dc.contributor.author |
Μυλωνά, Πηνελόπη
|
el |
dc.contributor.author |
Mylona, Pinelopi
|
en |
dc.date.accessioned |
2016-06-23T06:22:29Z |
|
dc.date.available |
2016-06-23T06:22:29Z |
|
dc.date.issued |
2016-06-23 |
|
dc.identifier.uri |
https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/42806 |
|
dc.identifier.uri |
http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.8401 |
|
dc.rights |
Default License |
|
dc.subject |
Αριστοποίηση |
el |
dc.subject |
Προσομοίωση διεργασίας |
el |
dc.subject |
Θερμοδυναμική μοντελοποίηση |
el |
dc.subject |
Διαχωρισμός MTBE |
el |
dc.subject |
Aspen Plus |
el |
dc.subject |
MTBE recovery |
en |
dc.subject |
Thermodynamic modelling |
en |
dc.subject |
Process simulation |
en |
dc.subject |
Aspen Plus |
en |
dc.subject |
Optimization |
en |
dc.title |
Αριστοποίηση μονάδας διαχωρισμού ΜΤΒΕ διυλιστηρίου ΕΛ.ΠΕ. Ασπροπύργου με χρήση Aspen Plus |
el |
heal.type |
bachelorThesis |
|
heal.classification |
Χημική μηχανική |
el |
heal.classificationURI |
http://data.seab.gr/concepts/26ef8a85171bd6096109bf5b78a055756bca69b8 |
|
heal.language |
el |
|
heal.access |
free |
|
heal.recordProvider |
ntua |
el |
heal.publicationDate |
2016-02-18 |
|
heal.abstract |
Οι σύγχρονοι βενζινοκινητήρες για να αποδώσουν στον βαθμό για τον οποίο σχεδιάστηκαν απαιτούν καύσιμα υψηλών προδιαγραφών. Εκτός των διεργασιών αναμόρφωσης της νάφθας, για να επιτευχθεί υψηλός αριθμός οκτανίων και καλή αντικροτική συμπεριφορά της βενζίνης, είναι απαραίτητη η χρήση οξυγονούχων προσθέτων. Το πλέον χρησιμοποιούμενο πρόσθετο αυτή την εποχή είναι ο μεθυλο-τριτοταγής βουτυλ-αιθέρας (MTBE), το οποίο συνήθως παράγεται στο ίδιο το διυλιστήριο. Η παραγωγή του γίνεται με αντίδραση μεθανόλης και ισοβουτυλενίου, το οποίο περιέχεται σε ρεύμα ελαφριών υδρογονανθράκων (κυρίως βουτενίων), που αποτελεί υποπροϊόν, συνήθως, της μονάδας καταλυτικής πυρόλυσης.
Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η προσομοίωση σε υπολογιστικό περιβάλλον, του τμήματος διαχωρισμού υφιστάμενης μονάδας παραγωγής ΜΤΒΕ, που βρίσκεται στα διυλιστήρια των Ελληνικών Πετρελαίων στον Ασπρόπυργο, με στόχο τη βελτιστοποίησή του. Το προς μελέτη τμήμα της συγκεκριμένης μονάδας αποτελείται από δύο αποστακτικές στήλες και μία στήλη εκχύλισης. Αρχικά κρίθηκε απαραίτητο να διασφαλιστεί η ορθή θερμοδυναμική περιγραφή της συμπεριφοράς του συστήματος, το οποίο επιτεύχθηκε με το μοντέλο UNIQUAC-RK. Για το σκοπό αυτό πραγματοποιήθηκε συσχέτιση δυαδικών παραμέτρων αλληλεπίδρασης του μοντέλου UNIQUAC, οι οποίες εφαρμόστηκαν με επιτυχία και στην πρόρρηση της ισορροπίας φάσεων τριαδικών μιγμάτων. Οι συσχετισμένες παράμετροι αλληλεπίδρασης έδωσαν βελτιωμένα αποτελέσματα, σε σύγκριση με τις παραμέτρους του Aspen Plus, ιδίως για τα μίγματα υδρογονανθράκων/νερού. Η αναγκαιότητα της καλής περιγραφής της θερμοδυναμικής συμπεριφοράς του μοντέλου αποδείχτηκε και στην τελική προσομοίωση, και ιδιαίτερα στη στήλη εκχύλισης, όπου παρατηρήθηκε ότι με τις παραμέτρους του Aspen Plus περνάει 134% περισσότερος υδρογονάνθρακας στο μίγμα νερού/μεθανόλης και 150% περισσότερο νερό στο ρεύμα των ραφιναρισμένων υδρογονανθράκων με συνέπεια να δυσχεραίνεται και ο διαχωρισμός στην αποστακτική στήλη νερού/μεθανόλης. Καταστρώθηκε, λοιπόν, η υφιστάμενη διεργασία του τμήματος διαχωρισμού στο περιβάλλον του Aspen Plus (v8.6), χρησιμοποιώντας δύο εναλλακτικές μεθοδολογίες επίλυσης, την επίλυση με μοντέλο βαθμίδας ισορροπίας και την επίλυση με μοντέλο ρυθμού, όπου και προέκυψαν συγκρίσιμα αποτελέσματα με τα πραγματικά δεδομένα της μονάδας. Οι δύο αυτοί τρόποι υπολογισμού κατέληξαν σε παρόμοια αποτελέσματα, με διαφορά περίπου 3% στην απαίτηση για τον ατμό θέρμανσης και 0.13% για το νερό ψύξης. Για περαιτέρω σύγκρισή τους, χρησιμοποιήθηκε η κατά Murphree απόδοση που προέκυψε με το μοντέλο ρυθμού, ίση με 55%, και εφαρμόστηκε εκ νέου στο μοντέλο βαθμίδας ισορροπίας, οπότε παρατηρούνται μικρότερες διαφορές, 2.5% στον απαιτούμενο ατμό και 0.2% στο νερό ψύξης. Τέλος, πραγματοποιήθηκε μελέτη αριστοποίησης της διεργασίας, τόσο με τροποποιήσεις στο διάγραμμα ροής, ως προς τη συνδεσμολογία των εναλλακτών, όσο και με ανάλυση ευαισθησίας των λειτουργικών παραμέτρων της διεργασίας, με στόχο τη μείωση των ενεργειακών αναγκών της μονάδας, διατηρώντας παράλληλα τα προϊόντα εντός των επιθυμητών προδιαγραφών. Ως μεταβλητές σχεδιασμού θεωρήθηκαν για τις αποστακτικές στήλες ο λόγος αναρροής, η βαθμίδα και η θερμοκρασία εισόδου της τροφοδοσίας, ενώ για τη στήλη εκχύλισης, η πίεση λειτουργίας της και θερμοκρασία των ρευμάτων εισόδου.
Σημαντική μείωση του λειτουργικού κόστους επιτεύχθηκε με μείωση της πίεσης λειτουργίας της στήλης εκχύλισης κατά 4 bar, καθώς και με μείωση της ψύξης κατά 10 ℃ του προς εκχύλιση μίγματος, εξασφαλίζοντας, όμως, τη μη-εμφάνιση ατμώδους φάσης καθ’ ύψος της. Πιο συγκεκριμένα, μειώθηκε η ισχύς των αντλιών για την αύξηση της πίεσης των εισερχόμενων ρευμάτων κατά 47%. Οι μεταβολές των θερμοκρασιών στις οποίες εισέρχονται τα ρεύματα στις στήλες, καθώς και η αλλαγή στη συνδεσμολογία του εναλλάκτη προθέρμανσης της τροφοδοσίας της στήλης κλασμάτωσης μεθανόλης/νερού, μείωσε το απαιτούμενο νερό ψύξης κατά 14.5% και τη συνολική απαιτούμενη επιφάνεια εναλλαγής κατά 26%. Τέλος, μειώθηκαν σημαντικά και οι συνολικές απαιτήσεις των αναβραστήρων των δύο αποστακτικών στηλών σε ατμό θέρμανσης κατά 3-4%. Οπότε συνολικά η κατάλληλη επιλογή λειτουργικών παραμέτρων μπορεί να οδηγήσει σε μείωση του λειτουργικού κόστους της μονάδας. |
el |
heal.abstract |
Modern gasoline engines require high quality fuels in order to yield to their design limits. It is well known that the use of oxygenated additives is necessary to boost the octane rating of gasoline. Nowadays, the most commonly used additive is methyl tertiary butyl ether (MTBE), which is usually produced indoors in the refinery by the reaction of methanol and isobutylene. The latter is contained in a stream of light hydrocarbons (mainly a mixture of butenes), which is a by-product of other processes, usually of fluid catalytic cracking in modern plants.
The scope of the present thesis is the optimization of the separation section of an existing MTBE production process, of Hellenic Petroleum located in Aspropyrgos plant. The separation section of this unit consists of two distillation columns and one extraction column. Initially, the accurate thermodynamic modelling of the system is ensured, which was achieved with UNIQUAC-RK model. For this reason, correlation of binary interaction parameters of the UNIQUAC model based solely on binary equilibrium experimental data took place which was of utmost importance for the hydrocarbon/water mixtures. Consequently, the model has been implemented successfully in the prediction of the equilibrium of three ternary mixtures. Additionally, the simulation has been run using both the parameters regressed in this work and the parameters included in Aspen database, using the same operating parameters and it was concluded that the results, especially, of the extraction column are better, as 150% more water is lost in the stream of raffinates and 134% more hydrocarbons are left in the stream of methanol and water, while using parameters included in Aspen database. Then, the current process of this separation section has been simulated using the Aspen Plus (v8.6) software, using two alternative calculation methods; the equilibrium model and the rate based approach. The results were comparable with actual data of the specific unit. It was also shown that rate base and equilibrium model yield similar results; 3% concerning reboiler duty and 0.13% concerning cooling water. To ensure better comparison between the calculation methods, the Murphree efficiency which has been calculated from the rate-based model, 0.55, was applied to the equilibrium model and their respective difference was 2.5% at reboiler duty and 2.5% at cooling water. Equilibrium model can be used with satisfactory precision in processes like this, where there is no chemical reaction. Since the simulation of the existing process showed good agreement with the field data, the optimization study has been held. It consists of both modifications in the flow chart of the process for example by changing the location of a heat exchanger, and by carrying out sensitivity analysis of operating parameters of the process, in order to reduce the energy needs and the utility costs of the plant, meanwhile keeping the products in compliance with the desired specifications. The design variables of the distillation columns are the reflux ratio and the inlet stage of the feed, while for the extraction column are the operating column pressure and the temperature of the inlet flows.
Significant reduction in operating cost has been achieved by reducing the extraction column operating pressure by 4 bar and by decreasing the cooling duty of heat exchanger by 10 ℃ of the top product of N-4401 unit; yet ensuring only liquid phase will be present at the extraction column. Specifically, the power of the pumps used to increase the pressure of the incoming streams, was reduced by 46%. Temperature changes of inlet streams among with the relocation of the preheater of the feed of the methanol/water distillation column, reduced the required cooling water by 14.5% and the total required exchange area by 26%. Finally, the total requirement of steam of the reboilers of the two distillation columns significantly decreased by 3-4%. Thus, it is concluded that optimized operating parameters may well decrease the operating cost of the process. |
en |
heal.advisorName |
Βουτσάς, Επαμεινώνδας |
el |
heal.committeeMemberName |
Μαγουλάς, Κωνσταντίνος |
el |
heal.committeeMemberName |
Παπαγιαννάκος, Νικόλαος |
el |
heal.academicPublisher |
Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων (ΙΙ). Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Φαινομένων Μεταφοράς |
el |
heal.academicPublisherID |
ntua |
|
heal.numberOfPages |
126 σ. |
el |
heal.fullTextAvailability |
true |
|