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- Biogas (17) (entfernen)
Organisationseinheit der BAM
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Bei Störfallauswirkungsbetrachtungen an Biogasanlagen muss das Versagen der Folien- oder Membranabdeckung des Fermenters untersucht werden. Hierbei sind insbesondere Risse in derselben hinsichtlich des austretenden Massenstromes an Biogas zu bewerten, ebenso wie der durch eine Zündung resultierende Flammenstrahl. Zurzeit existieren für Folien- oder Membranabdeckungen jedoch keine Erkenntnisse zu realistischen Ausflussziffern für die Massenstromberechnung. Im Leitfaden KAS-32 wird für Störfallauswirkungsbetrachtungen für die Berechnung des austretenden Massenstromes eine Ausflussziffer von 1 und eine „Leckfläche“ von 0,6 m2 vorgegeben. Die Anwendbarkeit verfügbarer Modelle zur Berechnung des Flammenstrahls ist bisher ebenso ungeklärt. Um diese Fragestellungen zu untersuchen, wurden in der BAM Versuche zur Bestimmung der Ausflussziffer, sowie der Zündung des austretenden Gases an einem 80 m3 Sack zur Speicherung von Biogas durchgeführt, der aus demselben Material besteht wie die in Biogasanlagen verwendeten Folien- und Membranabdeckungen.
Bei Störfallauswirkungsbetrachtungen an Biogasanlagen muss das Versagen der Membranabdeckung des Fermenters untersucht werden.
Hierbei sind insbesondere Risse in derselben hinsichtlich des austretenden Massenstromes an Biogas zu bewerten, ebenso wie der durch eine Zündung resultierende Flammenstrahl. Zurzeit existieren für Membranabdeckungen jedoch keine Erkenntnisse zu realistischen Ausflussziffern für die Massenstromberechnung. Im Leitfaden KAS-32 wird für Störfallauswirkungsbetrachtungen für die Berechnung des austretenden Massenstromes eine Ausflussziffer von 1 und eine „Leckfläche" von 0,6 m2 vorgegeben. Die Anwendbarkeit verfügbarer Modelle zur Berechnung des Flammenstrahls ist bisher ebenso ungeklärt. Um diese Fragestellungen zu untersuchen, wurden in der BAM Versuche zur Bestimmung der Ausflussziffer, sowie der Zündung des austretenden Gases an einem 80 m3 Sack zur Speicherung von Biogas durchgeführt, der aus demselben Material besteht wie die in Biogasanlagen verwendeten Membranabdeckungen.
Bei Störfallauswirkungsbetrachtungen an Biogasanlagen muss das Versagen der Folienabdeckung der Gärbehälter untersucht werden.
Hierbei sind insbesondere Risse in derselben hinsichtlich des austretenden Massenstromes an Biogas zu bewerten, ebenso wie der durch eine Zündung resultierende Flammenstrahl. Zurzeit existieren für Biogasfolien keine Erkenntnisse zu realistischen Ausflussziffern für die Massenstromberechnung. Die Anwendbarkeit verfügbarer Modelle zur Berechnung der Wärmestrahlung ist ebenso bisher ungeklärt. Um diese Fragestellungen zu untersuchen, wurden in der BAM Versuche an einem 80 m3 Biogassack durchgeführt.
The paper provides a summary of safety characteristics of hydrogen and hydrogen fuel gases. The inves-tigations focus on water electrolysis, the feeding of hydrogen into the natural gas grid and the use ofhydrogen for the fermentation process in biogas plants. The safety characteristics of hydrogen such as avery low minimum ignition energy, very large explosion range and high flame velocity with the resultingrapid pressure increase of hydrogen explosions are of particular importance for explosion protection andthey differ strongly from those of natural gas. Explosion ranges of hydrogen-methane-carbon dioxidemixtures have been measured for the use of hydrogen in biomethane production. The paper also showsand discusses explosion ranges of hydrogen and hydrogen-natural gas mixtures. Pressure and tempera-ture dependencies of the explosion limits of mixtures were investigated. Furthermore, pressure rise rates(KGvalues) were measured with regard to constructive explosion protection. The maximum experimen-tal safe gaps were determined for the classification of the mixtures and assignment to explosion groupsaccording to the European ATEX directives. It was found that admixture of 10% hydrogen to natural gashas only a minor influence on the safety characteristics of gas explosions.
Im Poster werden die wichtigsten sicherheitstechnischen Kenngrößen von Gasen für den Explosionsschutz dargestellt. Es wird gezeigt, wie mit Hilfe von Dreistoff-Diagrammen (Explosionsdiagrammen) die Explosionsgrenzen, die Entzündbarkeit und die Sauerstoffgrenzkonzentration von Gemischen aus Brenn- und Inertgasen bestimmt werden. Weiterhin wird eine Zuordnung der Kenngrößen zu den gebräuchlichen Schutzmaßnahmen vorgenommen.
Comparison of traceable methods for determining the calorific value of non-conventional fuel gases
(2016)
Energy-content measurements by direct methods (such as calorimetry) are used to validate the indirect method (from gas composition obtained by gas chromatography) which is generally adopted by grid operators for on-site gas control. A primary reference gas calorimeter and three field calorimeters were used for the first time to measure accurately the energy content of non-conventional gases (biogas and coal mine methane). The gas mixtures for this study were prepared by gravimetry and comprised three binary mixtures containing carbon dioxide and (up to 80 mol-%) methane, three ternary mixtures containing carbon dioxide, (up to 70 mol-%) methane and (up to 0.3 mol-%) hydrogen sulphide as well as a ten-component mixture with a methane content of approximately 64 mol-% which represents a typical coal mine methane. Associated uncertainty calculations were developed for each instrument and are presented here. Traceability of the measurements to the SI units is ensured in reference calorimetry, as calibration is accomplished by electrical simulation based on the Joule effect in order to obtain the heat capacity of the entire system. The results obtained with the four calorimeters are compared with each other and also with results calculated from the indirect method that is based on gas chromatography. Uncertainties (k = 2) between 0.07 and 0.49% for the reference gases were obtained with the reference calorimeter, while uncertainties for the field calorimeters range between 0.18 and 2.48% for the same mixtures. Compared to the usual standard deviation observed by gas chromatography for a multicomponent gas mixture of about 1%, it is demonstrated that the calorimetric method, although rarely used for non-conventional gases before, is appropriate for energy-content measurements of gases originating from renewable energy sources.
Renewable energies became more and more important in the last years. The production of biogas using agricultural waste and the use of wind and solar energy in combination with water electrolysis is one way to substitute natural gas. Therefore the number of biogas plants is growing very fast in Germany. In the meantime, the operation of such plants is responsible for a significant number of accidents. New safety regulations on biogas plants and a short statistical summary of accidents in Germany are presented in the first part of this presentation. The main focus of the paper is the principle hazards arising from the substances and materials in biogas and hybrid power plants. Primarily, these are the hazards of fire and explosion induced by flammable methane gas. However, further hazards are the dangers of asphyxiation and poisoning by gases such as carbon dioxide, hydrogen sulphide and ammonia. Furthermore, hydrogen is produced by water electrolysis in hybrid power plants and mixed with bio methane in some cases. In order to prevent explosions when handling biogas and hydrogen it is necessary to know the explosion limits of gas and gas mixtures in mixture with air. However, biogas from agricultural plants can vary significantly in its composition. Therefore, for each gas composition the explosion limits would have to be determined. This would require a considerable amount of time and effort. Due to this fact, the explosion limits of biogas are frequently referred to only by the methane fraction of the gas mixture in the safety-relevant literature. In reality as biogas can consist of methane, carbon dioxide and further residual gases the explosion limits are generally over or underestimated. A calculation method for explosion limits was developed by means of explosion diagrams to avoid such errors. In a last topic methods are shown for the calculation of gas spreading in case of leakages in gas buffers for risk evaluation and land use planning. For this purpose the German directive VDI 3783 was evaluated.
Die Zahl der Biogasanlagen in Deutschland hat mit dem Ausbau regenerativer Energie stark zugenommen. In den Anlagen wird durch Zersetzung von organischem Material entzündbares Biogas gewonnen, das in seiner Zusammensetzung stark schwankt. Hauptbestandteile von Biogas sind Methan und Kohlendioxid, aber auch je nach Prozessstufe Wasserdampf, Stickstoff, Sauerstoff und Verunreinigungen, die teilweise toxisch sein können. Zudem beginnt man in größeren Anlagen Biogas zu Biomethan aufzuarbeiten, um es dann direkt ins Erdgasnetz einspeisen zu können. In der Entwicklung befinden sich zurzeit auch gekoppelte Biogasund Elektrolyseanlagen. Mithilfe der Elektrolyse von Wasser können Überschüsse an elektrischer Energie aus Wind- und Solaranlagen zu Wasserstoff verarbeitet werden (Power-to-Gas-Technologie). Um zuverlässige Daten für den Explosionsschutz beim Umgang mit den in den Anlagen vorhandenen Gasgemischen zur Verfügung zu stellen, hat die BAM in den letzten Jahren Explosionsbereiche von Gemischen aus Methan, Wasserstoff, Kohlendioxid, Wasserdampf, Luft und Sauerstoff in Anlehnung an die Norm EN 1839 gemessen und als Eckdaten zur Verfügung gestellt. Mit Hilfe dieser Daten lässt sich die Explosionsfähigkeit der Gasgemische in Biogasanlagen zuverlässig abschätzen. Auf dieser Grundlage können entsprechende Explosionsschutzmaßnahmen vorgenommen werden.
Die Zahl der Biogasanlagen in Deutschland hat mit dem Ausbau regenerativer Energie stark zugenommen. In den Anlagen wird durch Zersetzung von organischem Material entzündbares Biogas gewonnen, das in seiner Zusammensetzung stark schwankt. Hauptbestandteile von Biogas sind Methan und Kohlendioxid aber auch je nach Prozessstufe Wasserdampf, Stickstoff, Sauerstoff und Verunreinigungen, die teilweise toxisch sein können. Zudem beginnt man in größeren Anlagen Biogas zu Biomethan aufzuarbeiten, um dann direkt ins Erdgasnetz einspeisen zu können. In der Entwicklung befinden sich zurzeit auch gekoppelte Biogas- und Elektrolyseanlagen. Mit Hilfe der Elektrolyse von Wasser können Überschüsse an elektrischer Energie aus Wind- und Solaranlagen zu Wasserstoff verarbeitet werden (Power-to-Gas-Technologie). Um zuverlässige Daten für den Explosionsschutz beim Umgang mit den in den Anlagen vorhandenen Gasgemischen zur Verfügung zu stellen, hat die BAM in den letzten Jahren Explosionsbereiche von Gemischen aus Methan, Wasserstoff, Kohlendioxid, Wasserdampf, Luft und Sauerstoff in Anlehnung an die Norm EN 839 gemessen und als Eckdaten zur Verfügung gestellt. Mit Hilfe dieser Daten lässt sich die Explosionsfähigkeit der Gasgemische in Biogasanlagen zuverlässig abschätzen. Auf dieser Grundlage können entsprechende Explosionsschutzmaßnahmen vorgenommen werden.