeln lässt.

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Wärme auskoppeln:

Vom Verdichter aufgeheizt strömt das noch immer gasförmige Kältemittel nun zu einem zweiten Wärmeübertrager. Dieser wird zeitgleich von Außenluft durchströmt, welche die Wärme des Kältemitteldampfes aufnimmt. Letzterer kühlt sich dabei ab.

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Kältemittel regenerieren:

Im letzten Schritt strömt das Kältemittel durch ein Entspannungsventil. Dieses setzt den Druck auf den Ausgangszustand herab, wodurch sich das Gas schlagartig entspannt. Es geht vollständig in den flüssigen Zustand und fließt mit einer niedrigen Temperatur zum ersten Wärmeübertrager. Hier nimmt das Medium Wärme vom Kühlwasser auf und der Kreislauf beginnt erneut.

Das Kühlwasser zirkuliert während dessen kontinuierlich zwischen Kühlregister und Kaltwassersatz umher. Es führt Wärme vom Gas ab, übergibt diese an das Kältemittel und über den Kaltwassersatz an die Umgebung.

Entschwefelung und Nacherwärmung von Biogas

Abhängig von der Gasqualität kann zusätzlich zur Biogastrocknung auch eine Entschwefelung und Nacherwärmung erforderlich sein. Beide Schritte erfolgen dabei beispielsweise in einem Aktivkohlefilter, der der Trocknungsanlage nachgeschaltet ist.

Kaltwassersatz von Vorteil für die Biogastrocknung

Erfolgt die Biogastrocknung mit einem Kaltwassersatz hat das zahlreiche Vorteile. Ein bedeutender ist die Möglichkeit der freien Kühlung. Dabei arbeitet die Technik ohne den Verdichter, um die Wärme des Kühlwassers an die Umgebungsluft abzuführen. Die Betriebsweise verbraucht weniger Energie. Sie ist deutlich günstiger und kommt immer dann infrage, wenn die Temperatur der Außenluft niedrig ist.

Mobiler Kaltwassersatz im Container

Die Biogastrocknung mit Kaltwassersatz lässt sich außerdem optimal regeln. Sie ermöglicht eine gleichbleibende Prozessqualität und ist zudem sicher. Denn Kaltwassersätze sind problemlos erweiter- oder austauschbar, um Störungen zu überbrücken oder die Leistung an unterschiedliche Produktionsmengen anzupassen.

Geräte sind kompakt, mobil und sofort einsetzbar

Viele Anlagen zur Biogastrocknung mit Kaltwassersatz sind komplett vormontiert. Sie bestehen aus Komponenten wie der Kühltechnik, dem Kühlkreislauf und dem Kondensatabscheider, die allesamt auf einem mobilen Rahmen oder in einem Container stehen. Um die Systeme in Betrieb zu nehmen, reicht es in der Regel aus, Strom- und Gasleitungen anzuschließen.

Hersteller bieten ein breites Leistungsspektrum an

Aus Kosten- und Effizienzgründen ist es wichtig, dass die Anlage zur Biogastrocknung genau zur Gasmenge passt. Hersteller bieten ihre Geräte dazu in unterschiedlichsten Leistungsbereichen an. Diese beginnen bei etwa 40 Kubikmeter Gas pro Stunde und reichen bis zu einer Leistung von über 6.000 Kubikmeter pro Stunde.

Häufig gestellte Fragen

Wie finde ich den passenden Trockner für eine Biogasanlage?

Entscheidend sind Parameter wie die Gasqualität, die Gastemperatur, der Gasdurchsatz und die benötigte Trockenleistung. Anbieter der Biogastrockner unterstützen ihre Kunden bei der Auslegung und dabei, eine effiziente und wirtschaftliche Anlage zu finden.

Wie hoch sind die Kosten der Biogastrocknung mit Kaltwassersatz?

Eine pauschale Antwort auf diese Frage ist leider nicht möglich. Denn Preise und Kosten richten sich vor allem nach der Größe und der Ausstattung der Geräte. Eine zuverlässige Aussage bekommen Interessenten dabei nur mit dem Angebot eines Herstellers.

Welche Vorteile hat die Biogastrocknung mit Kaltwassersatz?

Durch die Trocknung lässt sich die Effizienz von BHKWs steigern. Die Korrosionserscheinungen sinken und Betreiber zahlen geringere Verbrauchs-, Betriebs- sowie Wartungskosten. Kaltwassersätze versorgen die Kühlregister dabei immer mit der richtigen Kühlwassermenge. Sie ermöglichen die Abscheidung schädlicher Gasbestandteile und arbeiten sehr zuverlässig. Hinzu kommt die Tatsache, dass Biogastrockner mit Kaltwassersatz kompakt, mobil und schnell einsatzbereit sind.

Für welche Gasarten kann ich die Trocknungsanlagen nutzen?

Neben Biogas aus Biogasanlagen lassen sich die Anlagen auch nutzen, um Klär- und Deponiegase zu trocknen. Abhängig von der Gasqualität kann zusätzlich auch die Entschwefelung erforderlich sein.

Autor: Marc Bode

Marc Bode

Marc ist Geschäftsführer bei Deutsche Thermo. Er arbeitet seit 2009 in der Energiebranche und hat seine Ausbildung bei einem Anbieter für Flüssiggas gemacht. Seitdem war der Experte für Wärme- und Kältetechniken in vielen verschiedenen Funktionen tätig und hat 2020 Deutsche Thermo gestartet.