Sviluppo delle procedure di startup per il processo di distillazione criogenica del gas naturale

This thesis has the aim to study the dynamic behaviour of a process of cryogeni distillation of natural gas from acid gas, previously developped by Politecnico di Milano in cooperationwith Maire Tecnimont S.p.A. The main problem related to these kinds of processes consists in the potential formation of solid CO2, because of the low temperature reached. To avoid the solidification of the CO2, the plant considered on this study involves the use of a distillation column divided in two section: the upper section works at a low pressure and low CO2 concentration, while the lower section works at a high pressure and high CO2 concentration. The analysis has been made using the simulation software Aspen HYSYS® in the dynamic mode. The aim of the dynamic simulation is to verify the absence of the CO2 freezing during the different phases of the funtioning of the plant. As the processi s innovative, it has been necessary to study both the dynamic of the industrial plant and of the pilot plant. As for as the industrial plant is concerned, a startup procedure has been developped, starting from a dynamic simulation already working. Instead, for the pilot plant, starting from the P&I diagram given by SIET and Maire Tecnimont S.p.A., it has been possible to develop the flowsheet of the plant itself, in order to obtain a dynamic and working simulation. Starting from the scheme obtained in this way, it has been possible to lead simulations on the stability of the system, as well as the study of the possible startup procedures.

Questa tesi si propone lo scopo di studiare il comportamento dinamico di un processo di distillazione criogenica di gas naturale da gas acidi, precedentemente sviluppato dal Politecnico di Milano in collaborazione con Maire tecnimont S.p.A. Il problema principale legato a processi di questo genere consiste nella possibile formazione di CO2 solida, a causa delle basse temperature raggiunte. Per evitare la solidificazione della CO2 l’impianto oggetto di questo studio prevede l’utilizzo di una colonna di distillazione suddivisa in due tronchi: il tronco superiore lavora a bassa pressione ed a ridotte concentrazioni di CO2, mentre il tronco inferiore lavora ad alte pressioni e ad alte concentrazioni di CO2. L’analisi è stata effettuata utilizzando il software di simulazione Aspen HYSYS® in modalità dinamica. Scopo principale della simulazione dinamica è verificare l’assenza della formazione di CO2 solida durante le varie fasi di funzionamento dell’impianto, soprattutto durante i transitori tipici delle fasi di avviamento. Trattandosi di un processo innovativo è stato necessario studiare la dinamica sia dell’impianto industriale che dell’impianto pilota. Per quanto riguarda l’impianto industriale, partendo da una simulazione dinamica già funzionante è stata sviluppata una procedura di avviamento dedicata. Per l’impianto pilota invece, a partire dal diagramma P&I fornito da Maire Tecnimont S.p.A. e da SIET, è stato possibile sviluppare il flowsheet dell’impianto stesso in modo tale da ottenere una simulazione dinamica funzionante. Partendo dallo schema così ottenuto sono state condotte delle simulazioni relative alla stabilità del sistema, oltre che lo studio di possibili procedure di startup.