I sistemi di recupero dei vapori (VRU) negli impianti di stoccaggio e nelle stazioni di servizio sono in uso da oltre 40 anni e sono stati sviluppati per rispondere alle normative ambientali, soprattutto per quanto riguarda il controllo delle emissioni di composti organici volatili (COV) generati durante il trasferimento dei prodotti petroliferi. Queste emissioni fuggitive si verificano in tali strutture quando i serbatoi di stoccaggio devono scaricare la pressione e durante il processo di carico. Prima dell'introduzione dei VRU, queste emissioni venivano espulse nell'atmosfera, bruciate o inviate a un combustore di vapori.
Nel corso degli anni, le apparecchiature per il controllo dei vapori hanno subito diverse evoluzioni e miglioramenti, non solo per quanto riguarda il design, i processi e l'efficienza delle unità, ma anche per la loro capacità di ridurre le emissioni. Un sistema di recupero vapori è un insieme di apparecchiature utilizzate per recuperare i vapori di carburante emessi durante il processo di rifornimento o il trasferimento di prodotti petroliferi. Durante il rifornimento di un veicolo o il carico di serbatoi, gli idrocarburi vaporizzati vengono rilasciati a causa delle variazioni di pressione. Il sistema di recupero dei vapori è progettato per catturare e trasportare questi vapori nei serbatoi di stoccaggio sotterranei o nelle cisterne, anziché consentire loro di fuoriuscire nell'atmosfera.
La Necessità dei Sistemi di Recupero Vapori
L'importanza dei sistemi di recupero vapori è multiforme e cruciale per diverse ragioni, sia dal punto di vista ambientale che operativo:
- Riduzione dell'Inquinamento Atmosferico: I sistemi di recupero dei vapori riducono significativamente l'emissione di composti organici volatili (COV) nocivi nell'atmosfera. Questi COV possono contribuire all'inquinamento atmosferico, allo smog e ai problemi respiratori, influenzando negativamente la qualità dell'aria e la salute pubblica.
- Protezione della Salute Umana: I vapori del carburante contengono sostanze pericolose che possono comportare rischi per la salute sia dei dipendenti che dei clienti. Contenendo questi vapori, il sistema di recupero dei vapori aiuta a proteggere la salute umana riducendo al minimo l'esposizione a sostanze nocive.
- Risparmio Energetico e Recupero Prodotto: I vapori di carburante rappresentano una significativa perdita di energia quando rilasciati nell'atmosfera. Un sistema di recupero vapori recupera tali vapori e li restituisce ai serbatoi di stoccaggio, che possono poi essere utilizzati per le successive operazioni di rifornimento o di carico. Zeeco VRU, ad esempio, possono raggiungere tassi di recupero fino al 99% e circa 1 o 2 litri di prodotto per 1.000 litri caricati. Questo si traduce direttamente in un risparmio sui costi, poiché si conserva più carburante nei serbatoi di stoccaggio, riducendo al minimo la necessità di rifornimento o di acquisto di prodotto.
- Conformità alle Normative Ambientali: Molti paesi e regioni hanno normative ambientali rigorose relative alle emissioni di carburante, in particolare nelle aree urbane. I sistemi di recupero dei vapori aiutano le stazioni di servizio e i terminal di stoccaggio a conformarsi a queste normative riducendo al minimo le emissioni di COV e aderendo agli standard ambientali. Ad esempio, il Decreto 27 dicembre 2017 (pubblicato sulla Gazzetta Ufficiale n. 22 del 27 gennaio 2018) in Italia si applica ai distributori degli impianti di distribuzione di benzina, attrezzati con sistemi di recupero dei vapori prodotti durante le operazioni di rifornimento, che prevedono il trasferimento dei vapori stessi in un impianto di deposito presente presso l'impianto di distribuzione benzina, come previsto dall'art. 277, c1, del D.Lgs. 152/2006. Questo decreto mira a garantire che i requisiti di installazione dei medesimi siano conformi alla Direttiva 2014/34/UE (ATEX) concernente l'armonizzazione delle legislazioni degli Stati membri relative agli apparecchi e sistemi di protezione destinati a essere utilizzati in atmosfera potenzialmente esplosiva (D.Lgs. 85/2016). I distributori e i sistemi di recupero vapori devono essere provvisti di marcatura CE e della relativa dichiarazione di conformità ai sensi del D.Lgs. 85/16. Per le installazioni ricadenti nelle attività soggette ai controlli di prevenzione incendi (allegato I DPR 151/11), i distributori per l'erogazione di benzina, comprensivi dei sistemi di recupero dei vapori, si considerano costruiti in conformità al D.Lgs. 85/16, se provvisti di marcatura CE di categoria 2 essendo la zona interna al distributore, di regola, classificata ai fini della sicurezza come zona 1 (Atex).
- Miglioramento dell'Efficienza Operativa: Recuperando e riutilizzando i vapori di carburante, le stazioni di servizio possono ridurre gli sprechi di carburante e migliorare la loro efficienza operativa complessiva. Ciò porta direttamente a un risparmio sui costi, poiché la stazione trattiene più carburante nei serbatoi di stoccaggio, riducendo al minimo la necessità di rifornimento.
Componenti e Funzionamento dei Sistemi VRU a Carbone Attivo
I sistemi VRU a carbone attivo sono ampiamente utilizzati negli impianti di stoccaggio dei serbatoi e nelle stazioni di servizio. Zeeco VRU utilizzano il processo altamente versatile ed efficiente di adsorbimento degli idrocarburi su carbone attivo. Questa tecnologia è ampiamente accettata come la migliore tecnologia disponibile (BAT) in un'ampia gamma di applicazioni, con una capacità di turndown da 0 a 100% del flusso e delle concentrazioni di idrocarburi in ingresso.
Un'unità a carbone attivo è essenzialmente un sistema di filtrazione di grandi dimensioni. I vapori del serbatoio o dal bocchettone del veicolo vengono convogliati verso un letto di carbone attivo che rimuove gli idrocarburi dal vapore mediante un processo chiamato adsorbimento.
I componenti di un sistema di recupero dei vapori includono:
- Ugelli e Tubi Flessibili per il Recupero dei Vapori: Nelle stazioni di servizio, durante il rifornimento, l'ugello per il recupero dei vapori è collegato al serbatoio del carburante del veicolo. L'ugello è progettato per catturare il vapore che viene spostato dal serbatoio del veicolo mentre si riempie di carburante. Nei terminali, i vapori vengono convogliati dalle cisterne o dai serbatoi di stoccaggio attraverso tubazioni dedicate.
- Letti di Carbone Attivo (Adsorbitori): I vapori passano attraverso letti di carbone attivo che adsorbono gli idrocarburi.
- Pompa per Vuoto: La pompa a vuoto è responsabile della creazione dell'aspirazione necessaria per trasportare i vapori dall'erogatore e dall'ugello ai serbatoi di stoccaggio sotterranei, o per rigenerare il letto di carbone. Il primo letto di carbone viene pulito attraverso un processo chiamato rigenerazione, creando un vuoto all'interno del letto, che fa sì che gli idrocarburi adsorbiti vengano rilasciati dal carbone attivo e rimossi dal letto. Una o più pompe per vuoto sono necessarie per rigenerare il letto e spostare il flusso di vapore, ora ricco di idrocarburi, a una colonna di assorbimento. Si possono utilizzare pompe per vuoto ad anello liquido (LRVP), a secco o a palette scorrevoli.
- Colonna di Assorbimento: Nella colonna di assorbimento, un liquido idrocarburico (tipicamente benzina) entra in contatto con il flusso di vapore ricco per condensare gran parte degli idrocarburi in fase vapore in un liquido. Il liquido assorbente, ora contenente gli idrocarburi recuperati, viene restituito al serbatoio di stoccaggio dell'assorbente.
- Serbatoi di Stoccaggio: I vapori recuperati vengono reindirizzati ai serbatoi di stoccaggio, dove vengono condensati e immagazzinati per un uso successivo.
Gli idrocarburi adsorbiti vengono recuperati dal carbone attivo mediante l'uso di un sistema di pompe a vuoto e riassorbiti in un flusso circolante di assorbente, restituendo gli idrocarburi all'operazione di carico o all'impianto di stoccaggio.
Vapor Recovery Unit ( VRU )
Sfide e Aggiornamenti dei Sistemi VRU
L'invecchiamento di molte strutture di carico ha creato l'opportunità di adeguare agli standard attuali le apparecchiature di controllo dei vapori più vecchie. Anche i mercati della distribuzione di benzina hanno registrato una crescita significativa, che ha spinto molti operatori di terminali a cercare soluzioni per l'espansione delle loro strutture.
Un esempio concreto di tale necessità è stato l'intervento di Zeeco presso un terminale di stoccaggio di Zenith Energy negli Stati Uniti nord-orientali nel 2020. Il terminale, con una capacità di stoccaggio di quasi 400.000 barili di biodiesel, butano, distillati, etanolo e benzina, ha contattato Zeeco per problemi con il VRU a carboni attivi esistente.
Il problema principale di questo vecchio VRU era la pompa per vuoto ad anello liquido (LRVP) del sistema e le sue apparecchiature ausiliarie. Come suggerisce il nome, le pompe LRVP si basano sul mantenimento di un anello di liquido all'interno dell'alloggiamento della pompa. Questo liquido, spesso chiamato liquido di tenuta, è una miscela di acqua e additivi chimici necessari per la protezione dal gelo e dalla corrosione. I vapori che escono dalla pompa del vuoto contengono un po' di liquido di tenuta che deve essere convogliato in un'unità di separazione. Il fluido di tenuta proveniente dal separatore deve poi essere riportato alla pompa del vuoto. In genere è necessario anche uno scambiatore di calore per raffreddare il fluido di tenuta recuperato prima che possa essere restituito alla pompa del vuoto.
Un'altra sfida del funzionamento di LRVP è che queste pompe devono funzionare sempre alla massima velocità di progetto e non possono essere abbassate o fatte funzionare a velocità ridotte. Il sistema LRVP del VRU in questa sede presentava molti dei requisiti di manutenzione sopra elencati. Poiché questo terminal disponeva di un solo VRU, la manutenzione del sistema o un arresto imprevisto costringeva il terminal a interrompere la maggior parte delle operazioni di trasferimento.
Gli operatori del terminal hanno chiesto agli esperti di Zeeco di proporre soluzioni che consentissero loro di aumentare il volume e la velocità delle operazioni di carico, di ridurre i costi di gestione e manutenzione e di soddisfare i requisiti futuri in materia di emissioni.
Soluzioni di Ammodernamento e Miglioramento
Il piano di ammodernamento di Zeeco ha incluso una serie di raccomandazioni per aiutare gli operatori del terminal a raggiungere i loro obiettivi. La modifica principale ha previsto l'aggiornamento dell'LRVP esistente e delle sue apparecchiature ausiliarie con una pompa per vuoto a vite a secco di ultima generazione. Questa innovazione ha permesso alla pompa del vuoto a vite a secco di essere ridotta con un inverter quando non è necessaria la piena capacità di vuoto, offrendo maggiore flessibilità operativa e risparmio energetico.
Il team Global Field Services di Zeeco ha anche consigliato la sostituzione di diverse valvole che perdevano, l'aggiornamento dei pressostati e dei termostati con trasmettitori, e l'installazione di un nuovo controllore logico programmabile (PLC) con uno schermo per l'interfaccia uomo-macchina (HMI) per consentire un funzionamento e un monitoraggio più semplici del VRU. La sostituzione delle valvole ha aumentato l'efficienza del recupero, mentre l'installazione dei nuovi trasmettitori e del PLC ha consentito un controllo più preciso del processo.
L'aggiunta del nuovo PLC e dell'HMI ha anche permesso al sistema di registrare dati storici come la cronologia degli allarmi, le ore di funzionamento della pompa, i livelli di concentrazione delle emissioni in uscita e le pressioni, nonché l'andamento del vuoto e della temperatura. Ciò ha permesso di generare programmi di manutenzione più accurati per i singoli componenti del sistema in base alle ore e ai cicli di funzionamento, ottimizzando la gestione e riducendo i tempi di inattività imprevisti.
Inoltre, utilizzando l'unità Zephyr, progettata per ottenere una combustione senza fumo per un'ampia gamma di portate con un'efficienza di distruzione dei COV pari o superiore al 99%, Zeeco è stata in grado di reindirizzare il 100% dei vapori del VRU verso la VCU (Vapor Combustor Unit), dove sono stati bruciati in modo sicuro, garantendo la completa eliminazione dei COV non recuperati.
Benefici degli Aggiornamenti
Gli aggiornamenti del sistema hanno permesso di migliorare notevolmente il funzionamento del VRU, con un rendimento più elevato e una maggiore affidabilità. La modalità di risparmio energetico ha inoltre ridotto il consumo di energia elettrica del VRU di oltre il 40%. Anche i livelli di emissioni sono stati ridotti in modo significativo, consentendo all'unità di essere già conforme alle normative più severe che si prevede verranno implementate in futuro. Questi miglioramenti sono anche in linea con gli attuali criteri ambientali, sociali e di governance (ESG), dimostrando un impegno verso la sostenibilità.
Anche dal punto di vista finanziario, l'aggiornamento è stato un successo, grazie alla riduzione dei costi operativi e di manutenzione, e al maggiore recupero di prodotto.
Il Futuro dei Sistemi VRU: Normative e Monitoraggio
I regolatori federali stanno adeguando le regole per le strutture che operano apparecchiature di controllo dei vapori. Nel luglio 2024, l'EPA (Environmental Protection Agency) ha finalizzato delle regole che richiedono ai terminali di benzina sfusa con VRU l'installazione e il funzionamento di sistemi di monitoraggio continuo delle emissioni (CEMS) che soddisfino rigorosi standard di prestazioni e limiti di emissioni. Questi nuovi requisiti sottolineano la crescente enfasi sulla trasparenza e l'accuratezza nel monitoraggio delle emissioni, spingendo verso tecnologie VRU ancora più avanzate e affidabili.
Zeeco offre una gamma di sistemi di recupero dei vapori basati su diverse capacità di ingresso dei vapori per adattarsi ad applicazioni specifiche, dai più piccoli terminali di carico di camion alle più grandi operazioni di carico marino. L'approccio flessibile di Zeeco ai requisiti dei clienti e agli standard di progettazione consente di offrire sistemi personalizzati per applicazioni grandi e piccole. I sistemi di recupero dei vapori Zeeco soddisfano anche i più severi requisiti di conformità alle emissioni in tutto il mondo, fornendo soluzioni per il controllo della combustione e delle emissioni ovunque avvenga la lavorazione degli idrocarburi.
Un sistema di recupero dei vapori è una tecnologia essenziale per le moderne stazioni di servizio e i terminal di stoccaggio, poiché offre numerosi vantaggi ambientali, di sicurezza ed economici. Catturando e restituendo i vapori di carburante durante il processo di rifornimento e di carico, i sistemi di recupero dei vapori aiutano a ridurre l'inquinamento atmosferico, migliorare la sicurezza e risparmiare energia. Con normative ambientali più severe e la crescente domanda da parte dei consumatori di pratiche più ecologiche, i sistemi di recupero dei vapori stanno diventando un investimento sempre più importante per le operazioni di distribuzione e stoccaggio di carburante in tutto il mondo.
