Modellazione termodinamica e simulazione del processo di rimozione di gas acidi mediante distillazione

Questa tesi si propone di analizzare prevalentemente dal punto di vista termodinamico, un processo, precedentemente sviluppato presso il politecnico di Milano, relativo al trattamento di gas naturale acido mediante semplice distillazione. Per poter sviluppare tale metodologia di trattamento si rende necessario affrontare alcune questioni chiave che riguardano la distillazione criogenica del gas naturale; prima fra tutte la problematica della potenziale presenza di solido dovuta al congelamento dell’anidride carbonica nelle condizioni criogeniche di esercizio della colonna di purificazione. Per ovviare a tal problema è stata presa in esame una soluzione impiantistica a due colonne di distillazione operanti a diversa pressione. L’impianto così definito necessita di una approfondita analisi termodinamica del gas naturale per caratterizzare l’equilibrio S-L-V. Il sistema inizialmente analizzato è quello del gas naturale composto da idrocarburi leggeri e anidride carbonica. La base termodinamica è l’equazione di stato cubica SRK, con la quale si descriverà la fase solida mediante fugacità derivata dall’EoS cubica; con la medesima EoS si descrivono i composti puri gassosi e liquidi e le miscele binarie di questi, utilizzando regole di miscelazione classiche. Per la determinazione delle interazioni tra i componenti del sistema verrà effettuata una indagine atta a caratterizzare i coefficienti binari usati nella EoS, per le particolari condizioni di bassa temperatura a cui il trattamento viene definito. Il modello termodinamico verrà poi verificato su miscele di gas ternarie e si indagherà in particolare l’effetto che i composti idrocarburici più pesanti e l’H2S hanno sulla solubilità della CO2 nella fase liquida. Terminata l’indagine termodinamica e individuato uno strumento di previsione per l’equilibrio SLV della miscela in esame, verranno effettuate simulazioni di impianto con simulatore Aspen Hysys® della AspenTech per verificare le condizioni operative del sistema. Si proporranno quindi applicazioni del trattamento ad esempi di gas naturale acido presente in natura e, da ultimo, un confronto energetico con il trattamento ad ammine volto a identificare quale sia il vantaggio economico nell’operare una distillazione criogenica semplice su una corrente di gas naturale ad elevato tenore acido.