in collaborazione con mcTER News

L'ossidazione termica rigenerativa (RTO) è una soluzione flessibile ed efficiente dal punto di vista energetico che combina l'ossidazione termica di VOC in fase gassosa con lo scambio di calore rigenerativo, allo scopo di rimuovere i contaminanti residuali dal processo di Upgrading del biogas. Il sistema RTO può recuperare sino al 96% del calore latente del gas purificato e riutilizzarlo per il preriscaldamento del gas in ingresso, ciò avviene utilizzando materiale refrattario con elevata capacità di trasferimento del calore, tipicamente materiali ceramici ad altissima superficie di scambio. Le temperature di esercizio sono comprese tra 780 e 1.000 °C.
La configurazione RTO più semplice consiste in una camera di combustione orizzontale con un bruciatore per l'innesco della reazione di ossidazione, questa camera è collegata a due camere di recupero del calore, che sono riempite con materiale ceramico. Entrambe le camere prevedono una valvola in ingresso e una valvola di uscita che cambiano la direzione del flusso con cadenza misurabile in minuti a seconda del tempo di ciclo. Il gas contaminato in ingresso freddo viene preriscaldato nella prima camera di scambio termico e quindi entra nella camera di combustione per ossidarsi. Poi il gas purificato lascia la seconda camera di scambio termico dove il calore viene recuperato dal mezzo ceramico.

Descrizione RTO Upgrading
Applicazione specifica di RTO al processo di upgrading di Biogas.
Durante l'upgrading del biogas, il biogas grezzo viene suddiviso in due flussi di gas: il flusso di biometano ricco di CH4 e la CO2 separata contenente tracce di CH4 residuale, da trattare come Gas di coda del processo. Infatti la tecnologia di separazione non raggiunge il 100% di efficienza, di conseguenza la CO2 separata come off-gas contiene ancora tracce di metano, spesso in concentrazione superiore a quella consentita. Al momento, negli impianti più recenti, l'impianto di upgrading off-gas non contiene una concentrazione di metano sufficientemente alta da consentire la combustione in torcia senza l'aggiunta di gas naturale o biogas. Un modo per limitare lo slip di metano in atmosfera è miscelare il gas di scarico con l'aria utilizzata per la combustione.
Nel processo di upgrading del Biogas a BioMetano, a valle di due/tre stadi di purificazione viene rilasciato uno stream di off-gas che contiene ancora abbastanza metano e composti organici da richiedere un trattamento di combustione prima dell'immissione in atmosfera; i sistemi di separazione dell'anidride carbonica che utilizzano la tecnologia delle membrane a fibra cava o ad adsorbimento a pressione sotto vuoto (VPSA) respingono la CO2 con una percentuale di metano compresa tra lo 0,5% e il 5%.
Le perdite di metano possono essere eliminate avviando a combustione la miscela di metano in CO2 mediante un ossidatore termico rigenerativo (RTO).
La problematica principale per i sistemi RTO di ossidazione termica è rappresentata dal fatto che questi gas di sfiato non contengono ossigeno ma solo principalmente anidride carbonica. Questa combinazione si è rivelata una sfida per i tradizionali ossidatori termici poiché non sono progettati né per gestire grandi cambiamenti nel carico organico tantomeno la mancanza di ossigeno nel off-gas da eliminare. L'esperienza ha dimostrato spesso che tali inceneritori di gas hanno problemi a sostenere la fiamma anche quando la concentrazione di metano nel bruciatore deve essere sufficiente per una buona combustione.
L'impianto di Ossidazione Termica Rigenerativa (RTO), grazie alle sue camere di recupero del calore, preriscalda il gas fino alla temperatura di incenerimento e consente una completa reazione di ossidazione delle VOC nella camera di combustione, controllando opportunamente la temperatura, il tempo di residenza ed il tenore di Ossigeno necessario ad una completa eliminazione, nel caso specifico, del Metano.
Un ulteriore complessità risiede nella gestione delle variazioni cicliche del carico termico in ingresso al RTO.
Questa complicazione viene gestita regolando opportunamente il fattore di diluizione del Off-gas con aria atmosferica e dal controllo preciso di tale flusso d'aria di diluizione per mantenere una temperatura costante nella camera di combustione.
Il fatto che il processo sia ciclico e ripetitivo consente di programmare la modulazione del flusso d'aria di diluizione per evitare oscillazioni e superamenti dei setpoint di temperatura impostati.
Funzionamento autotermico
A causa dell'intrinseca efficienza di recupero dell'energia termica sviluppata nel processo di ossidazione VOC e del contenuto termico sufficientemente elevato nel flusso di Off-gas da trattare, l'RTO funzionerà senza richiedere alcun apporto di combustibile supplementare.
Questo è un importante vantaggio OPEX rispetto ad altri tipi di ossidatori termici, recuperativi, catalitici etc..
L'impianto di combustione RTO non utilizza alcun catalizzatore, quindi risulta immune da eventuali problematiche di avvelenamento o sinterizzazione (per picchi di temperatura e/o concentrazione COT) che tipicamente affliggono i sistemi catalitici.
L'unico uso di combustibile ausiliario, generalmente Biogas, è richiesto per preriscaldare l'unità alla temperatura di esercizio al primo utilizzo e dopo un arresto prolungato, il preriscaldamento della camera di combustione (T>800°C) richiede pochi minuti ed è ottenuto mediante un piccolo bruciatore alimentato a Biogas.
Per qualsiasi arresto di breve durata, l'RTO può essere messo in modalità stand-by che ridurrà al minimo il raffreddamento delle camere di recupero del calore e della camera di combustione per consentire un rapido riavvio con un consumo supplementare di carburante minimo.

Il design EnviroExperts RTO a tre camere per applicazione di combustione off-gas è lo stato dell'arte adottato dall'industria dell'upgrading del biogas.