Biogázt a földgázhálózatba

2006/6. lapszám | Dr. Barcsik József |  4177 |

Figylem! Ez a cikk 20 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

A földgázellátás biztonságában némileg megrendült végfelhasználói hit és hazánk megújulókban való gazdagsága különös aktualitást ad cikkünknek, amelyben a biogáz földgázhálózatba való betáplálásának egyik mintaprojektjéről írunk.

Az első osztrák biogáz-feldolgozó és -betároló berendezés Puckingben
2006. február 22–23-án Linzben (Ausztria) rendezte meg az ARGE Kompost és Biogas Österreich a „biogas 06” elnevezésű szakkonferenciáját. A konferencián több mint 250 szakember – tervező, kivitelező és üzemeltető – vett részt.

A konferencia első napján osztrák, német és svájci szakértők tartottak előadásokat a biogázról, mint a modern és fenntarthatóságot elősegítő energiahordozóról, a biogáz hasznosításának újabb lehetőségéről, amelynek során a biogázt speciálisan előkészítve alkalmassá teszik arra, hogy a földgázhálózatba betáplálható legyen. Ezáltal „beláthatatlan” gazdasági lehetőségek nyílnak meg a biogáz-hasznosítás területén. Több előadás foglalkozott a biogáznak üzemanyagként történő felhasználásnak a lehetőségével, és konkrét alkalmazásával is. A szakmai konferencia teljes programja a biogáz pozitív „imázsát” tovább növelte.

A konferencia második napján szakmai kirándulásokra került sor. Ezek közül feltűnő érdeklődést váltott ki a – Linztől nem messze fekvő – Pucking település mellett található első osztrák biogáz-előkészítő és -betároló berendezés. Ennél a demonstrációs szerkezetnél 6 m³/h földgáz minőségű biometánt táplálnak be a földgázhálózatba, ami évente eléri a 38 000 m³ mennyiséget. Ennek energiatartalma mintegy 400 000 kWh-ának felel meg.
A biogáz hasznosítása az elmúlt időszakig elsősorban az előállítás helyén, helyben történő felhasználásra terjedt ki, mint például

• gázmotorban üzemanyagként történő felhasználás, a keletkező hulladékhő energetikai hasznosítása, generátorral villamos energia termelése,
• kazánokra épített gázégőkben történő elégetése, hőtermelés – melegvíz-, forróvíz- vagy gőztermelés – érdekében.

Az említett esetekben a biogáztelep mellett került kialakításra a hasznosítás technikai megoldása, mert ügyeltek arra, hogy a gazdaságosság érdekében a biogáz minél kisebb ráfordítással kerüljön előállításra.

A biogáz hasznosításának egy új alternatívát kínál a termelt gáz további feldolgozása, minőségének javítása, majd betáplálása a földgázhálózatba. Ezzel a lehetőséggel a biogáz termelése és az értékesítési állapota összekapcsolásra kerül. A nemesített, földgáz minőségűre javított biogáz értékesítése biztosítható lesz. További lehetőséget kínál a biogáznak, mint biohajtóanyagnak a közlekedési ágazatban – motorokban – történő hasznosítása.

Pucking-ban (Ober Österreich) valósították meg Ausztria első demonstrációs berendezését a biogáz feldolgozására és a földgázhálózatba történő betárolására. A településtől szilárd burkolatú út vezet a Linsbod család gazdaságához, ahol egy hígtrágya-alapú, biogázt előállító berendezést már üzemeltettek.

A pilot-projekt célja volt, hogy a telepen előállított CH₄=57,3 tf%; CO₂=54,8 tf%; O₂=0,1 tf%; H₂S=9 ppm összetételű nyers biogázt kezeljék, és földgázminőségű biometán kerüljön ki a folyamatból, melyet végül betáplálnak a földgázhálózatba. Az előkészített 10 m³/h teljesítményű biometán megfelel az ÖVGW irányelv előírásainak (ÖVGW G31), amely a vezetékes földgáz paramétereit tartalmazza, és ezért a földgázhálózatba már betáplálható lesz.

A projekt támogatói, finanszírozói részleteiben a következők szerint fogalmazták meg a demonstrációs projekttel szembeni elvárásokat:

• A biogáz tisztítása és feldolgozási lehetőségeinek a kifejlesztése a törvény által megkövetelt szabványminőségnek megfelelően.
• A nyers biogáz különböző feldolgozási technikáinak a kidolgozása.
• A földgázhálózatba történő betáplálás esetleges negatív következményeinek az elkerülése.
• A betáplálás lehetséges következményeinek hatása a fogyasztói berendezésekre, és az esetleges káros hatások elkerülése.
• A kivitelezési és az üzemeltetési tapasztalatok választ adnak a jövő energiaellátásának egyik lehetőségéről.

A projekt partnerei az Ober Österreich Ferngas (Linz) és az Ober Österreich Landwirtschaftskammer (Mezőgazdasági Kamara) für Oberösterreich (Linz), akik a projektüzemeltetővel (Erdgas Oberösterreich GmbH Co KG) döntöttek a demonstrációs rendszer megvalósításáról, 2004-ben. A kivitelezést még az év novemberében megkezdték. A berendezések beépítésére 2005 májusában került sor, és a következő hónapban, júniusban az üzembe helyezés is megtörtént.

A nyers biogáznak feldolgozása során a földgázra vonatkozó ÖVGW G31 előírás feltételeinek kell megfelelnie azért, hogy a földgázhálózatba betáplálható legyen. Ennek érdekében a feldolgozás lépései a következők szerint foglalhatók össze:

• kéntelenítés,
• komprimálás,
• egyes alkotóelemek eltávolítása,
• szárítás,
• szén-dioxid leválasztása,
• minőségellenőrzés,
• szagosítás,
• betáplálás a földgázhálózatba.

A nyers biogáz jellemző értékei a következők:

• nyomása 1,0-1,05 bar (abszolút),
• hőmérséklete 10-30 °C,
• összetétele: CH₄: 55-65%, CO₂: 30-40%, H₂S: 300 mg/Nm³,H₂O: 2-3%.

A biogázt komprimálják, ami villamosenergia-felhasználással jár. A kompresszor üzemeltetéséhez hűtőfolyadékot, hűtőlevegőt használnak fel. A sűrítés folyamata során a biogáz nyomása és a hőmérséklete megnövekszik: a nyomás 4-ről 10 bar-ra (üzemi), a hőmérséklet 60-ról 90 °C-ra. A folyamat során a biogáz kénhidrogén-tartalma H₂S < 5 mg/ Nm³-re csökken, a hőmérsékletében (60-90 °C) nem történik változás. A technológia alatt a biogázt hűtik és szárítják, melynek során a vízgőz kondenzálódik. A folyamat után a biogáz paraméterei a következők szerint változnak:

• hőmérséklete: 10-30 °C,
• vízgőztartalma: < 0,15%, (kb. 0,2 g/Nm³).

A beavatkozás áram-, hűtővíz-, illetve hűtőlevegő-felhasználással jár.

CH₄-kinyerés

A biogáz metánban történő dúsítása érdekében a CO₂ gázt kivonják, melynek során a technológia elektromos energiát, hűtővizet, illetve hűtőlevegőt igényel. A kinyert biometán földgázminőségnek megfelelő paraméterekkel rendelkezik, és a gázhálózati nyomásra komprimálva alkalmas a földgázvezetékbe történő betáplálásra.

A kinyert biometán néhány paramétere:

• CH₄ > 97%,
• hőmérséklete: 10-30 °C,
• nyomása: 3-9 bar (üzemi),
• vízgőztartalom: < 100 mg/Nm³.

A gazdasági épületek mögött üzemeltett biogáztelep mellé telepített demonstrációs projektet egy konténerben helyezték el. Ebbe szerelték be a biogáz nemesítéséhez szükséges összes egységet, mellyel a biogázból biometánt készítenek, és megfelelő nyomásra komprimálva alkalmassá teszik arra, hogy a közelben lévő középnyomású földgázvezetékbe betáplálják. Tekintsük át részleteiben a demonstrációs projekt technológiai elemeinek részleteit:

Kéntelenítés

A biogáznál első lépésben a kéntelenítést végzik el, mert ezáltal később a szén-dioxid-eltávolítás hatékonysága javul. Az itt felhasznált kéntelenítő egy biotechnológiai folyamatra vezethető vissza, az a mikroorganizmusoknál (thiobacilus) a kénhidrogént oxigén jelenlétében szulfáttá oxidálja. A biogáz nitrogéntartalmának szinten tartása érdekében Puckingban ún. kéttartályos rendszert alakítottak ki. Itt közvetlenül nem adják hozzá a levegőt – nitrogént – a biogázhoz. A biogázt egy töltőtestekkel feltöltött előtartályon, kolonán keresztül (biocsepptestek) vezetik át, melynek az aljába NaOH-t és friss tápanyagot töltenek. Ezt a töltetet szivattyú juttatja a levegő (oxigén) fogadására és a felesleges levegő eltávolítására kiképzett oszlopos tartály felső részébe. Ennek a tartálynak az aljából szivattyú szállítja a folyadékot a biocsepptestekkel töltött kolonába. A baktérium biofilmet képez ezeken a töltőtesteken, és kénteleníti a betáplált, átvezetett biogázt. A torony alján lévő tápközegben a baktérium „oldódik”, a levegő fogadásra kialakított toronyban oxigénnel feldúsul. A felhasznált oldott tápanyagot időközönként eltávolítják. A levegőt a toronyba fúvókán keresztül fújják be, és ezáltal biztosítják az oxigénnel történő dúsítást. A levegőben lévő oxigén a folyadékban oldásban marad, és eljut a biocsepptestekhez. A levegőben lévő nitrogén eltávozik az oszlopos tartályból. Ezért a kéntelenítő toronyban (biocsepptestek) nincs levegő (nitrogén), és ezért nem dúsul fel a biogáz a folyamatban a levegő nitrogénjével. Az ÖVGW-előírás nagyon alacsony határértéket, 5 tf. %-ot ír elő nitrogén számára a földgázvezetékben. Ennek az eljárásnak a hatékonyságát jónak minősítik. A kezelt biogáz max. kénhidrogén-tartalma 200 ppm-et érhet el. A kénnel feldúsult oldott tápanyagot a kéntelenítő toronyból folyamatosan eltávolítják, és trágyaként kerül hasznosításra.

Nyomásemelés, kondenzátum-leválasztás, szűrés aktív szén közeggel és vízgőzleválasztás. A kéntelenítés után a biocsepptest közeg következtében a kondenzátum-leválasztás megtörténik, majd a biogázt dugattyús kompresszorral sűrítik kb. 8 bar (abszolút 9 bar) nyomásra. A komprimálás által a kb. 70 °C-ra melegedett biogázt lehűtik, és végül egy aktívszénszűrőn vezetik át. Ez segíti a további kéntelenítést és a parciális leválasztást. A kénhidrogén a belső felső felületen az oxigénnel reakcióba lép, és elemi kén és víz keletkezik. A kén és egyéb részek az aktív szén felületén maradnak, és ezért azt meghatározott intervallumban cserélik, frissítik. A kezelt biogáz még mindig tartalmaz vízgőzt, ezért a környezeti hőmérsékletre lehűtik, és így a gázból kiválik a kondenzátum. A biogáz kiegészítő szárítását az adszorberben lévő feltöltött szárítóközeg biztosítja.

Szén-dioxid-leválasztás nyomásváltó adszorpció segítségével

A biogáz metándúsítását a szén-dioxid-leválasztás által lehet elérni ún. nyomásváltó adszorpció segítségével. A leválasztás alapja egy szénanyagú molekulaszűrő, mely adszorpció során a szén-dioxidot előnyben részesíti a metánhoz képest.
Az adszorpció során CO₂ elválasztása mellett párhuzamosan további „zavaró” alkotórészek is eltávolításra kerülnek, amelyek még benne maradtak, mint pl. a H₂S, az ammónia. A harmatpont -50-től -60 °C-ig terjed, a gáz ezért nem igényel már további szárítást. Az adszorpciós folyamatban a szénanyagú molekulaszűrő „kimerül”, de regeneratív folyamatban felfrissíthető. Az első lépcsőben történik a CO₂ adszorpciója nagy nyomáson: a biogáz ekkor átáramlik a szénanyagú molekulaszitán, és a magas parciális nyomáson a szén-dioxid a szénanyagú molekulaszita belső felületein adszorbeálódik. A metán akadálytalanul keresztüláramlik a molekulaszűrőn. Az adszorpció után a kilépő, feldolgozott biogáz metántartalma már nagy lesz.

A második lépcsőben játszódik le a deszorpció (az adszorpció fordítottja), melynek során az alacsony nyomáson a szénanyagú molekulaszita regenerálódik. Ennek során csökkentik a tartály nyomását egészen a vákuum határig. Emiatt az adszorbeált molekula (CO₂) „leválik” a szénanyagú molekulaszűrőről. A deszorpció során a szénanyagú molekulaszita teljesen regenerálódik, és ismét alkalmas lesz biogáz fogadására, a szén-dioxid leválasztására.

A konténerben szerelt nyomásváltó (nagy- és kisnyomás) adszorpciós berendezés négy adszorpciós tartályból áll, melyek közül az egyik pár tartalékszerepet tölt be. Mindegyik tartályt egyébként feltöltötték szénanyagú molekulaszitával. Minden tartály felváltva vesz részt az adszorpciós és deszorpciós folyamatban. A készülékek párhuzamosan üzemelnek, ezt automatika biztosítja.

Minőségbiztosítás, szagosítás és betáplálás a földgázhálózatba

Az üzemeltetők az ÖVGW G 31 előírásának megfelelően ellenőrzik a földgázminőségre előkészített biogázt. A konténerben lévő kompresszor a biometánt a földgázhálózat nyomására sűríti, majd szagosítják és betáplálják a közel kilométerre „futó” hálózatba.

A kísérleti üzemelte tés várható hatásai

A 2005 júniusától üzemelő demo-berendezés vonatkozásában a projektben résztvevők kedvező üzemeltetési eredményekről számoltak be. A megvalósult projekt létesítésétől azt várják, hogy tapasztalatokat szerezzenek a biogáz földgázminőségre történő előkészítéséről és a földgázhálózatba történő betárolásának technikai lehetőségéről.
Kétségtelen, hogy az üzemelő projekt egy újabb fontos impulzust adhat és adott az osztrák és az európai energiapolitika számára, bizonyítva a biogáz egy újabb alkalmazásának lehetőségét az előállítók és hasznosítók széles köre számára.

---