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DAL BIOGAS AL BIOMETANO: I VANTAGGI DELLA TECNOLOGIA VPSA (Vacuum Pressure Swing Adsorption) Guido G. Ceccherelli San Donato, 29 giugno 2017 1
ECOSPRAY TECHNOLOGIES Ecospray Technologies è specializzata nella ricerca e sviluppo, così come nella loro successiva implementazione, di tecnologie innovative per il trattamento e/o raffreddamento di aria e gas nelle applicazioni industriali, navali e nel settore energia. Ecospray attualmente detiene 10 brevetti internazionali industriali. Dal 2005 Ecospray ha sviluppato, realizzato e installato quasi 500 sistemi per la depurazione e il trattamento di aria e gas. Dipendenti e collaboratori: ca. 80 (> 50% laureati). 2
ECOSPRAY TECHNOLOGIES LE NOSTRE APPLICAZIONI NAVALE ENERGIA E INCENERIMENTO ACCIAIO E METALLI CEMENTO E MINERALI VETRO E CERAMICA CHIMICO I NOSTRI SISTEMI IMPIANTI DeNOx (SCR - SNCR) IMPIANTI DeSOx BIOGAS UPGRADING IMPIANTI DI FILTRAZIONE INDUSTRIALE FOGGING E IMPIANTI DI RAFFREDDAMENTO GAS 3
VPSA PROCESS (Vacuum Pressure Swing Adsorption) Vi sono numerosi processi conosciuti oggigiorno mediante i quali effettuare la separazione di CO 2 e H 2 S dal biogas: - Scrubber a acqua in pressione - Lavaggio chimico (ammine) - Processi a membrana - Processi criogenici - Lavaggio fisico con solventi organici - PSA - Sistemi ibridi La tecnologia PSA (Pressure Swing Adsorption) è oggigiorno una delle tecniche maggiormente applicate ed è basata sull adsorbimento preferenziale del gas da trattare su un adsorbente solido poroso. 4
VPSA PROCESS (Vacuum Pressure Swing Adsorption) IL PROCESSO VPSA DI ECOSPRAY Al contrario della tecnologia PSA convenzionale, il processo di Ecospray opera a pressione ambiente consentendo di evitare le complicazioni progettuali e operative tipiche dei serbatoi e dei sistemi a pressione La rigenerazione del letto adsorbente avviene mediante una fase di vuoto spinto Il letto adsorbente è composto da zeoliti (setacci molecolari) che adsorbono selettivamente CO 2, H 2 S e H 2 O Il processo è in continuo e non condizionato dalle fluttuazioni delle condizioni operative Il sistema è caratterizzato da bassi consumi energetici e grande semplicità impiantistica 5
LAY-OUT TIPICO DEL SISTEMA ECO-SORB TM VPSA SISTEMA ECO-SORB TM VPSA CON PRE-TRATTAMENTO H 2 S E UMIDITÀ SISTEMA PROPRIETARIO PER LA RIDUZIONE DEL CONSUMO ENERGETICO 6
LAY-OUT TIPICO DEL SISTEMA ECO-SORB TM VPSA Il sistema ECO-SORB TM VPSA è costituito da : Una prima unità di pretrattamento che rimuove i componenti secondari come umidità e composti solforati Una seconda di upgrading che si basa su tre reattori di adsorbimento contenenti setacci molecolari conness tra di loro in parallelo, in modo da garantire continuità alla portata in uscita dal sistema stesso (un quarto reattore può essere aggiunto in caso di recupero spinto dello slip di metano). L anidride carbonica rimane adsorbita sulla zeolite e si ottiene il biometano L upgrading opera contemporaneamente in modo che ci sia un primo reattore in fase di lavoro (adsorbimento), un secondo in fase di rigenerazione sottovuoto spinto ed un terzo in fase di ripristino della pressione operativa. Nell ultima fase, l off-gas desorbito è ricco di CO 2 e povero di metano 7
ECO-SORB TM VPSA BIOGAS UPGRADING IMPIANTO ESISTENTE 8
ECO-SORB TM VPSA BIOGAS UPGRADING 9
ECO-SORB TM VPSA : TIMELINE Timeline 2017 2016 2015 2014 2014 2013 INSTALLAZIONE UNITA MOBILE (Biodigestore Fanghi Trattamento Acque) IMPIANTO INDUSTRIALE SU SCALA RIDOTTA (Biodigestore FORSU) OTTIMIZZAZIONE PROCESSO PROTOTIPAZIONE IN HOUSE PROVE DI LABORATORIO ATTIVITÀ DI RICERCA E SVILUPPO
ECO-SORB TM VPSA IMPIANTO PROVA INDUSTRIALE - BIOGAS DA FORSU (AL) Le esperienze maturate in circa un anno di test hanno consentito di individuare precisamente le variabili che influenzano il processo: grado di vuoto rigenerazione del materiale adsorbente tempi di residenza all interno del reattore qualità dei setacci molecolari umidità presente nel biogas. Quindi è stato possibile arrivare ad un livello tale di ottimizzazione che garantisse al processo: costanza dell efficienza nel tempo grande affidabilità continuità operativa 11
ECO-SORB TM VPSA IMPIANTO PROVA INDUSTRIALE- BIOGAS DA FORSU (AL) QUESTI I RISULTATI OTTENUTI ALLA FINE DELLE OTTIMIZZAZIONI RAGGIUNTE:!! BIOGAS! BIOMETANO! CH 4! 58%! > 98%! CO 2! 40%! < 2%! H 2 S! 200-250 ppm * )! < 3 ppm! O 2! 0,5%! < 0,5%! Note: portata media di Biogas ca. 6 m 3 /h! * ) il biogas subiva un pretrattamento già in fase in fase di digestione anaerobica! 12!
ECO-SORB TM VPSA IMPIANTO PILOTA concentrazione %CO 2 3,0 concentrazione massima a fine ciclo concentrazione media ciclo 2,5 2,0 % co 2 1,5 1,0 0,5 0,0 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 Cicli lavoro 13
ECO-SORB TM VPSA IMPIANTO PILOTA 3 2,5 concentrazione CO 2 nel biometano durante ciclo di lavoro reale media 2 % co 2 1,5 1 0,5 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % Tempo ciclo di lavoro 14
ECO-SORB TM VPSA BIOGAS DA FANGHI DEPURAZIONE ACQUE (Bresso - MI) Unità mobile installata da dicembre 2016 presso l impianto di produzione di biogas ottenuto da fanghi di depurazione delle acque reflue di Bresso. L impianto installato sta permettendo di condurre tutta una serie di test, validati anche da periodiche campagne di misure da parte di CNR-IIA, in condizioni differenti di composizione del biogas e consentendo di verificare l efficienza del sistema ECO-SORB TM non solo per la rimozione della CO 2 ma di altri inquinanti anche se presentano in entrata elevati contenuti di: H 2 S > 4700 ppm Cloro 20 ppm Silicio totale (incl. silossani) > 2 mg/nm 3 15
ECO-SORBTM VPSA UNITÀ MOBILE 16
ECO-SORB TM VPSA UNITÀ MOBILE 17
ECO-SORB TM VPSA CARATTERISTICHE DELL UNITÀ MOBILE Valori misura+ ingresso/uscita impianto ECO-SORB TM (fonte: Relazione CNR-IIA) Parametro UNI TR 11537 EN16723-2 Biogas ECO-SORB TM Potere calorifico superiore [MJ/m 3 ] 34.95-45.28 24.8-26.3 36.7 ± 0.7 Indice di Wobbe [MJ/m 3 ] 47.31-52.33 26.3-28.6 49.7 ± 2.0 Densità relativa 0.5548-0.8 0.85-0.89 0.55 ± 0.02 Numero di metano > 65 - > 97 Dew point a 7000 [kpa] < -5 C > 60 C < -5 C Ossigeno < 0.6% < 0.5% < 0.5% Anidride carbonica < 3% 31% ± 2% < 2% Idrogeno < 0.5% < 0.5% < 0.5% Solfuro di idrogeno [mg/m 3 ] < 6.6 > 1000 2-5 Zolfo totale [mg/m 3 ] < 150 > 1000 2-5 Monossido di carbonio < 0.1% < 0.1% < 0.1% Silicio [mg/m 3 ] < 0.3 > 2 < 0.04 Ammoniaca [mg/m 3 ] < 3 0.25 0.25 Ammine [mg/m 3 ] < 10 < 10 < 10 Fluoro [mg/m 3 ] < 3 0.17 < 0.02 Cloro [mg/m 3 ] < 1 26.8 < 0.1
ECO-SORB TM VPSA VANTAGGI Sia nella produzione biogas da Forsu che da Fanghi, il biometano ottenuto con ECO-SORB TM VPSA risulta conforme al Codice di Rete SNAM. Il sistema consente inoltre: Alti rendimenti anche in caso di fluttuazioni dei parametri a monte Bassi costi di investimento e operativi Sistema compatto e modulare per ampliamenti successivi Adatto per piccoli e medi impianti (100-1000 Nm 3 /h di biogas grezzo) Semplice da installare e trasportare Sistema di controllo con software proprietario per una completa automatizzazione e gestione attiva dell impianto Alti rendimenti anche in caso di fluttuazioni dei parametri a monte e con alte concentrazioni di H 2 S e altri inquinanti Contenuti costi di investimento e operativi Compattezza e modularità che lo rendono adatto per ampliamenti successivi Particolare idoneità per piccoli e medi impianti (100-1000 Nm 3 /h di biogas) 19
ECO-SORB TM VPSA VANTAGGI Semplicità di installazione e trasporto Completa automazione e gestione attiva dell impianto grazie a un sistema di controllo con software proprietario Grande facilità di integrazione in impianti esistenti grazie alla flessibilità della componentistica e alle ridotte dimensioni dei singoli moduli Di trattare anche solo surplus di produzione di biogas in caso di ridotte quantità disponibili (<100 Nm 3 /h) 20
Grazie per l attenzione ECOSPRAY TECHNOLOGIES S.r.l. Via Circonvallazione, 14 15050 Alzano Scrivia (AL) - ITALY Tel +39 0131 854611 Fax +39 0131 854617 ceccherelli@ecospray.eu galanti@ecospray.eu www.ecospray.eu 21