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Produzione e utilizzo di idrogeno nel settore agroalimentare
L'idrogeno al servizio dell'industria: cosa si può fare oggi
Alberto Zerbinato - ICI Caldaie
Riccardo Pancolini, CIB Unigas
Saro Capozzoli, H2 Energy srl
Saro Capozzoli, H2 Energy srl
Sommario
Nel corso della presentazione saranno illustrati alcuni progetti di ICI Caldaie e Partners.
ICI Caldaie propone una filiera di aziende che collaborano al progetto di contenimento produzione di CO2 in alcune applicazioni industriali.
Questo pool di aziende propone una declinazione semplice ed efficace di utilizzo dell'idrogeno da fonti rinnovabili per le industrie agroalimentari e non solo.
Decarbonizzare l'energia termica a uso industriale con adozione di miscela H2/CH4 nei generatori di vapore 30%-50%
Lo scopo è progettare e installare impianti di produzione ed utilizzo in aziende del settore agroalimentare & Food & Beverage.
Creare una hydrogen valley diffusa sul territorio nazionale.
Un nuovo processo di produzione permette di produrre idrogeno verde da erba, paglia e residui dell'industria alimentare.
Priorità e Obiettivi
- Produzione di << H2 Green >> sul posto di utilizzo riducendo le inefficienze di stoccaggio;
- FER prodotta localmente o in siti connessi: effetti su << Power Grid Balance >>;
- Produzione locale come alternativa per affrontare i problemi di trasporto dell'H2 con linee gas. (Bassa densità energetica in volume, criticità resistenza materiali);
- Applicazione dei break-through tecnologici: Produzione & Gestione dei Rischi-Sicurezza;
- Applicazione nel settore Agri-Food & F&B:
1. Essenziale nei consumi e sopravvivenza;
2. CO2 prodotta: 26% nel settore Agri-Food di cui 6,5 % nei processi di trasformazione ;
3. Riduzione inquinamento nella zona più industrializzata d'Europa (Pianura Padana): qualità dell'aria e riduzione CO2.
Scenario Ipotizzato
- Estensione potenziale: 500 principali aziende del settore (tot. 72.050);
- Selezione: 115 impianti;
- Riduzione da 12 % - 23 % (17.400 a 48.720 Ton/Anno di CO2).
L'azienda prosegue nella prima parte dell'intervento con il mostrare un diagramma di flusso. In informatica il diagramma di flusso (in inglese flow chart) è una rappresentazione grafica delle operazioni da eseguire per l'esecuzione di un algoritmo.Ogni singolo passo è visualizzato tramite una serie di simboli standard.
Per uno studio realizzato dall'azienda si è utilizzato un bruciatore LX65 CIB Unigas installato su una caldaia Novum H2R da 475 kW:
- Per il controllo del bruciatore si è utilizzato un BMS Lamtec Etamatic;
- Le portate di gas naturale ed idrogeno sono state misurate e controllate mediante misuratori di portata massica calibrati;
- La composizione del gas naturale è stata misurata utilizzando un micro GC e la frazione di idrogeno nel combustibile è stata misurata utilizzando un sensore Hy-Optima 2710;
- Sono state installate diverse termocoppie sulla superficie del diffusore di fiamma del bruciatore. Durante il test sono state misurate le frazioni di NO, NO2, CO, CxHy ed O2 per valutare il comportamento di combustione in base al diverso blend di Gas naturale/Idrogeno;
- Durante il funzionamento con miscele con percentuali di H2 superiori al 60% il segnale di corrente di ionizzazione si è rivelato molto debole, pertanto c'è stata la necessità di sostituire l'elettrodo con un sensore fiamma UV;
- L'aggiunta di idrogeno al gas naturale influisce sulle proprietà chimico-fisiche del combustibile e, di conseguenza, sulla combustione. Passando dal gas naturale all'idrogeno puro la velocità laminare di fiamma aumenta di circa un fattore 6 e la sua temperatura adiabatica di circa 200 °C. Di conseguenza, il rapporto aria/combustibile e l'apporto termico cambieranno quando l'idrogeno viene aggiunto al gas naturale;
- Per controllare il rapporto della miscela e mantenere costante l'apporto termico si è utilizzato un sistema di controllo del bruciatore adattivo, in base alla varianza del combustibile, sviluppato tramite un PLC e collegato al BMS del bruciatore.
- Le misurazioni sono state eseguite ad una portata termica impostata di 250 kW con il 4% di O2 residuo al camino;
- Come si può vedere nell'immagine non si osservano grandi cambiamenti nella struttura visiva della fiamma tra lo 0 ed il 40% di aggiunta di idrogeno nella miscela. Quando si aumenta la concentrazione di idrogeno oltre il 50% si nota che il colore della fiamma cambia dal tipico colore blu del gas naturale all'arancione;
- Per tutte le misurazioni si osserva una fiamma stabile e non è stato osservato alcun aumento sostanziale della temperatura superficiale del diffusore della testa di combustione durante il passaggio dal gas naturale all'idrogeno;
- È evidente che il valore di NOx misurato aumenta significativamente quando si aggiunge idrogeno al gas naturale. Il passaggio dal gas naturale all'idrogeno puro comporta un aumento delle emissioni di NOx di circa un fattore tre; da ~ 69 a 200 mg/m3 (3% O2). Questo è dovuto principalmente al fatto che la temperatura di fiamma aumenta con l'aumentare della frazione di idrogeno nel combustibile con conseguente produzione di NOx termici.
Si è valutato tre strategie di mitigazione degli NOx, tutte volte ad abbassare la temperatura della fiamma:
1. Variazione del fattore di eccesso d'aria;
2. Aggiunta di CO2 al combustibile;
3. Ricircolo dei fumi.
I risultati mostrano che l'aumento del l, che si traduce in un aumento della percentuale di O2 nei fumi, non ha un effetto sostanziale sulla riduzione delle emissioni degli Nox.
Priorità e Obiettivi
- Produzione di << H2 Green >> sul posto di utilizzo riducendo le inefficienze di stoccaggio;
- FER prodotta localmente o in siti connessi: effetti su << Power Grid Balance >>;
- Produzione locale come alternativa per affrontare i problemi di trasporto dell'H2 con linee gas. (Bassa densità energetica in volume, criticità resistenza materiali);
- Applicazione dei break-through tecnologici: Produzione & Gestione dei Rischi-Sicurezza;
- Applicazione nel settore Agri-Food & F&B:
1. Essenziale nei consumi e sopravvivenza;
2. CO2 prodotta: 26% nel settore Agri-Food di cui 6,5 % nei processi di trasformazione ;
3. Riduzione inquinamento nella zona più industrializzata d'Europa (Pianura Padana): qualità dell'aria e riduzione CO2.
Scenario Ipotizzato
- Estensione potenziale: 500 principali aziende del settore (tot. 72.050);
- Selezione: 115 impianti;
- Riduzione da 12 % - 23 % (17.400 a 48.720 Ton/Anno di CO2).
L'azienda prosegue nella prima parte dell'intervento con il mostrare un diagramma di flusso. In informatica il diagramma di flusso (in inglese flow chart) è una rappresentazione grafica delle operazioni da eseguire per l'esecuzione di un algoritmo.Ogni singolo passo è visualizzato tramite una serie di simboli standard.
Per uno studio realizzato dall'azienda si è utilizzato un bruciatore LX65 CIB Unigas installato su una caldaia Novum H2R da 475 kW:
- Per il controllo del bruciatore si è utilizzato un BMS Lamtec Etamatic;
- Le portate di gas naturale ed idrogeno sono state misurate e controllate mediante misuratori di portata massica calibrati;
- La composizione del gas naturale è stata misurata utilizzando un micro GC e la frazione di idrogeno nel combustibile è stata misurata utilizzando un sensore Hy-Optima 2710;
- Sono state installate diverse termocoppie sulla superficie del diffusore di fiamma del bruciatore. Durante il test sono state misurate le frazioni di NO, NO2, CO, CxHy ed O2 per valutare il comportamento di combustione in base al diverso blend di Gas naturale/Idrogeno;
- Durante il funzionamento con miscele con percentuali di H2 superiori al 60% il segnale di corrente di ionizzazione si è rivelato molto debole, pertanto c'è stata la necessità di sostituire l'elettrodo con un sensore fiamma UV;
- L'aggiunta di idrogeno al gas naturale influisce sulle proprietà chimico-fisiche del combustibile e, di conseguenza, sulla combustione. Passando dal gas naturale all'idrogeno puro la velocità laminare di fiamma aumenta di circa un fattore 6 e la sua temperatura adiabatica di circa 200 °C. Di conseguenza, il rapporto aria/combustibile e l'apporto termico cambieranno quando l'idrogeno viene aggiunto al gas naturale;
- Per controllare il rapporto della miscela e mantenere costante l'apporto termico si è utilizzato un sistema di controllo del bruciatore adattivo, in base alla varianza del combustibile, sviluppato tramite un PLC e collegato al BMS del bruciatore.
- Le misurazioni sono state eseguite ad una portata termica impostata di 250 kW con il 4% di O2 residuo al camino;
- Come si può vedere nell'immagine non si osservano grandi cambiamenti nella struttura visiva della fiamma tra lo 0 ed il 40% di aggiunta di idrogeno nella miscela. Quando si aumenta la concentrazione di idrogeno oltre il 50% si nota che il colore della fiamma cambia dal tipico colore blu del gas naturale all'arancione;
- Per tutte le misurazioni si osserva una fiamma stabile e non è stato osservato alcun aumento sostanziale della temperatura superficiale del diffusore della testa di combustione durante il passaggio dal gas naturale all'idrogeno;
- È evidente che il valore di NOx misurato aumenta significativamente quando si aggiunge idrogeno al gas naturale. Il passaggio dal gas naturale all'idrogeno puro comporta un aumento delle emissioni di NOx di circa un fattore tre; da ~ 69 a 200 mg/m3 (3% O2). Questo è dovuto principalmente al fatto che la temperatura di fiamma aumenta con l'aumentare della frazione di idrogeno nel combustibile con conseguente produzione di NOx termici.
Si è valutato tre strategie di mitigazione degli NOx, tutte volte ad abbassare la temperatura della fiamma:
1. Variazione del fattore di eccesso d'aria;
2. Aggiunta di CO2 al combustibile;
3. Ricircolo dei fumi.
I risultati mostrano che l'aumento del l, che si traduce in un aumento della percentuale di O2 nei fumi, non ha un effetto sostanziale sulla riduzione delle emissioni degli Nox.
Strategie di mitigazione degli NOx
Si sono valutate tre strategie di mitigazione degli NOx, tutte volte ad abbassare la temperatura della fiamma:
1. Variazione del fattore di eccesso d'aria;
2. Aggiunta di CO2 al combustibile;
3. Ricircolo dei fumi.
I risultati mostrano che l'aumento del l, che si traduce in un aumento della percentuale di O2 nei fumi, non ha un effetto sostanziale sulla riduzione delle emissioni degli Nox.
Conclusioni
Il progetto "Facile" nasce dall'idea di creare un sistema adatto a semplificare il commissioning ed allo stesso tempo rendere più efficiente in termini operativi e di risparmio energetico il funzionamento del bruciatore. I principali vantaggi del sistema sono:
- Il bruciatore si regola autonomamente sull'impianto. La curva di rapporto delle portate è già preimpostata nel bruciatore il quale eseguirà da solo l'autocalibrazione degli attuatori durante la prima accensione, in pochi minuti;
- l sistema non prevede un controllo con feedback sulla combustione (sonda O2 - sonda combi O2/CO..) ma mantiene comunque in massima efficienza la combustione adattandosi alle variabili ambientali e di impianto;
- È predisposto per la supervisione da remoto.
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Fonte: mcTER Idrogeno Web Edition giugno 2021 Idrogeno, prospettive e applicazioni di oggi e di domani
Settori: Ambiente, Analisi, abbattimento e Controllo emissioni, Caldaie e Generatori industriali, Combustibili, Efficienza energetica industriale, Energia, GAS, Idrogeno, Rinnovabili, Termotecnica industriale
Parole chiave: Caldaie industriali, Decarbonizzazione, Energia Termica, Generatori di vapore, Hydrogen Valley, Idrogeno, Rinnovabili
