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Biogasüberwachung in einer Zucker- und Ethanolfabrik in Brasilien

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Wie hilft Cubic Instruments bei der Biogasüberwachung in Zucker- und Ethanolanlagen in Brasilien?

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Projekt-Hintergrund

Brasilien ist der weltweit führende Produzent und Exporteur von Zuckerrohr und hat einen Anteil von etwa 50 % an der weltweiten Zuckerproduktion. Jährlich produziert das Land rund 654,8 Millionen Tonnen Zuckerrohr, 41,25 Millionen Tonnen verarbeiteten Zucker und 29,7 Milliarden Liter Ethanol. Das beträchtliche Produktionsvolumen macht Brasilien zu einem weltweiten Vorreiter bei der Energiegewinnung aus Biomasse, insbesondere durch die Nutzung von Zuckerrohr-Bagasse. Hunderte von Kraftwerken im ganzen Land nutzen Zuckerrohrbagasse als Brennstoff - meist durch direkte Verbrennung -, viele mit einer Leistung von weit über 1 MW.

In den letzten Jahren haben führende Unternehmen des Sektors zunehmendes Interesse an der Biogaserzeugung gezeigt, die nicht nur die Energieausbeute zuckerrohrbasierter Biomassesysteme erhöht, sondern auch ein erhebliches Potenzial zur Verringerung der CO2-Bilanz der Zuckerrohrproduktion bietet.

CG (ein Pseudonym, das aus Gründen der Vertraulichkeit verwendet wird), einer der größten Zucker- und Ethanolproduzenten Brasiliens, hat die Möglichkeiten der Biogasnutzung erkannt. Im Oktober 2021 errichtete CG seine erste Biogasanlage in Narandiba (Bundesstaat São Paulo) in Zusammenarbeit mit GBT (ein Pseudonym, das zur Wahrung der Vertraulichkeit verwendet wird), einem Unternehmen, das sich auf Lösungen zur Biogaserzeugung spezialisiert hat. Mit der technischen Unterstützung von GBT nutzt die Biogasanlage mehrere Rohstoffe: Vinasse - ein Nebenprodukt der Ethanolproduktion - während des regulären Betriebs, Zuckerrohrbagasse während der Erntesaison und Filterkuchen in der Nebensaison. Dieser Multi-Feedstock-Ansatz mildert die für die Biogasproduktion typischen saisonalen Einschränkungen wirksam ab und ermöglicht einen kontinuierlichen Betrieb über das ganze Jahr hinweg.

Anforderungen an die Messung

Schwefelwasserstoff (H₂S) ist eine häufige und problematische Verunreinigung in Biogas. Es kann die Methanproduktion (CH₄) hemmen und schwere Korrosion in den Anlagen verursachen. Daher ist eine genaue und zuverlässige Messung von H₂S bei der Biogasüberwachung von entscheidender Bedeutung.

Aufgrund des hohen Proteingehalts in Vinasse kann die H₂S-Konzentration in Biogas aus der Ethanolproduktion bis zu 1,5 % betragen, was deutlich höher ist als bei anderen Ausgangsstoffen. Herkömmliche ECD-H₂S-Sensoren (elektrochemische Detektoren) haben unter solchen Bedingungen in der Regel eine kurze Lebensdauer, was zu einem häufigen und kostspieligen Austausch führt.

Um den Wartungsaufwand zu verringern und die Zuverlässigkeit der Überwachung zu erhöhen, wurde ein Gasanalysator mit einem langlebigen H₂S-Sensor für den effektiven Betrieb der Biogasanlage benötigt.

Lösungen

Nach der Bewertung verschiedener Technologien und Anbieter entschied sich CG für das Gasboard-3500UV-Gasanalysesystem von Cubic Instruments, das auf den Technologien UV-DOAS (Ultraviolet Differential Optical Absorption Spectroscopy), NDIR und ECD basiert.

Das Gasboard-3500UV-Analysegerät verfügt über einen langlebigen H₂S-Sensor und unterstützt drei unabhängige Probenahmekanäle, die eine kontinuierliche Echtzeitüberwachung mehrerer Fermenter mit hoher Genauigkeit und geringem Wartungsaufwand ermöglichen.

System-Komponenten

Probenahme-Einheit: Die integrierte Probenahmeeinheit ist in einem explosionsgeschützten Gehäuse untergebracht und umfasst eine Probenahmepumpe, eine Dreikanal-Steuerplatine, Magnetventile und eine Steuerungssoftware. Die Probenahmeeinheit entnimmt Niederdruck- und instabile Gasproben aus drei verschiedenen Fermentern gleichzeitig.

Vorbehandlungseinheit: Das Vorbehandlungssystem umfasst einen Schwerkraftentwässerungstank, einen Gas-Wasser-Trennfilter, einen Durchflussregler und einen Vortex-Kühler. Diese Komponenten entfernen effektiv Staub, Feuchtigkeit und andere Verunreinigungen und sorgen für einen sauberen und stabilen Gasstrom zum Analysegerät.

Analyseeinheit: Der Gasboard-3500UV-Analysator kombiniert mehrere Detektionstechnologien (UV-DOAS, NDIR und ECD) in einem explosionsgeschützten Design. Es ermöglicht eine hochpräzise, kontinuierliche Überwachung von H₂S-, CO₂-, CH₄- und O₂-Konzentrationen in Echtzeit, ohne dass eine externe Luftspülung erforderlich ist.

Wert für den Kunden

Durch den Einsatz des UV-DOAS-, NDIR- und ECD-basierten Gasboard-3500UV-Systems kann CG den anaeroben Fermentationsprozess kontinuierlich und in Echtzeit überwachen, was rechtzeitige Anpassungen zur Optimierung der Fermentationsleistung ermöglicht. Dies verbessert die Stabilität und Effizienz der Biogas- und Biomethanproduktion.

Dank der stabilen und zuverlässigen Biomethanproduktion konnte sich CG erfolgreich einen Vertrag über die Lieferung von Biogas an die drei nahe gelegenen Städte Narandiba, Pirapozinho und Presidente Prudente mit zusammen 264.000 Einwohnern sichern.