Hintergrund: Neben der direkten, lokalen Umwandlung von Biogas aus anaerober Fermentation von strukturarmer Biomasse in elektrische Energie und Wärme, wird zunehmend auch das Biogas aufbereitet und in Erdgasnetze eingespeist. Die Gasaufbereitung ist allerdings kostenintensiv und daher bisher nur in wenigen Anlagen großtechnisch angewandt. Im Rahmen eines Forschungsprojektes wird ein neues Verfahren zur Biogaserzeugung entwickelt, das die Biogaserzeugung, Aufbereitung und Einspeisung effizienter gestalten soll. Grundlegendes Merkmal dieses Verfahrens ist die zweistufige Erzeugung eines methanreichen Biogases bei erhöhtem Druck (> 5 bar). Ein Grundfließschema des Prozesses ist in Abb. 1 zu sehen.
Abbildung 1: Grundfließschema der zweistufigen Druckfermentation mit anschließender Gasaufbereitung
Die beiden Hauptkomponenten von Biogas, CH4 und CO2, haben stark unterschiedliche Löslichkeiten in der wässrigen Fermentationsflüssigkeit. Dies bewirkt bei der Druckfermentation einen Wäscheeffekt des Biogases in der Fermentationsflüssigkeit.
Aufgabenstellung: Erste Aspen Plus® Simulationen von der zweistufigen Druckfermentation und von Gasaufbereitungsverfahren wurden bereits erstellt. Diese Module sollen im Rahmen der ausgeschriebenen Arbeit weiterentwickelt und angewandt werden. Dabei sollen sensitive Betriebsparameter (Kreislaufströme, Entgasungsdrücke, Betriebstemperaturen…) identifiziert werden und Sensitivitätsanalysen durchgeführt werden. Mit den gewonnenen Erkenntnissen soll eine erste Prozessoptimierung durchgeführt werden. Dabei gilt ein besonderes Augenmerk der Wirtschaftlichkeit und der energetischen und stofflichen Verschaltung des Prozesses.
In der Arbeit sollen folgende Aufgaben bearbeitet werden:
- Erweiterung der bestehenden Aspen Plus® Simulation
- Durchführung von Sensitivitätsanalysen
- Identifikation der wichtigen Prozessparameter zur Prozessregelung und -optimierung
- Fallstudien zu Wirtschaftlichkeit und energetischer Verschaltung
Die Ergebnisse der Arbeit sind in schriftlicher Form übersichtlich zu dokumentieren und in einem Seminarvortrag vorzustellen.
