Einer für alles -
Innovation im Bereich der Biogasmessung

Einer für alles - Innovation im Bereich der Biogasmessung
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08.10.2013 | Die Komplexität von Biogasanlagen stellt Anlagenbetreiber vor grosse Herausforderungen im Bereich der Messtechnik. Feuchtigkeit, Kondensatbildung, Schmutz, niedrige und schwankende Prozessdrücke, variable Gaszusammensetzung und eine hohe Messdynamik erfordern robuste und leistungsfähige Geräte, die typische Störgrössen kompensieren können, insbesondere auch im Bereich der Durchflussmesstechnik.

Vom Klärschlamm zum Biogas
Bei der Abwasserreinigung fallen grosse Mengen an Schlamm an. Dabei handelt es sich um Schlamm aus der Kanalisation (Fäkalien, Feststoffe etc.) und überschussschlamm aus der biologischen Reinigung.
Dieser „Frischschlamm“ wird aus der Vorklärung abgezogen und durch ein Sieb gepumpt, in dem alle groben Stoffe entfernt werden. Anschliessend wird er mit einer Entwässerungseinrichtung eingedickt und sein Volumen auf die Hälfte verringert.
 
Der eingedickte Schlamm wird auf ca. 36°C aufgeheizt und in den Faulturm gepumpt. Dort wird er während ca. 20 Tagen ausgefault. Sogenannte Methanbakterien bauen dabei organische Substanz ab und produzieren Klärgas (Faulgas bzw. Biogas), das in einem Gasometer zwischengespeichert wird.
Das aus der Vergärung von Klärschlamm gewonnene Gas kann vielseitig und nutzbringend eingesetzt werden, sei es für die Wärme- und Stromerzeugung in Blockheizkraftwerken (BHKW) oder beispielsweise als Kraftstoff für Fahrzeuge.
 
Auf der einen Seite stellt dieses Biogas einen wertvollen Energieträger dar, auf der anderen Seite ist das enthaltene Methan (CH4) ein um den Faktor 21 stärkeres Treibhausgas als Kohlenstoffdioxid. Daher werden Biogasprojekte international von den United Nations gefördert, um die Belastung der Atmosphäre mit diesem Treibhausgas zu reduzieren („Carbon Credits“).

Einer für alles - der Prosonic Flow B200

Einer für alles - der Prosonic Flow B200
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Prosonic Flow B 200

Das Durchflussmessgerät Prosonic Flow B 200 wurde speziell für Anwendungen in Klärgas, Biogas oder Deponiegas entwickelt. Das Ultraschall Messprinzip basiert auf dem Laufzeitdifferenzverfahren: Die Zeitdifferenz zwischen Ultraschallsignalen, die mit und gegen den Durchfluss laufen, ist direkt proportional zur Fliessgeschwindigkeit und somit zum Volumendurchfluss.
 
Die Durchflussmessung mittels Ultraschall weisst folgende Vorteile auf:

  • kein Druckverlust
  • Keine bewegten Teile - wartungsfrei
  • Hohe Messdynamik (30:1), dadurch ist die Messung auch bei geringsten Durchflüssen möglich
  • Hohe Genauigkeit (1.5% v.M. für Geschwindigkeiten grösser 1 m/s)
  • Keine Beeinflussung der Messung durch kondensierende Feuchtigkeit
  • Bidirektionale Messung, dadurch können Störungen frühzeitig erkannt werden
  • Messung von Biogas auch bei niedrigsten Drücken

 
Damit Gasmessungen absolut vergleichbar werden, müssen Volumenstrommessungen in Normkubikmeter umgerechnet werden. Hierfür braucht es zusätzliche Messgrössen, um die Dichte und die Gaszusammensetzung des Biogases zu ermitteln.
 
Geht man bei der Bestimmung des Normvolumens von einer konstanten Gasdichte aus, würden folgende Einflussfaktoren die Messabweichung erhöhen:

  • Schwankung des atmosphärischen Druckes (Luftdruck) um ±20mbar: => zusätzlicher Messfehler ca. 2%.
  • Schwankung der Prozesstemperatur um ±3°C:   => zusätzlicher Messfehler ca. 2%

 
Bei der Umrechnung auf Normvolumen muss ebenfalls der temperatur- und druckabhängige Feuchtigkeitsgehalt des Gases berücksichtigt werden. Unter typischen Betriebsbedingungen enthält Biogas zwischen 5 - und 7 Vol.-% Wasser. Dieser Anteil muss bei der Ableitung des Normvolumens berücksichtigt werden, um einen zusätzlichen Messfehler in gleicher prozentualer Höhe (5% - 7%) zu vermeiden.
 
Der Prosonic Flow B 200 berücksichtigt all diese Einflussfaktoren bei der Bestimmung des Normvolumens. Eine Temperaturmessung ist bereits im Durchflussmesser integriert, der Absolutdruck lässt sich von einer externen Messstelle digital einlesen und der Feuchtigkeitsgehalt des Gases wird anhand dieser Grössen von dem im Messgerät integrierten Durchflussrechner berücksichtigt. Durch diese Eigenschaften ist der Prosonic Flow B 200 ideal für die Mengenmessung von Biogas direkt am Auslass des Fermenters.
 
Zusätzlicher Qualitätsparameter: Bestimmung des Methan-Gehalts
Ultraschallmessgeräte können eine weitere Messgrösse zur Verfügung stellen: Die Schallgeschwindigkeit. Biogas besteht in der Hauptsache aus zwei Komponenten: Methan, ein sehr guter Schallleiter und Kohlenstoffdioxid, ein sehr schlechter Schallleiter. Aus diesem Grunde lässt sich aus der Messung der Schallgeschwindigkeit (in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur) die Zusammensetzung des Biogases bestimmen.
 
Bei der Produktion von Klärgas ist diese Gaszusammensetzung stark abhängig davon, wie der Faulturm betrieben wird. Mit einer Durchfluss-Messung hat man zwar Informationen über die Quantität - aber noch keine über die Qualität des Gases. Wenn zum Beispiel langsam eine saure Gärung eintritt, bleibt die Menge des produzierten Gases gleich oder erhöht sich sogar, aber der Anteil an Methan geht drastisch zurück. Mit der Information wie gross der Methan-Anteil ist, kann die Qualität des Betriebes stark verbessert werden.
Der Prosonic Flow B 200 kann neben dem Durchfluss auch den Methan-Gehalt von Biogas kontinuierlich bestimmen, was eine schnelle Reaktion auf Prozessstörungen ermöglicht.
 
Der Prosonic Flow B 200 hat bewiesen, dass er eine genaue und zuverlässige Biogasmessung auch bei geringstem Prozessdruck, Feuchtigkeit mit Kondensat, Schmutz und wechselnden Prozessbedingungen ermöglicht. Die integrierte kontinuierliche Methan-Messung ermöglicht eine Optimierung in der Prozessführung von Fermentern oder Faultürmen und sichert den Betrieb von Gasmotoren durch Erkennung der Methanuntergrenze.
 
Eine Lösung, die es ermöglicht, alle Anforderungen perfekt abzudecken – mit nur einem Messgerät.


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