ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
15-dic-2020
2019/2020
L'acido solfidrico (H2S) rappresenta oggi una delle maggiori problematiche nei giacimenti di gas e più in generale nell'industria degli idrocarburi. È considerato un rifiuto, un sottoprodotto indesiderato che deve essere smaltito tramite le non redditizie Unità di Recupero dello Zolfo. L’H2S, tuttavia, potrebbe essere una potenziale fonte di idrogeno dal momento che la molecola può essere cataliticamente separata in H2 e zolfo. Questo concetto nuovo e tecnologico è basato sulla tecnologia SACS™ (Sulphidric Acid Catalytic Splitting). Lo scopo è lo sviluppo di un processo che possa essere utilizzato per la produzione su larga scala di H2 sfruttando lo scarto H2S, trasformandolo dunque in una merce valorizzabile, riducendo contemporaneamente le emissioni di CO2 complessivamente associate sia alla produzione globale di H2 che ai trattamenti di smaltimento di H2S. Questo lavoro di tesi si occupa dello sviluppo e della simulazione di quattro possibili configurazioni impiantistiche per questa tecnologia innovativa sviluppata dal gruppo di ricerca SuPER Team del Politecnico di Milano, col fine ultimo di sostituire le esistenti Unità di Recupero dello Zolfo. Il concetto cardine del processo è quello di smaltire in modo ecologico e in condizioni economicamente favorevoli l'H2S che viene inevitabilmente prodotto negli impianti petrolchimici, la cui quantità è destinata ad aumentare sempre di più a causa del crescente sfruttamento dei giacimenti naturali acidi. L'obiettivo principale di questo lavoro è stato valutare e descrivere il ‘’Livello di prontezza della Tecnologia’’ (TRL) del SACS™ e stimare in che modo la sua introduzione nel mondo reale potrebbe influenzare il futuro dell'industria petrolchimica. Studi precedenti avevano già introdotto l'idea di sfruttare la decomposizione di H2S come un percorso di sintesi per H2 pulito e pionieristico, ma nessuno ha mai messo in mostra una tecnologia che possa essere redditizia e, soprattutto, applicabile su scala industriale. Durante questo lavoro vengono illustrati il vantaggio economico della nuova tecnologia SACS™ insieme alla dimostrazione della fattibilità del processo su scala industriale. Ciò è stato fatto tramite una valutazione tecnico-economica della tecnologia, che è stata resa possibile dall'interazione tra due diversi software, ovvero AVEVA SimSci PRO/II e Robust Optimizer™. Si è investigata la possibilità di revamping di un impianto preesistente in modo tale da valutare l'applicabilità della tecnologia nello scenario attuale.
Hydrogen sulphide (H2S) represents nowadays one of the major concerns in gas fields, and more in general in the hydrocarbon industry. It is considered a waste, a troubling by-product which requires to be disposed of by means of the not profitable Sulphur Recovery Units. H2S however could be a potential source of hydrogen since the molecule can be catalytically splitted into H2 and sulphur. This new and technological concept is based on Sulphidric Acid Catalytic Splitting (SACS™) technology is studied. The aim is the development of a process which can be used for large scale H2 production by exploiting the common waste H2S, and therefore transform it into a commodity, while simultaneously reducing the overall CO2 footprint associated both with the global H2 production and the H2S disposal treatments. This thesis work deals with the development and simulation of four possible plant configurations for this innovative technology developed by the SuPER Team research group at Politecnico di Milano, in order to revamp existing Sulphur Recovery Units. The main focus of the process is to dispose in an environmentally friendly way and in economically favourable conditions the H2S that is inevitably produced in the petrochemical plants, whose quantity will increase more and more because of the increasingly sour reservoirs exploitation. The main goal of this work has been to evaluate and describe the Technology Readiness Level (TRL) of SACS™ and estimate in which way its introduction in the real world would affect the future of the petrochemical industry. Previous studies already introduced the idea of exploiting the H2S decomposition as a clean and pioneering H2 synthesis route, but no one has ever shown a technology both profitable and, mainly, applicable at the industrial scale. The economic advantage of the novel SACS™ technology together with the demonstration of its feasibility at the industrial process scale are shown throughout this work. This has been done through a techno-economic assessment of the technology, which has been made possible by the interaction between two different software, i.e. AVEVA SimSci PRO/II and Robust Optimizer™. The possibility of the revamping of an existing plant was investigated in order to see the applicability of the technology in the actual field.