Biogas - Impianto depurazione
Prima dell’utilizzo a fini energetici il biogas deve essere
sottoposto ad opportuni trattamenti di depurazione. Infatti
la presenza di anidride carbonica, azoto ed acqua provoca
l’abbassamento del potere colorifico della miscela, mentre
sostanze come l’idrogeno solforato ed i composti organici
alogenati, che possono essere presenti nel biogas, si
comportano da agenti corrosivi, causando sensibili danni
agli impianti ausiliari ed al sistema energetico.
La scelta del trattamento o dei trattamenti più opportuni
dipende sia dalle caratteristiche del biogas che dalle
modalità di utilizzo previste
Tali trattamenti sono finalizzati ad ottenere un sensibile
abbassamento dei costi di conduzione e manutenzione delle
macchine, un funzionamento ottimale ed una maggior
affidabilità, oltre alla garanzia di rispetto dei limiti di
emissione imposti dalla legge
.
Filtrazione
Si effettua in camerette in cui ghiaia o sabbia trattengono
i solidi in sospensione (grassi, schiume, particolato) prima
dell’aspirazione nei compressori di ricircolo o di
alimentazione delle utenze.
Deumidificazione
Il trattamento di deumidificazione è necessario in quanto
l’umidità, di cui il biogas è saturo, pu condensare
all’interno delle tubazioni, in seguito a variazioni di
temperatura e/o pressione, provocando malfunzionamenti.
Esistono diversi sistemi per togliere l’umidità dal gas
a) Trappole idrauliche o camere di sedimentazione dove la
diminuita velocità del gas per aumento della sezione causa
la segregazione per gravità.
b) I cicloni ed i multicicloni dove l’acqua viene separata
dalla forza centrifuga.
c) I frigoriferi in grado di raffreddare il gas da inviare
ai motori.
In tal modo si separa dalla miscela gassosa l’umidità che,
condensando, viene allontanata precipitando al contempo
sostanze nocive e corrosive presenti nel flusso gassoso
stesso. E’ opportuno inoltre progettare i condotti di
movimentazione del gas con opportune pendenze ed eventuali
colli di deposito ed evacuazione della condensa al fine di
evitarne l’accumulo in prossimità dei compressori e dei
motori.
Desolforazione
ìQuando i livelli di idrogeno solforato sono elevati è
necessario prevedere dei sistemi di abbattimento
integrativi, ad umido o a secco.
Per quanto riguarda i sistemi ad umido, questi possono
essere assimilati alle torri di lavaggio (scrubber)
normalmente utilizzate per la depurazione delle emissioni
gassose. Tali sistemi devono essere installati prima della
sezione di deumidificazione. Un primo sistema utilizza una
reazione chimica, generalmente in condizioni di pressione e
temperatura ambiente. Il trattamento consiste nel lavaggio
con una soluzione basica, che neutralizza l’H2SO4, composto
altamente corrosivo e quindi pericoloso per gli impianti di
utilizzazione, formato dall’H2S. Una successiva fase di
lavaggio acido permette di neutralizzare l’eccesso di base
prima dello scarico della soluzione. Il principale vantaggio
di questo sistema è la semplicità, ma il costo dei reattivi
e del trattamento dell’acqua scaricata ne riduce l’impiego
industriale.
Un altro sistema, poco diffuso, consiste nel lavaggio con
acqua sotto pressione che mette in soluzione l’H2S insieme
alla CO2. Tale miscela viene poi rilasciata in una
successiva fase di stripping.
Il sistema di desolforazione a secco prevede un processo di
trattamento di tipo chimico e consiste nel far passare il
biogas attraverso una sostanza adsorbente. Una prima opzione
consiste in un sistema che utilizza un adsorbente contenente
ossidi di ferro in grado di interagire con l’acido
solfidrico e captarlo in modo da separarlo dal biogas.
Un’altra opzione prevede l’utilizzo del carbone attivo.
Il volume della massa desolforante dipende dai seguenti
parametri:
- concentrazione dell’H2S nei gas da trattare
- pressione e temperatura (normalmente condizioni ambiente)
- velocità di attraversamento del gas nella massa adsorbente
- tempo di contatto massa - gas
- ciclo di sostituzione dell’adsorbente.
I due sistemi si differenziano in quanto la rigenerazione
dell’ossido di ferro è più facile rispetto a quella del
carbone attivo. Infatti, l’ossido di ferro si riforma dalla
reazione con l’aria e con l’acqua in cui si libera lo zolfo
solido che viene trascinato via. Una semplice filtrazione
permette la sua eliminazione. La sostituzione della massa di
ossido di ferro si deve effettuare solo dopo molti cicli di
rigenerazione. Nel caso del carbone attivo, invece, la
rigenerazione richiede l’utilizzo di solventi e, anche se
viene condotta a regola d’arte, il carbone rigenerato perde
parte della sua efficacia rispetto a quello di partenza,
pertanto il costo della rigenerazione e la sostituzione
frequente del carbone attivo rendono questa soluzione
applicabile solo nei casi in cui si ha una concentrazione
molto ridotta in H2S.
Un terzo sistema consiste nell’utilizzo di un biofiltro nel
quale risiedono numerose specie di microrganismi in grado di
degradare i composti solforati, in questo caso, la
depurazione del gas dipende principalmente da porosità,
temperatura, pH, umidità e dalla concentrazione di H2S nella
fase gassosa e per attivare questi batteri conviene
immettere circa il5% di aria nel di gestore.
Processi di rimozione della CO2
In alcuni casi può essere utile effettuare anche dei
trattamenti per la rimozione o riduzione del contenuto di
CO2, finalizzati ad aumentare il tenore in metano del
biogas.
I processi più utilizzati, che devono essere installati solo
dopo la rimozione dell’H2S, sono:
- assorbimento della CO2 in acqua con successivo
strippaggio ed emissione in atmosfera (il più semplice e
meno costoso a parte il costo di compressione);
- impiego di membrane semipermeabili, in grado di lasciare
passare la CO2 e di trattenere il CH4.
Sistemi di analisi/controllo/condizionamento del biogas
Risulta necessario analizzare regolarmente il biogas
prodotto in alimentazione al sistema energetico. Il sistema
di movimentazione del gas prevede, quindi, rubinetti di
campionamento e sistemi di analisi con cadenza regolare o
meno in funzione delle criticità presenti. Un sistema di
controllo gestirà il campionamento sfruttando i risultati
delle analisi per un eventuale condizionamento del biogas.
Può essere necessario utilizzare per brevi periodi
un’alimentazione ausiliaria di metano in grado di far fronte
ad eventuali riduzioni del tenore di quest’ultimo, come può
succedere durante l’attivazione del processo)