Project Description

Fallstudie

Dänische Biogasanlage bereitet sich auf dynamische FeCl2-Dosierung

Der Betreiber einer dänischen Biogasanlage bereitet sich auf die dynamische FeCl2-Dosierung vor, um den 3-stufigen Entschwefelungsprozess der Anlage kostenoptimiert zu gestalten. Durch die Messung im feuchten und unbehandelten Biogas direkt nach einem anaeroben Fermenter liefert ein SulfiLoggerTM H2S-Sensor kontinuierlich H2S-Daten. So kann der Betreiber im nächsten Schritt die Dosierrate von FeCl2 an die tatsächlichen H2S-Werte anpassen.

Hintergrund
Ein dänischer Biogasanlagenbetreiber mit einer Jahresproduktion von mehr als 5 Mio. m³ Biomethan möchte seine Betriebskosten für die Entschwefelung optimieren.

Das Haupteinsatzmaterial der Anlage ist Hühnermist, Heu und Feldfrüchte von umliegenden Betrieben, und der Schlamm wird als Dünger für die Felder verwendet. Obwohl erst ein paar Jahre alt, ist die Anlage bereits sehr erfolgreich und wird daher gerade aufgerüstet, um die Produktionskapazität noch weiter zu erhöhen.

Entschwefelungsanlage
Das Biogas wird über einen 3-stufigen Entschwefelungsprozess gereinigt. In der ersten Stufe dosiert der Betreiber FeCl2 direkt in jeden der fünf anaeroben Fermenter der Anlage. Anschließend gelangt das Gas in Aktivkohlefilter zur weiteren Gasentschwefelung, bevor eine Membrananlage das Gas zu Biomethan für das Erdgasnetz aufbereitet. Der Betreiber überwacht derzeit den H2S-Gehalt im Prozessgas mit einem herkömmlichen Multigasanalysator, der kurz vor den Aktivkohlefiltern installiert ist. Der Multigasanalysator liefert Punktmessungen des konditionierten Gases in festen Intervallen.

Zweck
Obwohl die Entschwefelung ein kritischer Teil des Biogasbetriebs ist, ist sie ein oft übersehener Optimierungsparameter, da es schwierig ist, genaue und zuverlässige H2S-Messungen bei der Biogasaufbereitung zu erhalten.

Bei diesem Projekt möchte der Betreiber die FeCl2-Injektionsrate dynamisch anpassen, um seine Chemikalienkosten zu optimieren und gleichzeitig die optimale Lebensdauer der teuren Aktivkohlefilter zu erhalten und das empfindliche Membransystem vor Korrosion durch Schwefelwasserstoffspitzen zu schützen.

Lösung
Ein SulfiLoggerTM H2S-Sensor wurde im Freien in einem Nebenstrom direkt nach einem der fünf anaeroben Fermenter installiert. Der Sensor misst direkt im nassen und unkonditionierten Biogas mit Temperatur- und Druckwerten, die weit innerhalb der Spezifikationen des Sensors liegen. Der ATEX-zertifizierte SulfiLoggerTM-Sensor lieferte kontinuierliche, online H2S-Daten über eine Cloud-Lösung. Der Sensor hätte auch in das bestehende SPS/SCADA-System des Unternehmens integriert werden können, indem der 4-20-mA-Ausgang des Sensors verwendet worden wäre.

Ergebnisse
Der SulfiLoggerTM H2S-Sensor verschaffte dem Anlagenbetreiber einen vollständigen Überblick über das Vorhandensein von Schwefelwasserstoff in Echtzeit nach dem Kocher. Ungeachtet der Schwankungen waren die H2S-Werte im Gas, das aus dem Fermenter kam, im Allgemeinen recht niedrig, was darauf hindeutet, dass der Betreiber über lange Zeiträume zu große Mengen FeCl2 dosiert.

Perspektiven
Probenbasierte H2S-Analysatoren bieten keinen idealen Input für eine dynamische Chemikaliendosierung im Biogas, da sie eher eine statische Momentaufnahme als einen vollständigen Überblick über die Zeit liefern. Wenn man sich bei der Anpassung der Chemikalieneinspritzraten ausschließlich auf probenbasierte Messungen verlässt, riskieren Biogasbetreiber, entweder zu hohe Mengen zu dosieren, um Spitzenbelastungen von H2S zu bewältigen, oder zu geringe Mengen, die die Lebensdauer der Anlagen minimieren. Mit dem neuartigen SulfiLoggerTM H2S-Sensor können Biogasbetreiber die H2S-Minderungsmaßnahmen optimieren, um die Betriebskosten zu senken und das Anlagenmanagement zu verbessern.

Bleiben Sie dran für weitere Updates in der nächsten Phase des Projekts, wenn der Betreiber beginnt, die Injektionsrate an die tatsächlichen H2S-Werte anzupassen.

Ein Überblick über den 3-stufigen Entschwefelungsprozess der Anlage und die Position des Sensors im Aufbau

Der Sensor wird in einem Seitenstrom direkt nach einem der anaeroben Fermenter installiert

H2S-Messwerte des SulfiLoggerTM H2S-Sensors, der direkt nach einem anaeroben Fermenter misst. Die obere Grafik zeigt den kompletten 5-Tage-Datensatz, während die untere Grafik einen Zeitraum von 2½ Stunden am Ende des zweiten Tages hervorhebt (rot markiert).
Beide Diagramme zeigen häufige prozessbedingte Schwankungen des H2S-Gehalts im Gas, das aus dem Fermenter kommt. Die im unteren Diagramm gezeigten halbstündlichen Schwankungen werden durch das Ein- und Ausschalten des Mischers in diesem Rhythmus verursacht.