Gas und Kondensat verlustfrei trennen

Der Autor: Jens Ahlering Technik & Entwicklung, Rifox

Biogas wird durch Vergärung von Biomasse jeder Art hergestellt. Ausgangsstoffe sind biogene Materialien wie Klärschlamm, Bioabfall, Gülle, Mist oder gezielt angebaute Energiepflanzen, z. B. Mais. Es besteht im Wesentlichen aus Methan, das den Energiegehalt bestimmt, Kohlendioxid, Stickstoff sowie Ammoniak und Schwefelwasserstoff. Vor der Nutzung des Gases zur Erzeugung von Elektrizität oder Wärme erfolgt eine Biogasaufbereitung durch Filtrieren und Entfeuchten. Auskondensierte Feuchtigkeit kann abschließend über einen Zyklonabscheider mit einem gasverlustfreiem Kondensatableiter abgeleitet werden. Kriterien für Kondensatableiter sind:

Bei der Auswahl eines geeigneten Gehäusewerkstoffs für einen Kondensatableiter im Druckgassystem ist neben den mechanischen Anforderungen auch auf die Korrosionsbeständigkeit gegenüber dem Betriebsmedium zu achten. Problematisch im (Roh-)Biogas sind die Schwefelwasserstoffe. Diese sind wasserlöslich und bilden mit dem kondensierten Wasserdampf eine saure wässrige Lösung. Um Anlagenschäden durch Korrosion vorzubeugen, sind rostfreie Edelstähle z .B. vom Typ 1.4571 und 1.4404 zu verwenden. Diese hochlegierten Chrom-Nickel-Stähle haben einen zusätzlichen 2- bis 3-%igen Molydänanteil, der für eine ausreichende Beständigkeit gegenüber leichten Säuren sorgt. Die sehr gute Verform- und Schweißbarkeit sowie gute Festigkeitseigenschaften haben für eine weite Verbreitung im Markt gesorgt.

Der Einsatz von mechanisch arbeitenden Schwimmer-Kondensatableitern im Biogasbereich hat sich bewährt. Wichtig bei der Auswahl eines Kondensatableiters ist seine Fähigkeit, die Medien Gas und Kondensat verlustfrei zu trennen. Das Biogas darf nicht in das Kondensatsystem hinter dem Kondensatableiter gelangen können, um hier ein explosionsfähiges Gemisch zu vermeiden. Dies kann nur dauerhaft zuverlässig erreicht werden, wenn der Kondensatableiter konstruktiv so ausgeführt ist, dass der Ventilabschluss immer unterhalb eines Flüssigkeitsniveaus liegt, in diesem Fall dem Kondensat, wie beim abgetaucht-gasdichten Kondensatableiter. Tritt bei diesen Ausführungen Verschleiß auf, wird dieser lediglich zu einer Kondensatleckage führen, die oftmals durch einen Bruchteil des erwarteten Kondensatanfall ausgeglichen wird.

Die Erfahrung zeigt, dass Ventilabschlüsse aus metallischen Werkstoffen, die im Gasraum liegen, nur mit erheblichem konstruktivem und fertigungstechnischem Aufwand langfristig gasdicht sind. Die hieraus entstehenden Kosten für eine solche Armatur sind für die meisten Betreiber wirtschaftlich nicht zu vertreten. Selbst weichdichtende Ventilabschlüsse, die im Gasraum liegen, werden mittelfristig aufgrund von Verschleiß eine Gasleckage aufweisen.

Reines Kondensat ist selten vorzufinden, Verunreinigungen sind in nahezu jedem System zu finden. Partikel der Biomasse aus dem Vergärungsprozess bis hin zu kleinen Metallspänen legen sich in den Prozess- und Leitungsrohren ab und werden im Laufe der Anlagenbetriebsjahre wieder gelöst und ausgetragen, dies darf die Funktion des Kondensatableiters jedoch nicht beeinträchtigen. Eine zuverlässige Konstruktionsvariante für den Ventilabschluss ist der Drehschieberventilabschluss. Aufgrund des in den Ventilkörper eingebetteten Drehschiebers können sich keine Schmutzpartikel zwischen die Dichtflächen setzen und zu plötzlicher Undichtigkeit führen, denn Schmutzpartikel werden vom Drehschieber in Drehrichtung abgestreift.

Im Bereich der Biogasentwässerung herrschen zumeist geringe Über- oder Unterdrücke von 5 bis 100 mbar. Bei den zu entwässernden Gasvolumenströmen ist auf einen ausreichenden Leistungsquerschnitt des Kondensatableiters zu achten. Die Entwässerung im Unterdruck stellt viele Betreiber vor eine Problematik. Diese kann gelöst werden, indem der Unterdruck durch eine Kondensatanstauung (geodätische Wassersäule) überwunden wird, jedoch ist bei dieser Variante der Ventilquerschnitt dauerhaft offen, was bei Druckstößen zur Gefahr von Gasdurchtritt führen kann. Es besteht weiter die Möglichkeit, den Auslass des Kondensatableiters in einen wassergefüllten Trog zu führen, hierbei wird sich eine Wassersäule in Richtung des Kondensatableiters saugen.

Vorteil ist, dass das Ventil des Kondensatableiters nicht dauerhaft offen steht. Für kleinste Unterdrücke im Bereich von wenigen Millibar stellt Rifox für den individuellen Einsatzfall optimierte Konstruktionen zur Verfügung. Bei Einsätzen im Unterdruck ist die Gefahr des Ansaugens von Luft ein weiteres Problem, da hierdurch ein zündbares Gemisch in der Rohrleitung entstehen könnte. Es muss hier bei der Auswahl auf eine Atex-Bescheinigung für die Armatur geachtet werden sowie auf eine dauerhaft sichere Ausführung gegen das Ansaugen.

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