Gasgestützte Fermenterdurchmischung mit ATEX-Seitenkanalverdichtern

In Biogasanlagen muss das Substrat im Fermenter möglichst gleichmäßig durchmischt werden. Ziel ist es, Nährstoffe, Mikroorganismen und Wärme innerhalb des Behälters zu verteilen und unerwünschte Ablagerungen oder Schwimmschichten zu begrenzen. Neben mechanischen Rührwerken kann hierfür eine gasgestützte Fermenterdurchmischung eingesetzt werden.

Bei diesem Verfahren wird Biogas aus dem Gasraum des Fermenters entnommen und über einen Seitenkanalverdichter zurück in den Prozess geführt. Das Gas gelangt über Leitungen und geeignete Einblaseinrichtungen in das Substrat. Die aufsteigenden Gasblasen erzeugen eine Strömung und unterstützen dadurch die Durchmischung des Fermenterinhalts.

Biogas als Prozessgas im Kreislauf führen

Bei der gasgestützten Fermenterdurchmischung wird kein zusätzliches Fremdgas benötigt. Stattdessen wird das vorhandene Biogas innerhalb eines geschlossenen Prozesses rezirkuliert.

Der typische Prozess umfasst folgende Schritte:

1. Biogas wird aus dem Gasraum des Fermenters entnommen.
2. Der Seitenkanalverdichter erhöht den erforderlichen Gasdruck.
3. Das geförderte Biogas wird über Rohrleitungen zu den Einblasepunkten geführt.
4. Das Gas tritt im unteren Bereich des Fermenters in das Substrat ein.
5. Die aufsteigenden Gasblasen setzen das umgebende Substrat in Bewegung.
6. Anschließend gelangt das Biogas wieder in den Gasraum und steht erneut für den Kreislauf zur Verfügung.

Die Wirksamkeit der Durchmischung hängt nicht allein vom eingesetzten Seitenkanalverdichter ab. Auch Fermentergeometrie, Füllstand, Viskosität des Substrats, Feststoffanteil, Einblastiefe sowie Anzahl und Anordnung der Einblasepunkte beeinflussen das Ergebnis.

FPZ K06MS für die gasgestützte Durchmischung

Für diesen Anwendungsprozess bietet SKVTechnik den Seitenkanalverdichter FPZ K06MS in einer Ausführung für ATEX-Anwendungen an.

Technische Eckdaten:

• Motorleistung: 4,0 kW
• maximaler Volumenstrom: 304 m³/h
• maximaler Überdruck: +340 mbar
• maximales Vakuum: −270 mbar
• Schalldruckpegel: 70 dB(A)
• Ausführung: ATEX II 3GD

Für das Einblasen des Biogases ist insbesondere der erreichbare Überdruck von Bedeutung. Der Seitenkanalverdichter muss den hydrostatischen Gegendruck, die Druckverluste im Rohrleitungssystem und die Widerstände der Einblaseinrichtungen überwinden.

Die angegebenen Maximalwerte dürfen dabei nicht gleichzeitig als Betriebspunkt angesetzt werden. Der tatsächlich erreichbare Volumenstrom nimmt mit steigendem Differenzdruck ab. Die Auswahl muss deshalb anhand der Kennlinie und des konkreten Betriebspunktes erfolgen.

Einblastiefe bestimmt den erforderlichen Mindestdruck

Je tiefer das Gas in das Substrat eingebracht wird, desto größer ist der zu überwindende hydrostatische Druck. Zusätzlich entstehen Druckverluste in Rohrleitungen, Armaturen, Rückschlagventilen, Verteilern und Einblaselementen.

Für die technische Vorauswahl werden daher unter anderem folgende Angaben benötigt:

• gewünschter Gasvolumenstrom,
• Einblastiefe,
• Füllstand des Fermenters,
• Anzahl der Einblasepunkte,
• Ausführung der Einblaseinrichtungen,
• Rohrdurchmesser und Leitungslängen,
• vorhandene Armaturen und Filter,
• Temperatur des angesaugten Biogases,
• Gaszusammensetzung,
• erforderliche ATEX-Einstufung,
• vorgesehene Betriebsdauer.

Erst aus diesen Daten lässt sich der benötigte Betriebspunkt bestimmen. Eine Auswahl ausschließlich anhand des maximalen Volumenstroms kann zu einer falschen Dimensionierung führen.

ATEX-Ausführung für explosionsgefährdete Bereiche

Biogas kann in Verbindung mit Luft eine explosionsfähige Atmosphäre bilden. Deshalb müssen die Gefährdungsbereiche und die Anforderungen an die eingesetzten Betriebsmittel vom Betreiber beziehungsweise Anlagenplaner beurteilt und dokumentiert werden.

Der FPZ K06MS ist in der hier beschriebenen Variante als ATEX-II-3GD-Ausführung vorgesehen. Ob diese Gerätekategorie, Temperaturklasse und weitere technische Merkmale für den jeweiligen Aufstellungsort und das tatsächlich geförderte Gas geeignet sind, muss vor der Bestellung anhand der Gefährdungsbeurteilung geprüft werden.

Neben dem Seitenkanalverdichter müssen auch die weiteren Komponenten des Systems berücksichtigt werden. Dazu gehören unter anderem Motor, elektrische Anschlüsse, Armaturen, Filter, Messgeräte, Rohrleitungen und die Anlagensteuerung.

Feuchtigkeit und korrosive Gasbestandteile berücksichtigen

Biogas kann Feuchtigkeit, Schwefelwasserstoff und weitere Bestandteile enthalten, die Werkstoffe und Oberflächen angreifen können. Vor der Auswahl des Seitenkanalverdichters sind deshalb die genaue Gaszusammensetzung, die zu erwartenden Konzentrationen sowie mögliche Kondensatbildung zu prüfen.

Abhängig von den Betriebsbedingungen kann eine korrosionsgeschützte beziehungsweise eloxierte Ausführung sinnvoll sein. Diese Ausführung muss anwendungsbezogen festgelegt werden und kann die Lieferzeit verlängern.

Flüssiges Kondensat darf nicht unkontrolliert in den Seitenkanalverdichter gelangen. Die Leitungsführung sowie geeignete Kondensatabscheider und Entwässerungsmöglichkeiten müssen deshalb bereits bei der Anlagenplanung berücksichtigt werden.

Berührungslose und wartungsarme Gasförderung

Seitenkanalverdichter fördern das Gas berührungslos und ohne Schmiermittel im Verdichtungsraum. Im normalen Betrieb entsteht daher keine ölbedingte Verunreinigung des geförderten Mediums.

Weitere Merkmale dieser Verdichterbauart sind:

• gleichmäßiger, weitgehend pulsationsarmer Gasstrom,
• kompakte Bauweise,
• vergleichsweise geringer Wartungsbedarf,
• Eignung für kontinuierliche Betriebsabläufe,
• Druck- und Vakuumbetrieb innerhalb der zulässigen Kennlinienbereiche.

Der Seitenkanalverdichter darf nicht außerhalb seines freigegebenen Arbeitsbereiches betrieben werden. Eine ungeeignete Drosselung oder ein zu hoher Differenzdruck können die thermische Belastung erhöhen. Schutzmaßnahmen wie Drucküberwachung, Temperaturüberwachung und geeignete Sicherheitsventile sind deshalb entsprechend der Anwendung vorzusehen.

Gleichmäßige Einblasung statt unnötiger Überdimensionierung

Für eine wirksame gasgestützte Fermenterdurchmischung ist nicht nur die Leistung des Verdichters entscheidend. Ebenso wichtig ist eine gleichmäßige Verteilung des geförderten Biogases auf die vorgesehenen Einblasepunkte.

Ungleichmäßige Leitungswiderstände können dazu führen, dass einzelne Bereiche stärker und andere nur schwach beaufschlagt werden. Rohrleitungsführung, Verteiler und Einblaselemente sollten deshalb hydraulisch beziehungsweise strömungstechnisch aufeinander abgestimmt werden.

Ein größerer Seitenkanalverdichter löst solche Verteilungsprobleme nicht automatisch. Eine unnötige Überdimensionierung kann die Anschaffungs- und Energiekosten erhöhen, ohne die Durchmischung entsprechend zu verbessern.

Technische Vorauswahl durch SKVTechnik

SKVTechnik unterstützt Betreiber und Anlagenbauer bei der technischen Vorauswahl eines geeigneten ATEX-Seitenkanalverdichters. Grundlage sind der benötigte Volumenstrom, der zu überwindende Gesamtdruck, die Gaszusammensetzung und die dokumentierten Anforderungen der Anlage.

Der FPZ K06MS mit 4 kW, bis zu 304 m³/h und einem maximalen Überdruck von +340 mbar kann für die gasgestützte Fermenterdurchmischung eine geeignete Ausgangsbasis darstellen. Die endgültige Eignung ist jedoch immer anhand des konkreten Betriebspunktes, der aktuellen Herstellerunterlagen und der anlagenspezifischen Gefährdungsbeurteilung festzustellen.

Weitere Informationen zur Biogaserzeugung mit Seitenkanalverdichtern:

https://www.skvtechnik.de/biogas-seitenkanalverdichter/