Kompogas Samstagern (Prozessparameter)
BT14, 4. Semester
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Cartes-fiches
Welche Prozessparameter werden in den Fermentern der Kompogas Samstagern online gemessen?
Methan (%), Wasserstoff (ppm) und Schwefelwasserstoff (ppm), Sauerstoff und CO2
Was versteht man unter hydraulischer Verweilzeit (HRT) und wie hoch ist diesem im Fall der Kompogas in etwa?
Die Zeit welche die partikulären Stoffe im Fermenter verbringen. Diese liegt bei Kompogas bei ca. 10 Tagen. (die HRT wird in Tagen angegeben).
Weiter stellt die hydraulische Verweilzeit das Verhältnis zwischen Fermentervolumen zur täglich zugeführter Inputmasse dar. Je nach Temperatur und Verwertung des Grüngutes schwankt die Verweilzeit. Steigt der Trockensubstanzanteil nimmt sie entsprechend zu. Die Verweilzeit und Raumbelastung sollten aufeinander abgestimmt sein, um das Gaspotential optimal nutzen zu können.
Welche Prozessparameter werden in der Kompogas sporadisch gemessen und warum?
Trockenrückstand (T.S.) durch Wägung vor und nach der Trocknung. Gibt Aufschluss über Substratanteil und Massenströme in der Biogasanlage.
Organischer Trockenrückstand (O.T.S) durch Verbrennung. Ist ausschlaggebend für den Biogasertrag, da die organische Trockensubstanz im Fermenter von den Mikroorganismen abgebaut und in Biogas umgewandelt wird.
In der Kompogasanlage Samstagern stehen zwei Fermenter à 300 m3 Nutzvolumen. Diese werden anhand einer Hubkolbenpumpe sporadisch befüllt (Leistung: 200 L/ Hub) Wie lange dauert es bis beide Fermenter komplett befüllt sind, wenn die Pumpe 20 Hübe/ Minute macht? Welche Masse in Kg Trockengut Kann die Pumpe pro Hub fördern, wenn man von 30% T.S. und einer Dichte von 850 Kg/ m3 ausgeht?
2* 300m3= 600m3
20 Hübe/ min* 0.2m3= 4 m3/ min
600m3/ 4m3/ min= 150 min
200L* 0.30= 60L
60L* 0.85 Kg/L = 51 Kg
Die Axopo Kompogas AG in Samstagern verarbeite in einem Jahr 12000 t Frischsubstanz (FS). Die zwei parallel verwendeten Fermeter haben je ein Volumen von 300m3. Der Trockensubstanzgehalt betrage 40% der Frischsubstanz, während der organische Trockensubstanzgehalt 50% des Trockensubstanzgehaltes ausmacht. Für die Anlage ist es essentiell zu wissen wie die organische Raumbelastung pro Tag vorliegt. (Dichte Gärgut = 600kg/m3)
1) Was ist mit einer organischen Raumbelastung gemeint?
2) Wie kann die organische Raumbelastung bestimmt bzw. berechnet werden und wie hoch fällt die Raumbelastung pro Tag für die Anlage aus?
1) Die organische Raumbelastung beschreibt wie viel organische Substanz einem Prozess hinzugefügt werden kann ohne dass er zum Erliegen kommt(wie viel Kilogramm (oTS) dem Fermenter pro m3 Arbeitsvolumen pro Zeiteinheit(d) beigefügt werden kann). Leicht verwertbare Stoffe können in der Regel in grösseren Mengen beigefügt werden, wodurch höhere Raumbelastungen erreicht werden können.
2) B(R) = [m(0)*c(0)] /[2 V(F)*100]
(Zulauf) = m(0)*c = ((12'000'000kg/600kg/m3) *0.4)*0.5 = 4000m3
2V(F) = Volumen beider Fermenter = 2*300m3 =600m3
--> 4000m3/600m3 = 6.6 kg oTS /m3d
In der Kompogasanlage Samstagern werden Jährlich rund 12'000t Grüngut verarbeitet. Das verfügbare Gärvolumen beträgt 600 m3. Berechnen sie die hydraulische Verweilzeit unter Annahme einer Dichte des Gärgutes von 600 Kg/m3.
Lösung:
ρ= m/v
v= 12'000t*J^-1 0.6t/m3= 20'000 m3*J^-1
20'000 m3*J^-1/365d= 54.8 m^3/d
HRT = V/Qaus [d]
600m3/ 54.8 m3/d= 11d
(1) Berechnen sie aus folgenden Angaben die erzeugte Biogasmenge und den Methangehalt aus kommunalem Grüngut:
verarbeitete Menge Gärgut: 12'000t, wobei 95% kommunales Gärgut
TS: 40%
oTS: 50% der TS
Methangehalt: 60%
max. spez. Gasbildungsrate: 500 nm3/ t oTS
(2) Wie lange könnte man ein 3 Personenhaushalt, welcher durchschnittlch 5500 kwh im Jahr verbraucht mit Stromversorgen, wenn sich mit einem nm3 Methan 10 kwh erzeugen lässt und der Wirkungsgrad des Blockheizrkraftwerks 40% beträgt?
Lösung:
12'000t * 0.4* 0.5*0.95= 2280t
2280t* 500m3= 1.14*10^6 m3 Biogas
1.2*10^6* 0.6= 684'000m3 Methan
(2) 720'000m3* 0.4* 10kwh= 2'736'000/ 5500kwh= 497.4 Jahre
Was ist eine biologische Entschwefelung und wozu dient sie? Führt ein Entschwefelungsprozess zu einem negativen Nebeneffekt?
Wieso entschwefeln?
Schwefelwasserstoff ist im Biogas als toxische Substanz enthalten. In Anwesenheit von O2 und H2O können bei Verbrennung H2SO3 und H2SO4 gebildet werden.
Folgen: verstärket Korrosion an mechanischen Teilen der Anlage, Mikroorganismen können absterben. Ausserdem hat H2S hatliges Biogas SOx-Emissionen zur Folge (dieses ist gesetzlich limitiert). Deshalb sollte H2S aus dem Biogas entfernt werden.
biologische Entschwefelung
Zur biologischen Entschwefelung wird Thiobacillus eingesetzt (im Gasraum). Dabei wird O2 aktiv dazugegeben. Als Effekt oxidieren die Bakterien H2S zu elementarem Schwefel und Sulfat.
Ein Nachteil einer Entschwefelung ist, das vermehrt Stickstoff und Sauerstoff im Biogas zu finden sind. Dadurch wird der angestrebte Methangehalt nicht mehr ganz erreicht.
Berechne die jährliche sowie monatliche Biogasproduktion (nur Methan berücksichtigen). Zusätzlich soll ermittelt werden wie viel Strom damit monatlich und jährlich mit einem Blockheizkraftwerk generiert werden kann. (Ist das Resultat aussagekräftig?)
Gegeben:
11400 t kommunales Grüngut, TR= 40% ; oTS = 50%, Kohlenstoff= 44% (Annahme, dass vollständig nutzbar), Methangasanteil am Biogas sei 60%, 12g Kohlenstoff entsprechen 22.4L
Wirkungsgrad des Blockheizkraftwerkes ist 40%, 1m^3 = 10kWh
Methangasproduktion
11400 t * 0.4=4560 t (=TR)
4560 kg * 0.5 = 2280 t (oTS)
von oTS (verbrennbar) 44 % Kohlenstoff --> 0.44 * 2280= 1003.2 t
(1003.2 t *10^6)/12g =83.6*10^6 g
83.6*10^6 g * 24 L = 2.0064*10^9 L --->2.0064*10^6 m^3 (Biogas)
Methangas = 2.0064*10^6 m^3 *0.6 =1203840 m^3
Stromproduktion
1203840 m^3 * 0.4 = 481536m^3
481536m^3 *10 kWh =4815360 kWh
(Das Resultat ist nur bedingt aussagekräftig, weil der Ligningehalt sowie die Biomassebildung vernachlässigt wurden)
Bei der Axpo Kompogas AG fallen 95% der Frischsubstanz (12000 t) unter kommunales Grüngut. Dieses Grüngut besitzt einen Methangehalt von 60%. Der Trockensubstanzgehalt der Frischsubstanz betrage 40% davon und der typische organische Trockensubstanzgehalt sei bei 50% bezogen auf den Trockensubstanzgehalt.
Für die Ermittlung der jährlichen bzw. monatlichen Biogas-und Stromproduktion sind zusätzlich folgende Daten gegeben:
Gasbildungsrate: 500 Nm^3/ t (org.TS), wobei Nm^3 = Normvolumen
1 Nm^3 = 10 kWh, Wirkungsgrad eines Blockheizkraftwerkes = 40%
Biogasproduktion
kommunales Grüngut (kG) = FS*0.95=12000 t *0.95= 11400 t
org.TS= kG*0.4*0.5 =11400 t*0.4*0.5=2280 t org.TS --> Methan = org.TS *0.6= 2280 t * 0.6 =1368 t Methangehalt
Methangas = 500 Nm^3*1368 t=684000 Nm^3 (pro Jahr) ---> 57000 Nm^3 pro Monat
Stromproduktion
10 kWh/Nm^3 * 684000 Nm^3 = 6.84*10^6 kWh
Wirkungsgrad 40% --> 6.84*10^6 kWh*0.4=^2.736*10^6 kWh (2.736 GWh pro Jahr) ----> 228000 kWh (pro Monat)
