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Micro-liquefazione: tecnologie a confronto

Nel corso della presentazione vengono analizzate le caratteristiche delle varie tecnologie che possono essere utilizzate per la liquefazione del metano, evidenziando gli aspetti principali in termini sia di prestazioni ottenibili che di fattibilità economica in relazione a specifiche applicazioni, ed anche alla flessibilità necessaria per una soluzione autonoma. Oltre agli aspetti tipici dell'ingegneria delle varie tecnologie, vengono considerati anche i requisiti per il gas in ingresso e quindi l'upgrading necessario.

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mcTER Biometano-Biogas-Biomasse giugno 2019 Biogas, Biometano, BioGNL: Upgrading, nuovi incentivi e sostenibilità

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Estratto del testo
Gli atti dei convegni e più di 10.000 contenuti su www.verticale.net Bio-Gas - Biometano Termotecnica Industriale Pompe di Calore Micro-liquefazione: tecnologie a confronto Carlo M. Bartolini S.TRA.TE.G.I.E. CONVEGNO: Biogas, Biometano, BioGNL: Upgrading, nuovi incentivi e sostenibilità San Donato Milanese 27 giugno 2019 Micro-liquefazione: tecnologie a confronto CONVEGNO: Biogas, Biometano, BioGNL: Upgrading, nuovi incentivi e sostenibilità San Donato Milanese 27 giugno 2019 Micro-liquefazione: tecnologie a confronto Ex spin-off della Politecnica delle Marche, fondata nel 2005 ha la sua mission nel creare un ponte tra la ricerca universitaria e la produzione industriale Settore di principale attività: Sviluppo ricerca applicata ad energia ed ambiente Società TRAsferimento TEcnologico e Guida al ''Innovation Engineering 7 brevetti e tanto knowhow sui seguenti argomenti ' Solare a concentrazione termico e fotovoltaico ' Accumulo termico e mini ORC ' Cogenerazione e trigenerazione ' Dissalazione e sistemi ibridi ' Efficientamento motori elettrici ' Microturbine e compressori ' Macchina di Stirling ' Impianti di CNG ed LNG In accordo con CONVEGNO: Biogas, Biometano, BioGNL: Upgrading, nuovi incentivi e sostenibilità San Donato Milanese 27 giugno 2019 Micro-liquefazione: tecnologie a confronto T Ta Pa Pressione critica: 45,96 bar Temperatura critica: - 82,62 °C Al a pressione ambiente si separa il vapore dal liquido al a temperatura di equilibrio pari a: -161,52 °C gas liquido liquido-gas Per liquefare un gas occorre portarlo nel e condizioni termodinamiche idonee al cambiamento di stato. Il metano, come molti gas, non ammette liquefazione al a temperatura ambiente, qualsiasi sia la pressione. Solo sotto il punto critico si può ottenere il cambiamento di siato, cioè a: CONVEGNO: Biogas, Biometano, BioGNL: Upgrading, nuovi incentivi e sostenibilità San Donato Milanese 27 giugno 2019 Micro-liquefazione: tecnologie a confronto Very Smal Scale 40 ÷ 150 TPD Smal Scale 150 ÷ 700 TPD Medium Scale 700 ÷ 5.000 TPD Large Scale > 5.000 TPD Refrigeranti Misti Micro Scale < 40 TPD Conoco Phil ips Optimized Cascade Brayton '' Joule Cycle Ciclo Claude Ciclo Linde Panoramica delle tecnologie principali per la produzione di GNL Scambio con Azoto Stirling PPMR (Propane Pre-cooled Mixed Refrigerant) Obbiettivo del ''analisi Confrontare le diverse tecnologie proposte sul mercato per la MICRO-liquefazione del gas metano. Punti di comparazione ' Prestazioni ottenibili, ' Fattibilità economica, ' Richieste di particolari specifiche in ingresso, ' Condizioni al ''upgrading. CONVEGNO: Biogas, Biometano, BioGNL: Upgrading, nuovi incentivi e sostenibilità San Donato Milanese 27 giugno 2019 Micro-liquefazione: tecnologie a confronto Condizioni base di analisi L''analisi termodinamica è stata svolta con E.E.S. (Engineering Equation Solver; Klein, 2013),
assumendo le seguenti condizioni per tutte le tecnologie: '' Gas >>>> 100% metano a 0.5 MPa and 25 °C, '' Propietà termodinamiche metano >>>> Setzmann and Wagner (1991), '' GNL prodotto a >>>> 0.17 MPa, '' Dt minimo negli scambiatori >>>> 5°C, '' Rendimento isoentropico >>>> 70% sia per compressori che per espansori, '' Perdite di carico >>>> considerate trascurabili, '' Preraf reddamento >>>> se presente, chil er a compressione di vapore '' Temperatura di preraf reddamento >>>> -25°C, '' Temperatura di interrefrigerazione >>>> ridotta fino a 40°C Tutti i cicli sono stati simulati tranne quel o con Refrigeranti Misti (MRC), per il quale sono stati utilizzati dati reperiti in letteratura (Neksa and Brendeng, 2007). CONVEGNO: Biogas, Biometano, BioGNL: Upgrading, nuovi incentivi e sostenibilità San Donato Milanese 27 giugno 2019 Micro liquefazione: tecnologie a confronto Vaporizzazione di azoto liquido Descrizione tecnologia Liquefazione con raffreddamento tramite scambio termico con azoto in evaporazione libera pro Di facile realizzazione e con investimento ridotto. Possibilità di GNL a bassa pressione e di sotto- raffreddamento. contro Impiegabile solo per piccoli impianti con ampia disponibilità di azoto. Servono più di 2t di azoto per liquefare 1t di CH4 CONVEGNO: Biogas, Biometano, BioGNL: Upgrading, nuovi incentivi e sostenibilità San Donato Milanese 27 giugno 2019 Micro liquefazione: tecnologie a confronto Macchina criogenica di Stirling Descrizione tecnologia Basata sul ''impiego di una macchina Stirling criogenica capace di raggiungere temperature molto basse. pro Configurazione molto semplice e con costi e tempi di instal azione ridotti. contro Data la bassa potenzialità specifica, per portate elevate di gas servono molte macchine con complicazioni di impianto e costi energetici elevati. CONVEGNO: Biogas, Biometano, BioGNL: Upgrading, nuovi incentivi e sostenibilità San Donato Milanese 27 giugno 2019 Micro liquefazione: tecnologie a confronto Ciclo Linde CONVEGNO: Biogas, Biometano, BioGNL: Upgrading, nuovi incentivi e sostenibilità San Donato Milanese 27 giugno 2019 Micro liquefazione: tecnologie a confronto Descrizione tecnologia La liquefazione è prodotta da una espansione isoentalpica in una valvola Joule-Thomson. Si ottengono maggiori efficienze con successive ripetizioni del processo (es.: 2 o 3 stadi) e con ricircoli interni. pro Schema di principio molto semplice, stabile ed affidabile. contro Portate di liquefazione limitate. Descrizione tecnologia La liquefazione è ottenuta da una espansione in una macchina dedicata (espansore dinamico). pro La produzione di lavoro del ''espansione permette il suo recupero utilizzabile nel ciclo e quindi al ''efficienza globale. contro La complicazione d''impianto e la necessità di una elevata efficienza del ''espansore, impedisce la sua applicazione con portate ridotte. CONVEGNO: Biogas, Biometano, BioGNL: Upgrading, nuovi incentivi e sostenibilità San Donato Milanese 27 giugno 2019 Micro liquefazione: tecnologie a confronto Ciclo Claude Descrizione tecnologia Liquefazione prodotta da un espansore in un circuito chiuso con fluido diverso da metano (es.: azoto) pro Possibili elevate efficienze e produzione di LNG sottoraffreddato contro Alti costi di impianto CONVEGNO: Biogas, Biometano, BioGNL: Upgrading, nuovi incentivi e sostenibilità San Donato Milanese 27 giugno 2019 Micro liquefazione: tecnologie a confronto Ciclo Brayton Ciclo con refrigeranti misti Descrizione tecnologia Processo di liquefazione ottenuto con l''impiego di una miscela di fluidi refrigeranti. pro Possibili elevate efficienze energetiche contro Impiantistica complessa e quindi più costosa e non adatta a portate troppo limitate. CONVEGNO: Biogas, Biometano, BioGNL: Upgrading, nuovi incentivi e sostenibilità San Donato Milanese 27 giugno 2019 Micro liquefazione: tecnologie a confronto CONVEGNO: Biogas, Biometano, BioGNL: Upgrading, nuovi incentivi e sostenibilità San Donato Milanese 27 giugno 2019 Micro liquefazione: tecnologie a confronto Comparazione dei consumi energetici del e diverse tecnologie CONVEGNO: Biogas, Biometano, BioGNL: Upgrading, nuovi incentivi e sostenibilità San Donato Milanese 27 giugno 2019 Micro liquefazione: tecnologie a confronto 100% 80% 60% 40% 20% 0% <5 t/d 5-8 t/d 8-15 t/d 15-20 t/d Incidenza sul costo finale del a trasformazione da GAS a GNL. Si osservi che il grafico è ottenuto con l''impiego del ciclo Linde a tre stadi ipotizzando di mantenere, per tutte le taglie di impianto, le migliori condizioni di tariffe che si possono trovare sul mercato italiano per le utenze energetiche. Manutenzione Energia Capex CONVEGNO: Biogas, Biometano, BioGNL: Upgrading, nuovi incentivi e sostenibilità San Donato Milanese 27 giugno 2019 Micro liquefazione: tecnologie a confronto 100% 80% 60% 40% 20% 0% <5 t/d 5-8 t/d 8-15 t/d 15-20 t/d Incidenza sul costo finale del a trasformazione da GAS a GNL. Per ridurre il valore assoluto del costo totale appare ovvio che conviene agire sul costo che ha maggiore incidenza relativa, soprattutto nel caso di elevate portate prodotte. Si supponga di voler una riduzione del 25% mantenendo inalterati i valori dei costi relativi a Capex ed Opex. 25% Manutenzione Energia Capex CONVEGNO: Biogas, Biometano, BioGNL: Upgrading, nuovi incentivi e sostenibilità San Donato Milanese 27 giugno 2019 Micro liquefazione: tecnologie a confronto 100% 80% 60% 40% 20% 0% <5 t/d 5-8 t/d 8-15 t/d 15-20 t/d Incidenza sul costo finale del a trasformazione da GAS a GNL. Per raggiungere questo obiettivo agendo solo sul costo energetico è necessario ridurlo di un valore pari al 35% del suo valore. Ovviamente le aliquote dei costi Capex ed Opex si innalzeranno corrispondentemente. 25% Manutenzione Energia Capex En er gi a 35% Raffreddamento degli intercooler e del chil er San Donato Milanese 27 giugno 2019 Micro liquefazione: tecnologie a confronto Bio ''METANO da upgrading GNL Rete GAS Rete v GENERATORE ELETTRICO Gruppo assorbimento E.E. Calore Freddo CONVEGNO: Biogas, Biometano, BioGNL: Upgrading, nuovi incentivi e sostenibilità Of gas Purifier Gas METANO da rete Soluzione proposta Raffreddamento degli intercooler e del chil er San Donato Milanese 27 giugno 2019 Micro liquefazione: tecnologie a confronto Bio -METANO GNL Rete GAS Rete v GENERATORE ELETTRICO Gruppo assorbimento E.E. Calore Freddo CONVEGNO: Biogas, Biometano, BioGNL: Upgrading, nuovi incentivi e sostenibilità Of gas Purifier Gas METANO VANTAGGI del a soluzione proposta ' ALTA EFFICIENZA ENERGETICA ' ELIMINAZIONE DEL RILASCIO DI METANO ' INSENSIBILITA'' ALLE VARIAZIONI CLIMATICHE ' GESTIONE IN TELECONTROLLO, SENZA PRESIDIO. La combinazione di tutte le migliori tecnologie può portare la trasformazione da Biogas a GNL con costi molto ridotti fino a 130-140 ' per tonnel ata di GNL CONVEGNO: Biogas, Biometano, BioGNL: Upgrading, nuovi incentivi e sostenibilità San Donato Milanese 27 giugno 2019 Micro liquefazione: tecnologie a confronto Effetto sul costo specifico per impianto da 20 t/d Considerando ' Periodo di ammortamento 10 anni, ' Applicabilità del ''iper-ammortamento industria 4.0 , ' Costi di energia elettrica e gas come da mercato, ' Specifiche gas di rete medie SNAM. CONVEGNO: Biogas, Biometano, BioGNL: Upgrading, nuovi incentivi e sostenibilità San Donato Milanese 27 giugno 2019 Micro liquefazione: tecnologie a confronto Effetto sul costo specifico per impianto da 20 t/d 20% 65,5% 14,5% 34% 40% 26% 21 c'/kgGNL 15,5 c'/kgGNL Solo Elettrica Trigenerazione CONVEGNO: Biogas, Biometano, BioGNL: Upgrading, nuovi incentivi e sostenibilità San Donato Milanese 27 giugno 2019 Micro liquefazione: tecnologie a confronto Effetto sul costo specifico per impianto da 20 t/d 20% 65,5% 14,5% 34% 40% 26% 21 c'/kgGNL 15,5 c'/kgGNL Solo Elettrica Trigenerazione Considerando anche il ricavo da Certificati Bianchi : < 13-14 c'/kg GNL Vi ringrazio per la vostra attenzione CONVEGNO: Biogas, Biometano, BioGNL: Upgrading, nuovi incentivi e sostenibilità San Donato Milanese 27 giugno 2019 Micro liquefazione: tecnologie a confronto


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