Efficientamento Produzione Biogas: esempi applicativi con i nuovi analizzatori Vaisala

Efficientamento Produzione Biogas: esempi applicativi con i nuovi analizzatori Vaisala

Per l’efficientamento produzione biogas VAISALA Oy leader mondiale nella sensoristica meteo, ambientale ed industriale, ha creato ex-novo la famiglia di analizzatori MGP260 : questi strumenti di misura sono in grado di calcolare in continuo e senza sistemi di campionamento/condizionamento le concentrazioni di CH4, CO2 e H2O Umidità negli stream di processo.

Fino ad oggi infatti le BAT avevano questi punti deboli

  • deriva analitica e quindi intervalli di ri-calibrazione sempre più corti
  • sistemi integrati complessi con parti in movimento, usura e rischio intasamento
  • costi operativi di gestione elevati
  • nessuna analisi di umidità a prezzi accessibili

I classici punti di analisi in un impianto di produzione, trattamento e valorizzazione di biogas sono i seguenti, vediamo come migliorarli e perché….

Efficientamento Produzione Biogas dove analizza Vaisala

Massimizziamo l’elettricità prodotto e la generazione di calore

  • Stai facendo andare il motore con una misura di metano in linea?
  • Quanti kW fai o vorresti fare?

Grazie alla conoscenza della concentrazione del metano il motore è perfettamente settato e quindi si produce di più con costanza e riducendo le emissioni, far partire un motore con un gas povero a bassa concentrazione può essere complicato: misurando il metano con accuratezza e ripetibilità è possibile sfruttare al massimo il motore stesso per una generazione ottimale.

Evitiamo al motore usura e fermate non programmate

  • Mediamente ogni giorno di fermata del motore ti costa dai 3,000 ai 5,000 EUR mentre una manutenzione completa arriva a 10,000 EUR…

La presenza contemporanea di H2S e acqua come umidità crea una situazione di potenziale corrosione che a lungo andare danneggia le parti a contatto: il motore sopporta quindi concentrazioni di H2S più alte nel gas secco rispetto a quello umido. Misurando quindi l’umidità è possibile modificare il processo di trattamento ottenendo sempre gas veramente secco senza sprechi di energia e denaro e soprattutto proteggendo il motore.

Facciamo più metano dagli scarti

  • Come stai monitorando l’efficienza dei digestori?

Misurare CH4 e CO2 ai digestori ti permette di avere un occhio nel digestore per vedere il comportamento dei batteri…Infatti il rapporto fra metano ed anidride carbonica indica il bilanciamento fra frazione acida e metano rivelando potenziali instabilità: con una misura precisa e ripetibile di CH4 e CO2 invece all’Operatore viene data la possibilità di intervenire nei giusti tempi per evitare perdite di efficienza o upset del sistema producendo sempre al massimo.

Calcoliamo correttamente il Volume del metano in gioco

Infatti

  • Il Volume di Metano calcolato / ora rappresenta l’energia fornita al motore CHP ( combined heat and power ) che è necessaria per il computo dell’efficienza
  • Sovrastimare questa energia rende più difficile massimizzare l’efficienza perdendo denaro
  • Tipicamente negli impianti di biogas si calcola il volume moltiplicando la concentrazione del metano secco ( sistema analisi estrattivo ) con la portata umida ( sistema misura in-situ ) : questo porta ad un errore nel computo volumetrico in quanto relazionato all’umidità del gas
  • Avere invece un analizzatore in situ che calcola la concentrazione del metano su base “wet” è indispensabile per una misura accurata

Aumentiamo la durata di ogni ricarica dei carboni attivi

  • Ogni quanto sei costretto a cambiare i filtri con i carboni attivi?

Questa tipologia di filtri è infatti un item critico perché responsabile della rimozione dell’H2S e dei Silossani R2SiO dal biogas: purtroppo sono estremamente sensibili all’acqua, concentrazioni di umidità fuori tolleranza possono danneggiare il filtro stesso. Il costo di un riempimento nuovo varia da 2 a 5,000 EUR. Ecco che misurando l’umidità è possibile preservare l’unità di filtrazione prendendo le necessarie contromisure.

Valorizziamo la Tecnologia a Membrane

Nell’efficientamento produzione biogas non possiamo trascurare la tecnologia a membrane per l’upgrading del biogas medesimo: in questo modo infatti il biogas è privato dell’umidità e filtrato per rimuovere H2S, VOC e Silossani. Lo scopo delle membrane è quello di separare la CO2 dal biogas producendo quindi uno stream di gas quasi completamente composto da metano ma occorre considerare che una frazione di metano esce come offgas. La misura di CH4 CO2 Umidità all’ingresso con la sonda MGP261 e del CH4 nello slip stream con l’analizzatore MGP262 permette un controllo di processo impeccabile riducendo i gas serra.

Scrubber e Stripper tirati a lucido?

Efficientamento Produzione Biogas

Il lavaggio ad acqua si basa sulle differenti solubilità del Metano e dell’Anidride Carbonica: quest’ultima si dissolve in acqua nello scrubber e poi separata nella colonna flash dall’acqua che viene recuperata dallo stripper e ricircolata allo scrubber. Anche qui è possibile analizzare con il modello MGP261 metano, anidride e umidità all’ingresso del sistema mentre con la serie MGP262 si analizza il contenuto di metano nell’off-gas per minimizzarlo con opportune azioni correttive.

Miglioriamo le performances dell’unità PSA Pressure Swing Adsorption

Efficientamento Produzione Biogas PSA

Questa tecnologia usa le carboni attivi o zeoliti al posto delle membrane e lavora a circa 1 – 1.5 barg circa 10 volte di meno rispetto alla tecnologia a membrane classica: la CO2 entra nel materiale poroso e rimane li fissata mentre il metano fluisce. Non appena la pressione diminuisce l’anidride carbonica viene liberata e rilasciata come off-gas. Al solito è possibile installare l’analizzatore multiparametrico MGP261 all’ingresso del PSA riservandosi di installare il modello MGP262 per verificare l’eventuale presenza di metano nell’off-gas che dovrebbe essere composto teoricamente solo da CO2.

Con VAISALA il risultato è triplice:

  1. Grazie alla  misura di Metano massimizzo la produzione e chiudo accuratamente il bilancio materiale
  2. Con la misura di Umidità abbattiamo il consumo energetico ed aumentiamo la vita utile delle membrane
  3. Eseguendo l’analisi dell’Off-Gas minimizzo la perdita di CH4 come gas serra all’atmosfera

infatti più in dettaglio

  • Con la misura dell’off-gas setto la pressione del processo ottimizzando le spese ed aumentando la resa
  • Assicurare la concentrazione corretta di metano significa assicurare il Potere Calorifico nel gas prodotto
  • Conoscendo le portate di ingresso ed uscita insieme alle concentrazioni ho un quadro completo del Processo
  • Si consuma meno energia perché la compressione è eseguita per mantenere la giusta concentrazione di metano senza eccedere nella purezza del medesimo che comporta un aumento di perdite come off-gas
  • Anche la tecnologia a membrane ne trae vantaggio: se il dew point del biogas è troppo alto prima della compressione avverrà la condensazione anche ad alte temperature. Mantenere il punto di rugiada sotto lo 0°C è importante e fattibile grazie alla sonda MGP261 che misura H2O come ppm in volume ma anche come temperatura di dew point
  • Purtroppo il metano è un potente Gas Serra quindi monitorarne la presenza nell’Off-Gas permette delle azioni mitigatrici dell’inquinamento: grazie alla MGP262 misurare nel range 0-5% Vol è facilissimo.
  • Anche nella conversione da Metano ad Anidride Carbonica con l’unità RTO Regenerative Thermal Oxidizer l’analizzatore ad inserzione MGP262 è perfetto per conoscere il carico di metano inviato all’unità di processo.

Credit Cover Photo : from PxHere

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