Desolforazione chimica e carbone attivo: letti ferrosi, lavatori e filtri

Quando la desolforazione biologica non garantisce il livello richiesto di H₂S, si adottano metodi chimici e di adsorbimento: letti di ossidi o idrossidi di ferro, lavatori alcalini e filtri a carbone attivo. Lo schema più comune negli impianti di biogas agricoli prevede la desolforazione biologica come primo stadio e un filtro a carbone attivo come ultimo, in modo che il sorbente si consumi più lentamente e il motore riceva gas con un basso contenuto di H₂S. Di seguito un confronto tra i metodi e un esempio di calcolo della durata del letto.

Metodi e loro caratteristiche

Carbone attivo — funzionamento e requisiti

Il carbone impregnato (ad esempio con ioduro di potassio o idrossido di potassio) agisce in modo catalitico: l'H₂S si ossida a zolfo elementare sulla superficie, il che richiede la presenza di ossigeno in tracce. Il carbone "puro" adsorbe più lentamente. L'efficienza dipende dalla temperatura, dall'umidità relativa (un gas troppo umido ostruisce i pori; uno troppo secco limita la reazione), dalla velocità di flusso e dal tempo di contatto. Pertanto, prima del filtro si applicano l'essiccazione e il riscaldamento del gas fino a un'umidità relativa inferiore a circa 60–80% (le raccomandazioni del produttore del sorbente hanno la priorità).

Esempio: durata del carbone

Ipotesi (illustrazione): portata del gas 500 m³/h, concentrazione di H₂S all'ingresso del filtro 100 ppm, capacità di adsorbimento del carbone 0,15 kg S per kg di sorbente (il valore tipico dipende dal prodotto). Flusso di H₂S: 500 × 0,0001 = 0,05 m³/h; con una densità di circa 1,54 kg/m³, corrisponde a 0,077 kg H₂S/h, ovvero circa 0,072 kg S/h. Consumo di carbone: 0,072/0,15 ≈ 0,48 kg/h ≈ 11,5 kg/giorno ≈ 4,2 t/anno. Se la concentrazione all'ingresso aumenta a 500 ppm, il consumo aumenta di cinque volte — ciò dimostra l'importanza del primo stadio. Pertanto, il costo del carbone (prezzo per kg) va confrontato con il costo di mantenimento della desolforazione biologica.

Letti ferrosi

I letti di ossidi di ferro sopportano carichi maggiori rispetto al carbone, ma la loro capacità è limitata e il materiale esausto richiede sostituzione o rigenerazione. La rigenerazione con aria avviene in modo esotermico e può portare all'auto-riscaldamento; i letti esausti, una volta rimossi, possono incendiarsi. Le procedure di sostituzione devono prevedere l'inumidimento, lo stoccaggio sicuro e la gestione come rifiuto.

Lavatori alcalini

Efficaci con carichi elevati, ma richiedono la gestione di prodotti chimici, il controllo del pH e lo smaltimento degli scarichi; negli impianti di biogas agricoli sono meno comuni.

Sostituzione sicura del sorbente

1. Isolare e degasare il filtro, secondo la procedura; effettuare la misurazione dell'atmosfera.
2. Utilizzare attrezzi antiscintilla e dispositivi di protezione individuale (polveri, solfuri).
3. Trattare il sorbente esausto come rifiuto (il codice e il metodo di smaltimento sono stabiliti secondo la normativa sui rifiuti), evitare il contatto con aria umida in prossimità di fonti di accensione.
4. Conservare la scorta di sorbente fresco in un luogo asciutto e ventilato.
5. Verificare la tenuta dopo la sostituzione.

Scelta del metodo — criteri

Monitoraggio

Misurare l'H₂S prima e dopo il filtro; una diminuzione dell'efficacia (breakthrough) indica che il sorbente è prossimo all'esaurimento. È buona pratica avere due filtri in configurazione serie o parallelo, per consentire la sostituzione del sorbente senza fermare il CHP. Registrare i risultati per prevedere le scadenze delle sostituzioni e negoziare i prezzi con il fornitore.

Errori comuni nella scelta del filtro

L'errore più frequente è l'eccessiva fiducia nel carbone attivo come unico metodo di desolforazione: quando l'H₂S in ingresso raggiunge migliaia di ppm, il sorbente si esaurisce in poche settimane e il costo di gestione diventa predominante. Il secondo errore è ignorare l'umidità del gas, che riduce la durata del sorbente. Il terzo è la mancanza di un filtro di riserva, per cui la sostituzione comporta l'arresto del motore. Il quarto è l'assenza di misurazioni dopo il filtro, per cui il momento di breakthrough viene rilevato solo dopo un aumento di H₂S nell'olio del motore. È inoltre consigliabile concordare preventivamente con il produttore del motore la concentrazione limite e le modalità di documentazione, per non perdere la garanzia.