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Nachwachsende Rohstoffe aus der Landwirtschaft, tierische Exkremente, Reststoffe aus der Lebensmittel- und Agrar-Industrie dienen einer Biogas-Anlage als Ausgangsstoffe. Da sich die Ausgangsstoffe sehr gut an die jeweiligen Prozessbedingungen anpassen können, lassen sich nahezu alle organischen Substanzen wie Maissilage, Hühnerkot, Bioabfall, Gülle durch Vergären abbauen. Bild 1 zeigt eine Biogasanlage der EnviTec Biogas AG, einem Hersteller, der die gesamte Wertschöpfungskette zur Erzeugung von Biogas abdeckt: Dazu gehören die Planung und der schlüsselfertige Bau von Biogasanlagen und Biogasaufbereitungsanlagen ebenso wie deren Inbetriebnahme im In und Ausland.

Beim Vergärungsprozess wird Biogas freigesetzt und das Gas gesammelt.

Es handelt sich bei Biogas um ein brennbares Gasgemisch. Es besteht zu mehr als 50 % aus dem farb- und geruchlosen Methan (CH4), aus Kohlenstoffdioxid (CO2), Stickstoff (N2), Sauerstoff (O2) und Wasser (H2O) sowie Begleitgasen wie z.B. Schwefelwasserstoff (H2S).

Teilweise wird das Biogas direkt thermisch in Blockheizkraftwerken zum Generieren von Strom und Wärme verwertet, ein Modell, das häufiger in landwirtschaftlichen Betrieben mit Eigenbedarf zu finden ist.

Bei Großanlagen liegt jedoch eine andere Zielsetzung vor: Man möchte speziell das Methan auch ins Erdgasnetz als Ergänzung oder Ersatz des fossilen Brennstoffes einspeisen.

Ebenso ist ein Einsatz als komprimiertes „Erd-“ Gas (CNG) bzw. Flüssig- „Erd-“ Gas (LNG) machbar.

Für diese Verwendungen ist es erforderlich, das ursprüngliche Biogas aufzubereiten, um gezielt den Methananteil in möglichst reiner Form zu erhalten. Verfahrenstechnisch nutzt man dazu Hohlfasermembranen (Bild 2).

Wie trennt man effektiv das Methan vom Rohgasgemisch?

Technisch wird das zum Beispiel durch SEPURAN® Green Module des Herstellers Evonik realisiert (Bild 3). Sie bestehen aus mehreren tausend Hohlfasern, die aus Hochleistungskunststoff hergestellt und in einem Edelstahlrohr gebündelt werden.

Die Gastrennung durch Hohlfasermembranen nutzt die Tatsache, dass Gasmoleküle unterschiedlich groß und unterschiedlich gut im Polymer löslich sind (Bild 4): Da CO2-Moleküle kleiner sind als Methanmoleküle und sich zudem im Polymer besser lösen, können sie die Mikroporen (Bild 5) der Membran wesentlich schneller durchwandern. An der Hochdruckseite der Membran sammelt sich somit das Methan an, während Wasserdampf, Ammoniak, Schwefelwasserstoff und der Großteil des CO2 die Membran passieren. Durch die geschickte Verschaltung der Gastrennmodule lässt sich das Methan aus dem Rohgas auf bis zu 99 % aufreinigen. Hierzu wird lediglich ein Kompressor benötigt.

Kritisch für die Aufbereitungsanlage ist die Dichtheit sämtlicher (Schraub-)Dichtverbindungen, egal ob auf Roh- oder Reingasseite, denn bei Austritt besteht unter Umständen Explosionsgefahr.

Sichere Abdichtung

Ein Gasaufbereitungsmodul in einem 40 Fuß Container kann weit mehr als 700 Dichtverbindungen / Verschraubungsdichtungen enthalten. Anfänglich sind andere Dichtungen an der Verschraubung bzw. Überwurf der Wellschläuche (Bild 7) verbaut worden, die leider nicht den gewünschten Erfolg gebracht haben. Sie waren undicht, wie bei einer Druckprobe festgestellt wurde.

Damit stand der Hersteller EnviTec vor einem Problem – was konnte man tun, um Dichtheit dauerhaft zu erreichen?

Durch die gute Zusammenarbeit mit dem Wellschlauch-Lieferanten IBK Wiesehahn aus Bottrop konnte eine Lösung gefunden werden. Zum einen wurden die ¾ Zoll Verschraubungsdichtungen optimiert, zum anderen auf KLINGER® top-chem 2003 als Dichtungsmaterial gewechselt (Bilder 8–9).

Als gefüllte PTFE-Dichtung leistet dieses Material das benötigte hohe Maß an sicherer Anpassung, so dass die Verschraubungsdichtungen an den Kartuschen nun dicht bleiben.

Eine gewisse Herausforderung bestand noch in dem Fakt, dass die Gasaufbereitungsanlagen innerhalb weniger Minuten zu Volllast hochgefahren werden können, häufig aber auch ein Teillastbetrieb vorliegt. Doch in allen Lastzuständen und Anforderungen hat KLINGER® top-chem 2003 die Prüfungen bestanden.

Damit wurde ein weiterer Nachweis erbracht, dass diese Dichtung bereits bei geringen Flächenpressungen hohe Gasdichtheit aufweist und durch ihre Beständigkeit gegen Methan, Schwefelwasserstoff, Stickstoff und weitere Gase auch eine lange Einsatzzeit erreicht.

Fazit:

Mit KLINGER®top-chem 2003 steht ein in der Praxis erprobtes Weichstoffdichtungsmaterial für den Temperaturbereich von -200°C bis ca. 200°C zur Verfügung. Es wird bevorzugt bei geringen Flächenpressungen eingesetzt. Es ist in den Standarddicken 1,0 mm, 1,5 mm, 2,0 mm und 3,0 mm verfügbar.

*   Die IBK Wiesehahn GmbH ist ein Service und Vertriebspartner (SVP) der KLINGER Germany

 

Quellen:

KLINGER Germany, EnviTec Biogas AG, Springer Medizin Verlag GmbH, Berlin, Evonik Industries AG, www.biogaspartner.de, Wikipedia

Bildquellen:

Bild 1 von EnviTec, Bilder 3 – 6 von Evonik, Bilder 2, 7 – 9 von Klinger, G. Klein

Autoren:

Gerald Klein, Produktmanager Dichtungen, KLINGER GmbH

Jörn Jacobs, Fachjournalist(bdfj), IHW Marketing GmbH

 

Zusätzliche Informationen:

KLINGER®top-chem 2003 findet sich u.a. bei Dichtungslösungen in folgenden Bereichen:

Chemiepark, Chlorgas, 45 °C, 22 bar

Mono Chlorbenzol (Halogenkohlenwasserstoff), 50 °C, 11 bar

Düngemittel, Ammoniumsulfat Lösung (ASL), 120 °C, 6 bar

Ölförderindustrie, Essigsäure (Carbonsäure), 225 °C, 45 bar

Pharmaprozess, Dampf, 160 °C, 6 bar

Herstellung von Flüssigsauerstoff (LOX), -176°C, 15 bar

Es ist beständig gegen:

  • Ameisensäure, (CH2O2)
  • Chlor, trocken oder feucht, (Cl)
  • Ethanol, C2H6O
  • Methan, (CH4)
  • Schwefelwasserstoff, (H2S)
  • Stickstoff, (N2)
  • und weitere Medien.

 

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