Investigation and optimization of acid gas-to-syngas technology for efficient syngas production

Acid gas-to-syngas (AG2S™) technology represents an innovative strat egy for converting a mixture of hydrogen sulfide (H2S) and carbon dioxide (CO) into syngas (H2 and CO), with potential applications in fuels and chemicals. This work combines detailed thermodynamic modeling in Aspen HYSYS with kinetic simulations in MATLAB and DSMOKE to capture the complex reactions within the Regenerative Thermal Reactor. A central contribution is the development of surrogate models, trained on flowsheet simulation data via a Design of Experi ments approach, enabling accurate prediction of H2S conversion, syngas flow rate, H2/CO ratio, and selectivity. The surrogate-based framework provides an efficient tool for process exploration, rapid evaluation of operating conditions, and opti mization. Results show that hydrogen-rich syngas is favored at high H2S/CO2 ratios, whereas CO-rich syngas dominates under CO2-abundant conditions. The outcomes highlight the limitations imposed by relatively low H2/CO ratios for downstream applications and the trade-off between syngas quality and quantity. The findings provide a foundation for further development and scale-up of the AG2S™ process, with particular emphasis on maximizing syngas selectivity and operational efficiency.

La tecnologia Acid Gas to Syngas (AG2S™) rappresenta un approccio innovativo per la conversione dei gas acidi (H2S e CO2) in syngas (H2 e CO), con rilevanti potenziali applicazioni nella produzione di combustibili e intermedi chimici. Il presente studio integra una modellazione termodinamica dettagliata, sviluppata in Aspen HYSYS, con simulazioni cinetiche condotte in MATLAB e DSMOKE, al fine di descrivere con accuratezza le reazioni complesse che avvengono all’interno del reattore termico rigenerativo. Un contributo fondamentale del lavoro è lo sviluppo di modelli surrogati, costruiti a partire da dati di simulazione di flowsheet mediante un approccio Design of Experiments (DoE). Tali modelli consentono di prevedere in modo affidabile la conversione di H2S, la portata di syngas, il rapporto H2/CO e i parametri di selettività. Il framework basato su modelli surrogati costituisce uno strumento efficace per l’analisi del processo, la rapida valutazione delle condizioni operative e le attività di ottimizzazione. I risultati indicano che la produzione di syngas a elevato contenuto di idrogeno è favorita da alti rapporti H2S/CO2, mentre condizioni ricche in CO2 portano alla prevalenza di syngas a maggiore contenuto di monossido di carbonio. L’analisi mette inoltre in evidenza le limitazioni derivanti dai rapporti relativamente bassi H2/CO per le applicazioni a valle del processo, nonché il compromesso tra qualità e quantità del syngas. I risultati ottenuti forniscono una solida base per lo sviluppo e lo scale-up del processo AG2S™, con parti colare attenzione alla massimizzazione della selettività di syngas e al miglioramento dell’efficienza operativa complessiva.