Influenza del metanolo sul comportamento del sistema CH4-CO2 a basse temperature

The present work aims at studying the effect due to the addition at low-temperature conditions of methanol, a polar solvent, to the system made of methane, the main natural gas component, and carbon dioxide, which can be also present in natural gas. In particular, this thesis is focused on the consequences that the above mentioned solvent determines on the temperature of solid carbon dioxide formation, which represents one of some main issues of the natural gas purification processes. For this purpose, the first experimental solid-liquid equilibrium (SLE) measurements of the ternary mixture CH4-CO2-CH3OH have been conducted. Indeed, the SLE of this system has never been studied before. Moreover, experimental tests have been made on vapor-liquid-liquid equilibrium (VLLE) and liquid-liquid equilibrium (LLE) for the CH4-CH3OH binary mixture, which had been not investigated yet. The SLE data have been used for the preliminary development of a thermodynamic model which reproduces solid-liquid equilibria. Based on the equilibrium measurements and on the thermodynamic analysis made on the phase diagrams of the ternary mixture, a low-temperature liquid-liquid extraction process has been simulated and two different layouts implemented in the simulation software Aspen Plus® V8.0 are proposed. This process solution may be considered as a possible alternative to the natural gas sweetening technologies that are already consolidated and widely described in the literature. Finally, an energy analysis has been made to compare the two simulated configurations with a well-known technology that is the absorption with an MDEA aqueous solution.

Questo lavoro di tesi si propone di studiare l’effetto dell’aggiunta, in condizioni di bassa temperatura, di un solvente polare quale il metanolo al sistema costituito da metano, principale costituente del gas naturale, e biossido di carbonio, composto acido che può essere contenuto al suo interno. In particolar modo, ci si concentra sull’effetto che tale solvente può determinare sulla temperatura di solidificazione del biossido di carbonio, la quale costituisce una delle principali problematiche di alcuni processi di purificazione del gas naturale. A tale scopo, si sono effettuate le prime prove sperimentali di equilibrio solido-liquido (SLE) relative alla miscela ternaria CH4-CO2-CH3OH. Infatti, lo studio di SLE per tale sistema era rimasto finora inesplorato. Inoltre, sono state condotte misure sperimentali di equilibrio vapore-liquido-liquido (VLLE) e liquido-liquido (LLE) per la miscela binaria CH4-CH3OH, anch’esse non ancora investigate. I dati di SLE ricavati sperimentalmente sono stati impiegati per la preliminare messa a punto di un modello termodinamico in grado di riprodurre l’equilibrio bifasico solido-liquido. Sulla base delle misure condotte e di un’analisi termodinamica volta a studiare i diagrammi di fase della miscela ternaria, è stato simulato un processo di estrazione liquido-liquido a bassa temperatura, di cui vengono proposti due differenti layouts implementati nel software di simulazione Aspen Plus® V8.0. Tale schema può essere considerato come una plausibile alternativa alle tecnologie di addolcimento del gas naturale già ampiamente consolidate e descritte in letteratura. Infine, è stata condotta un’analisi energetica, volta a confrontare gli schemi di processo simulati con una tecnologia ben più nota, quale l’assorbimento con una soluzione acquosa di MDEA.