Essiccazione del biogas

CLEAN-BGAS DRY è una soluzione per l’essiccazione del biogas. Si basa sulla combinazione di raffreddamento e condensazione. A volte funziona come un depuratore.

I moduli di essiccazione del biogas CLEAN-BGAS DRY combinano diverse tecniche di riduzione del vapore acqueo, con l’obiettivo di eliminare particelle e schiuma, fornendo un gas con le caratteristiche adeguate per il suo sfruttamento stabile in motori, turbine e caldaie a vapore.

La gamma di essiccatori per biogas Condorchem Envitech comprende tre tipi principali di apparecchiature, che presentano un funzionamento robusto, semplice, occupano poco spazio e costituiscono una tecnologia sicura e di elevata efficacia. Tutte le apparecchiature sono automatizzate, quindi richiedono una supervisione minima durante il loro funzionamento.

Tipi di essiccatori:

• Senza recupero energetico
• Con recupero energetico
• Con sistema di rimozione di H2S

Quando il biogas viene estratto dalla discarica, dalla stazione di depurazione delle acque reflue (EDAR/PTAR) o dall'impianto di digestione, il suo contenuto di vapore acqueo è elevato a causa dell'equilibrio termodinamico presente nella sua produzione. In tali impianti questo problema si accentua durante l'estate a causa dell'aumento della temperatura di questa stagione dell'anno, arrivando il biogas a raggiungere la sovrasaturazione in ogni momento.

Il vapore acqueo riduce drasticamente il PCI del biogas, facilita la formazione di acidi corrosivi e provoca ostruzioni nel sistema di tubazioni, per questo motivo, sono influenzati sia il funzionamento dell'impianto sia il rendimento energetico delle apparecchiature coinvolte nel suo utilizzo come biocarburante (motori, turbine, caldaie, bruciatori, soffianti, ecc.).

Per questo motivo, è opportuno, prima di essere utilizzato come biocarburante, ridurre al massimo il suo contenuto di umidità. Questa umidità contenuta nel biogas è un'umidità acida a causa del contatto con i gas acidi presenti nel biogas (CO2 e H2S), pertanto, quando entra nel sistema di cogenerazione provoca anch'essa corrosione.

Il biogas è un gas umido, quindi è necessario asciugarlo prima di utilizzarlo per evitare:

• Problemi nei sistemi di cogenerazione
• Corrosione
• Ostruzioni nei condotti del biogas

La tecnologia CLEAN-BGAS DRY combina tecniche di refrigerazione e condensazione che permettono di raggiungere un'efficienza di rimozione superiore al 95%, a seconda della temperatura di lavoro, offrendo al contempo un basso costo operativo.

Può includere anche un raccoglitore-lavatrice, che oltre a minimizzare le esigenze energetiche dell'operazione, consente di lavare il biogas con i propri condensati. Ciò produce una riduzione parziale di H2S e NH3, che accompagnano il biogas, per cui può essere considerata una tecnologia con molteplici usi.

• Produce una corrente di gas con un contenuto basso di umidità.
• Eliminazione ad alta efficienza.
• Basso consumo elettrico.
• Basso costo di manutenzione.
• Completamente automatizzato.
• Installazione solida.

• Eliminazione del vapore acqueo dal biogas.
• Riduzione parziale dei silossani di tipo D.
• Riduzione parziale di H2S, NH3 e idrocarburi.
• Riduzione della temperatura e dell'umidità relativa del gas.

• Sistema modulare.
• Funzionamento continuativo.
• Può ridurre il vapore acqueo e, a turni, H2S, NH3, idrocarburi e silossani secondo necessità.
• All'interno dell'impianto di biogas, può funzionare sia sulla linea di aspirazione che sulla linea di pressione.
• Può essere incluso un sistema di controllo operativo su richiesta del cliente.
• Funzionamento automatico.
• Alta efficienza nell'eliminazione dell'umidità dal biogas.
• Può includere un sistema di recupero energetico o di preriscaldamento.

La tecnologia di produzione del biogas ha avuto, negli ultimi anni, una crescita esponenziale e si prevede un futuro promettente in questo senso, poiché esso si presenta come il principale sostituto del gas naturale, sia per la sua applicazione come combustibile per l'automotive sia per la sua immissione nella rete del gas naturale.

Le energie rinnovabili lottano per conquistare la leadership nella produzione energetica: tra le energie rinnovabili si contano l’eolica, geotermica, idroelettrica, mareomotrice, solare, la biomassa e i biocarburanti.

Tra i diversi tipi di energie provenienti dalla biomassa, si trova il cosiddetto biogas. Il biogas è il gas prodotto dalla decomposizione anaerobica (senza ossigeno) della materia organica, contiene principalmente metano (CH4) che gli conferisce la sua caratteristica di gas combustibile.

Per questo motivo, il biogas proveniente da discariche (discariche sanitarie), impianti di metanizzazione e depurazione delle acque reflue (EDAR), costituisce un materiale prezioso per la produzione di energia, biocarburanti e la produzione di prodotti chimici come l’idrogeno e il metanolo.

Il biogas da un punto di vista tecnico è una miscela multicomponente di gas, sia nella sua composizione di base (CH4, CO2, H2, O2, N2, vapore acqueo, ecc.) sia nei suoi componenti dannosi (NH3, silossani, idrocarburi alogenati e pesanti, H2S, ecc.). La sua composizione è strettamente correlata al tipo di materia sottoposta al processo di digestione anaerobica, alla tecnologia utilizzata per la sua produzione e al tipo di processo selezionato.

Per la sua applicazione e sfruttamento nella produzione di energia e/o come materia prima per la produzione di prodotti chimici, è necessario migliorarne la qualità. A tal fine, è necessario ridurre il contenuto di umidità ed eliminare tutti i componenti dannosi indicati di seguito.

Nel presente articolo si descrive, in modo sommario, la tecnologia di essiccazione/deumidificazione, come via per la riduzione dell’umidità e di altri componenti dannosi presenti nel biogas e nelle sue parti componenti di base.

Per essiccazione/deumidificazione del biogas si intende l’eliminazione parziale o totale dell’umidità contenuta nella corrente di biogas che si presenta principalmente sotto forma di vapore acqueo.

Il vapore acqueo riduce drasticamente il PCI del biogas; per questo motivo, viene influenzata la resa energetica delle macchine coinvolte nel suo utilizzo come biocarburante (motori, turbine, caldaie, bruciatori, ecc.). Pertanto, è opportuno, prima di essere utilizzato come materiale energetico, ridurre al minimo il suo contenuto di umidità con qualsiasi metodo. A sua volta, questa eliminazione è necessaria per evitare l'accumulo di condensati nella linea del gas e, con esso, evitare la formazione di acidi corrosivi, nonché l'ostruzione delle tubazioni. La quantità di vapore acqueo contenuta nel biogas è direttamente correlata sia alla temperatura di esercizio del sistema di produzione del biogas, sia alla temperatura ambiente in generale.

Molte sono le tecniche di separazione/rimozione che si applicano per ridurre questo tipo di componente. Ad esempio, l’adsorbimento su gel di silice è una tecnica applicata per l’essiccazione del biogas o il lavaggio con glicole. Tuttavia, la combinazione di raffreddamento e condensazione sono due tecniche/operazioni che offrono ottimi benefici nella pulizia del biogas, con l’obiettivo principale di ridurre l’umidità e, in certa misura, eliminare componenti come: gli idrocarburi alogenati e pesanti, così come i silossani, a seconda della temperatura di esercizio.

Le ricerche su scala industriale hanno dimostrato che, all’aumentare della bassa temperatura di raffreddamento utilizzata, maggiore è il grado di riduzione dell’umidità e, a sua volta, maggiore è il grado di eliminazione di altri componenti come: i silossani, principalmente i tipi D, e gli idrocarburi, sia pesanti che alogenati.

Tecnica di condensazione:

• Separatore di gocce
• Idrocicloni.
• Trappole a vapore
• Sigilli d’acqua
• Vaso di condensati

Tecnica di essiccazione:

• Raffreddamento
• Adsorbimento su gel di silice
• Glicole
• Riscaldamento

Un impianto di essiccazione/deumidificazione del biogas generalmente comprende:

• Apparecchiatura di scambio termico, generalmente a fascio tubiero e camicia.
• Condensatore.
• Macchina frigorifera.
• Accessori

Un impianto di essiccazione/deumidificazione del biogas sviluppato da Condorchem Envitech è composto dai seguenti apparecchi: vaso di condensati, scambiatore di calore in posizione verticale, separatore di gocce e macchina frigorifera.

Alcuni impianti di essiccazione del biogas dispongono, a loro volta, di un recuperatore/economizzatore con l’obiettivo di minimizzare il consumo energetico di questa operazione, il che si traduce nella riduzione dei costi operativi e, di conseguenza, in macchine frigorifere con potenza frigorifera inferiore, quindi a costo fisso minore. L’uso di questa apparecchiatura dipende da molti fattori, tra cui la portata del biogas da trattare, la temperatura e lo scopo dell’impianto. Condorchem Envitech ha introdotto nel 2008, nel mercato della pulizia del biogas, il recuperatore/economizzatore-lavaggio come risultato del suo lavoro di R&S+i. In questo modo si garantisce un efficiente grado di pulizia del biogas con un consumo minimo di energia.

Un impianto di pulizia del biogas con economizzatore, il cui scopo è ridurre l’umidità e contemporaneamente eliminare silossano e solfuro di idrogeno (H2S). In esso sono presenti i diversi apparecchi che costituiscono la tecnologia.

Il cuore di questi impianti di essiccazione/deumidificazione del biogas sono le macchine frigorifere, poiché sono responsabili di fornire il mezzo di raffreddamento, generalmente acqua glicolata, per il raffreddamento dello scambiatore di calore dove il biogas verrà raffreddato. Pertanto, una corretta selezione di questo tipo di macchina è di vitale importanza per garantire un buon funzionamento e la durabilità dell’impianto.

Attualmente gli studi relativi al risparmio energetico in questo tipo di impianti (impianti di grandi dimensioni) si concentrano sull’uso di macchine frigorifere ad adsorbimento nelle quali si indaga l’utilizzo dei gas di scarico del sistema di cogenerazione, per generare il freddo necessario al raffreddamento del biogas e in questo modo chiudere un ciclo energetico di grande interesse.

Attualmente sul mercato dell’essiccazione/deumidificazione del biogas esistono due tipi base di impianto, in base alla posizione in cui si trova l’apparecchiatura di scambio termico: quelli a posizione orizzontale e quelli a posizione verticale.

Condorchem Envitech sviluppa dal 2000 l’impianto di essiccazione/deumidificazione del biogas a posizione verticale che offre i seguenti vantaggi.

• Minore richiesta di spazio.
• Migliore evacuazione dei condensati formati.
• Minore probabilità di congelamento nel tubo quando si lavora a basse temperature.
• Migliori coefficienti di trasferimento del calore.
• Maggiore efficacia nella riduzione dell’umidità e di altri contaminanti.