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Raffinazione di biogas a biometano con tecnologia a sorbente amminico in fase solida: validazione in campo su impianto pilota esercito con biogas da digestione anaerobica

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Raffinazione di biogas a biometano con tecnologia a sorbente amminico in fase solida: validazione in campo su impianto pilota esercito con biogas da digestione anaerobica

Campagna sperimentale effettuata su un impianto pilota di piccola taglia per la validazione di una tecnologia innovativa di upgrading del biogas, basata sull’assorbimento selettivo di CO2 e H2S su un sorbente solido a base di ammine.

L’upgrading del biogas a biometano costituisce un metodo per la valorizzazione del biogas. Infatti il biometano, ottenuto dalla “raffinazione” di gas di origine biologica, è un combustibile equivalente al gas naturale in termini di composizione e potere calorifico e quindi è idoneo per l’immissione nella rete delgas o per l’utilizzo come bio-combustibile. Tra le diverse tecnologie commerciali disponibili per la raffinazione, il lavaggio chimico con ammine in soluzione costituisce un metodo molto efficiente e selettivo, a scapito di elevati consumi energetici, soprattutto in fase di rigenerazione. In questo contesto RSE propone una tecnologia di upgrading innovativa, basata sull’utilizzo di ammine supportate su solidi porosi (sorbenti solidi) che consente di ridurre il consumo energetico del processo, mantenendo elevate prestazioni e selettività. L’impiego della tecnologia a sorbenti solidi viene valutata mediante una campagna sperimentale eseguita su un impianto pilota da 2 Nm3/h di biogas, denominato BioMet-up,progettato e realizzato interamente da RSE e installato presso il Centro di Biotrattamento di Camposampiero, Padova. Il sorbente viene utilizzato all’interno di un reattore a letto fisso contenente il materiale sotto forma di sfere. La geometria del reattore è stata scelta allo scopo di rendere efficiente lo scambio termico, ai fini di garantire un’efficace rimozione del calore sviluppato durante la reazione esotermica di assorbimento e di fornire il calore necessario alla reazione endotermica di desorbimento. Il reattore è costituito da un sistema di tipo modulare in cui ciascun modulo è composto da più canali paralleli, dove è collocato il sorbente, e da una tubazione centrale in cui scorre il fluido diriscaldamento/raffreddamento. L’impianto pilota BioMet-UP è stato completato nel periodo di riferimento con il progetto dell’automazione (Specifica di Automazione) e la configurazione del sistema di controllo che consente l’esercizio dell’impianto pilota in modo completamente automatico, non presidiato e con remotizzazione presso la sede RSE di Milano, o altro sito, della Stazione Operatore. Sempre nel periodo di riferimento sono stati prodotti, presso il Laboratorio Materiali e Processi Catalitici di Piacenza, gli 8 kg di sorbente necessari per effettuare la prima carica dell’impianto pilota.
In parallelo, nell’ambito del progetto UE correlato ASC2 (Amine-impregnated Alumina Solid Sorbent for CO2 Capture) finanziato dalla Commissione Europea con il Research Fund of Coal and Steel (RFCS 2013), è proseguita l’attività di ricerca e sviluppo di nuovi sorbenti solidi con prestazioni più elevate, agendo sulla morfologia del supporto (matrice porosa).
Dopo il collaudo, nel mese di novembre 2014 l’impianto pilota BioMet-UP è stato trasferito, installato e messo in servizio a Camposampiero e alimentato con biogas prodotto da un digestore anaerobico della FORSU (Frazione Organica di Rifiuti Solidi Urbani). Dopo la messa in servizio sono iniziate le prove sperimentali per verificare la tecnologia, ovvero il progetto meccanico, il processo e le prestazioni del sorbente, in condizioni operative reali.
I risultati di questo primo periodo di prova hanno evidenziato un netto miglioramento dell’efficienza dello scambio termico fra fluido diatermico e sorbente, uno dei principali fattori limitanti l’utilizzo di questa tecnologia. Per quando riguarda il progetto meccanico si è evidenziata una criticità di tenuta deiraccordi di collegamento dei tubi alettati al circuito di alimentazione dell’olio diatermico. Ciò ha causato un trafilamento di olio nel letto fisso di sorbente determinandone il parziale deterioramento.
Al termine di queste prime prove di validazione, l’unità di assorbimento/desobimento è stata smontata dall’impianto e trasferita da Camposampiero alla sede RSE di Milano dove sono state eseguite una seriedi prove per individuare le zone in cui si era avuta la fuoriuscita di olio e comprenderne i motivi che la hanno causata. Successivamente, sulla base dei riscontri di tali prove, è stata individuata una soluzione e progettato un nuovo sistema per raccordare i tubi alettati al circuito di alimentazione dell’olio.
L’attività continuerà con la modifica dell’unità realizzando le nuove tenute. Effettuato il collaudo presso i laboratori RSE di Milano, l’impianto verrà di nuovo installato e messo in servizio a Camposampiero e saranno condotte le prove per verificare le prestazioni del sistema nel lungo periodo (si prevede un periodo di esercizio di almeno sei mesi).
Il processo messo a punto per realizzare l’upgrading del biogas a biometano è stato oggetto di una domanda di brevetto in Italia, depositata il 30/06/2014, con il titolo “Processo per raffinare una corrente di gas a biometano e relativo apparato per la sua realizzazione”.

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