Pulizia della CO₂ per la valorizzazione
Mentre l’industria si muove verso un futuro a zero emissioni nette, l’attenzione si sta rivolgendo alla valorizzazione dei gas di scarico dell’anidride carbonica (CO₂) come parte dell’economia circolare. A ciò si aggiunge una crescente domanda di CO₂, ad esempio da parte delle aziende alimentari e delle bevande, delle aziende di trasformazione alimentare e dell'emergente industria chimica e dei combustibili sostenibili. Per valorizzare la CO₂ del gas di scarico è necessario comprendere chiaramente la fonte di produzione e le impurità da rimuovere per soddisfare le specifiche dei diversi usi finali. È quindi possibile progettare e offrire una soluzione di pulizia adeguata.
DESOTEC può essere parte della soluzione, fornendo una filtrazione sostenibile per ridurre i componenti indesiderati nel flusso di CO₂. DESOTEC contribuisce già a sistemi per la purificazione della CO₂ dal biogas per l'uso nel settore alimentare e delle bevande, e dispone di un'ampia esperienza che può essere applicata ad altri settori.
Driver e mercati della CO₂
- Autisti
Fino a poco tempo fa, la maggior parte della CO₂ utilizzata dall’industria europea proveniva dalla produzione di ammoniaca per i fertilizzanti. Tuttavia, il recente aumento dei prezzi del petrolio e del gas ha portato a un drastico calo della produzione europea di ammoniaca. Pertanto, si stanno cercando nuove fonti di CO₂ per migliorarne la disponibilità. In Nord America, il consumo di CO 2 è trainato principalmente dalla crescita organica dell'Enhanced Oil Recovery (EOR) e dell'industria alimentare e delle bevande.
Il Green Deal dell’UE, l’iniziativa Net Zero dell’EPA e leggi simili in tutto il mondo incoraggiano la decarbonizzazione dell’industria e l’ecologizzazione della produzione di CO₂. Gli incentivi possono includere agevolazioni fiscali e sussidi, mentre in determinate circostanze sono applicabili anche i certificati per lo scambio di emissioni di carbonio.
Inoltre, la crescente consapevolezza del cambiamento climatico influenza le decisioni degli acquirenti in tutti i mercati. Le fonti biogeniche di CO₂ come il biogas sono particolarmente ricercate poiché offrono emissioni negative, rendendole più sostenibili ed economiche.
- Mercati
Ogni mercato ha requisiti diversi per la purezza della CO₂.
Per le applicazioni alimentari, il gas deve soddisfare standard rigorosi. Per altri mercati, le specifiche sono stabilite dagli utenti finali. Nelle applicazioni non alimentari, il motivo principale per purificare la CO₂ è generalmente evitare l'avvelenamento dei catalizzatori a valle e prevenire la corrosione di tubazioni e strumenti.
Mercati consolidati:
- Alimenti e bevande : attualmente il mercato più grande. La CO₂ viene utilizzata per la carbonatazione e come ghiaccio secco per la conservazione degli alimenti. Per la CO 2 di qualità alimentare, la purezza deve essere elevata. Nell'UE, il documento EIGA 70/17 stabilisce i seguenti limiti: S totale 0,1 µmol/mol = 0,1 ppm, idrocarburi volatili totali 50 µmol/mol = 50 ppm.
Questo mercato sta già lottando per trovare CO₂ . Ulteriori ostacoli sono la necessità di certificazione e tracciabilità, e requisiti religiosi, ad esempio CO₂ prodotta da fonti halal.
- Produzione di cibo : la CO₂ alimentare viene utilizzata per: atmosfera inerte per il confezionamento, ad esempio di prosciutto e formaggio; metodi di stordimento nei macelli; e conservazione della frutta nei magazzini.
- Industria : saldatura, trattamento delle acque, pulizia delle superfici, elettronica, ecc.
- Produzione chimica e nuove sostanze chimiche : ad esempio, sostituzione del petrolio con CO2 per la produzione di PU per materassi verdi; produrre bicarbonato di sodio; come solvente/atmosfera inerte ecc.
- Industria petrolifera e del gas : potenziamento del recupero del petrolio.
- Serre : per accelerare la crescita degli ortaggi.
Mercati emergenti:
- Combustibili sostenibili e Power to X (PtX) . Il metanolo e gli idrocarburi a peso molecolare più elevato vengono prodotti da CO2 e idrogeno tramite processi come l'idrogenazione diretta, la sintesi Fischer-Tropsch o il metanolo in olefine (MTO). Viene utilizzato per il carburante sostenibile per l'aviazione (SAF) e altri combustibili sintetici o prodotti chimici. È probabile che questo mercato cresca sostanzialmente nei prossimi anni man mano che i Paesi si impegnano a raggiungere gli obiettivi del Green Deal europeo.
Fonti di CO₂
A seconda della sua origine, il gas di scarico avrà diverse concentrazioni di CO2 e diversi componenti che richiedono pulizia prima della valorizzazione.
1- Gas di scarico provenienti da processi termici o combustione di rifiuti, combustibili fossili e combustibili biogenici. Flussi molto grandi sono emessi da industrie come l’acciaio, il cemento e l’edilizia. Questo gas di scarico contiene tipicamente il 3-20% di CO2 nonché umidità, gas inerti e anche veleni di catalizzatori/microrganismi come solfuro di carbonile (COS), disolfuro di carbonio (CS2) ecc. A causa della concentrazione relativamente bassa, è ad alta intensità energetica per estrarre questa CO₂.
2- Gas combustibili prodotti da impianti di biogas, raffinerie, miniere, fognature e discariche. Questi flussi contengono tipicamente il 30-50% di CO2 e composti organici volatili (COV) come metano, umidità, ma anche veleni di catalizzatori/microrganismi come idrogeno solforato (H2S), silossani e altri componenti.
3- Gas ricchi di CO2 provenienti dalla produzione di ammoniaca e urea (fertilizzanti), etanolo (detergenti), idrogeno e ossido di etilene (per detersivi e materie plastiche), ecc. Questi gas di scarico sono quasi interamente CO2 ma contengono anche umidità, gas inerti, COV, ammine ecc. come impurità.
Componenti da pulire
Come mostrato negli esempi precedenti, le impurità di un gas di scarico dipendono dalla sua origine, mentre l'uso finale previsto determina il livello di pulizia richiesto.
Queste impurità possono includere:
- Grandi volumi di H2O, O2 , N2 , H2 , Ar.
- Particolati/polveri che necessitano di essere separati meccanicamente.
- Tracce di componenti che potrebbero essere veleni del catalizzatore o tossici per i microrganismi del processo a valle o addirittura per il consumo umano:
- Componenti acidi come H2S, SO2 , SO3 , HCl, HF, COS, CS2 , CH3SH, HCN, NO, NO2 /NO3 e Cl2 .
- Componenti basici come NH3 e ammine.
- Componenti combustibili come CO, CH4 , sostanze organiche.
- Componenti organici biologici come lieviti e funghi.
- Componenti metallici come mercurio (Hg), metalli pesanti (Ni, Cr, ecc.) e metalli alcalini e alcalino-terrosi (Na, K, Ca, Ba), che si presentano sotto forma di aerosol anziché di particolato.
- Componenti organici volatili come idrocarburi aromatici, olefine, aldeidi/acidi organici, diossine/furani, oli/grassi ecc.
Rimozione di CO2 dai flussi di gas
Attualmente esistono 4 tecnologie principali per rimuovere la CO2 dai flussi di scarico. Oggi, l'assorbimento o l'adsorbimento sono quelli più frequentemente utilizzati.
1. Assorbimento/abbattitori a umido
Esistono diverse tecnologie tra cui la più importante è il lavaggio con ammina. Le ammine catturano grandi quantità di H₂S e CO₂. Durante il desorbimento flash, H₂S viene rilasciato insieme alla CO₂ gassosa, rendendo necessaria un'ulteriore fase di rimozione dell'H₂S. Inoltre, l’H₂S degrada gradualmente la capacità di carico di CO₂ delle ammine e ne riduce la durata. Pertanto, l'H₂S dovrebbe essere preferibilmente rimosso a monte del lavaggio con ammina, o almeno a valle se si vuole valorizzare la CO₂, insieme ad altre impurezze sopraelencate.
Tipicamente, il primo passo è sciogliere il gas CO₂ in un liquido appropriato, ad esempio un'ammina magra, in uno scrubber a colonna. Il secondo passaggio consiste nel desorbire la CO₂ in una seconda colonna. Successivamente, la CO₂ deve essere disidratata e pulita. È quindi probabile che venga compressa e raffreddata o addirittura liquefatta a circa 2 MPa e -20°C. È quindi pronta per il trasporto, lo stoccaggio e infine la fornitura all'utente finale.
2. Procedure di adsorbimento
L'oscillazione della temperatura o l'oscillazione della pressione sul carbone attivo (setacci molecolari di carbonio) o sulle zeoliti viene spesso utilizzata nelle applicazioni di biogas e negli impianti più piccoli per pulire la CO2 da gas permanenti come metano, azoto, ossigeno, H₂O e Ar. Tuttavia, tracce delle impurità soprammenzionate scivolano attraverso questa fase e potrebbero dover essere pulite.
3. Criocondensatori
Questa tecnologia generalmente separa la CO₂ dall'umidità e dai gas permanenti. Non può raggiungere concentrazioni molto basse di contaminanti. Le turbine e i raffreddatori standard utilizzati con ogni flusso di CO₂ possono essere potenziati per fungere da efficace criocondensatore. Tuttavia, da solo, questo potrebbe non essere sufficiente per soddisfare tutte le specifiche, il che potrebbe rendere necessaria una pulizia aggiuntiva per ridurre altre impurità.
4. Membrane
Queste separano i gas di scarico ad alta concentrazione di CO2 dai gas acidi, dalla materia biologica, da alcuni COV e dagli aerosol. Necessitano di condizioni operative ottimali come temperatura, pressione e umidità. Spesso, concentrazioni più elevate di COV possono portare all’intasamento della membrana. Per alcuni gas di scarico questa tecnologia di separazione può essere un'opzione praticabile, anche se più membrane devono essere messe in serie per elevate concentrazioni di CO₂.
Pulizia CO₂ con carbone attivo
Una volta separata la CO2 , il flusso di CO2 può contenere acqua residua più tracce di impurità come sopra elencate. Pertanto, in molti casi dovrà essere pulito.
La filtrazione a carbone attivo è una tecnologia collaudata, comunemente utilizzata per pulire o lucidare la CO₂. Offre i seguenti vantaggi chiave:
- Rimozione di COV , componenti acidi e basici, mercurio, componenti alogenati, sostanze organiche, zolfo e odori.
- Altamente utile come fase di lucidatura dopo altre tecnologie, riducendo le ultime tracce dei componenti a livelli inferiori a quelli rilevabili.
- Potenziale per pulire sia i flussi di aria/gas che di acqua/liquidi .
- Semplice da installare e utilizzare.
- Gestisce portate variabili, rendendolo adatto a processi batch o intermittenti.
- Processo circolare , che produce rifiuti che possono essere riattivati per un ulteriore utilizzo, aumentando la sostenibilità.
La filtrazione a carbone attivo presenta le seguenti limitazioni:
- Può essere antieconomico per flussi molto grandi, ad esempio provenienti dall'industria pesante.
- Non può separare gas permanenti, metano, etano o particolato.
Un tipico processo di pulizia che utilizza carbone attivo
DESOTEC potrebbe essere posizionato tra il refrigeratore e il compressore (Filtro 1), oppure dopo il compressore (Filtro 2) o prima della tecnologia di separazione (condizionamento).
Le soluzioni mobili di filtrazione sostenibile di DESOTEC
DESOTEC fornisce soluzioni mobili sostenibili utilizzando carbone attivo ad aziende in una vasta gamma di settori industriali, in Europa e Nord America.
La nostra flotta di filtri modulari consente portate da poche centinaia di metri cubi all'ora (m³/h) fino a 55.000 m³/h in fase gassosa e da 2 m³/h a 50 m³/h in fase liquida. Installando i filtri in parallelo sono trattabili anche portate più elevate.
Offriamo una gamma di carboni attivi per trattare e catturare diversi componenti. Per le impurità acide/basiche come ammoniaca, ammine, HCl, HCN, H₂S, ecc. e metalli come il mercurio, viene utilizzato carbone impregnato.
La gestione sostenibile dei rifiuti di filtrazione è fondamentale per il nostro servizio circolare . Tutti i rifiuti di filtrazione vengono trasportati in filtri chiusi lontano dai siti dei clienti e portati alle nostre strutture all'avanguardia. I componenti adsorbiti sul carbone vengono desorbiti e scomposti nelle fornaci DESOTEC o valorizzati. Nella maggior parte dei casi, il carbone attivo viene riattivato per il riutilizzo , riducendo i costi per i clienti, migliorando la sostenibilità e diminuendo la nostra e la vostra impronta di CO2 .
Caso di studio: purificazione della CO₂ da un impianto di biogas per il settore alimentare e delle bevande
Questo impianto danese produce biogas da scarti alimentari e residui agricoli.
Una volta estratto il metano per la produzione di energia, si genera un flusso di gas di scarico di CO₂. Nella maggior parte degli impianti di biogas la CO₂ verrebbe rilasciata nell’atmosfera dopo la pulizia, qui invece viene valorizzata.
DESOTEC fornisce 2 filtri AIRCON 3000 PE , posti in parallelo, come parte di un sistema di trattamento che include altre tecnologie come un compressore. Il flusso di gas di scarico è di 2250 m³/h e contiene 50 ppm di H₂S e 2000 ppm di COV ; il resto è CO₂.
Le misurazioni del cliente mostrano che dopo il trattamento non rimane quasi alcuna impurità nel flusso di CO₂, rendendo il prodotto adatto all'uso nell'industria delle bevande.
Il gas depurato viene stoccato in 2 serbatoi, pronto per il trasporto via camion ai clienti del settore delle bevande.
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Le nostre soluzioni di filtrazione
Offriamo un'ampia gamma di modelli di filtri e gradi di carbone per soddisfare le vostre esigenze di purificazione dell'acqua o dell'aria a livello industriale. -
Il nostro servizio unico
Il nostro modello di servizio completo a circuito chiuso è unico quanto le esigenze della tua azienda. Definiremo la giusta configurazione di filtrazione e ricicleremo in sicurezza i rifiuti di filtrazione, facilitando l'ecologia. -
Il vostro viaggio nella sostenibilità
Proprio come a voi, anche a noi sta a cuore proteggere l'aria, l'acqua e il suolo per le generazioni presenti e future. Le nostre soluzioni di filtrazione vi aiutano a rispettare gli standard ambientali, riducendo la vostra impronta di carbonio.