La Pressure Swing Adsorption (PSA) è una tecnologia diffusamente applicata l'upgrading del biogas a biometano, soprattutto per impianti di relativamente piccola potenzialità. In questo studio viene presentato un modello di simulazione dinamica che descrive il funzionamento di unità multibed di PSA, a partire dalla conoscenza dell'equilibrio e della cinetica di adsorbimento dei due componenti da separare (anidride carbonica e metano) sul materiale adsorbente utilizzzato, e consente di valutarne parametri sintetici di performance quali la purezza del biometano prodotto, il recupero di metano, la produttività, i consumi energetici. Il modello è stato utilizzato per analizzare diversi cicli e condizioni operative: in particolare, a partire da un ciclo base, con le classiche fasi di pressurizzazione, alimentazione/adsorbimento ad alta pressione (3-5 atm), blow-down e spurgo sotto vuoto (0.1 atm), sono stati studiati cicli che includono step di equalizzazione della pressione, in modo da ridurre i consumi energetici e migliorare il recupero del metano; per ogni sequenza sono riportati i risultati di diversi test run, modificando le variabili di progetto in modo da ottenere una specifica di purezza >97% (come richiesto attualmente per il gas naturale immesso nella rete gas italiana) con un recupero elevato (>85%) e consumi energetici bassi. Lo studio effettuato indica che, a partire da biogas al 50% di metano, è possibile ottenere la specifica di purezza richiesta con recuperi intorno al 90% e consumi di energia del 2.5-3% del contenuto energetico del biometano ottenuto; il recupero aumenta e il consumo energetico all'1.5-2% se il biogas ha un contenuto di metano del 65%. Sulla base dei dimensionamenti effettuati si è stimato un costo per un impianto di upgrading di circa 530 Nm3/h di biogas (potenzialità corrispondente all'ottenimento di 1 MWel ) intorno ai 1200-1600 k e, tenendo conto dell'ammortamento del capitale, degli oneri finanziari e dei costi di esercizio, un costo del biometano ottenuto di 0.25 /Nm3, per un biogas al 50% di metano, o inferiore a 0.2 /Nm3 se si alimenta l'impianto con un biogas al 65% di CH4. Questo costo deve essere aggiunto al costo di produzione del biogas, al costo del pretrattamento del biogas per la rimozione di umidità e inquinanti (in particolare H2S) e tutti i costi relativi all'immissione in rete. E' inoltre necessario considerare il problema della destinazione dell'olio-gas, che ha un contenuto di metano dall'8 al 18% e dal quale dovrebbe essere recuperata energia termica. Un confronto con la tecnologia a membrana, sviluppato facendo in particolare riferimento ai risultati ottenuti da ENEA Trisaia, indica che la PSA consente di ottenere recuperi maggiori con consumi energetici più bassi; nel caso della separazione con membrana i consumi energetici vanno dal 4.4 % (recupero del 75%) al 5.8% se si vuole ottenere un recupero del 94.5% (in questo caso, però il biometano è reso alla pressione di 31 atm).

Analisi tecnico-economica del processo di upgrading del biogas mediante Pressure Swing Adsorption

Turchetti, L.;
2012

Abstract

La Pressure Swing Adsorption (PSA) è una tecnologia diffusamente applicata l'upgrading del biogas a biometano, soprattutto per impianti di relativamente piccola potenzialità. In questo studio viene presentato un modello di simulazione dinamica che descrive il funzionamento di unità multibed di PSA, a partire dalla conoscenza dell'equilibrio e della cinetica di adsorbimento dei due componenti da separare (anidride carbonica e metano) sul materiale adsorbente utilizzzato, e consente di valutarne parametri sintetici di performance quali la purezza del biometano prodotto, il recupero di metano, la produttività, i consumi energetici. Il modello è stato utilizzato per analizzare diversi cicli e condizioni operative: in particolare, a partire da un ciclo base, con le classiche fasi di pressurizzazione, alimentazione/adsorbimento ad alta pressione (3-5 atm), blow-down e spurgo sotto vuoto (0.1 atm), sono stati studiati cicli che includono step di equalizzazione della pressione, in modo da ridurre i consumi energetici e migliorare il recupero del metano; per ogni sequenza sono riportati i risultati di diversi test run, modificando le variabili di progetto in modo da ottenere una specifica di purezza >97% (come richiesto attualmente per il gas naturale immesso nella rete gas italiana) con un recupero elevato (>85%) e consumi energetici bassi. Lo studio effettuato indica che, a partire da biogas al 50% di metano, è possibile ottenere la specifica di purezza richiesta con recuperi intorno al 90% e consumi di energia del 2.5-3% del contenuto energetico del biometano ottenuto; il recupero aumenta e il consumo energetico all'1.5-2% se il biogas ha un contenuto di metano del 65%. Sulla base dei dimensionamenti effettuati si è stimato un costo per un impianto di upgrading di circa 530 Nm3/h di biogas (potenzialità corrispondente all'ottenimento di 1 MWel ) intorno ai 1200-1600 k e, tenendo conto dell'ammortamento del capitale, degli oneri finanziari e dei costi di esercizio, un costo del biometano ottenuto di 0.25 /Nm3, per un biogas al 50% di metano, o inferiore a 0.2 /Nm3 se si alimenta l'impianto con un biogas al 65% di CH4. Questo costo deve essere aggiunto al costo di produzione del biogas, al costo del pretrattamento del biogas per la rimozione di umidità e inquinanti (in particolare H2S) e tutti i costi relativi all'immissione in rete. E' inoltre necessario considerare il problema della destinazione dell'olio-gas, che ha un contenuto di metano dall'8 al 18% e dal quale dovrebbe essere recuperata energia termica. Un confronto con la tecnologia a membrana, sviluppato facendo in particolare riferimento ai risultati ottenuti da ENEA Trisaia, indica che la PSA consente di ottenere recuperi maggiori con consumi energetici più bassi; nel caso della separazione con membrana i consumi energetici vanno dal 4.4 % (recupero del 75%) al 5.8% se si vuole ottenere un recupero del 94.5% (in questo caso, però il biometano è reso alla pressione di 31 atm).
Biomasse e scarti
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/20.500.12079/6367
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