Creative Chemistry punta sulle energie rinnovabili
A prima vista, discariche, aziende lattiero-casearie e stabilimenti di pasta e carta sembrano avere poco in comune. Ma questi settori divergenti – insieme agli impianti di trattamento delle acque reflue – condividono una sfida ambientale costosa: la gestione di grandi volumi di rifiuti organici.
Sempre più spesso, queste industrie utilizzano microrganismi anaerobici per decomporre o “digerire” inizialmente i rifiuti. Il biogas, principalmente una miscela di metano, anidride carbonica (CO2), e idrogeno solforato (H2S), è un sottoprodotto di quel processo. Il biogas è potenzialmente una preziosa fonte di gas naturale rinnovabile (RNG). Ma per essere utilizzato come combustibile pulito e sicuro, deve prima essere trattato per rimuovere CO2 e H2S.
"Grazie ai sussidi governativi, sempre più realtà stanno aggiornando il biogas", ha dichiarato Deane Little, CEO, New Sky Energy. "E la rimozione dell'H2S dal flusso di gas è il primo passo critico del processo".
Con sede a Boulder, Colorado, New Sky Energy sviluppa soluzioni chimiche innovative che aiutano aziende agricole e industriali a trattare le emissioni di gas, recuperare sostanze chimiche preziose – e convertire il biogas grezzo in flussi di energie rinnovabili.
Nel 2018, l’azienda ha fatto una scoperta davvero rivoluzionaria che ha portato al processo SulfurSolve® – un sistema trasformativo di cattura H2S.
La differenza SulfurSolve
Il solfuro di idrogeno è maleodorante, infiammabile, tossico – e altamente regolamentato. Per rimuovere H2S da un flusso di biogas, i produttori si sono tipicamente affidati a scavenger chimici H2S monouso o a tecnologie di controllo H2S rigenerative.
"Poiché è necessario reintegrare costantemente i prodotti chimici, il metodo dello scavenger monouso è molto costoso da gestire", ha affermato Little. "E alla fine, si ottiene un rifiuto solfidrico pericoloso".
Le tecnologie di controllo rigenerative rientrano in due categorie – biologiche e chimiche. I metodi biologici si basano su batteri che utilizzano H2S come risorsa per rigenerarsi.
"Ma i metodi biologici generalmente non sono molto affidabili – e abbiamo scoperto che spesso, per questi sistemi biologici, è necessario aggiungere più sostanze chimiche di quante ne usiamo nel nostro processo chimico", ha affermato Little.
Le tecnologie di controllo rigenerative chimiche assorbono tipicamente H2S in una soluzione acquosa di sali di ferro. La soluzione viene rigenerata quando esposta all’aria in un processo di ossidazione. Tuttavia, i sistemi chimici convenzionali utilizzano costosi agenti chelanti organici per ottenere la solubilità del ferro.
"È qui che SulfurSolve è unico", ha spiegato Little. "Il nostro complesso ferrico a metalli misti è intrinsecamente solubile in soluzioni alcaline. Non richiede sostanze chimiche chelanti per solubilizzare il ferro".
Dal pilota alla scala commerciale
Secondo Little, la reazione chimica che ha portato alla soluzione SulfurSolve è stata inaspettata.
"È stato uno di quei ‘momenti penicillina’", ha spiegato Little. "Stavamo sperimentando con le formulazioni e inizialmente abbiamo pensato che ci fosse stato un errore quando abbiamo prodotto la soluzione. Il ferro non doveva essere solubile a questi alti livelli di pH".
Ne sono seguiti mesi di test su scala da banco in laboratorio per verificare i risultati. Successivamente, l’azienda ha trascorso un anno testando skid pilota presso impianti di trattamento delle acque reflue, uno stabilimento di pasta e carta e una discarica.
Dopo i piloti di successo, New Sky Energy si è rivolta al partner produttivo Moore Control Systems per portare il sistema su scala commerciale. Moore Control Systems, società di ingegneria, approvvigionamento e costruzione (EPC), vanta oltre 40 anni di esperienza al servizio dei settori Oil & Gas e altri settori industriali. La sede centrale dell’azienda è a Katy, Texas.
Come funziona
Moore Control Systems ha progettato un impianto SulfurSolve su skid basato su una piattaforma di controllo Rockwell Automation con controllori Allen-Bradley® CompactLogix™, azionamenti PowerFlex® AC e un HMI FactoryTalk® View. L’impianto funziona su una rete EtherNet/IP™.
Il biogas grezzo in ingresso nell’impianto SulfurSolve viene trattato per rimuovere goccioline e solidi e poi esposto a SulfurSolve in colonne di contatto a flusso co- o controcorrente a bassa pressione. La soluzione alcalina SulfurSolve cattura immediatamente e ossida parzialmente l’H2S. La soluzione parzialmente esausta con H2S catturato viene pompata in un recipiente di rigenerazione dove l’esposizione all’aria converte il solfuro catturato in zolfo elementare e rigenera la soluzione SulfurSolve. Lo zolfo flottante viene recuperato tramite filtrazione a pressione. Le soluzioni SulfurSolve vengono rigenerate e riutilizzate centinaia di volte, riducendo significativamente i costi di trattamento H2S.
"Stiamo aiutando i clienti a integrare lo skid SulfurSolve come primo passo nel processo di upgrade del biogas", ha dichiarato Jessica Carollo, sales and marketing manager, Moore Control Systems. "Possiamo anche offrire competenze per ulteriori passaggi che completano la trasformazione in gas naturale rinnovabile, inclusi la rimozione di CO2 e la compressione del gas".
Costi operativi inferiori. Meno rifiuti.
Con numerose implementazioni commerciali di successo sul campo, il sistema SulfurSolve sta dimostrando risultati impressionanti. Cattura e rimuove costantemente oltre il 99.9% dell’H2S in ingresso – e recupera e riutilizza quasi il 100% della soluzione SulfurSolve.
New Sky Energy stima che il sistema riduca i costi di acquisto di prodotti chimici e di smaltimento per progetti di controllo H2S fino al 90% rispetto ai sistemi che utilizzano scavenger chimici convenzionali. A seconda dell’applicazione, il tipico ritorno sull’investimento è di 12–24 mesi.
"Inoltre, il sottoprodotto zolfo elementare può essere venduto e utilizzato come fertilizzante o in altre applicazioni", ha affermato Little.
SulfurSolve consente un approccio più sostenibile al controllo H2S per il settore del biogas – e si sta dimostrando una valida opzione anche in altre applicazioni di gas naturale.
"Recentemente, abbiamo testato il sistema SulfurSolve per il trattamento dei tail gas di ammine nella lavorazione del gas naturale", ha dichiarato Carollo. "Ha svolto un lavoro incredibile e ha dimostrato che SulfurSolve è applicabile a queste applicazioni ad alto flusso".
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SulfurSolve è un marchio registrato di New Sky Energy.