Study and optimization of the CO2 absorption process with MDEA+PZ solvent on ships

The amine absorption of acid gases represents a fundamental process in a wide range of applications in the chemical industry. This thesis work focuses on the CO2 capture from flue gases on ships performed with a MDEA+PZ aqueous solution. The plant, consisting of the typical units of an absorption and regeneration process, has been designed and optimized for two compositions of flue gas. Its implementation on-board entails dimensional constraints of the columns to grant their physical stability during the ship voyages. Furthermore, the regeneration column operates at specific conditions to study the possibility to employ sea water as the hot fluid in the reboiler. The commercial simulation software ASPEN Plus® has been employed. Firstly a thermodynamic analysis has been carried out and a series of regressions and evaluations have been performed on the simulation software on the basis of the solubility data collected from literature. Afterwards, a series of rate-based simulations have been performed in order to optimize the plant primarily in terms of energy requirements. Two possible flue gas pretreatment schemes have been analysed and the one which grants the lower water content in the gas exiting the pretreatment section and entering the absorption and regeneration section has been chosen. Then, an alternative scheme for the regeneration of the solvent has been analysed and compared to the original set-up.

L’assorbimento con ammine di gas acidi rappresenta un processo fondamentale per una vasta gamma di applicazioni nell’industria chimica. Il presente lavoro si focalizza sull’implementazione di un processo di cattura della CO2 da gas combusti su nave, utilizzando una soluzione acquosa di MDEA e PZ. L’impianto, costituito dalle unità tipiche di un processo di assorbimento e rigenerazione, è stato progettato ed ottimizzato per due composizioni di gas combusti. La sua integrazione a bordo comporta vincoli dimensionali per le colonne in modo tale da garantirne la stabilità fisica durante gli spostamenti dell’imbarcazione. Inoltre, si considera che la colonna di rigenerazione lavori a specifiche condizioni operative per valutare la possibilità di impiegare acqua come fluido riscaldante nel ribollitore. Per effettuare ciò, è utilizzato il software di simulazione ASPEN Plus®. E' stata eseguita un’analisi termodinamica e sono state effettuate una serie di regressions ed evaluations sul software di simulazione basate sui dati di solubilità raccolti in letteratura. Successivamente, diverse simulazioni rate-based sono state eseguite al fine di ottimizzare l’impianto soprattutto dal punto di vista energetico. Sono stati analizzati due schemi alternativi per il pretrattamento dei gas combusti ed è stato scelto lo schema che garantisce un contenuto di acqua minore nel gas in uscita da tale sezione ed in ingresso alla sezione di assorbimento e rigenerazione. Infine, uno schema di processo alternativo per la rigenerazione del solvente è stato analizzato e paragonato allo schema originale.