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Dal biogas al biometano: i vantaggi della tecnologia VPSA (Vacuum Pressure Swing Adsorption)

Nel corso della presentazione sono illustrate le caratteristiche della tecnologia PSA, che contraddistingue il sistema ECO-SORB, sviluppato da Ecospray Technologies, e un case study relativo al complesso upgrading di un biogas ottenuto dalla digestione di fanghi provenienti dal trattamento di acque reflue.

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Atti di convegni o presentazioni contenenti case history
mcTER Bio-Gas - Biometano giugno 2017 Dal Biogas al Biometano. Nuove opportunità, soluzioni e tecnologie

Pubblicato
da Alessia De Giosa
mcTER Bio-Gas - Biometano 2017Segui aziendaSegui




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Gli atti dei convegni e pi di 7.500 contenuti su www.verticale.net Bio-Gas - Biometano Termotecnica Industriale Pompe di Calore 1 DAL BIOGAS AL BIOMETANO: I VANTAGGI DELLA TECNOLOGIA VPSA (Vacuum Pressure Swing Adsorption)
Guido G. Ceccherelli San Donato, 29 giugno 2017 2 Ecospray Technologies specializzata nella ricerca e sviluppo, cos 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). ECOSPRAY TECHNOLOGIES All rights reserved Copyright 2017 Ecospray Technologies S.r.l. 3 ECOSPRAY TECHNOLOGIES I NOSTRI SISTEMI
IMPIANTI DeNOx (SCR - SNCR)
IMPIANTI DeSOx
BIOGAS UPGRADING
IMPIANTI DI FILTRAZIONE INDUSTRIALE
FOGGING E IMPIANTI DI RAFFREDDAMENTO GAS
LE NOSTRE APPLICAZIONI
NAVALE
ENERGIA E INCENERIMENTO
ACCIAIO E METALLI
CEMENTO E MINERALI
VETRO E CERAMICA
CHIMICO
All rights reserved Copyright 2017 Ecospray Technologies S.r.l. 4
VPSA PROCESS
( Vacuum Pressure Swing Adsorption) Vi sono numerosi processi conosciuti oggigiorno mediante i quali effettuare la separazione di CO2 e H2S 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) oggigiorno una delle tecniche maggiormente applicate ed basata sull'adsorbimento preferenziale del gas da trattare su un adsorbente solido poroso. All rights reserved Copyright 2017 Ecospray Technologies S.r.l. 5
IL PROCESSO VPSA DI ECOSPRAY VPSA PROCESS
( Vacuum Pressure Swing Adsorption) '' 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 composto da zeoliti (setacci molecolari) che adsorbono selettivamente CO2, H2S e H2O '' Il processo in continuo e non condizionato dalle fluttuazioni delle condizioni operative '' Il sistema caratterizzato da bassi consumi energetici e grande semplicit impiantistica All rights reserved Copyright 2017 Ecospray Technologies S.r.l. 6 LAY-OUT TIPICO DEL SISTEMA ECO-SORBTM VPSA SISTEMA ECO-SORBTM VPSA CON PRE-TRATTAMENTO H2S E UMIDIT SISTEMA PROPRIETARIO PER LA RIDUZIONE DEL CONSUMO ENERGETICO
All rights reserved Copyright 2017 Ecospray Technologies S.r.l. Il sistema ECO-SORBTM VPSA costituito da : ' Una prima unit di pretrattamento che rimuove i componenti secondari come umidit 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 continuit alla portata in uscita dal sistema stesso (un quarto reattore pu 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 ricco di CO2 e povero di metano 7 All rights reserved Copyright 2017 Ecospray Technologies S.r.l. LAY-OUT TIPICO DEL SISTEMA ECO-SORBTM VPSA 8 ECO-SORBTM VPSA BIOGAS UPGRADING ' IMPIANTO ESISTENTE All rights reserved Copyright 2017 Ecospray Technologies S.r.l. 9 ECO-SORBTM VPSA BIOGAS UPGRADING All rights reserved Copyright 2017 Ecospray Technologies S.r.l. Timeline 2013 2014 2014 2015 2016 ATTIVIT DI RICERCA E SVILUPPO PROVE DI LABORATORIO PROTOTIPAZIONE IN HOUSE OTTIMIZZAZIONE PROCESSO IMPIANTO INDUSTRIALE SU SCALA RIDOTTA (Biodigestore FORSU) INSTALLAZIONE UNITA' MOBILE (Biodigestore Fanghi Trattamento Acque) ECO-SORBTM VPSA : TIMELINE All rights reserved Copyright 2017 Ecospray Technologies S.r.l. 2017 11
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 ' qualit dei setacci molecolari ' umidit presente nel biogas. Quindi stato possibile arrivare ad un livello tale di ottimizzazione che garantisse al processo:
' costanza dell'efficienza nel tempo ' grande affidabilit ' continuit operativa ECO-SORBTM VPSA IMPIANTO PROVA INDUSTRIALE - BIOGAS DA FORSU (AL) All rights reserved Copyright 2017 Ecospray Technologies S.r.l. QUESTI I RISULTATI OTTENUTI ALLA FINE DELLE
OTTIMIZZAZIONI RAGGIUNTE:!
! ECO-SORBTM VPSA IMPIANTO PROVA INDUSTRIALE- BIOGAS DA FORSU (AL) BIOGAS! BIOMETANO! CH4! 58%! > 98%! CO2! 40%! < 2%! H2S! 200-250 ppm *)! < 3 ppm! O2! 0,5%! < 0,5%! Note: portata media di Biogas ca. 6 m3/h!
*) il biogas subiva un pretrattamento gi in fase in
fase di digestione anaerobica! All rights reserved Copyright 2017 Ecospray Technologies S.r.l. 12! 13
ECO-SORBTM VPSA IMPIANTO PILOTA 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 % co 2 Cicli lavoro concentrazione %CO2 concentrazione massima a fine ciclo
concentrazione media ciclo All rights reserved Copyright 2017 Ecospray Technologies S.r.l. 14
ECO-SORBTM VPSA IMPIANTO PILOTA 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % co 2 % Tempo ciclo di lavoro concentrazione CO2 nel biometano durante ciclo di lavoro reale
media All rights reserved Copyright 2017 Ecospray Technologies S.r.l. 15
ECO-SORBTM VPSA BIOGAS DA FANGHI DEPURAZIONE ACQUE (Bresso - MI) Unit 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-SORBTM non solo per la rimozione della CO2 ma di altri inquinanti anche se presentano in entrata elevati contenuti di:
' H2S > 4700 ppm ' Cloro 20 ppm ' Silicio totale (incl. silossani) > 2 mg/Nm3 All rights reserved Copyright 2017 Ecospray Technologies S.r.l. 16
ECO-SORBTM VPSA UNIT MOBILE All rights reserved Copyright 2017 Ecospray Technologies S.r.l. 17 ECO-SORBTM VPSA UNIT MOBILE All rights reserved Copyright 2017 Ecospray Technologies S.r.l. ECO-SORBTM VPSA CARATTERISTICHE DELL'UNIT MOBILE Parametro UNI TR 11537 EN16723-2 Biogas ECO-SORBTM Potere calorifico superiore [MJ/m3] 34.95-45.28 24.8-26.3 36.7 0.7 Indice di Wobbe [MJ/m3] 47.31-52.33 26.3-28.6 49.7 2.0 Densit 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 > 60C < -5C Ossigeno < 0.6% < 0.5% < 0.5% Anidride carbonica < 3% 31% 2% < 2% Idrogeno < 0.5% < 0.5% < 0.5% Solfuro di idrogeno [mg/m3] < 6.6 > 1000 2-5 Zolfo totale [mg/m3] < 150 > 1000 2-5 Monossido di carbonio < 0.1% < 0.1% < 0.1% Silicio [mg/m3] < 0.3 > 2 < 0.04 Ammoniaca [mg/m3] < 3 0.25 0.25 Ammine [mg/m3] < 10 < 10 < 10 Fluoro [mg/m3] < 3 0.17 < 0.02 Cloro [mg/m3] < 1 26.8 < 0.1 Valori misura+ ingresso/uscita impianto ECO-SORBTM (fonte: Relazione CNR-IIA) ' 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 Nm3/h di biogas grezzo) ' Semplice da installare e trasportare ' Sistema di controllo con software proprietario per una completa automatizzazione e gestione attiva dell'impianto Sia nella produzione biogas da Forsu che da Fanghi, il biometano ottenuto con ECO-SORBTM VPSA risulta conforme al Codice di Rete SNAM.
Il sistema consente inoltre:
' Alti rendimenti anche in caso di fluttuazioni dei parametri a monte e con alte concentrazioni di H2S e altri inquinanti ' Contenuti costi di investimento e operativi ' Compattezza e modularit che lo rendono adatto per ampliamenti successivi ' Particolare idoneit per piccoli e medi impianti (100-1000 Nm3/h di biogas) 19 All rights reserved Copyright 2017 Ecospray Technologies S.r.l. ECO-SORBTM VPSA VANTAGGI 20 ECO-SORBTM VPSA VANTAGGI

' Semplicit di installazione e trasporto ' Completa automazione e gestione attiva dell'impianto grazie a un sistema di controllo con software proprietario ' Grande facilit di integrazione in impianti esistenti grazie alla flessibilit della componentistica e alle ridotte dimensioni dei singoli moduli ' Di trattare anche solo surplus di produzione di biogas in caso di ridotte quantit disponibili (<100 Nm3/h) All rights reserved Copyright 2017 Ecospray Technologies S.r.l. 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 All rights reserved Copyright 2017 Ecospray Technologies S.r.l. 21 Grazie per l'attenzione

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