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Ottimizzazione del processo di upgrading del biometano
L'ottimizzazione del processo di upgrading del biometano
Riccardo Boarelli - Pollution
Sommario
L'ottimizzazione del processo di upgrading del biometano: una definizione. Perché è importante il monitoraggio on-line dei VOC? VOC è l'acronimo di Composti Organici Volatili. L'abbattimento dei VOC è essenziale non solo per la qualità del biometano, ma anche per prolungare la durata delle membrane dell'impianto di upgrading.
Monitoraggio on-line dei VOC e ottimizzazione del processo di upgrading del biometano
Primo Contatto con il settore con il Gruppo S.E.S.A. nel 2017:
- S.E.S.A. è tra i primi e tra i principali produttori di biometano in Italia;
- Richiesta di un sistema di monitoraggio on-line dei VOC al fine di capire quando sostituire i carboni attivi (CA) nei sistemi di purificazione del biogas;
- Il laboratorio interno dell'azienda effettuava analisi quotidiane sui VOC, impiegando personale per il campionamento in impianto e personale per le analisi in laboratorio (tempi e costi elevati);
- Insieme al cliente abbiamo eseguito una ricerca in letteratura su analisi VOC in matrice biogas, trovando poco o nulla;
- Abbiamo avanzato l'ipotesi di poter usare strumentazione di nostra produzione per andare incontro alla richiesta.
Problema:
- I filtri a carboni attivi (CA) sono il metodo più diffuso per eliminare le impurezze dal biogas prima di inviarlo alla fase di upgrading del biometano. Non esiste un modo semplice per capire quando i filtri cominciano a saturare, riducendo la loro capacità di rimuovere i VOC (e non solo);
- Se i carboni attivi non rimuovono le impurezze (H2S e VOC principalmente) dal biogas si corre il rischio di imbattersi in molti problemi. A seconda del processo di upgrading scelto, i problemi posso essere diversi;
Alcuni sistemi le rilasciano in atmosfera con intuibili problemi di ricadute odorigene, con altri possono arrivare inalterate nel biometano con problemi relativi alle specifiche di qualità. In tutti i casi comunque alterano il buon funzionamento dell'impianto
- Studi eseguiti da Hera e Italgas hanno mostrato che alcuni VOC (terpeni e chetoni, ma non solo) hanno un effetto negativo sulla odorizzabilità del biometano. Ciò ha generato nel 2018, la UNI TR 11722;
- A prescindere dal sistema di upgrading selezionato, la rimozione dei VOC e il conseguente costo di dei CA rimane un problema rilevante.
Situazione della problematica dell'odorizzabilità:
- Pubblicazione di Italgas - Hera su Servizi a Rete del 1/03/2017.
Situazione della problematica dell'odorizzabilità :
- UNI TR 11722:2018.
Richiesta:
Ottimizzazione dei sistemi di abbattimento delle impurezze nel biogas.
Problema:
Come eseguire un'analisi efficace sui VOC in matrice biogas?
Soluzione:
Micro Gascromatografo.
Risultati Analitici Preliminari
VOC più significativi presenti nel biogas (da analisi di laboratorio)
- Acetone quando presente, è il primo segnale di problemi all'interno del digestore anaerobico, in particolare problemi legati alla
salute dei batteri;
- MEK (2-butanone) particolarmente importante se il sistema di upgrading è a membrane;
- Alcoli anche se abbastanza solubili in acqua, possono superare i primi sistemi di abbattimento e arrivare ai CA sempre
presenti nel biogas agricolo;
- Aromatici e terpeni sono i composti con la concentrazione maggiore (fino 2000 ppm) nel biogas problematici per il loro forte impatto odoroso:
-Styrene;
- Benzene;
- Cumene;
- Pinene;
- Limonene;
- p-Cymene.
Inficon Micro GC è stato comparato con un GC da laboratorio, dando gli stessi risultati Il cromatogramma mostra l'analisi dei VOC con concentrazioni variabili tra 10 (benzene) e 140 ppm (acetone).
Monitoraggio on-line dei VOC... e non solo
Ottimizzazione del processo di upgrading del biometano
- High flow (fast loop): del campione fresco flussa continuamente attraverso le linee di campionamento grazie a una pompa a
membrana dedicata. Il campione viene reintrodotto nella tubazione per evitare perdite di metano in atmosfera;
- Low flow: la parte interna del sistema di campionamento presenta una valvola multiposizione che collega in sequenza le linee di campionamento al Micro GC. L'umidità e le impurità sono separate dal flusso di campione da un filtro e da una
pompa peristaltica per lo spurgo dell'acqua di condensa.
Prototipo del sistema di analisi VOC installato nel primo impianto di SESA (2018):
- REMOTE CONTROL BOX (RCB);
- Micro GC Fusion;
- MPF Multi Position Flamable Heated Gas Sampler.
Gli impianti in attività
Sono 6 gli impianti attualmente in funzione con il sistema di monitoraggio di Pollution.
- S.E.S.A. è tra i primi e tra i principali produttori di biometano in Italia;
- Richiesta di un sistema di monitoraggio on-line dei VOC al fine di capire quando sostituire i carboni attivi (CA) nei sistemi di purificazione del biogas;
- Il laboratorio interno dell'azienda effettuava analisi quotidiane sui VOC, impiegando personale per il campionamento in impianto e personale per le analisi in laboratorio (tempi e costi elevati);
- Insieme al cliente abbiamo eseguito una ricerca in letteratura su analisi VOC in matrice biogas, trovando poco o nulla;
- Abbiamo avanzato l'ipotesi di poter usare strumentazione di nostra produzione per andare incontro alla richiesta.
Problema:
- I filtri a carboni attivi (CA) sono il metodo più diffuso per eliminare le impurezze dal biogas prima di inviarlo alla fase di upgrading del biometano. Non esiste un modo semplice per capire quando i filtri cominciano a saturare, riducendo la loro capacità di rimuovere i VOC (e non solo);
- Se i carboni attivi non rimuovono le impurezze (H2S e VOC principalmente) dal biogas si corre il rischio di imbattersi in molti problemi. A seconda del processo di upgrading scelto, i problemi posso essere diversi;
Alcuni sistemi le rilasciano in atmosfera con intuibili problemi di ricadute odorigene, con altri possono arrivare inalterate nel biometano con problemi relativi alle specifiche di qualità. In tutti i casi comunque alterano il buon funzionamento dell'impianto
- Studi eseguiti da Hera e Italgas hanno mostrato che alcuni VOC (terpeni e chetoni, ma non solo) hanno un effetto negativo sulla odorizzabilità del biometano. Ciò ha generato nel 2018, la UNI TR 11722;
- A prescindere dal sistema di upgrading selezionato, la rimozione dei VOC e il conseguente costo di dei CA rimane un problema rilevante.
Situazione della problematica dell'odorizzabilità:
- Pubblicazione di Italgas - Hera su Servizi a Rete del 1/03/2017.
Situazione della problematica dell'odorizzabilità :
- UNI TR 11722:2018.
Richiesta:
Ottimizzazione dei sistemi di abbattimento delle impurezze nel biogas.
Problema:
Come eseguire un'analisi efficace sui VOC in matrice biogas?
Soluzione:
Micro Gascromatografo.
Risultati Analitici Preliminari
VOC più significativi presenti nel biogas (da analisi di laboratorio)
- Acetone quando presente, è il primo segnale di problemi all'interno del digestore anaerobico, in particolare problemi legati alla
salute dei batteri;
- MEK (2-butanone) particolarmente importante se il sistema di upgrading è a membrane;
- Alcoli anche se abbastanza solubili in acqua, possono superare i primi sistemi di abbattimento e arrivare ai CA sempre
presenti nel biogas agricolo;
- Aromatici e terpeni sono i composti con la concentrazione maggiore (fino 2000 ppm) nel biogas problematici per il loro forte impatto odoroso:
-Styrene;
- Benzene;
- Cumene;
- Pinene;
- Limonene;
- p-Cymene.
Inficon Micro GC è stato comparato con un GC da laboratorio, dando gli stessi risultati Il cromatogramma mostra l'analisi dei VOC con concentrazioni variabili tra 10 (benzene) e 140 ppm (acetone).
Monitoraggio on-line dei VOC... e non solo
Ottimizzazione del processo di upgrading del biometano
- High flow (fast loop): del campione fresco flussa continuamente attraverso le linee di campionamento grazie a una pompa a
membrana dedicata. Il campione viene reintrodotto nella tubazione per evitare perdite di metano in atmosfera;
- Low flow: la parte interna del sistema di campionamento presenta una valvola multiposizione che collega in sequenza le linee di campionamento al Micro GC. L'umidità e le impurità sono separate dal flusso di campione da un filtro e da una
pompa peristaltica per lo spurgo dell'acqua di condensa.
Prototipo del sistema di analisi VOC installato nel primo impianto di SESA (2018):
- REMOTE CONTROL BOX (RCB);
- Micro GC Fusion;
- MPF Multi Position Flamable Heated Gas Sampler.
Gli impianti in attività
Sono 6 gli impianti attualmente in funzione con il sistema di monitoraggio di Pollution.
Video
Soluzione analitica per il processo di upgrading e versione portatile per service e laboratori
Soluzione analitica per il processo di upgrading
- Analisi H2 S e O2 biogas dopo primo filtro H2 S;
- Analisi VOC biogas entrate carboni attivi;
- Analisi VOC biogas dopo primo a carboni attivi;
- Analisi VOC biogas uscente carboni attivi;
- Analisi qualità CO2 oppure CH4 in atmosfera;
- Analisi qualità del Biometano;
- Gas standard per verifiche e calibrazioni automatiche MPF: Sistema di campionamento multipunto riscaldato RCB: Remote control BOX - Cloud - PLC - Telegestione.
Versione portatile per service e laboratori
La richiesta:
- Alcuni operatori del settore hanno espresso la necessità di poter effettuare analisi in tempo reale su impianti sia in fase di accensione, che durante le attività di manutenzione ordinaria. Anche in questo caso sarebbe ottimale poter avere un unico analizzatore per i principali parametri;
- Il Micro GC Fusion si presta bene a questa attività perché è semplice da usare grazie ad alcune caratteristiche peculiari:
1. Compatto e leggero;
2. Meno di 5 minuti dall'accensione all'analisi;
3. Touch screen per eseguire analisi "click&run";
4. Connessione WiFi;
5. Software utilizzabile anche da tablet.
Conclusioni
La strumentazione utilizzata ha soddisfatto i requisiti di ripetibilità, velocità e affidabilità nel tempo grazie alla robustezza di questa tecnologia ormai consolidata.
Si conclude che il sistema proposto risponde in maniera precisa e rapida ad una problematica concreta di ottimizzazione del processo di upgrading evitando guasti al sistema e risparmiando sulla carica del carbone attivo. Contemporaneamente aiuta a monitorare i requisiti di sicurezza sull'odorizzabilità del biometano per l'immissione in rete.
Abbassando i costi operativi, contribuisce a rendere economicamente sostenibile impianti di biometano anche di taglie medie o piccole, come quelli dedicati al settore agricolo.
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Fonte: mcTER Biometano-Biogas-Biomasse - Milano settembre 2021 Le nuove frontiere di biometano e bioenergie tra sostenibilità e risparmio energetico
Settori: Analisi Chimiche, Analisi, abbattimento e Controllo emissioni, Biocarburanti, Bioenergia, Biogas, Biomasse, Biometano, Cogenerazione, Combustibili, Efficienza energetica industriale, Filtrazione, GAS, Manutenzione meccanica, Meccanica, Rinnovabili
Mercati: Agricoltura e Allevamenti, Chimica, Petrolchimica, Plastica, Manutenzione industriale, Trasporti e Automotive
Parole chiave: Analisi Biometano, Analisi e monitoraggio COV, Bioenergia, Biogas, Biomasse, Biometano, Efficienza energetica, Filtrazione, Tecnologie di upgrading, VOC
