Analisi tecno-economica applicata alla purificazione del gas naturale mediante assorbimento con metanolo

The present work is focused on the analysis and the optimization of the energy efficiency of treatment facilities of natural gas for the removal of acid gases, primarily CO2, to be allocated to liquefaction for the production of LNG. The growing interest towards the use of liquefied natural gas for transport by sea has created the need to study processes able to achieve high levels of CO2 removal in order to prevent freezing during cryogenic steps causing technological and economic issues, in plant management. In this category, processes of physical absorption with methanol are present, which will be precisely the object of this thesis. First of all an analysis of the literature has been made to find existing process configurations on which to focus for further analysis. The commercial software Aspen PLUS® has been used for simulating the selected schemes, which have been adapted to the production of LNG using more stringent conditions in terms of CO2 concentration in the treated gas. Moreover, a preliminary techno-economic analysis of process configurations, through parametric studies, based on the concept of equivalent methane, then rated to the productivity of the plant to be able to carry out an homogeneous comparison. Finally, based on the data collected from the preliminary analysis, two process configurations have been proposed. These configurations have been optimized for the three selected feed compositions to find operational and technological condition that are able to minimize plant energy requirements.

Il presente lavoro di tesi ha come obiettivo l’analisi e l’ottimizzazione energetica di impianti di trattamento del gas naturale per l’abbattimento di gas acidi, principalmente CO2, da destinare a liquefazione per la produzione di LNG. Il crescente interesse verso l’utilizzo di gas naturale liquefatto per il trasporto via mare ha creato la necessità di studiare processi in grado di raggiungere alti livelli di rimozione della CO2 in modo da evitarne il congelamento durante le fasi criogeniche creando problemi tecnologici, oltre che economici, nella gestione degli impianti. In questa categoria di processi ricade l’assorbimento fisico con metanolo, oggetto di questa tesi. È stata fatta un’analisi di letteratura in modo da trovare configurazioni di processo già esistenti su cui focalizzare l’attenzione per le analisi successive. I processi sono stati simulati con il software commerciale Aspen PLUS® dapprima alle condizioni riportate nelle pubblicazioni selezionate, poi adattati alla produzione di LNG con condizioni più stringenti in termini di concentrazione di CO2 nel gas trattato. Si è proceduto poi ad una analisi tecno-economica preliminare delle configurazioni di processo attraverso studi parametrici conteggiando la spesa energetica su base comune tramite il concetto di metano equivalente, rapportato poi alla produttività per poter effettuarne un confronto in termini omogenei. Infine, in base ai dati raccolti dall’analisi preliminare, sono state proposte due configurazioni di impianto, sulle quali infine si è proceduto ad una ottimizzazione di processo con definizione delle configurazioni definitive degli schemi e delle condizioni operative ottimali che minimizzano la spesa energetica.