Simulazione del processo di rimozione di gas acidi con soluzioni acquose di metildietanolammina e piperazina

The removal of CO2 and H2S from gaseous streams represents a very important aspect in process industry. CO2 and H2S are two pollutants and can lead to technical problems in terms of plant management and their emission into the atmosphere is strictly regulated by law. Amine-based solvents that react with CO2 and H2S are often used for purification. Despite the process is widely used, commercial process simulators are not always able to guarantee accurate prediction of experimental data. It is necessary to handle with reliable instruments and models in order to correctly reproduce gas purification process phenomena. In this work Aspen Plus® simulation software has been used, because of its possibility of being user customized. The system is characterized by a strong non-ideality: the description of thermodynamics and mass transfer is troubled by the presence of reactions. The thermodynamics has been described using the Electrolyte-NRTL method for liquid phase, coupled with the SRK EoS for the gaseous phase, optimizing the prediction of liquid-vapour equilibrium trough regression of binary interaction parameters. The mass transfer phenomenon has been described by substituting the Aspen Plus® default implemented theory with a different theory (Eddy Diffusivity) that allows the correct evaluation of the flux with a proper dependency on diffusivity of CO2 in the solvent. The proposed method has been introduced by compiling a user subroutine. New correlations have been developed for the evaluation of diffusivity of carbon dioxide in the solvent, such as for other physical properties like density, viscosity and surface tension, in order to reproduce the available experimental data by considering also the influence of the amount of the two amines and/or the presence of the acid gas. The proposed method has been validated through comparison with experimental data of pilot plants available in literature.

La rimozione di CO2 e H2S da correnti gassose assume un ruolo molto importante nell’industria di processo. L’anidride carbonica e l’acido solfidrico possono portare a problemi tecnici sugli impianti e le loro emissioni in atmosfera sono severamente normate da legge. La rimozione può essere svolta mediante assorbimento chimico, utilizzando un solvente contenente un’alcanolammina che reagisce con CO2 e H2S, favorendone la rimozione dalla corrente da purificare. Nonostante il processo sia ampiamente utilizzato nell’industria, i simulatori di processo commerciali disponibili non sempre forniscono risultati in linea con i dati sperimentali. È necessario poter disporre di strumenti e modelli in grado di riprodurre in modo affidabile i processi di purificazione da gas acidi. In questo lavoro è stato utilizzato il simulatore di processo Aspen Plus®, che permette all’utente di introdurre modifiche di quanto già implementato di deafult. Il sistema in esame è fortemente non ideale: la descrizione della termodinamica e del mass transfer sono complicati dalla presenza delle reazioni. La termodinamica è stata descritta considerando il metodo Electrolyte-NRTL per la fase liquida associato alla EoS SRK per la fase gassosa e ottimizzando la previsione dell’equilibrio liquido-vapore tramite la regressione di parametri di interazione binari. Il fenomeno del mass transfer con reazione è stato descritto sostituendo alla teoria implementata in ASPEN Plus® di default una diversa teoria (Eddy Diffusivity), che permette di calcolare il flusso con una corretta dipendenza dalla diffusività di CO2 nel solvente. Il metodo proposto è stato introdotto nel simulatore tramite una subroutine esterna. Sono state sviluppate nuove correlazioni per il calcolo della diffusività di CO2 nel solvente e delle proprietà della miscela liquida di interesse, quali densità, viscosità e tensione superficiale. In questo modo è stato possibile riprodurre i dati sperimentali a disposizione, considerando anche l’influenza delle quantità di ammina e/o gas acido presente in soluzione. Il metodo proposto è stato validato mediante confronto con dati sperimentali di impianti pilota disponibili in letteratura.