Aufbau, Inbetriebnahme und experimentelle Untersuchungen mit einer mobilen Containeranlage zum Reformieren von Biogas

Abstract

Bei einer dezentralen Energieversorgung mit erneuerbaren Ressourcen kommt der Nutzung von Biogas aus einer anaeroben Fermentierung, aufgrund des hohen Methangehaltes und der vielfältigen Anwendungsbereiche, eine wichtige Bedeutung zu. Derzeit wird Biogas vor allem im kleinen bis mittleren Leistungsbereich für die Strom- und Wärmeproduktion verwendet. Dabei werden Gasmotoren eingesetzt, die zwar einen hohen Wirkungsgrad aufweisen, jedoch auch eine hohe NOx-Emission mit sich bringen. Über eine Dampfreformierung von Biogas kann ein Produktgas (Synthesegas) mit einem hohen Wasserstoffanteil generiert werden, das bessere Verbrennungseigenschaften als Biogas aufweist.<br />Dadurch kann die Laufruhe des Gasmotors verbessert werden, was wiederum eine Reduktion der NOx-Emission und einen Wirkungsgradanstieg des Gasmotors bewirkt. Es wird eine mobile Containerversuchsanlage für das Dampfreformieren von Biogas geplant, an der bestehenden Ökostrom Biogasanlage in Strem aufgebaut und es werden erste Versuchsserien erfolgreich absolviert. Mit einem industriellen Nickelkatalysator wird das Biogas zusammen mit dem Wasserdampf in einem autothermen Prozess in ein Produktgas umgesetzt, das aus ungefähr 30 vol-% Wasserstoff besteht. Es kann ein verkokungsfreier Betrieb gewährleistet werden, in dem ein Methanumsatz von bis zu 99% erreicht wird. Durch eine Beimischung des reformierten Biogases kann eine Reduktion der NOx-Emission des Gasmotors von bis zu 95% erreicht werden. Zusätzlich kann die Emission an unverbrannten Kohlenwasserstoffen des Gasmotors abgesenkt und der Wirkungsgrad etwas gesteigert werden.<br />

In a decentralised energy supply with renewable resources the use of biogas from anaerobic digestion gains importance due to the high content of methane and the wide range of applications. Currently, biogas is mainly applied in small to medium scale heat and power production.<br />Because of a high efficiency gas engines have been established in these plants, however, the significant disadvantage of a high level of NOx-emission exists. By steam reforming of biogas a hydrogen-rich synthesis gas can be generated, which enhances combustion characteristics in comparison to biogas. This leads to a reduction of NOx-emission and furthermore, the efficiency of the gas engine is increased.<br />A mobile container plant for biogas steam reforming is designed and installed at an existing biogas plant in Strem and first test runs are successfully carried out. With the help of an industrial nickel catalyst, biogas in conjunction with steam is converted to a synthesis gas in an autothermic process.<br />A stable operation without coke formation can be assured. A methane conversion up to 99% and a hydrogen content in the product gas of about 30 vol-% can be achieved.<br />Furthermore, a reduction of gas engine's NOx-emission up to 95 % can be obtained. Also a slight increase of the gas engine's efficiency can be reached by adding reformed biogas to fuel.