Biomethaan dat schoon gas levert aan het net met behulp van een Atlas Copco-zuurstofgenerator
Een zuurstofgenerator van Atlas Copco helpt Nat-Ur-Gas Solschen bij de productie van schoon methaan in hun biogasinstallatie in Duitsland. Ontzwaveling van biogas met gebruik van zuurstof resulteert in een duurzame energiebron voor het net. Een bijkomend voordeel is de verlaging van de bedrijfskosten door een verbeterde energie-efficiëntie – tot wel 50%.
Het gebruik van een compressor met variabel toerental van Atlas Copco maakt ook een nauwkeurige regeling van het zuurstofgehalte onder de onderste explosiegrens mogelijk, waardoor de veiligheid van de installatie wordt gewaarborgd.
De perslucht van de compressor bereikt een opslagtank bij een druk van 10 bar via een actieve-koolfilter, een olieafscheider en een vuilvanger (links in de afbeelding). De zuurstofgenerator wordt gevoed vanuit deze tank.
Heinrich Schaper en Michael Klawitter van Nat-Ur-Gas Solschen GmbH & Co. KG gaf in 2016 Bioconstruct GmbH, gevestigd in Melle, opdracht om hun biogasinstallatie te ontwerpen en te bouwen. De installatie produceert momenteel 1500 m3 biogas per uur met een gemiddeld methaangehalte van 53%. Dit biogas wordt in een zuiveringsinstallatie via membranen continu geconcentreerd tot een methaangehalte van 94%. "Elk uur voeren we 700 kubieke meter biomethaan in het gastoevoersysteem," zegt Klawitter. Het biogas wordt verkocht aan de energieleverancier BayWa in München via een langlopende koopovereenkomst.
Het hart van het Bioconstrut biogasproces wordt gevormd door de vergisters, waar bacteriën zich voeden met organisch materiaal om biogas te produceren. Hun twee vergisters hebben elk uur 3,5 ton verse biomassa of substraat nodig. Duurzaamheid is een belangrijk kenmerk van het bedrijfsmodel, aangezien substraat wordt verkregen van lokale boeren en fermentatieresidu wordt teruggeleverd als kunstmest.
Het grootste probleem bij de productie van biogas is het bijproduct waterstofsulfide.Ten zorgt het ervoor dat de filters in de behandelingsinstallatie aan elkaar plakken. Ten tweede wordt het tijdens de verbranding van het biogas omgezet in zwaveldioxide en veroorzaakt het corrosie in fittingen en motoren. We moeten dus proberen zoveel mogelijk waterstofsulfide uit het gas te verwijderen."
De biologische ontzwavelingsmethode
De biogasinstallatie in Solschen, Nedersaksen, produceert biogas met een gemiddeld methaangehalte van 53%.
Het in Solschen gevestigde bedrijf koos voor de biologische ontzwavelingsmethode. In dit proces wordt waterstofsulfide door speciale bacteriën in de vergister omgezet in elementaire zwavel en water door toevoeging van lucht of zuurstof. De zwavel blijft in het fermentatieresidu en verhoogt de waarde ervan voor kunstmest, terwijl het gezuiverde gas door verdere verwerkingsfasen kan stromen.
"De beslissing om te kiezen voor ontzwaveling met zuurstof," was weloverwogen legt Klawitter uit. "In tegenstelling tot ontzwaveling met omgevingslucht, kunnen we onze O2-generator nauwkeurig regelen. Dit geeft ons volledige controle over een aantal factoren, zoals explosiebeveiliging. We weten dat we een O2-gehalte van 94 procent hebben en kunnen de toevoeging van zuurstof zodanig doseren dat we altijd absoluut onder de onderste explosiegrens van 2,3 procent blijven." De zuurstof wordt van bovenaf in de vergisters geblazen. Samen met het biogas wordt het verdeeld onder de koepels van de opslaggebieden voor hemisferisch fermentatieresidu.
Atlas Copco's handelspartner D & N Drucklufttechnik GmbH & Co. KG, ook gebaseerd in Melle, heeft het zuurstoftoevoersysteem gepland en geïmplementeerd. Het bestaat uit een oliegeïnjecteerde, toerentalgeregelde GA 11 VSD+-schroefcompressor, een OGP 8-type O2-generator, een opslagtank voor perslucht en zuurstof, en de benodigde filterfasen voor perslucht- en O2-verwerking. Perslucht stroomt door een actieve-koolfilter, een olieafscheider en een vuilvanger naar een opslagtank met een druk van 10 bar. Daarvandaan wordt de O2-generator gevoed, waardoor de lucht verrijkt tot een zuurstofgehalte van 94%. De zuurstof bereikt uiteindelijk de vergisters via nog een buffertank en twee elektronische debietmeters.
"We blazen momenteel gemiddeld negen kubieke meter zuurstof per uur in de vergisters," zegt Klawitter. Het directe debiet schommelt tussen 6 en 11 m3, afhankelijk van de hoeveelheid geproduceerd biogas, zodat het zuurstofgehalte nooit hoger is dan de onderste explosiegrens. De persluchttoevoer moet daarom flexibel zijn – een reden waarom de toerentalgeregelde machine van Atlas Copco is gekozen.
Het tweede grote voordeel van toerentalregeling is een een laag energiegebruik, wat de bedrijfskosten verlaagt. De GA-VSD+-compressoren van Atlas Copco zijn uitgerust met de nieuwste generatie toerentalregelingen en zijn voorzien van bijzonder energiezuinige permanentmagneetmotoren. Het systeem bespaart 50% op energiekosten in vergelijking met een vollast/nullastregelsysteem.
Ontzwaveling van biogas beschermt ook actieve-koolfilters upstream van de behandelingsinstallatie. Zonder ontzwaveling zou het zwavelgehalte van het ruwe gas de levensduur van de filters drastisch verlagen, waardoor de bedrijfskosten stijgen. Een bijkomend voordeel is dat de 0,4 tot 0,5 % zuurstof in de gasstroom daadwerkelijk bijdraagt aan de prestaties van de actieve-kool, waardoor deze volledig effectief blijft. De zuurstoftoevoer naar de Solschen-installatie is zo belangrijk dat Nat-Ur-Gas Solschen al bezig is met het implementeren van een redundante oplossing.
Michael Klawitter benadrukt op positieve wijze ook de service van Atlas Copco.
Onderhoudsmonteurs hebben de generator weer snel en efficiënt in bedrijf gesteld na een zelf-toegebrachte storing. Ze hebben ook zonder verzoek volledige instructies geleverd in de systeemtechniek tijdens de onderhoudscyclus.