Requisiti del gas per la liquefazione: CO₂, acqua, H₂S, mercurio e azoto a monte del micro-liquefattore

Il gas destinato al micro-liquefattore deve essere molto più puro del biometano immesso in rete, perché a una temperatura di circa −162°C le impurità innocue per la rete congelano e ostruiscono gli scambiatori. Gli ordini di grandezza tipici richiesti dai fornitori sono: CO₂ sotto alcune decine di ppm (spesso 50 ppmv), acqua sotto 1 ppmv, H₂S a livello di alcuni ppm, mercurio praticamente assente e idrocarburi pesanti limitati. I limiti di dettaglio derivano dalla costruzione del liquefattore e devono essere confermati nella specifica del fornitore.

Perché questi limiti

Nel liquefattore il gas fluisce attraverso scambiatori con canali stretti. Quando la composizione del gas supera la solubilità delle impurità a bassa temperatura, queste passano allo stato solido e si depositano sulle pareti, il che riduce il rendimento, aumenta la perdita di carico e impone fermate. Il mercurio distrugge gli scambiatori in alluminio, formando amalgami e corrosione. Anche l'ossigeno nel metano liquido è indesiderato per ragioni di sicurezza.

I valori hanno carattere orientativo: ogni produttore indica proprie specifiche, e la qualità del LNG per i veicoli è definita da norme aggiuntive.

Come soddisfare i requisiti

1. Upgrading a basso contenuto di CO₂. Per la maggior parte delle tecnologie di separazione il contenuto di CO₂ nel biometano dopo una separazione a stadio singolo va da alcune decine ad alcune migliaia di ppm, perciò è necessario uno stadio aggiuntivo di rimozione della CO₂.
2. Adsorbimento su setacci molecolari (TSA). I letti zeolitici in ciclo a oscillazione di temperatura rimuovono CO₂ e acqua fino a un livello inferiore al limite. La rigenerazione richiede gas caldo.
3. Carbone attivo per rimuovere H₂S, VOC, silossani e mercurio (spesso impregnato).
4. Separazione criogenica della CO₂ in un sistema integrato con il liquefattore.
5. Monitoraggio – analizzatori di concentrazioni in tracce di CO₂ e acqua all'ingresso del liquefattore, con allarme.

Azoto

L'azoto nel gas in ingresso di solito non viene rimosso nei micro-liquefattori; resta nel prodotto o finisce nel gas di evaporazione. Poiché influisce sui parametri del LNG, il suo contenuto si limita alla fonte: per questo la desolforazione biologica con dosaggio di aria può essere sconsigliabile nel caso del bioLNG (vedi l'articolo sul pretrattamento).

Esempio: controllo della CO₂

Ipotesi: il gas dopo upgrading a membrane contiene il 2,0% di CO₂ (20.000 ppm). Al liquefattore è richiesto ≤ 50 ppm. Il setaccio molecolare deve quindi ridurre la concentrazione di 400 volte. Con una portata di 400 m³/h, la CO₂ da trattenere è: 400 × 0,02 = 8 m³/h ≈ 15,8 kg/h (1,98 kg/m³). Con una capacità del sorbente ad es. del 5% in massa (ipotesi), al giorno se ne consumano circa 380 kg di CO₂ → circa 7,6 t di sorbente da rigenerare nel ciclo; la pratica richiede il funzionamento alternato di più letti. Ciò dimostra che la prima soluzione è migliorare l'upgrading (ad es. ammine o criogenia) anziché ricorrere a grandi letti TSA.

Buone pratiche

• Concorda la specifica di ingresso del liquefattore con il fornitore dell'upgrading, in modo che i due sistemi siano scelti congiuntamente.
• Installa una doppia misura di umidità e CO₂ a monte del liquefattore.
• Pianifica la rigenerazione e la sostituzione dei letti nel calendario di manutenzione.
• Assicura un tampone di gas, in modo che brevi disturbi della qualità non impongano un arresto.
• Tieni un registro delle misure di qualità, perché facilita la diagnosi dei problemi.

Dove verificare le specifiche

Le specifiche di ingresso fanno parte della documentazione tecnica dell'offerta del liquefattore, mentre la qualità del LNG come carburante per veicoli rientra nelle norme e nei requisiti dei clienti. Prima di scegliere un fornitore, chiedi la tabella dei limiti per tutti i componenti, insieme al metodo di misura e alla variabilità ammissibile nel tempo (superamenti di breve durata, valori medi). Le risposte a queste domande permettono di valutare se il sistema di depurazione finale sarà troppo modesto o troppo esteso rispetto alle reali necessità.

Conseguenze per il progetto dell'intero impianto di biometano

I requisiti del liquefattore influiscono sulla scelta della tecnologia di upgrading, sul sistema di compressione e sulla modalità di desolforazione. Se è previsto il bioLNG, conviene progettare fin dall'inizio una linea criogenica in cui separazione della CO₂ e liquefazione siano integrate, anziché aggiungere il liquefattore a un impianto già pronto per la rete. Una tale integrazione accorcia il percorso del gas, riduce il numero di apparecchiature e limita le perdite di metano, ma rende il progetto dipendente dal fornitore di un unico sistema. Per questo conviene eseguire il calcolo per entrambe le varianti, tenendo conto del costo delle modifiche, se la decisione sulla liquefazione venisse presa solo dopo l'avviamento dell'impianto.

Sintesi

Per il liquefattore contano i ppm, non le percentuali. Assicurati che il sistema di depurazione finale sia progettato con margine e che il suo costo sia incluso nel calcolo del bioLNG.