Projekt 16768/01

Entwicklung und Erprobung eines neuartigen Verfahrens zur Reinigung von Deponie- und Klärgasen

Projektdurchführung

pro2 Anlagentechnik GmbH
Schmelzerstr. 25
47877 Willich

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Anteile von Spurenstoffen wie z. B. Siloxane (die bei der motorischen Verbrennung u. a. kristallines Silizium bilden, was zu extremen Motorbelastungen führt, die einen wirtschaftlichen Anlagenbetrieb gefährden) nehmen im Deponiegas stetig zu. Um dieses Gas in einem größeren Maße motorisch zu nutzen, soll im Rahmen des Vorhabens eine dem Motor vorgeschaltete Gasreinigungstechnik basierend auf Adsorption an Aktivkohle entwickelt und getestet werden. Durch die Brenngasreinigung soll ein bisher nicht praktikabler Abgaskatalysatoreinsatz bei der Sondergasnutzung realisierbar werden und so einen Anlagenbetrieb zu den halbierten Abgasgrenzwerten der TA-Luft ermöglichen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methodenn den Projektphasen Engineering und Anlagenmontage wird eine bestehende Deponiegasnutzungsanlage mit einer Gasreinigung und einem Abgaskatalysator versehen. Das Konzept sieht die Erprobung der Hauptkomponenten Adsorber, Motor und Kat im Gesamtsystem für die Versuchsphasen V1 und V2 vor. In V1 wird ein Teilstrom des Gases über 12 Testadsorber (TA) geleitet. Ziel ist eine Vorauswahl für das später einzusetzende Adsorbens im Hauptadsorber (HA). In V2 wird der HA mit dem ausgewählten Adsorbens befüllt und das Betriebsverhalten der Anlage untersucht. Der Beladungszustand des HA wird durch regelmäßige Adsorbensanalysen kontrolliert. Hinzu kommen Roh- und Reingasanalysen sowie Va-riationen der Betriebsparameter (Temp. u. Feuchte d. Gases). In V1 wird der Motor mit ungereinigtem Deponiegas betrieben. Durch optische Brennraumkontrollen und Motorölanalysen werden die Auswirkun-gen auf den Motorbetrieb ermittelt. In V2 wird eine Untersuchung des Motors und des Motoröls über einen längeren Zeitraum durchgeführt, um einen genaueren Vergleich der Auswirkungen auf den Motorbetrieb mit und ohne Adsorber zu ermöglichen. In V1 wird der Kat ohne Rohgasreinigung betrieben. Die mögliche Betriebszeit und die Veränderung der Wirksamkeit des Kats werden durch regelmäßige Kontrollen der Emissionen aufgezeigt, um eine Vergleichbarkeit mit dem späteren Gasreinigungsbetrieb zu erreichen. In V2 wird der Kat durch ein baugleiches Modell ersetzt. Mittels Gasanalysen werden Aktivi-tätsbestimmungen vorgenommen, um aus dem Unterschied zur V1 Rückschlüsse über die Eignung des Gesamtverfahrens ziehen zu können. Den Abschluss bildet die Dokumentation und Veröffentlichung der Ergebnisse.


Ergebnisse und Diskussion

In der 1. Projektphase wurde ein Probenahmeverfahren entwickelt, bei dem ein vorgegebener Gasvolumenstrom über eine einstellbare Zeit über zwei in Reihe geschaltete Adoptionsröhrchen geführt wird. Das Verfahren wurde in Doppelblindversuchen mit anderen Verfahren (Probenahme im Gasbeutel; Probenahme im gekühlten Lösungsmittel) mit Erfolg auf seine Einsetzbarkeit getestet. Der große Vorteil des Verfahrens liegt im seiner praktischen Anwendbarkeit. Ebenfalls in der 1. Projektphase wurden unter-schiedlichste Aktivkohlen verschiedener Hersteller im Labor getestet. In diesem Zusammenhang wurde ein Klassifizierungsverfahren entwickelt mit dessen Hilfe Adsorbentien im Hinblick auf die Einsetzbarkeit bei der Adsorption siliziumorganischer Verbindungen vergleichbar gemacht werden sollten. Unter Verwendung der hierbei gewonnenen Erkenntnisse wurden die Adsorbentien für den Feldversuch ausgewählt. Zeitgleich wurde eine Versuchsanlage gebaut, mit der die Wirksamkeit der Adsorbentien im Feldversuch getestet werden konnten. Das Rohgas wird dazu über zwei je 0,5 m³ große Adsorptionsbehälter geleitet. Den Be-hälter vorgeschaltet ist ein Plattenwärmetauscher zur Gasvorwärmung. Erste Versuche wurden auf der Deponie Hechingen auf der Schwäbischen Alp durchgeführt. Kurz nach Aufbau der Anlage rapide ab-nehmende Gasmengen und ein Rückgang der Gasqualitäten ließen keinen regulären Versuchsbetrieb mehr zu. Die Suche nach einem neuen Standort führte zu einer Verzögerung des Projektes. Erst 2003 konnte die Anlage in Belgien/Deponie Cour au Bois erneut in Betrieb genommen werden. Auf Grund der Verzögerung des Projektes wurde der Testcontainer nicht mehr zur Gasaufbereitung auf Kläranlagen eingesetzt. Auf Cour au Bois wurden umfangreiche Versuche mit verschiedenen Adsorptionsmitteln ge-fahren. Der Einsatz des für die Motorenanlage am Standort Hechingen beschafften Katalysators war auf Cour au Bois auf Grund eines größeren Motorentyps (1000 kWel) nicht möglich. In der Praxis zeigte sich sehr schnell, dass der Einsatz einer Gasaufbereitung vorteilhaft für den Motorbetrieb ist. Die vormals auf etwa 40% der Nennlaufzeit reduzierten Standzeiten bestimmter Bauteile, wie beispielsweise Zylinderköp-fe, konnten auf etwa 80% der Nennlaufzeit gesteigert werden. Bei den eingesetzten Adsorbentien zeigte sich, dass die von den Herstellern angegebene Aufnahmefähigkeit der Stoffe für siliziumorganische Stof-fen mit bis zu 20%mas nicht erreicht werden konnten. In der Regel musste das Adsorbermaterial bei einer Beladung von etwa 5%mas gewechselt werden. Die Versuche zeigten, dass die relative Feuchte von gro-ßer Bedeutung für einen einwandfreien Betrieb der Anlage ist. Bei Werten oberhalb von 70% kam es zu erheblichen Standzeitverkürzungen des eingesetzten Adsorbermaterials. Der Einsatz von ähnlich konfi-gurierter Adsorbermaterialien unterschiedlicher Hersteller hatte auf die Reinigungsleistung und die Standzeit des Materials nur sehr geringen Einfluss. Material mit ähnlichen physikalischen Kennwerten aber zum Teil erheblichen Differenzen bei der D3 Maßzahl zeigten nahezu das gleiche Ergebnis bei den Standzeiten. Als für den Einsatz optimales Material, sowohl unter technischen als auch unter finanziellen Gesichtspunkten, hat sich pelletierte, nicht dotierte Aktivkohle mit einer Korngröße von 3 bis 4 mm her-ausgestellt. Beim Handling des Adsorbermaterials stellte sich sehr schnell heraus, dass eine Befüllung und Entleerung der Behälter vor Ort mit großem personellen Aufwand verbunden ist. Hinzu kommt, dass das Handling des beladenen Materials eine umfangreiche persönliche Schutzausstattung und spezielle Fachkenntnisse erfordert, um eine Kontaminierung des Personals als auch eine Belastung der Umwelt zu vermeiden. Wechselbehälter sind in diesem Falle häufig die bessere Lösung. Ein solches Wechselbehäl-tersystem wurde im Rahmen des Projektes ebenfalls entwickelt. Das Projekt kann daher obgleich der er-heblichen zeitlichen Verzögerung als erfolgreich angesehen werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Bereits kurz nach Projektbeginn wurden erste Ergebnisse im Rahmen von Fachtagungen zur Deponie- und Biogasnutzung (z. B. Fachtagung Deponiegas, Trier 2001, Mobil Workshop Wirtschaftlicher Be-trieb moderner Blockheizkraftwerke, Walsrode, 2002, Microturbines - a new way of landfill gas utilisa-tion in Europe, Sardinia,2003, waste to energy, Bremen, 2004) präsentiert. Die Präsentation der An-lagenkomponenten zur Gasaufbereitung ist zudem Bestandteil des der Messeauftritte der beteiligten Un-ternehmen (Hannover Messe, diverse Fachmessen im In- und Ausland z. B. Frankreich und Spanien).


Fazit

Das Projekt hat gezeigt, dass ein Anlagenbetrieb mit einer Gasaufbereitung wirtschaftlich möglich ist und eine Alternative zu kürzen Wartungsintervallen und somit gesteigerten Wartungskosten darstellt. Was die vorzuziehenden Lösung ist, hängt von den Randbedingungen des einzelnen Projektes ab. Als Adsorber-material führt an Aktivkohle zur Zeit kein Weg vorbei. Im Preis-Leistungsvergleich ist sie allen anderen Produkten überlegen. Bei der Auswahl der einzusetzenden Aktivkohlen stellten sich keine signifikanten Unterschiede zwischen den einzelnen Herstellern heraus. Der Auswahlgrund bei der Wahl des einzuset-zenden Materials wird daher auf absehbare Zeit der Einkaufspreis bleiben. Beim Handling werden sich Wechselbehältersysteme durchsetzen. Sie erlauben im Vergleich zu einer Befüllung und Entleerung vor Ort einen sicheren und weniger zeitintensiven Wechsel der Aktivkohle. Die fachgerechte Entsorgung wird dabei vom Kohlelieferanten/-hersteller durchgeführt, der den wiederbefüllten Standardbehälter zum Anla-genstandort anliefern lässt. Den Adsorbern ist in den meisten Fällen eine Gaskonditionierung zur Entfeuchtung des Gases vorgeschaltet, da eine hohe relative Feuchte im Gas die Wirkung des Adsorpti-onsmittels stark minimiert. Hierbei kommen zwei Methoden zum Einsatz. Entweder wird das Gas mittels Kühlung entfeuchtet und vor dem Eintritt in den Adsorber wieder vorgewärmt oder es kommt nur zu einer Vorwärmung des Gases. Die zweite Methode bietet gegenüber der ersten den Vorteil geringerer Investiti-ons- und Betriebskosten. Nachteilig ist die schlechtere Adsorptionsleistung bei höheren Gastemperatu-ren. Eine, wie im Antrag beschriebene Steigerung der Verwertung bisher ungenutzter Potentiale auf klei-neren Deponie ist bisher nicht erkennbar. Dies liegt weniger an der zur Verfügung gestellten Technik, sondern an der Tatsache, dass sich Deponiebetreiber in Deutschland zur Zeit stark auf die Umsetzung der TASi konzentrieren und dort investieren. Zusätzlich sind auf Grund der Haushaltslage die Finanzmit-tel der öffentlichen Hand und der mit ihr verbundenen Unternehmen ebenfalls begrenzt.