Veiligheid van biogasinstallaties

Prof. dr. ir. Raf Dewil

Dept. Chemische Ingenieurstechnieken

Overzicht

• Inleiding: veiligheidsaspecten• Belangrijkste veiligheidsproblemen

– Brand/explosie– Toxiciteit– Besmetting door pathogene organismen– Verstikking

• Conclusie: Biogas: een gevaarlijk gas?

Veiligheid algemeen

• Risico = kans x gevolg– Kans = dat er iets misgaat– Gevolg = omvang van de gevolgen als er iets misgaat

• Risico’s zo klein mogelijk houden– Risico-inventarisatie en –evaluatie (cfr. HAZOP)– Risico’s zijn nooit uit te sluiten, maar hoe kleiner de kans, hoe

kleiner het risico– Veiligheid = bewust nemen van aanvaardbare risico’s

Explosies en brand

• Belangrijkste risico bij biogasinstallaties• Biogas bevat 50-75% methaan

→ energie-inhoud van 35.8 MJ/Nm3

• Explosief mengsel met omgevingslucht• Vooral methaan• Andere gassen in te lage concentraties aanwezig

(waterstofsulfide, methylmercaptaan)

• Chemische explosies – fysische explosies

Explosiegrenzen

• Explosielimieten– LEL = lower explosion limit

minimale concentratie waarbij explosie kan optreden– UEL = upper explosion limit

maximale concentratie waarbij explosie kan optreden

• Voor de componenten in biogas is dit:

Gas LEL UEL

CH4 5 % 15 %

CO2 - -

H2S 4.3 % 46 %

Aanwezigheid van de gassen

• CH4 lichter dan lucht

→ concentratieopbouw bovenin gebouwen

• CO2 zwaarder dan lucht

→ concentratieopbouw op grondniveau

• H2S

→ concentratieopbouw op grondniveau

Gas Specifieke dichtheid

CH4 0.5

H2S 1.2

CO2 1.53

Ontvlamming en brandbaarheid

• Ontvlambaar mengsel:Mengsel van lucht (O2) en een brandbaar gas dat na ontsteking voldoende energie (warmte) vrijmaakt om autonoom verder te branden

• Mengsels met > 50% methaan zijn ontvlambaar

Veiligheidsmaatregelen tegen explosies

• Nodig voor explosie:– Brandbaar gas– Zuurstof– Activering

• Inherent aanwezig: zuurstof• Brandbaar gas: vermijd lekken• Energie: vermijd vonken/vlammen

Vonken

• Vonkvrije elektrische toestellen• Gebruik van aangepaste werktuigen (geen staal)• Elektrische schakelaars• Mobiele telefoons• Statische elektriciteit

+ geen open vlammen

Lekken

• Gasreservoir + vergister– Lekdicht– Drukbestendig (beveiliging tegen over/onderdruk: zie later)

• Goede ventilatie (ook om verstikkingsgevaar te voorkomen)

Overdruk/onderdruk

• Overdruk door ophoping gas• Onderdruk door leegpompen van ‘hermetisch’ afgesloten

reactor• Schommelende temperaturen

→ voorzie over- en onderdrukbeveiliging (veiligheidskleppen)

Zonering

• Gevaarlijke ruimten/omgevingen opdelen in verschillende zones:– Zone 0: ruimte waar de atmosfeer bestendig of gedurende lange

periodes explosief is of waar vaak een explosieve atmosfeer verwacht wordt

– Zone 1: ruimte waar zich tijdens de normale werking van de installaties periodiek of toevallig een explosieve atmosfeer kan vormen

– Zone 2: ruimte waar het bestaan van een explosieve atmosfeer weinig waarschijnlijk is bij normale werking of waar deze slecht voor korte tijd zou blijven bestaan in geval ze zich toch zou vormen

• Wetgeving geeft aan welke apparatuur er in de verschillende zones mag gebruikt worden

Toxicologische aspecten

• Giftige gassen / verstikking• Giftige componenten in grondstof/digestaat• Aanwezigheid van pathogenen

Eigenschappen van gevormde gassen

Gas Geur Geurdrempel

(ppm)

Toxiciteitsgrens

(gemiddelde)(ppm)

Toxiciteitsgrens

(acuut)(ppm)

Fysiologisch

Effect

Methaan Geen - n.a. n.a. Verstikkend

Waterstofsulfide

Rotte eieren

0,7 10 15 Toxisch

Methylmercaptaa

n

Sterke lookgeur

0.5 0,5 n.a. Toxisch

Kooldioxide geen - 5000 11000 Verstikkend

Toxiciteit van geproduceerd biogas

• Biogas = combinatie van potentieel gevaarlijke gassen– Methaan (CH4) – 50-75%

• Verstikking bij 87% door gebrek aan zuurstof

– Kooldioxide (CO2) – 25-50%• Gevaar voor gezondheid en leven vanaf 5%• Bewusteloosheid binnen de minuut bij 11%• Stuiptrekkingen bij 25-35%

– Waterstofsulfide (H2S)• Gevaar voor gezondheid vanaf 10 ppm!!• Imminent levensgevaar (ademhaling stopt) vanaf 500 ppm

• Verstikkingsgevaar (afgesloten ruimten)– Zorg voor voldoende zuurstof !

Pathogenen

• Mengsel in de vergister bevat veel pathogenen– Vergisting is gebaseerd op populaties bacteriën

→ vaak niet volledig geïdentificeerd

– Materiaal afkomstig van• Dierlijk mest• Waterzuiveringsslib

→ bevat veel pathogene organismen

→ worden tijdens vergisting gedeeltelijk afgebroken (hogere T) → houd rekening met onvolledige afbraak

• Te nemen maatregelen– Contact met reactorinhoud/digestaat vermijden– Hygiënische normen na contact (handen wassen, …)

Geur als waarschuwing?

• H2S

→ geur van rotte eieren

→ ga niet op enkel de geur af

→ geur wordt na bepaalde tijd niet meer waargenomen

→ gas is reukloos in de gevaarlijke concentraties

Na vergisting?

• Houd ook rekening met navergisting van het digestaat

– Vaak niet volledig uitgegist– Ook in verwerking kunnen nog gassen gevormd worden

Onderhoudswerkzaamheden

• Vaak bron van ongevallen• Bij biogas vooral letten op

– Werken in afgesloten ruimten: verstikkingsgevaar– Gevaar op resthoeveelheid gas: eventuele explosies

Overzicht biogas-installatie

Thermische valorisatie

Elektrische valorisatie

Overdrukkleppen

• Met beveiliging vlamterugslag + beveiliging onderdruk

Vlamdovers

Terugslagklep

Drukregelaar leidingen

Vlamvanger

• Combinatie vlamdover, klep voor afsluiten brandstoftoevoer

Conclusie: Is vergisting gevaarlijk?

• Aan biogasproductie zijn gevaren verbonden

net als:– Andere industriële activiteiten– Het verkeer (auto’s, vliegtuigen)– Elektriciteit– En zelfs water

Indien enkele maatregelen in acht worden genomen is een veilige werking zeker mogelijk !

Nog vragen?