VDI 3896-2015 Emission control - Preparation of biogas to natural gas quality.pdf

1、ICS 13.040.99, 27.190 VDI-RICHTLINIEN Oktober 2015 October 2015 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Emissionsminderung Aufbereitung von Biogas auf Erdgasqualitt Emission control Preparation of biogas to natural gas quality VDI 3896 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Der Entwurf dieser Richtlinie wu

2、rde mit Ankndigung im Bundes-anzeiger einem ffentlichen Einspruchsverfahren unterworfen. Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The draft of this guideline has been subject to public scrutiny after announcement in the Bundesanzeiger (Federal Gazette). The German version of this stan

3、dard shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN Normenausschuss KRdL Fachbereich Umweltschutztechnik VDI/DIN-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 2: Emissionsminderung I VDI-Handbuch Biotechnologi

4、e VDI-Handbuch Energietechnik Vervielfltigungauch fr innerbetrieblicheZweckenichtgestattet/Reproduction even for internalusenotpermittedFrhereAusgabe:06.14Entwurf, deutschFormeredition:06/14Draft,inGerman onlyZu beziehen durch/AvailableatBeuthVerlagGmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten/All rightsr

5、eserved(a)VereinDeutscherIngenieuree.V., Dsseldorf 2015Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 2 2 Begriffe 3 3 Abkrzungen . 4 4 Rechtliche Grundlagen . 4 5 Herkunft und Zusammensetzung von Biogas 6 6 Aufbereitung von Biogas . 7 6.1 Vorreinigung 7 6.2 Chemisc

6、he Wsche 7 6.3 Physikalische Wsche 10 6.4 Adsorption an festen Oberflchen 14 6.5 Membranverfahren . 17 6.6 Weitere Verfahren 20 7 Manahmen zur Minderung der gasfrmigen Emissionen 22 7.1 Thermische Verfahren 24 7.2 Biologische Verfahren . 27 7.3 Physikalische Verfahren 29 7.4 Ableiten der Abgase . 30

7、 7.5 Messgasrckfhrung 30 8 Sonstige Emissionen 31 8.1 Abfall . 31 8.2 Abwasser 35 8.3 Lrm . 36 9 Anleitung fr Emissionsmessungen . 38 9.1 Messverfahren 38 9.2 Messung der Geruchsstoff-Emissionen 38 Schrifttum 41 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 2 2 Terms and definitions 3 3 Abbreviation

8、s 4 4 Legal framework . 4 5 Biogas origin and composition . 6 6 Biogas upgrading . 7 6.1 Pretreatment . 7 6.2 Chemical scrubbing . 7 6.3 Physical scrubbing . 10 6.4 Adsorption on solid surfaces 14 6.5 Membrane separation process 17 6.6 Other processes 20 7 Measures for the control of gaseous emissio

9、ns 22 7.1 Thermal processes . 24 7.2 Biological processes 27 7.3 Physical processes . 29 7.4 Discharge of waste gases . 30 7.5 Sample gas recirculation 30 8 Other emissions 31 8.1 Waste . 31 8.2 Waste water . 35 8.3 Noise 36 9 Emission measurement instructions 38 9.1 Measurement methods . 38 9.2 Mea

10、surement of odour emissions 38 Bibliography 41 B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1F92DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2015-11 2 VDI 3896 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 Vorbemerkung Der Inhalt dieser

11、Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser Richtlinie ist u

12、nter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Li-zenzbedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Preliminary note The content of this standard has been dev

13、eloped in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the standard VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of

14、 this standard without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions (www.vdi.de/richtlinien) specified in the VDI Notices. We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this standard. Einleitung Der Einsatz von Biogas als Erdgassubstitut ist Teil des

15、 vom Gesetzgeber initiierten Integrierten Ener-gie- und Klimaprogramms“ (IEKP) zur sukzessi-ven Wandlung von fossilbasierter hin zur strker regenerativ ausgefhrter Strom- und Wrmever-sorgung in Deutschland. Effizienz- und Nachhal-tigkeitskriterien gelten dabei als oberste Leitlinie dieses Prozesses.

16、 In diesem Sinne gilt es, bei der Aufbereitung von Biogas auf Erdgasqualitt die dabei frei werdenden Emissionen auf ein tech-nisch/wirtschaftlich vertretbares Ma zu minimie-ren. Diese Richtlinie soll sowohl dem Planer/Er-richter als auch den Prf- und Genehmigungsinsti-tutionen von Biogasaufbereitung

17、sanlagen entspre-chende Hilfestellung bei der Umsetzung der not-wendigen emissionsmindernden Manahmen ge-ben. Introduction The use of biogas as a natural gas substitute is part of the “Integrated Energy and Climate Program” (IEKP) initiated by the German legislator to pro-mote the successive transit

18、ion from a fossil-based to an increasingly renewable energy-based electric-ity and heat supply infrastructure in Germany. Ef-ficiency and sustainability are the foremost criteria of this process. In this regard, emissions from bio-gas upgrading to natural gas quality must be mini-mized to a technica

19、lly and economically feasible level. This standard is designed to provide engi-neering contractors/installers as well as inspection and permitting bodies with guidance on the imple-mentation of the necessary emission control measures for biogas upgrading plants. 1 Anwendungsbereich Diese Richtlinie

20、beschreibt den Stand der Technik der Anlagen zur Aufbereitung von Biogas auf Erd-gasqualitt gem DVGW G 260, gibt Hinweise und Empfehlungen ber Minderungsmanahmen der Emissionen, nennt Emissionswerte und erlu-tert, wie diese Parameter zu messen sind. Sie ist gleichermaen Arbeitsmittel fr Bauherren un

21、d Betreiber, Planer und ausfhrende Firmen, Auf-sichts- und berwachungsorgane sowie Prfinsti-tutionen und Behrden. Nicht Gegenstand dieser Richtlinie sind Anlagen, die sich ausschlielich beschftigen mit der Erzeugung von Biogas, der Konditionierung von aufbereiteten Gasen oder der Einspeisung von auf

22、bereitetem Biogas. 1 Scope This standard describes the state of the art of plants upgrading biogas to natural gas quality as per DVGW G 260, presents and recommends emission control measures, states applicable emission values and provides instructions for emission measure-ments. It is designed to pr

23、ovide a working basis for owners and operators, engineering and construction contractors, supervisory bodies as well as inspec-tion bodies and authorities. Not covered by this standard are plants exclusively destined for biogas production, conditioning treated gases, or feeding upgraded biogas into

24、the natural gas grid. B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1F92DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2015-11All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 VDI 3896 3 Bezglich der Beschaffenheit des aufbereiteten Biogases ist au

25、ch DVGW G 262 Nutzung von Gasen aus regenerativen Quellen in der ffentli-chen Gasversorgung“ zu beachten. Fr den Stand der Technik bezglich sicherheits-technischer Anforderungen wird auf DVGW G 265-1 verwiesen. Der Stand der Technik bei der Erzeugung von Bio-gas wird in den Richtlinien VDI 3475 Blat

26、t 4 (landwirtschaftliche Biogasanlagen) und VDI 3475 Blatt 5 (Abfallvergrungsanlagen) beschrieben. Moreover, DVGW G 262 “Use of Gases from Re-newable Energy Sources in Public Gas Grids” must be observed for the quality of the upgraded biogas. Regarding state-of-the-art safety requirements, reference

27、 is made to code DVGW G 265-1. The state of the art for biogas production facilities is described in VDI 3475 Part 4 (agricultural bio-gas facilities) and VDI 3475 Part 5 (anaerobic di-gestion facilities). 2 Begriffe Fr die Anwendung dieser Richtlinie gelten die folgenden Begriffe: Abgas Trgergase m

28、it den festen, flssigen oder gasfr-migen Emissionen, die aus Behandlungsprozessen in die Atmosphre abgeleitet werden sollen. in Anlehnung an TA Luft und VDI 3475 Blatt 4 Abluft Im Anlagenbetrieb (z. B. in Arbeitsrumen, Hallen) entstandene und gegebenenfalls belastete Luft. in Anlehnung an VDI 3475 B

29、latt 4 Anaerob Bedingungen, die durch das Fehlen von Luftsau-erstoff gekennzeichnet sind. VDI 3475 Blatt 4 Biogas Gasfrmiges Produkt der Vergrung, das haupt-schlich aus Methan und Kohlendioxid besteht und je nach Substrat auerdem Ammoniak, Schwefel-wasserstoff, Wasserdampf und andere gasfrmige oder

30、verdampfbare Bestandteile enthalten kann. VDI 3475 Blatt 4 Emissionen Die von einer Anlage ausgehenden Luftverunreini-gungen, Gerusche, Erschtterungen, Licht, Wr-me, Strahlen und hnliche Erscheinungen. BImSchG Anmerkung 1: Die Volumenangaben fr Gase in dieser Richtlinie beziehen sich auf den Normzus

31、tand (273,15 K, 1013 hPa, trocken). Anmerkung 2: Im weiteren Sinne sind unter Emissionen auch Abflle und Abwasser zu verstehen. Immissionen Die auf Menschen, Tiere und Pflanzen, den Boden, das Wasser, die Atmosphre sowie Kultur- und sonstige Sachgter einwirkenden Luftverunreini- 2 Terms and definiti

32、ons For the purposes of this standard, the following terms and definitions apply: Waste gas Carrier gases containing solid, liquid or gaseous emission components that are to be discharged from treatment processes to the atmosphere. adapted from TA Luft and VDI 3475 Part 4 Exhaust air Polluted or unp

33、olluted air streams generated by the process operations (e.g. in working rooms, build-ings). adapted from VDI 3475 Part 4 Anaerobic Treatment conditions characterised by the absence of oxygen in the air. adapted from VDI 3475 Part 4 Biogas Gaseous product from anaerobic digestion that consists mainl

34、y of methane and carbon dioxide and, depending on the substrate, may also contain ammonia, hydrogen sulphide, water vapour, and other gaseous or volatile components. adapted from VDI 3475 Part 4 Emissions Air pollutants, noise, vibrations, light, heat, radia-tion and similar phenomena released to th

35、e envi-ronment by a facility. adapted from BImSchG Note 1: All gas volumes indicated in this standard relate to standard temperature and pressure conditions (273,15 K, 1013 hPa, dry basis). Note 2: In a broader sense, emissions also comprise solid waste and waste water. Ambient air pollution Air pol

36、lutants, noise, vibrations, light, heat, radia-tion, and similar phenomena impacting humans, animals and plants, the soil, the water, the atmos- B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1F92DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2015-11 4 VDI 3896 Alle R

37、echte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 gungen, Gerusche, Erschtterungen, Licht, Wr-me, Strahlen und hnliche Umwelteinwirkungen. BImSchG Produktgas Bei der Aufbereitung von Biogas entstehender Gasstrom, der hauptschlich aus Methan besteht und als Produkt genutzt werden kan

38、n, z. B. durch Einspeisung in das Erdgasnetz oder Verwendung in einer Erdgastankstelle. Methanemission (CH4-Emission) Methan, das aus der Biogasaufbereitungsanlage in die Atmosphre freigesetzt wird. Methanverlust Methan, das bei der Biogasaufbereitung verloren geht (ber das Schwachgas und/oder ber A

39、usbl-ser usw.). Anmerkung: Der hufig verwendete Begriff Methanschlupf“ definiert den Methanverlust im CO2-Abtrennungsprozess im Regelbetrieb. Schwachgas Abgas der Aufbereitungsanlage vor einer weiteren Nachbehandlung. Anmerkung: Der Begriff Schwachgas“ findet keine Anwen-dung in GasNZV, TA Luft und

40、EEG. Vergrung (Fermentation) Mikrobieller Ab- und Umbau von biogenen Subs-traten unter anaeroben Bedingungen, das heit unter Sauerstoffausschluss mit dem Ziel der Me-thangewinnung. VDI 3475 Blatt 4 phere as well as cultural assets and other material goods. adapted from BImSchG Product gas Gas stream

41、 generated by the biogas upgrading pro-cess that consists mainly of methane and can be used as a product, e.g. injection into the natural gas grid or use as a motor fuel at a natural gas filling station. Methane emission (CH4emission) Methane released to the atmosphere by biogas up-grading plants. M

42、ethane loss Methane lost during the biogas upgrading process (via the lean gas and/or vent streams from pressure relief systems, etc.) Note: The frequently used term “methane slip” designates methane losses during normal operation of the CO2 separation process. Lean gas Waste gas from the biogas upg

43、rading plant prior to further treatment. Note: The term “lean gas” is not used in the GasNZV, TA Luft and the EEG. Anaerobic digestion (fermentation) Microbial degradation and conversion biogenic substrates under anaerobic conditions, i.e. in the absence of oxygen, aimed at methane production. adapt

44、ed from VDI 3475 Part 4 3 Abkrzungen In dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Abkrzungen verwendet: ADG Aminodiglykol a. n. g. anderweitig nicht genannt MDEA Methyldiethanolamin MEA Monoethanolamin PCC przipitiertes Calciumcarbonat PSA Druckwechseladsorption (Pressure Swing Adsorptio

45、n) TSA Temperaturwechseladsorption (Tempe-rature Swing Adsorption) 3 Abbreviations The following abbreviations are used throughout this standard: ADG aminodiglycol n.o.s. not otherwise specified MDEA methyldiethanolamine MEA monoethanolamine PCC precipitated calcium carbonate PSA pressure-swing adso

46、rption TSA temperature-swing adsorption 4 Rechtliche Grundlagen Eine Pflicht zur immissionsschutzrechtlichen Ge-nehmigung besteht fr Biogasaufbereitungsanlagen nach Nr. 1.16 des Anhangs 1 der 4. BImSchV ab einer Verarbeitungskapazitt von 1,2 Mio. Norm-kubikmeter je Jahr Rohgas oder mehr. Sofern die

47、4 Legal framework Pursuant to No. 1.16 of Annex 1 to the 4thFederal Immission Control Ordinance (4thBImSchV), bio-gas upgrading plants from a raw gas throughput capacity of 1,2 million cubic metres (STP) or more are subject to a permit under the German air pollu-B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88

48、DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1F92DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2015-11All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 VDI 3896 5 vorgenannte Verarbeitungskapazitt nicht erreicht wird, entsteht eine Genehmigungspflicht auch dann, wenn die Biogasaufbe

49、reitungsanlage Nebenanlage oder Nebeneinrichtung zu einer genehmigungs-bedrftigen Anlage ist und der magebliche Einfluss auf die Anlage durch den Betreiber der genehmigungsbedrftigen Anlage ausgebt wird (Betreiberidentitt). Fr alle genehmigungsbedrftigen Anlagen gelten die emissionsbegrenzenden Anforderungen der TA Luft als Stand der Technik. Von grundstzli-cher Bedeutung fr die Biogasaufbereitung ist die Begrenzung