The dual pressure low-temperature distillation process : first pilot plant experimental campaign and comparison with a hybrid natural gas purification technology

This thesis work aims to analyze the Dual Pressure Low-Temperature process recently developed by the GASP Group of Politecnico di Milano for the purification of high CO2-content natural gases. This work is organized in two parts. The first one consists in the analysis of the tests performed on the pilot plant during the first experimental campaign, aimed at investigating the feasibility of the process. The second part is focused on an energy comparison between the analyzed process and a hybrid configuration. In the first section, the most relevant experimental tests carried out on the pilot plant are considered, with the aim of analyzing the profiles of the variables playing a key role in the process. Subsequently, the main criticalities that affected the pilot plant operations are discussed, suggesting some possible solutions. In the second part, a comparison is carried out between the novel low-temperature process and an alternative hybrid technology, the SprexCO2 process, developed by Total and Institute Français du Pétrole. This hybrid configuration exploits the combination of a low-temperature distillation process and chemical absorption into aqueous alkanolamines solutions. To consider the energy requirements of each process, simulations have been carried out with the process simulator Aspen Plus® and the net equivalent methane method has been used to convert thermal and work fluxes into the corresponding amount of methane required for their generation. Different compositions have been considered for the feed natural gas stream to understand which process is less energy demanding depending on the CO2 concentration in raw natural gas.

Questa tesi si propone di analizzare il processo di distillazione a bassa temperatura sviluppato recentemente dal gruppo GASP del Politecnico di Milano per la purificazione di gas naturale ad alto contenuto di CO2. Il lavoro di tesi si articola in due parti. La prima riguarda l’analisi delle prove condotte sull’impianto pilota nell’ambito della prima campagna sperimentale, mentre la seconda riguarda il confronto energetico tra il processo in analisi e una configurazione ibrida. Nella prima sezione della tesi vengono analizzate le più significative prove sperimentali, condotte sull’impianto pilota, allo scopo di analizzare gli andamenti delle variabili che giocano un ruolo chiave per il corretto funzionamento del processo. Vengono, poi, analizzate le maggiori criticità che sono emerse durante la prima campagna sperimentale, suggerendo possibili soluzioni. Nella seconda parte, è stato condotto un confronto dal punto di vista energetico tra il nuovo processo di purificazione del gas naturale mediante distillazione a bassa temperatura e un’alternativa tecnologia ibrida, il processo SprexCO2, sviluppato da Total e Institute Français du Pétrole, che sfrutta la combinazione tra distillazione a bassa temperatura ed il convenzionale lavaggio con ammine. Per ottenere informazioni riguardanti le richieste energetiche dei due processi, sono state effettuate simulazioni con il simulatore di processo Aspen Plus® e il confronto energetico è stato condotto sulla base del metodo del metano equivalente. Per le simulazioni sono state considerate diverse composizioni del gas naturale, per comprendere quale dei due processi confrontati risulti più conveniente dal punto di vista energetico in funzione del contenuto di CO2.