Modellazione termodinamica e simulazione di processi di separazione di CO2 da gas di sintesi con tecniche criogeniche

L’obiettivo di questo studio è l’individuazione e la sintesi di una configurazione di un sistema di separazione criogenica dell’anidride carbonica da gas di sintesi. Presentando pressioni parziali di CO2 superiori al suo punto triplo, il syngas è prontamente disponibile per una separazione tramite condensazione parziale di CO2, che ha costituito dunque il primo oggetto del nostro studio. Tale sistema consente la separazione dell’anidride carbonica mediante transizione di fase vapore-liquido, per cui parte del lavoro ha riguardato l’individuazione e lo sviluppo di un modello termodinamico in grado di descrivere correttamente gli equilibri liquido-vapore della miscela in esame. In primo luogo viene eseguito il confronto tra le prestazioni delle principali Equazioni di Stato cubiche e della loro capacità di riprodurre i dati sperimentali di equilibrio liquido-vapore. Le equazioni prese in considerazione sono le EoS cubiche maggiormente utilizzate nel mondo petrolifero: la SRK e la PR , a cui abbiamo accostato anche l’SRK nella forma predittiva (PSRK). Successivamente sono state investigate le capacità dell’equazione di stato PC-SAFT di descrivere gli equilibri termodinamici in gioco, sia mediante l’utilizzo di parametri reperibili in letteratura sia da noi ottimizzati per regressione di dati sperimentali. Infine viene proposto un modello termodinamico basato sull’equazione PSRK ma con regole di miscelazione Huron-Vidal modificate introducendo cinque parametri adattativi, da determinare mediante regressione dei dati sperimentali di equilibrio liquido-vapore. La seconda configurazione di processo studiata riguarda un sistema di purificazione del gas di sintesi mediante anti-sublimazione dell’anidride carbonica: le pressioni parziali di CO2 tipiche dei gas di sintesi consentono infatti, previa una leggera decompressione, di spostarsi al di sotto del suo punto triplo e di ottenere quindi il passaggio diretto dell’anidride carbonica dalla fase gassosa alla fase solida. Infine, tramite combinazione delle precedenti soluzioni, è stata proposta una nuova configurazione di processo, accostando ad un primo stadio di separazione di CO2 per condensazione uno stadio di separazione per anti-sublimazione. Questo nuovo sistema, ancora inesplorato, trae vantaggio dall’integrazione termica dei due stadi, in cui il calore latente di fusione della CO2 solidificata nella parte finale dell’impianto viene recuperato e sfruttato per condensare l’anidride carbonica nella prima sezione, consentendo di raggiungere elevati recuperi di CO2 contenendo al contempo i consumi energetici.