Sauerstoffgeneratoren für Biogasanlagen
Schwefelwasserstoff ist der eine Bestandteil Ihres Biogases, der die gesamte nachgeschaltete Technik angreift. Die biologische Entschwefelung holt den größten Teil davon schon in der Anlage heraus, und sie läuft mit einer kleinen, kontinuierlichen Sauerstoffdosis. OXYBERG® erzeugt diesen Sauerstoff an Ihrem eigenen Standort aus Druckluft, sodass der Schwefel das Gas verlässt, ohne dass an seiner Stelle Ballaststickstoff ins Gas gelangt.
Was Sauerstoff in einer Biogasanlage leistet
Rohbiogas verlässt den Fermenter mit Schwefelwasserstoff, und wie viel darin steckt, hängt vom Substrat ab und nicht von der Anlage. Schwefel- und eiweißreiche Einsatzstoffe wie Gülle, Schlempe oder Bioabfall erzeugen weit mehr als Energiepflanzen, und veröffentlichte Werte für landwirtschaftliche Anlagen reichen von einigen hundert bis zu mehreren tausend ppm.
Dieses Gas muss anschließend einen Motor betreiben. Schwefelwasserstoff verbrennt zu Schwefeldioxid und schlägt sich als Säure auf jeder kühlen Oberfläche im weiteren Gasweg nieder, arbeitet sich durch Gasleitungen, Wärmetauscher, Motoröl und schließlich den Motor selbst. Motorenhersteller geben einen H₂S-Grenzwert für das zugeführte Gas an, und oberhalb dieses Werts zahlen Sie mit kürzeren Ölwechselintervallen, schnellerem Verschleiß oder einem Gespräch über die Garantie. In Anlagen, die zu Biomethan aufbereiten, taucht derselbe Schwefel als Verbrauch an Adsorptionsmittel wieder auf: Was der Fermenter nicht entfernt, muss die Gasreinigung übernehmen.
Die biologische Entschwefelung entfernt den größten Teil davon, bevor es überhaupt so weit kommt. Eine kleine, geregelte Menge Sauerstoff gelangt in den Gasraum des Fermenters oder, häufiger, des Nachgärers. Schwefeloxidierende Bakterien leben dort ohnehin auf den feuchten Oberflächen, und sobald Sauerstoff verfügbar ist, oxidieren sie gelöstes Sulfid zu elementarem Schwefel, der sich absetzt und mit dem Gärrest ausgetragen wird. Es wird kein Reagenz gekauft und kein Medium entsorgt, und deshalb ist das auf den meisten Anlagen mit Entschwefelung die erste Stufe.
Der Sauerstoff selbst kommt aus einem PSA-Generator: Druckluft strömt durch ein Molekularsieb, das Stickstoff zurückhält und Sauerstoff durchlässt, wobei ein Behälter regeneriert, während der andere produziert. Die Seite PSA Sauerstoffgenerator behandelt das Verfahren selbst.
Luft oder Sauerstoff, und was der Stickstoff kostet
Die Bakterien brauchen Sauerstoff. Luft besteht nur zu etwa einem Fünftel aus Sauerstoff, und die übrigen vier Fünftel sind Stickstoff, den in der Anlage nichts verbraucht. Wer Luft zudosiert, schleppt diesen Stickstoff im Biogas bis zum Motor oder zur Aufbereitung mit.
Rechnen Sie das mit Ihren eigenen Zahlen durch. Ein Fermenter, der 500 Nm³/h Biogas erzeugt und dem fünf Prozent des Gasstroms als Luft zudosiert werden, nimmt 25 Nm³/h Luft auf, davon rund 20 Nm³/h Stickstoff. Knapp vier Prozent dessen, was die Anlage anschließend verlässt, sind ein Inertgas, das nie im Fermenter war, und der Methananteil sinkt etwa im gleichen Verhältnis.
Für eine Anlage, die ihr Gas vor Ort verstromt, ist das ein messbarer Verlust an Heizwert. Für eine Anlage, die zu Biomethan aufbereitet, ist es mehr als das, denn Stickstoff ist der Bestandteil, den die gängigen Aufbereitungsverfahren nicht entfernen: Membran- und Aminanlagen trennen Kohlendioxid ab, nicht Stickstoff. Die Einspeisebedingungen lassen ebenfalls wenig Spielraum: Europäische Grenzwerte für Sauerstoff im eingespeisten Biomethan liegen bei etwa einem Prozent, und wo ein Netz an einen Untergrundspeicher angeschlossen ist, deutlich darunter.
Sauerstoff mit 90 bis 95 Prozent bewirkt dieselbe Oxidation mit rund einem Fünftel des Gasvolumens, und der Rest sind wenige Prozent Argon und Stickstoff statt des Großteils des zugeführten Volumens. Das Inertgas, das Sie Ihrem eigenen Produkt zusetzen, sinkt von mehreren Prozentpunkten auf einen Bruchteil eines Prozents.
Wie viel Sauerstoff ein Fermenter braucht
Die Dosis folgt der Schwefelfracht und nicht der Größe der Anlage. Zwei Fermenter mit derselben elektrischen Leistung können weit auseinanderliegen, weil ihre Substrate unterschiedlich viel Schwefel mitbringen, und derselbe Fermenter verändert seinen Bedarf im Lauf des Jahres, wenn sich die Einsatzstoffmischung ändert. Als Größenordnung setzt die Fachliteratur den Bedarf bei etwa 0,5 bis 1,5 Prozent des Biogasstroms als reinen Sauerstoff an, was ungefähr 3 bis 6 Prozent entspricht, wenn Luft verwendet wird. Nehmen Sie das als Startbereich und gleichen Sie ihn mit Ihren eigenen H₂S-Werten ab.
Beide Richtungen haben ihren Preis. Bei zu wenig Sauerstoff bleibt das Sulfid im Gas. Bei zu viel läuft die Oxidation über den elementaren Schwefel hinaus bis zur Schwefelsäure, die den Beton im Gasraum angreift, während ungenutzter Sauerstoff in der Gasanalyse auftaucht, wo ihn eine Aufbereitungsanlage als Erste bemerkt. Deshalb wird die Dosis gegen einen gemessenen H₂S-Wert und einen Restsauerstoffwert geregelt und nicht einmalig bei der Inbetriebnahme eingestellt.
So legen Sie die Sauerstoffversorgung einer Biogasanlage aus
Bei der Schwefelfracht anfangen
Biogasstrom mal H₂S-Konzentration ergibt die Fracht, die die Bakterien abarbeiten müssen. Nehmen Sie beides aus Ihrem eigenen Gasanalysator über einen vollen Fütterungszyklus, einschließlich der schwefelreichsten Substratmischung, die Sie fahren, und nicht aus den Auslegungswerten im Inbetriebnahmeprotokoll.
Festlegen, was das Gas erfüllen muss
Ein Motorgrenzwert und eine Eingangsspezifikation für die Aufbereitung sind zwei verschiedene Ziele, und sie führen zu unterschiedlichen H₂S-Restwerten und unterschiedlichen Dosierungen. Entscheiden Sie, welches von beiden gilt, bevor etwas ausgelegt wird.
Die Fracht in einen Sauerstoffstrom umrechnen
Dosieren Sie als Anteil am Biogasstrom und legen Sie dann auf die Spitze aus, nicht auf den Jahresmittelwert. Ein Generator, der auf den Mittelwert ausgelegt ist, ist genau dann zu klein, wenn eine schwefelreiche Charge eingebracht wird.
Die Druckluft prüfen
Sauerstoffstrom mal Luftfaktor 11 ergibt den Bedarf, und zwar bei jeder Reinheit im Bereich. Die Qualität zählt ebenso wie die Menge: Ölschlupf und Restfeuchte verkürzen die Standzeit des Siebs, und OXYBERG® setzt Druckluft nach ISO 8573-1:2010 Klasse 1.4.1 bei 7 bar(g) voraus.
Auslegung für Ihre Anwendung?
Für den Anfang brauchen Sie noch keine vollständigen Messwerte. Sagen Sie uns Ihre Anlagengröße und wie Sie den Schwefel heute handhaben, und wir sagen Ihnen, ob ein Sauerstoffgenerator einen näheren Blick wert ist. Wenn Sie Ihre H₂S-Werte und die Gasspezifikation zur Hand haben, schicken Sie sie uns, und Sie bekommen einen Auslegungsvorschlag zurück.
Wo die biologische Entschwefelung endet und andere Verfahren anfangen
Die biologische Entschwefelung ist auf einer Anlage selten die einzige Schwefelstufe, und sie soll es auch nicht sein. In das Substrat dosierte Eisensalze binden Sulfid in der Flüssigphase, bevor es überhaupt ins Gas gelangt. Sie wirken, sie lassen sich einfach nachrüsten, und sie sind ein Verbrauchsmittel mit laufenden Kosten je Tonne Substrat und einer Eisenfracht, die im Gärrest landet. Aktivkohle steht am anderen Ende der Kette als Feinentschwefelung: sehr wirksam bis in niedrige ppm-Werte, mit einem Medium, das nach Plan gewechselt und entsorgt wird.
Externe biologische Anlagen wie Biotropfkörper und zweistufige Biowäscher fahren dieselbe Biologie außerhalb des Fermenters mit engerer Regelung, und eine zweistufige Bauweise hält die Prozessluft bei höheren Investitionskosten ganz aus dem Gas heraus.
Auf den meisten Anlagen ist die Kombination die praktische Antwort. Die biologische Entschwefelung im Fermenter nimmt den Großteil des Schwefels zu den niedrigsten laufenden Kosten, und eine Feinentschwefelung holt die letzten ppm, wo eine enge Spezifikation gilt. Die Sauerstoffversorgung wirkt auf die erste dieser Stufen, und die trägt zugleich den größten Teil der Fracht. Eine gut gefahrene erste Stufe verhindert, dass das Verbrauchsmaterial der zweiten zum größten Betriebskostenblock wird.
Warum den Sauerstoff vor Ort erzeugen
Kein Stickstoffballast in Ihrem Gas
Genau darum geht es beim Einsatz von Sauerstoff statt Luft. Dieselbe Oxidation läuft ab, ohne dass vier Fünftel des dosierten Volumens ein Inertgas sind, sodass Methangehalt, Heizwert und die Inertfracht Ihres Biomethans bleiben, wo sie waren.
Dauerbetrieb passt zur PSA
Die Entschwefelung läuft, wann immer der Fermenter läuft, und das sind die meisten Stunden im Jahr. Ein kleiner, gleichmäßiger, ununterbrochener Strom ist genau das Lastprofil, für das ein PSA-Generator gebaut ist, und zugleich das, zu dem ein Lieferplan am schlechtesten passt. Die meisten Biogasanlagen kaufen heute keinen Sauerstoff. Sie blasen Luft ein oder sie dosieren Eisensalze, der Vergleich ist also keine Gasrechnung: Es geht um den Inertstickstoff, den Sie in Ihrem Gas mitführen, und um das Verbrauchsmaterial, das Sie laufend nachkaufen. Was ein Generator auf Ihrer Anlage wert ist, hängt von Ihrer Schwefelfracht und Ihrem Strompreis ab, und es lohnt sich, diese Rechnung vor allem anderen gemeinsam aufzumachen.
Eine Dosis, die Sie jederzeit anpassen können
Das Substrat wechselt und der H₂S-Wert steigt mit. Mit einem eigenen Generator ändern Sie einen Sollwert und prüfen die Analyse, statt eine Liefermenge neu zu verhandeln und auf das nächste Lieferfenster zu warten.
Standard-Verschleißteile, offener Service
Filter und Verschleißteile sind Standardbauteile, die Sie auf dem freien Markt kaufen können, sodass der Service über die Lebensdauer der Maschine im Wettbewerb bleibt. Die Garantie läuft serienmäßig drei Jahre und mit Servicevertrag bis zu fünf Jahre.
OXYBERG® Sauerstoffgeneratoren für den Biogaseinsatz
OXYBERG umfasst insgesamt 18 Baugrößen, vollständig aufgeführt in der Übersicht der Sauerstoffgeneratoren. Die Auswahl unten deckt den Bereich ab, in dem die meisten Fermenter liegen, gezeigt bei 90 % Reinheit, weil die biologische Entschwefelung in diesem Bereich arbeitet.
| Modell | O₂ bei 90 % | Druckluft bei 90 % |
|---|---|---|
| OXYBERG® 500 | 2,1 Nm³/h | 23,1 Nm³/h |
| OXYBERG® 900 | 9,2 Nm³/h | 101,2 Nm³/h |
| OXYBERG® 1200 | 18,9 Nm³/h | 207,9 Nm³/h |
| OXYBERG® 1500 | 44,6 Nm³/h | 490,6 Nm³/h |
| OXYBERG® 1700 | 65,8 Nm³/h | 723,8 Nm³/h |
Welche Baugröße passt, folgt aus der Schwefelfracht und nicht aus der installierten elektrischen Leistung, und ein Pufferbehälter gehört auch dort in die Planung, wo der mittlere Bedarf komfortabel aussieht, denn eine frische Charge schwefelreichen Substrats wartet nicht auf den Generator.
Wo ein Standort keine geeignete Druckluft hat, wird der Generator als komplette Anlage geplant und nicht als einzelne Maschine: Kompressorstation, Druckluftaufbereitung, Puffer, Generator und Sauerstoffspeicher als eine Kette aus einer Hand innerhalb der BERG Group. Die Seite PSA Sauerstoffanlage behandelt diese Konfiguration. Anwendbare NITROBERG®- und OXYBERG®-Standardgeneratoren sind nach PED 2014/68/EU unter Anwendung der Module B und D konformitätsbewertet. Engineering und Fertigung sind Made in Germany.
FAQ: Sauerstoffgeneratoren für Biogasanlagen
Für die biologische Entschwefelung. Schwefeloxidierende Bakterien im Gasraum des Fermenters wandeln gelöstes Sulfid in elementaren Schwefel um, und dafür brauchen sie eine kleine, kontinuierliche Sauerstoffzufuhr. Der Schwefel setzt sich ab und wird mit dem Gärrest ausgetragen, was den Schwefelwasserstoff aus dem Gas hält, bevor es den Motor oder die Aufbereitung erreicht.
Biologisch und nicht chemisch. Sobald Sauerstoff verfügbar ist, oxidieren die ohnehin auf den feuchten Oberflächen vorhandenen Bakterien Sulfid zu elementarem Schwefel und bei mehr Sauerstoff weiter zu Sulfat. Es wird nichts eindosiert, das gekauft oder entsorgt werden muss, und genau das macht diese Stufe zur günstigsten Entschwefelung, die eine Biogasanlage hat. Wo die Reaktion stehen bleibt, entscheidet die Regelung der Dosis.
Wegen des Stickstoffs, der mit der Luft ankommt und den in der Anlage nichts verbraucht. Er bleibt im Biogas, senkt Methananteil und Heizwert und ist der Bestandteil, den die üblichen Aufbereitungsverfahren nicht abtrennen. Sauerstoff mit 90 bis 95 Prozent erreicht dieselbe Oxidation mit weit weniger zugeführtem Gas, sodass danach nur ein Bruchteil dessen zurückbleibt, was Luft hinterlässt.
Der Bedarf folgt der Schwefelfracht, also Biogasstrom mal H₂S-Konzentration, und nicht der elektrischen Leistung. Die Fachliteratur setzt ihn im Bereich von 0,5 bis 1,5 Prozent des Biogasstroms als reinen Sauerstoff an, und das ist ein Startbereich und kein Auslegungswert. Die Dosis wird anschließend im Betrieb gegen den gemessenen H₂S-Wert und den Restsauerstoff im Gas nachgeführt.
Das untere Ende des Bereichs reicht aus. Zwischen 90 % und 93 % liegt das Gas deutlich jenseits des Punktes, an dem die Sauerstoffverfügbarkeit die Bakterien begrenzt, und eine höhere Reinheit lässt sie nicht schneller arbeiten. Bei OXYBERG liegt der Luftfaktor bei jeder Reinheit bei 11, eine höhere Reinheit kostet Sie also keine Druckluft. Sie kostet Leistung: Dieselbe Maschine liefert bei 90 % zwischen 10 und 40 % mehr Sauerstoff als bei 95 %.
Bei diesen Dosen wird der Sauerstoff nahe der Eintrittsstelle verbraucht, und der Großteil des Fermenters bleibt anaerob. Veröffentlichte Versuche zum Einblasen kleiner Sauerstoffmengen berichten von unveränderten oder leicht verbesserten Methanerträgen. Zu vermeiden ist die Überdosierung, Deshalb wird die Dosis mit der Gasanalyse verriegelt, und deshalb gehört das Explosionsschutzkonzept in die Planung der Anlage und nicht in die Gasversorgung.
In der Regel verringert er, was sie leisten müssen, statt sie zu ersetzen. Die biologische Entschwefelung nimmt den Großteil des Schwefels zu den niedrigsten laufenden Kosten, und eine Feinentschwefelung übernimmt weiterhin die letzten ppm, wo eine enge Spezifikation gilt. Wo heute Eisensalze dosiert werden, macht eine gut geregelte biologische Stufe es möglich, dieses Verbrauchsmaterial zu reduzieren, und nicht umgekehrt.