Studio sperimentale dei processi di rimozione dell'H2S da una corrente di biogas simulato in colonna a letto fisso

Il documento riporta la descrizione delle attività condotte con l’obiettivo di studiare ed ottimizzare processi e sistemi per la rimozione dell’H2S dal biogas. L’attività si inserisce a valle dei risultati già ottenuti nelle precedenti annualità della Ricerca di Sistema Elettrico durante le quali sono stati studiati alcuni materiali adsorbenti, selezionando quelli con le migliori prestazioni in termini di rimozione dell’H2S; nello specifico carboni attivi impregnati con KOH e funzionalizzati con sali di Cu e Cr. Le capacità adsorbenti di questi carboni erano state valutate in diverse combinazioni di condizioni operative (temperatura, portata, concentrazione di H2S e O2 nell’alimentazione). Dopo un adeguamento dell’apparato sperimentale, durante questa annualità è stato studiato in particolare l’effetto dell’umidità sull’adsorbimento dell’H2S (come è noto la corrente di biogas esce satura dal digestore) alimentando il sistema di abbattimento con una miscela di N2 e H2S a valori controllati di umidità relativa (10%÷90% circa). Tale studio è stato condotto utilizzando uno dei carboni selezionati nelle annualità precedenti ed alcuni carboni commerciali indicati per lavorare anche in presenza di umidità elevata. I test condotti hanno portato a selezionare uno solo dei campioni disponibili come adeguato all’abbattimento di H2S da una corrente umida, per cui nell’ultima fase della campagna sperimentale il comportamento di questo stesso materiale è stato studiato inviando sul campione una miscela simulante un biogas reale (CO2 = 35%, CH4 = 65%, H2S 80 ppm, U. R. 80%). Parallelamente alla sperimentazione sopra descritta, nel corso della presente annualità dell’AdP è stata anche avviata un’attività di modellizzazione del processo di desolforazione in colonna a letto fisso. L’obiettivo di questa ulteriore attività è sviluppare un modello matematico del processo da utilizzare come strumento per l’analisi dei dati sperimentali raccolti, per la pianificazione delle future campagne di prove e, infine, per la corretta progettazione di un’unità di desolforazione in piena scala. Date le molteplici modalità attraverso le quali può avvenire la desolforazione in letto fisso su carboni attivi (che vanno dal semplice adsorbimento fisico, alla reazione gas-solido, fino all’ossidazione catalitica in presenza di O2 nella miscela gassosa), lo sviluppo di un modello robusto, in grado di fornire predizioni attendibili anche fuori dalle condizioni sperimentali in cui è stato calibrato, ha richiesto di operare in modo progressivo, studiando per quanto possibile in modo separato i diversi meccanismi. A tal fine, in questa prima fase, l’attività di modellazione è stata concentrata sull’analisi di dati relativi a miscele più semplici del biogas, che non contengono né componenti che possono competere con l’H2S per l’adsorbimento sul carbone, né O2, in modo da escludere l’ossidazione catalitica. In particolare, sono stati presi in esame dati raccolti nelle precedenti annualità dell’AdP e relativi alla rimozione di H2S da correnti di azoto: in queste condizioni, i meccanismi di rimozione possibili sono l’adsorbimento fisico non competitivo e la reazione con componenti della fase solida. Due diversi modelli sono stati sviluppati e calibrati con i dati sperimentali disponibili: nello specifico un modello di tipo Linear Driving Force (LDF) ed un modello di tipo Shrinking Core (SC). I risultati ottenuti sono stati confrontati per individuare modello con le migliori prestazioni. La scelta ha tenuto conto della capacità del modello di descrivere in modo soddisfacente entrambi i meccanismi di desolforazione, pur mantenendo una formulazione semplice e facilità di soluzione numerica.