Purificazione a bassa temperatura del gas naturale : l'equazione di Yokozeki per la determinazione dell'equilibrio S-L-V e delle proprietà volumetriche

Questa tesi si propone di analizzare un nuovo modello termodinamico per il calcolo degli equilibri di fase, compresa la fase solida. Si tratta dell'equazione di stato di Yokozeki, proposta nel 2003, tale EoS è analitica e di quarto grado. Tramite questa equazione di stato è possibile calcolare le proprietà volumetriche della fase solida, liquida e vapore, senza ricorrere ad informazioni sperimentali relative alle transizioni di fase in cui è presente la fase solida (calore latente di fusione, temperatura di fusione e variazione del calore specifico tra le due fasi). Questo studio si è focalizzato sull'applicazione dell'equazione di stato di Yokozeki alla purificazione del gas naturale, per semplicità schematizzato come una miscela composta da metano e anidride carbonica, mediante un processo di distillazione a bassa temperatura precedentemente sviluppato dal Politecnico di Milano. Per lungo tempo l’applicazione della distillazione nel campo dei processi di addolcimento del gas naturale ha ricevuto scarso interesse per via di alcune problematiche che essa comporta, prima fra tutte la possibile solidificazione dell’anidride carbonica nelle condizioni operative tipiche di un processo criogenico. Per questo motivo si rende necessaria un’analisi termodinamica finalizzata alla rappresentazione dell’equilibrio trifasico solido-liquido-vapore che si instaura nel sistema considerato e lo sviluppo di un modello che sia in grado di stimare la solubilità in miscela del composto acido da separare. L’equazione di stato analitica per la fase solida, liquida e vapore è stata dapprima applicata ai composti puri, per la rappresentazione degli equilibri di fase e delle proprietà volumetriche, e successivamente estesa alla miscela CO2-CH4. Tale EoS è stata inoltre utilizzata per il calcolo delle condizioni di formazione degli idrati, che sono una delle cause di plugging delle apparecchiature e delle pipelines per il trasporto di gas. E’ stata inoltre condotta un’analisi di sensitività sui parametri dell’equazione di stato.