Analisi termo-economica di un microsistema di liquefazione di gas naturale con recupero mediante impianto ORC

L’interesse nel Gas Naturale Liquefatto (GNL) come combustibile alternativo è in rapida crescita. L’utilizzo del metano difatti si sta sempre più diffondendo nel settore dei trasporti, industriale e nella propulsione marina grazie ai numerosi vantaggi che esso presenta; in particolare le ridotte emissioni di inquinanti rispetto ai combustibili derivati dal petrolio e facilità di stoccaggio rispetto al GNC che garantiscono sicuramente maggiore affidabilità e sicurezza. L’obiettivo principale di questa tesi è quello di definire il costo livellato (o medio) di generazione del GNL, verificando la possibilità di accoppiare un impianto Rankine a fluido organico (ORC) al fine di ridurre la potenza richiesta e perciò il costo stesso. Generalmente i processi di liquefazione sono energeticamente dispendiosi a causa delle elevate pressioni necessarie per raggiungere le condizioni criogeniche al fine di liquefare il gas naturale. In questa tesi verrà analizzato il processo a doppia espansione con l’uso di azoto come refrigerante, in quanto è emerso da numerosi studi la particolare idoneità alla piccola scala. La modellazione è stata realizzata mediante il software Aspen HYSYS, in particolare sono stati studiati due metodi di interrefrigerazione per le compressioni multistadio e due tipi di espansori. Successivamente i modelli sono stati ottimizzati mediante un algoritmo, minimizzando il consumo specifico preso come funzione obiettivo. Una volta noti gli ottimi termodinamici è stata effettuata l’analisi economica, andando a definire un primo costo di generazione del GNL. Secondariamente è stata studiata la possibilità di effettuare un recupero termico per poter ridurre i notevoli consumi energetici dell’impianto sfruttando il calore da asportare nelle fasi di interrefrigerazione mediante un ciclo ORC. Sono stati studiati cinque tipi di fluido organico e vari layout di impianto al fine di valutare la soluzione più conveniente. Anche di questa configurazione è stata effettuata un’ottimizzazione sia termodinamica che economica. Questo studio è stato fatto considerando i prezzi di energia elettrica e gas naturale di rete in vigore in Italia. Al fine di generalizzare i risultati sono state create delle mappe su cui è possibile individuare per quali fasce di prezzo del gas e dell’energia elettrica è conveniente accoppiare un ciclo ORC, tale che la riduzione della spesa dell’energia elettrica giustifichi l’aumento del costo capitale. Questo studio può essere paragonato in termini relativi ma non assoluti ad un impianto alimentato a Biogas