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Una rappresentazione schematica della configurazione impiantistica generale dei sistemi PSA è riportata in Figura 3.7. Il biogas grezzo viene preventivamente disidratato, trattato per la rimozione di H S e quindi inviato alla prima colonna di adsorbimento. Durante il passaggio su carboni attivi la CO , O e N sono 2 2 2 2 adsorbiti ed il biogas esce in testa alla colonna arricchito in metano (97% CH ) (Figura 3.6). Quando la colonna è completamente satura viene mandata in 4 rigenerazione ed è by-passata dal biogas in ingresso alimentato alla colonna successiva. La rigenerazione viene operata tramite una riduzione della pressione, normalmente su più stadi. Nel primo stadio la pressione viene ridotta sino a livelli atmosferici, con produzione di un flusso gassoso relativamente ricco di metano, reimmesso nel flusso di biogas grezzo in testa all’impianto per recuperare il metano stesso e limitarne le perdite. La pressione in colonna viene quindi ulteriormente diminuita per raggiungere le condizioni ottimali di desorbimento della CO . Terminata la rigenerazione, la pressione in colonna viene riportata 2 ai valori richiesti dall’adsorbimento prima di poter riprendere l’operatività. Le linee di adsorbimento contano, da lungo tempo, ampie realizzazioni commerciali nel settore della separazione di gas in svariati processi industriali, ed hanno recentemente trovato significative applicazioni anche negli impianti di raffinazione del biogas. Accanto al lavaggio con acqua, esse rappresentano il sistema di maggior diffusione, rispetto al quale presentano alcuni vantaggi in termini dell’elevata qualità del gas prodotto (presenza di impurezze e di umidità) senza dover ricorrere all’utilizzo di soluzioni liquide o di altre sostanze chimiche: per contro, gli impianti risultano costruttivamente più complessi, con esigenze operative e di controllo più raffinate. I principali elementi processistici ed operativi che caratterizzano il trattamento sono riassunti in Tabella 3.9. Vantaggi Svantaggi Nessuna richiesta di soluzioni acquose nè di reagenti chimici Necessità pre-trattamenti biogas Tolleranza del sistema a possibili contaminanti nel biogas grezzo Complessità dell’impianto, di gestione e manutenzione Rimozione contestuale di O e N 2 2 Alti costi di investimento Numerose esperienze applicative Consumi di energia elettrica Possibile recupero CO separata 2 Biogas in uscita secco Nessun consumo di calore Tabella 3.9: Caratteristiche distintive dei sistemi di adsorbimento con tecniche PSA 53
Processi a membrana Prevalentemente valutati in installazioni alla scala pilota, i sistemi a membrana comprendono due distinte tipologie di processo: • processo ad alta pressione, in cui la separazione è condotta in fase gassosa da entrambi i lati della membrana; • processo a bassa pressione, in cui l’allontanamento dei componenti separati che diffondono attraverso la membrana viene condotto per assorbimento in una soluzione liquida. I sistemi ad alta pressione utilizzano membrane in acetato di cellulosa in grado di separare piccole molecole semi-polari come CO 2 , H 2 O e H 2 S che, transi- tando attraverso la membrana, diffondono nel permeato (Figura 3.8). L’efficienza del processo è governata, oltre che dalla permeabilità della membrana, anche dalla pressione applicata e dalle temperature del flusso da trattare. La separazione è tale per cui anche una frazione di metano transita attraverso la membrana, nonostante permeabilità molto più ridotte rispetto a quelle degli altri gas, con conseguenti esigenze conflittuali tra la concentrazione di metano nel flusso depurato e quella persa nel permeato. La separazione ottimale della CO e dell’H S, contestualmente ad un elevata qualità del gas prodotto richiede così la 2 2 realizzazione del processo su più stadi in serie, in configurazioni che prevedono il ricircolo del permeato più ricco di metano o la sua utilizzazione in caldaia per ridurne le perdite in atmosfera. A titolo di esempio, un sistema tipo che comporta il raggiungimento di concentrazioni di metano nel biogas maggiori del 96% può prevedere l’utilizzo di tre membrane in serie, con livelli di perdite collocati su valori inferiori al 10% e con eventuali esigenze di trattamenti finali di disidratazione e rimozione dell’H S residuo prima dell’immissione in rete o dell’utilizzo. Il biogas grezzo deve essere, altresì, disidratato e compresso prima 2 dell’alimentazione al modulo membrane, che lavora su pressioni maggiori di 20 bar. Un esempio di configurazione impiantistica di questo tipo è riportato in figura 3.9, mentre in Tabella 3.5 sono sintetizzate le consuete caratteristiche distintive principali del sistema. 54 Figura 3.8: Principio di funzionamento di una membrana semi-permeabile (14)  
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