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Monitoraggio del biogas in un impianto di zucchero ed etanolo in Brasile

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In che modo Cubic Instruments contribuisce al monitoraggio del biogas negli impianti di zucchero e di etanolo in Brasile?

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Il contesto del progetto
Il Brasile è il principale produttore ed esportatore di canna da zucchero al mondo e rappresenta circa il 50% della produzione globale di zucchero. Ogni anno il Paese produce circa 654,8 milioni di tonnellate di canna da zucchero, 41,25 milioni di tonnellate di zucchero lavorato e 29,7 miliardi di litri di etanolo. L'ingente volume di produzione fa del Brasile un pioniere mondiale dell'energia da biomassa, in particolare attraverso l'utilizzo della bagassa della canna da zucchero. Centinaia di centrali elettriche in tutto il Paese utilizzano la bagassa di canna da zucchero come combustibile - per lo più attraverso la combustione diretta - molte delle quali operano con capacità ben superiori a 1 MW.

Negli ultimi anni, le aziende leader del settore hanno mostrato un crescente interesse per la generazione di biogas, che non solo aumenta la produzione di energia dei sistemi a biomassa basati sulla canna da zucchero, ma ha anche un potenziale significativo per ridurre l'impronta di carbonio della produzione di canna.

CG (pseudonimo utilizzato in conformità ai requisiti di riservatezza del cliente), uno dei maggiori produttori brasiliani di zucchero ed etanolo, ha riconosciuto l'opportunità di implementare il biogas. Nell'ottobre 2021, CG ha realizzato il suo primo impianto di biogas a Narandiba (stato di San Paolo) in collaborazione con GBT (pseudonimo utilizzato in conformità agli obblighi di riservatezza del cliente), un'azienda specializzata in soluzioni per la generazione di biogas. Con il supporto tecnico di GBT, l'impianto di biogas utilizza diverse materie prime: vinassa - un sottoprodotto della produzione di etanolo - durante le operazioni regolari, bagassa di canna da zucchero durante la stagione del raccolto e panelli filtranti nei periodi fuori stagione. Questo approccio a più materie prime mitiga efficacemente le limitazioni stagionali tipiche della produzione di biogas e consente un funzionamento continuo per tutto l'anno.

Requisiti di misurazione
L'idrogeno solforato (H₂S) è un'impurità comune e problematica nel biogas. Può inibire la produzione di metano (CH₄) e causare una grave corrosione delle apparecchiature. Pertanto, una misurazione accurata e affidabile dell'H₂S è fondamentale nel monitoraggio del biogas.

A causa dell'elevato contenuto proteico della vinaccia, la concentrazione di H₂S nel biogas derivante dalla produzione di etanolo può raggiungere l'1,5%, un valore significativamente superiore a quello di altre materie prime. I tradizionali sensori ECD (rilevatori elettrochimici) di H₂S tendono ad avere una vita breve in queste condizioni, con conseguenti frequenti e costose sostituzioni.

Per ridurre le esigenze di manutenzione e migliorare l'affidabilità del monitoraggio, era necessario un analizzatore di gas dotato di un sensore H₂S a lunga durata per un efficace funzionamento del sistema di biogas.

Le soluzioni
Dopo aver valutato diverse tecnologie e fornitori, CG ha scelto il sistema di analisi dei gas Gasboard-3500UV di Cubic Instruments, basato sulle tecnologie UV-DOAS (Ultraviolet Differential Optical Absorption Spectroscopy), NDIR ed ECD.

L'analizzatore Gasboard-3500UV è dotato di un sensore H₂S a lunga durata e supporta tre canali di campionamento indipendenti, consentendo il monitoraggio continuo e in tempo reale di più digestori con un'elevata precisione e bassi requisiti di manutenzione.

Componenti del sistema
Unità di campionamento: Alloggiata in un involucro a prova di esplosione, l'unità di campionamento integrata comprende una pompa di campionamento, una scheda di controllo a tre canali, elettrovalvole e software di controllo. L'unità di campionamento estrae campioni di gas instabili a bassa pressione da tre diversi digestori contemporaneamente.
Unità di pretrattamento: Il sistema di pretrattamento comprende un serbatoio di disidratazione a gravità, un filtro separatore gas-acqua, un regolatore di flusso e un raffreddatore a vortice. Questi componenti rimuovono efficacemente polvere, umidità e altre impurità, garantendo un flusso di gas pulito e stabile all'analizzatore.
Unità di analisi: L'analizzatore Gasboard-3500UV combina diverse tecnologie di rilevamento (UV-DOAS, NDIR ed ECD) in un design a prova di esplosione. Consente il monitoraggio continuo e di alta precisione delle concentrazioni di H₂S, CO₂, CH₄ e O₂ in tempo reale, senza richiedere uno spurgo dell'aria esterno.

Valore per il cliente
Implementando il sistema Gasboard-3500UV basato su UV-DOAS, NDIR ed ECD, CG può monitorare continuamente il processo di fermentazione anaerobica in tempo reale, consentendo regolazioni tempestive per ottimizzare le prestazioni della digestione. Ciò migliora la stabilità e l'efficienza della produzione di biogas e biometano.

La produzione stabile e affidabile di biometano ha permesso a CG di aggiudicarsi un contratto per la fornitura di biogas a tre città vicine, Narandiba, Pirapozinho e Presidente Prudente, con una popolazione complessiva di 264.000 abitanti.