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GNL a chilometri zero Ancona, 16 Luglio 2014 Tecnologie della criogenia per la liquefazione di metano e biogas

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GNL a chilometri zero Ancona, 16 Luglio 2014

Tecnologie della criogenia

per la liquefazione di metano e biogas

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Premessa

Il convegno introduce nel suo titolo alcune parole

chiave che orientano chiaramente l’argomento:

• gas naturale liquefatto GNL

• Produzione locale

• Accumulo locale

• Utilizzo locale

chilometri

zero

• Utilizzo di tecniche di produzione a bassissime temperature (inferiori a -150°C)

criogenia

• Taglia di impianti medio-piccole

• Applicazione nella gestione locale

mini e micro liquefazione

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Premessa

In sintesi ci stiamo riferendo a:

Produzione locale e limitata di metano

Liquefazione con tecnologia criogenica

Accumulo di metano in forma liquefatta

Utilizzo in applicazione locale

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La filiera

FONTE DI METANO

• Biogas prodotto dalla digestione anaerobica di sostanze organiche (fanghi da impianti di depurazione, reflui zootecnici, rifiuti alimentari e frazione organica dei rifiuti solidi urbani, ..)

PRODUZIONE DI BIOMETANO

• Purificazione del biogas per recupero della sua frazione di metano e per rimuovere tutte le impurezze

PRODUZIONE DI GNL

• Pretrattamento e liquefazione mediante raffreddamento a bassa temperatura del biometano

UTILIZZO LOCALE

• microreti di distribuzione

• combustibile per veicoli favorita da:

• 1) diffusione capillare del metano di rete in Italia;

• 2) N° di auto italiane circolanti superiore rispetto alla media europea;

• 3) N° di distributori metano in Italia superiore alla media europea

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Liquefazione – il processo

Il metano puro a temperatura e pressione ambiente

si presenta come gas incolore ed inodore;

Mediante raffreddamento a pressione atmosferica il

metano gassoso passa alla fase liquida alla

temperatura di -162°C;

Queste temperature NON posso essere raggiunte

mediante l’utilizzo di un semplice ciclo frigorifero,

cioè attraverso una semplice compressione,

raffreddamento ed espansione di un gas;

Per raggiungere temperature inferiore ai -70°C con

una livello di efficienza adeguato bisogna ricorre a

ciclo criogenici dove la temperatura può arrivare fino

a pochi gradi dallo zero assoluto.

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Liquefazione – il processo

Un ciclo criogenico rispetto ad un ciclo

frigorifero opera a pressioni più elevate

e ripete in un circuito semi aperto il ciclo

di compressione-raffreddamento ed

espansione un numero maggiore di

volte consentendo quindi l’abbassarsi

progressivo della temperatura fino ai

valori tipicamente di -195°C;

Il processo è consolidato specialmente

nelle applicazioni di liquefazione

dell’aria per la sua distillazione e quindi

separazione allo stato puro dei suoi

componenti principali: ossigeno, azoto

ed argon.

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Liquefazione – la tecnologia criogenica

SIAD opera da 85 anni nel

settore dei gas tecnici, sia nella

progettazione e realizzazione

impianti che nella produzione e

commercializzazione dei gas

tecnici.

SIAD possiede tecnologie

proprietarie per la produzione di

gas tecnici allo stato gassoso e

liquefatto.

Le tecnologie proprietarie SIAD

includono anche i processi di

liquefazione.

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Liquefazione – la tecnologia criogenica

Ai fini di avere la massima

efficienza, i processi di

liquefazione si sono nel

tempo evoluti con macchine

sempre più sofisticate e

performanti.

Tipicamente, per ragioni di

sicurezza ed affidabilità, il

processo di liquefazione

viene condotto con il solo

azoto.

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Liquefazione – la tecnologia criogenica

L’azoto liquido (che liquefa

alla pressione atmosferica

alla temperatura di -195°C)

viene poi utilizzato a sua

volta per la liquefazione degli

altri componenti dell’aria più

altobollenti (ossigeno a -

183°C e argon a -186°C).

Gli impianti sono

tipicamente di una taglia di

oltre 3.000 Nm3/h di

produzione con una potenza

di oltre 3 MWh

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Liquefazione – la tecnologia SIAD

Tipicamente gli impianti di liquefazione sono

composti da:

Compressore di alimentazione e di riciclo

Gruppo turbine di compressione ed espansione

Cold box con scambiatore multipassaggio

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La tecnologia criogenica per il GNL

SIAD ha sviluppato una gamma completa di

processi per la produzione di gas naturale

liquefatto partendo da biogas che prevede:

pretrattamento di purificazione

liquefazione dalla scala micro, fino alla scala

industriale per applicazioni locali (sono esclusi

i grossi impianti di liquefazione di LNG per il

trasporto via nave)

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La tecnologia criogenica per il GNL

PRETRATTAMENTO

A monte del processo di liquefazione è previsto un

processo di pretrattamento per la rimozione di:

Umidità,

H2S

HC altobollenti

Anidride carbonica

che se non eliminate, raggiunte le basse

temperature di liquefazione del metano, potrebbero

solidificare comportando dei blocchi nel processo di

liquefazione.

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La tecnologia criogenica per il GNL

LIQUEFAZIONE

Si è sviluppata una gamma di vari impianti di

liquefazione in funzione della capacità richiesta di

produzione di GNL

LIN-LNG/xx: impianti di ridotta capacità

il processo prevede l’utilizzo di azoto liquido importato sul

sito di produzione in cisterna da impianti di produzione di

gas tecnici

L’azoto liquido, mediante un processo di evaporazione e

scambio termico, è il veicolo con cui vengono fornite le

frigorie al metano gassoso per essere liquefatto

La tecnica non è molto diversa da quella consolidata ed

utilizzata per liquefare l’ossigeno

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La tecnologia criogenica per il GNL

MP-LNG/xx: impianti di media capacità

impianti di produzione del metano liquefatto che

utilizzano un liquefattore di piccola taglia con un

solo gruppo turbina/espansore

HP-LNG/xx: impianti di elevate performance

impianti di produzione che utilizzano un

liquefattore di grande capacità con un processo a

doppia turbina per avere la massima efficienza,

giustificato dal fattore di scala

INT-LNG/xx: impianto integrato

Impianti di elevata capacità ed integrato ad un

impianto per la produzione di gas tecnici per

avere la massima efficienza del ciclo e sinergia

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Gli impianti di SIAD MACCHINE IMPIANTI

Nel seguito in sintesi i modelli di liquefattore GNL prevista dalla

gamma SIAD MACCHINE IMPIANTI

MODELLO

IMPIANTO

LIQUEFAZIONE

PRODUZIONE

GNL

PRESSIONE

ALIMENTAZIONE

BIOMETANO

PRESSIONE

GNL

PRODOTTO

SOTTO RAFFRED.

ALLO STOCCAGGIO

(5 bar)

POTENZA

ELETTRICA

DI LIQUEFAZIONE

ton/giorno bar bar °C kW

LIN - LNG/10 10 6 5 -2 (*)

MP - LNG/10 10 6 5 -2 470

MP - LNG/35 35 6 5 -2 1.550

MP - LNG/60 60 6 5 -2 2.600

HP - LNG/60 60 6 5 -6 2.200

HP - LNG/110 110 6 5 -6 3.700

INT - LNG/75 75 6 5 -6 3.700

(*) 20.5 ton/giorno (680 Nm3/h) di LIN per produrre 10 ton/giorno (580 Nm3/h) di GNL

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Lo schema del processo HP-LNG/xx

Biometano

gassoso GNL

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Nel caso identificato dal convegno, per i motivi predetti

di logica locale e quindi di capacità modeste, si applica

il modello LIN-LNG/xx:

Liquefattore assistito da azoto liquido

Vantaggi in considerazione della capacità richiesta:

Nessun impegno di potenza elettrica

Flessibilità di produzione con possibili e frequenti

(se necessario) stop & go

Minor rischio potendo gestire stoccaggi di GNL di

modeste dimensioni

Massima affidabilità avendo solo apparecchiature

statiche ed avendo «scorta di frigorie» nello

stoccaggio di azoto

La produzione SIAD MACCHINE IMPIANTI

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SIAD sta sviluppando un integrato che prevede

partendo da biogas la produzione di biometano

gassoso e liquido per:

Invio in gasdotto

Utilizzo come combustibile per autotrazione

L’impianto prevede le seguenti sezioni:

Pretrattamento biogas

Separazione del metano da anidride carbonica con processo

a membrane

Purificazione, liquefazione e stoccaggio di CO2 per il mercato

esterno

Compressione ed invio metano in gasdotto

Compressione metano per autotrazione

Liquefazione e stoccaggio GNL

Un’applicazione

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Un’applicazione

Pretrattamento

biogas

Separazione

CO2-CH4

Purificazione e

liquefazione CO2

Stoccaggio

CO2

Polmone

biometano

Compressione

biometano

Skid gasdotto Liquefatore

biometano

Stoccaggio

GNL

Stoccaggio

LIN

Stazione di carico

- LNG (cisterne)

- LNG (veicoli)

- CLNG

- CO2

Stazione di scarico

- LIN

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Un’applicazione

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Un’applicazione

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Un’applicazione

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Un’applicazione

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