Essiccazione del biogas: condensazione, raffreddamento e adsorbimento prima del motore
Il biogas proveniente dal digestore è saturo di vapore acqueo. Spieghiamo quanta acqua trasporta, come funzionano le condotte con drenaggio, i refrigeratori e gli essiccatori ad adsorbimento e come scegliere l'essiccazione per il motore.
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Il biogas in uscita dal digestore è saturo di vapore acqueo e, a temperatura mesofila, la sua percentuale raggiunge alcune percentuali in volume; dopo il raffreddamento, l'acqua condensa, trascinando con sé H₂S, CO₂, NH₃ e acidi disciolti. L'essiccazione protegge le tubazioni, i soffianti, il desolforatore e il motore dalla corrosione e dall'allagamento. Il metodo più semplice consiste in una tubazione con pendenza e pozzetti di condensa; un controllo più accurato è garantito da un refrigeratore (fino a circa 3–5 °C) con successivo riscaldamento del gas, mentre le applicazioni più esigenti (upgrading) utilizzano l'essiccazione per adsorbimento.
Quanta acqua trasporta il biogas
Il contenuto di vapore acqueo nel gas saturo dipende dalla temperatura. Indicativamente (pressione atmosferica):
| Temperatura del gas | Contenuto di acqua (approssimativo) |
|---|---|
| 38 °C | ca. 6,5% vol., ca. 45–50 g/m³ |
| 20 °C | ca. 2,3% vol., ca. 17 g/m³ |
| 5 °C | ca. 0,86% vol., ca. 7 g/m³ |
Esempio di quantità di condensa
Ipotesi: 1.200 m³/h di biogas saturo a 38 °C, raffreddato a 5 °C. Differenza nel contenuto di acqua circa 45 − 7 ≈ 38 g/m³ (valori approssimativi adottati). Quantità di condensa: 1.200 × 0,038 ≈ 46 kg/h, ovvero circa 1,1 m³ al giorno. Tale quantità richiede un adeguato smaltimento (la condensa contiene impurità), non deve congelare nello scarico né bloccare il sifone.
Metodi di essiccazione
| Metodo | Principio | Applicazione | Note |
|---|---|---|---|
| Raffreddamento in tubazione (terreno) | raffreddamento nel suolo, condensa nei pozzetti | primo stadio, ogni sistema | richiede pendenza (minimo alcune per mille) e pozzetti |
| Refrigeratore (scambiatore) | raffreddamento a circa 3–5 °C, poi riscaldamento | prima della desolforazione su carbone, prima del motore | punto di rugiada stabile; richiede energia, scarico |
| Adsorbimento (gel di silice, setacci molecolari) | adsorbimento del vapore su sorbente, rigenerazione con calore o aria | basso punto di rugiada | costo maggiore, applicazione nell'upgrading |
| Assorbimento in glicole | l'acqua si lega al liquido | grandi portate | comune nell'industria del gas |
Perché riscaldare dopo il raffreddamento
Il gas dopo il raffreddamento è saturo a bassa temperatura. Quando raggiunge un ambiente più caldo, l'umidità relativa diminuisce; il riscaldamento di alcuni–una dozzina di gradi riduce l'umidità relativa al di sotto della soglia raccomandata dai produttori di sorbenti e motori. Ciò riduce il rischio di condensazione nelle tubazioni in caso di calo della temperatura ambientale, purché la temperatura del gas e della tubazione rimanga superiore al punto di rugiada (il riscaldamento non modifica il punto di rugiada stesso).
Principi di costruzione dell'impianto
- Pendenza della tubazione verso i pozzetti di condensa (comunemente si raccomanda almeno alcune fino a una dozzina di per mille) e assenza di "sacche" d'acqua.
- Pozzetti con sifoni di altezza adeguata a proteggere da sovra- e sottopressione, riscaldati o posizionati al di sotto della zona di gelo.
- Materiali resistenti alla corrosione (PE, acciaio inossidabile, PVC per la condensa).
- Isolamento delle tubazioni fuori terra per limitare la condensazione in punti casuali.
- Sensori di livello dell'acqua nei pozzetti e allarme.
- Accesso per la manutenzione e procedure di svuotamento sicuro (la condensa contiene H₂S).
Problemi tipici
| Problema | Causa | Soluzione |
|---|---|---|
| Allagamento del soffiante | acqua nella tubazione, mancanza di pozzetto | aggiunta di drenaggio, controllo della pendenza |
| Sifone congelato | bassa temperatura | riscaldamento, isolamento, glicole |
| Degradazione del sorbente | gas umido nel filtro | essiccazione prima del filtro |
| Umidità eccessiva prima del motore | mancanza di riscaldamento dopo il raffreddamento | aggiunta di riscaldatore |
| Corrosione | condensa acida | materiali, controllo regolare |
Condensa — cosa farne
La condensa viene generalmente reimmessa nel digestore o nel serbatoio del digestato, se l'impianto prevede tale soluzione, poiché contiene componenti biogeni e ha un volume ridotto. La soluzione deve essere conforme al progetto (protezione contro la fuoriuscita di gas) e alle normative locali.
Controllo e requisiti
Per il motore sono fondamentali i requisiti del produttore relativi all'umidità relativa, alla temperatura e al contenuto di impurità del gas; registrateli e confrontateli con le misurazioni. Il punto di rugiada richiesto per l'upgrading del biometano è notevolmente più basso, il che determina il tipo di sistema di essiccazione.
Impatto sul motore e sull'upgrading
I motori a gas sono sensibili alle gocce d'acqua e al gas umido contenente composti acidi: si formano depositi nel sistema di aspirazione, aumenta la corrosione e il consumo di olio. I produttori indicano l'umidità relativa massima e la temperatura del gas prima del motore. Negli impianti di upgrading (membrane, PSA, scrubber) i requisiti relativi al punto di rugiada sono più stringenti e di solito richiedono un'essiccazione a più stadi.
Suggerimenti operativi
- Controllate settimanalmente gli scarichi della condensa e lo stato dei sifoni.
- Dopo l'inverno, verificate le tubazioni per individuare eventuali cedimenti in cui potrebbero essersi formate sacche d'acqua.
- Misurate la temperatura e l'umidità del gas prima del motore; registrate la tendenza.
- In caso di forti cambiamenti climatici, verificate se il refrigeratore e il riscaldatore mantengono i valori impostati.
- Considerate l'installazione di misuratori del punto di rugiada in punti critici.
Fonti
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