Low carbon emission oil refinery through post-combustion technology and its heat integration

Every year the industrial sector and in particular the oil refineries, emit a large quantity of carbon dioxide into the atmosphere. After an analysis of the conversion processes from crude oil to the finished product, CO2 capture technologies are studied. For this work, the most widespread technique is chosen, the capture of carbon dioxide in post-combustion, i.e. removing the pollutant from the flue gases before being released into the atmosphere. The bibliography relating to the topic is presented and the software with which the work is tackled is presented. Aspen Plus v11 is a commercial software among the most used and allows the calculation of chemical plants in a very detailed and precise way. Two models are built within the software, one using the ELECNRTL method at equilibrium and one with the ENRTL-RK method in rate-based. Using values from the literature, it was possible to validate the two proposed models. Then real values of the characteristics of a flue gas stream from a refinery were taken and the ENRTL-RK model was used. Starting from the characteristics of the flue gases, it was possible to design a CO2 capture system starting from the size of the absorber and stripper and calculating the heat necessary for the reboiler to regenerate the solution containing the solvent. The work compares emissions without the use of carbon dioxide capture technology with the emissions that would occur if a capture plant is used. The work continues by proposing two solutions for the production of the heat necessary for the reboiler. A traditional natural gas boiler and a heat pump are compared.

Ogni anno il settore industriale e in particolare le raffinerie di petrolio, emettono in atmosfera un grande quantitativo di anidride carbonica. Dopo un’analisi dei processi di conversione dal greggio al prodotto finito, vengono studiate le tecnologie di cattura di CO2. Per questo lavoro, viene scelta la tecnica più diffusa ovvero la cattura di anidride carbonica in post-combustione, cioè andare a rimuovere l’inquinante dai gas combusti prima di essere rilasciati in atmosfera. Viene presentata la bibliografia inerente all’argomento e si presenta il software con cui viene affrontato il lavoro. Aspen Plus v11 è un software commerciale tra i più utilizzati e permette il calcolo di impianti chimici in maniera molto dettagliata e precisa. All’interno del software vengono costruiti due modelli, uno utilizzando il metodo ELECNRTL all’equilibrio e uno con il metodo ENRTL-RK in rate-based. Utilizzando dei valori provenienti dalla letteratura, è stato possibile validare i due modelli proposti. Successivamente sono stati presi dei valori reali delle caratteristiche di una corrente di gas combusti provenienti da una raffineria e il modello ENRTL-RK è stato usato. Partendo dalle caratteristiche dei fumi, è stato possibile dimensionare un impianto di cattura di CO2 partendo dalle dimensioni di assorbitore e stripper ed arrivando a calcolare anche il calore necessario al reboiler per rigenerare la soluzione contenente il solvente. Il lavoro confronta le emissioni senza l’utilizzo della tecnologia di cattura di anidride carbonica con le emissioni che si avrebbero nel caso in cui un impianto di cattura venga utilizzato. Il lavoro prosegue andando a proporre due soluzioni per la produzione del calore necessario al reboiler. Un boiler tradizionale a gas naturale e una pompa di calore sono confrontati.