Προσωμοίωση λειτουργίας διυλιστηρίου σε σχέση με την προσθήκη βιοαιθανόλης και ΕΤΒΕ στη βενζίνη

Γκιάτη, Κωνσταντίνα; Gkiati, Konstantina

dc.contributor.author	Γκιάτη, Κωνσταντίνα	el
dc.contributor.author	Gkiati, Konstantina	en
dc.date.accessioned	2020-04-03T08:57:27Z
dc.date.available	2020-04-03T08:57:27Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/50053
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.17751
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.)	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Διυλιστήρια	el
dc.subject
dc.subject	Βιοαιθανόλη	β
dc.subject	Αιθανόλη
dc.subject	Βενζίνη
dc.subject	Refineries
dc.subject	Bioethanol
dc.subject	Ethanol
dc.subject	Petrol
dc.title	Προσωμοίωση λειτουργίας διυλιστηρίου σε σχέση με την προσθήκη βιοαιθανόλης και ΕΤΒΕ στη βενζίνη	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Διυλιστήριο	el
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-09-30
heal.abstract	Η εισαγωγή των βιοκαυσίμων στη ευρωπαϊκή αγορά επιβάλλεται από σχετικές Οδηγίες. Η μελλοντική διασφάλιση του ενεργειακού ανεφοδιασμού και η προστασία του περιβάλλοντος από την αλόγιστη χρήση των ορυκτών καυσίμων είναι μερικοί από τους παράγοντες που κρίνουν επιτακτική την ανάγκη εισαγωγής βιοκαυσίμων στην αγορά. Στα πλαίσια αυτά, η Ευρωπαϊκή Ένωση προσπαθεί να ενισχύσει την εισαγωγή ανανεώσιμων καυσίμων και γι’ αυτό αυξάνει τη μέγιστη εισαγωγή αιθανόλης στη βενζίνη από 5% σε 10% κ.ό. Ωστόσο γνωρίζοντας ότι η προσθήκη της αιθανόλης στην βενζίνη επηρεάζει σημαντικά κάποιες ιδιότητες της, με αποτέλεσμα να υπερβαίνουν τα όρια της προδιαγραφής, κρίθηκε απαραίτητη η μελέτη ενός ακόμα πρόσθετου του ΕΤΒΕ, που είναι παράγωγο της αιθανόλης. Η αιθανόλη και ο ΕΤΒΕ ανήκουν στην κατηγορία των οξυγονούχων συστατικών, για τα οποία προβλέπονται συγκεκριμένες προδιαγραφές για την χρήση τους. Το πρότυπο ΕΝ 228:2013 κατηγοριοποιεί τα καύσιμα σε δύο κατηγορίες ανάλογα με την περιεκτικότητα τους σε οξυγόνο. Στην πρώτη κατηγορία ανήκουν τα καύσιμα με περιεκτικότητα 2,7% κ.β. και διαφέρουν από την δεύτερη κατηγορία καθώς δεν υπάρχουν ανώτατα όρια για την περιεκτικότητα στα επιμέρους οξυγονούχα συστατικά. Στην δεύτερη κατηγορία με περιεκτικότητα 3,7% κ.β. οι επιμέρους περιεκτικότητες είναι καθορισμένες αλλά παράλληλα έχουν διαμορφωθεί αντίστοιχα και άλλες ιδιότητες ώστε να καταστεί δυνατή η προσθήκη της επιπλέον αιθανόλης στο τελικό καύσιμο. Να σημειωθεί ότι ο λόγος που στη παρούσα διπλωματική προτιμήθηκε η χρήση βιοαιθανόλης έναντι της συνθετικής αιθανόλης είναι η ελαστικότητα που δίνεται σε ορισμένες προδιαγραφές του προτύπου ΕΝ 228:2013. Προκειμένου να βελτιώσουμε την ήδη εγκατεστημένη μονάδα του υφιστάμενου διυλιστηρίου στο λογισμικό Aspen Hysys εισάγαμε μια νέα μονάδα ισομερισμού της ελαφριάς νάφθας. Η μονάδα αυτή αξιοποιεί την ελαφριά νάφθα από τη διεργασία της υδρογονοπυρόλυσης (Hydrocracker) και τη μονάδα διαχωρισμού ελαφριάς και βαριάς νάφθας (Naphtha Splitter). Αποτέλεσμα της διεργασίας αυτής είναι η σημαντική αύξηση του αριθμού οκτανίου και η ελαχιστοποίηση του θείου. Παρόλα αυτά προέκυψε πρόβλημα με την τάση ατμών της ελαφριάς νάφθας το οποίο οφείλονταν στις εξισώσεις που χρησιμοποιούσε το μοντέλο του διυλιστηρίου στο λογισμικό Aspen Hysys. Ωστόσο το θέμα αυτό δεν επηρέασε τη τελική βενζίνη καθώς χρησιμοποιήθηκε μικρό ποσοστό του ρεύματος αυτού. Έχοντας πλέον ένα έτοιμο μοντέλο, επιλέχθηκαν 6 διαφορετικά είδη ακατέργαστου πετρελαίου υψηλού και χαμηλού θείου με γνώμονα τα πετρέλαια που βρίσκουν εφαρμογή στα ελληνικά διυλιστήρια. Τα πετρέλαια που χρησιμοποιήθηκαν με χαμηλή περιεκτικότητα σε θείο είναι το Sahara Bejaia Blend και το Sarir. Τα ακατέργαστα πετρέλαια υψηλής περιεκτικότητας σε θείο είναι το Arab Light, το Arab Heavy, το Ural Odessa, το Iranian Light και το Kirkuk Blend. Πραγματοποιήθηκαν τρεις διαφορετικοί συνδυασμοί των πετρελαίων αυτών με βάση την περιεκτικότητά τους σε θείο και σε κάθε περίπτωση δόθηκε συγκεκριμένη αναλογία τροφοδοσίας. Για κάθε μια από τις τρεις αυτές περιπτώσεις, μελετήθηκαν οι ιδιότητες της βενζίνης για συγκεκριμένη τροφοδοσία ακατέργαστου πετρελαίου χαμηλού — υψηλού θείου διατηρώντας πάντα την τροφοδοσία του πετρελαίου σταθερή στα 100 χιλιάδες βαρέλια την ημέρα. Οι αναλογίες τροφοδοσίας ήταν οι εξής: 20 – 80 χιλιάδες βαρέλια/ημέρα, 30 – 70 χιλιάδες βαρέλια/ημέρα και 40 – 60 χιλιάδες βαρέλια/ημέρα. Μελετήθηκαν λοιπόν, οι ιδιότητες για καθεμία από τις παραπάνω δυναμικότητες και για τις τρεις περιπτώσεις διαφορετικών συνδυασμών ακατέργαστου πετρελαίου Με βάση τις παραπάνω δυναμικότητες μελετήθηκαν οι ιδιότητες της βενζίνης και για τις τρεις περιπτώσεις συνδυασμού αργών πετρελαίων. Ειδικότερα μελετήθηκε πως μεταβάλλεται η ημερήσια παραγωγή βενζίνης, ο αριθμός οκτανίου, η τάση ατμών, η περιεκτικότητα σε αρωματικά της τελικής βενζίνης και η περιεκτικότητα σε θείο, ιδιότητες που απασχολούν σε μεγάλο βαθμό τα διυλιστήρια. Διαπιστώθηκε λοιπόν, πως για τις τρεις περιπτώσεις δυναμικότητας που εξετάστηκαν δεν υπήρχε κάποια σημαντική διαφοροποίηση στις ιδιότητες της βενζίνης και για το λόγω αυτό δεν μπορούμε να πούμε με σαφήνεια ότι προτιμάτε κάποια συγκεκριμένη δυναμικότητα για την τροφοδοσία του ακατέργαστου πετρελαίου. Θα μπορούσαμε να διαπιστωθεί ότι η μόνη ιδιότητα για να επιλέξουμε κάποια συγκεκριμένη δυναμικότητα θα ήταν η ημερήσια παραγωγή βενζίνης αλλά και αυτή η παράμετρος εξαρτάται κάθε φορά από τον τύπο των ακατέργαστων πετρελαίων που επιλέγουμε να εισάγουμε στο διυλιστήριο. Οι σημαντικότερες ιδιότητες που επηρεάζονται από την προσθήκη της αιθανόλης είναι αυτές που σχετίζονται με την πτητικότητα του καυσίμου. Συγκεκριμένα οι ιδιότητες που μεταβάλλονται και απασχολούν την αγορά των διυλιστηρίων είναι η τάση ατμών και ο αριθμός οκτανίου. Πραγματοποιήθηκαν υπολογισμοί για την εύρεση της κατάλληλης ποσότητας αιθανόλης και ΕΤΒΕ που πρέπει να προστεθεί σε κάθε δυναμικότητα, και για τις τρεις περιπτώσεις διαφορετικών συνδυασμών αργού πετρελαίου. Διαπιστώθηκε ότι η προσθήκη αιθανόλης στη βενζίνη αυξάνει δραστικά την τάση ατμών της και αυτό οφείλεται στο ότι η αιθανόλη σχηματίζει αζεότροπα με τους υδρογονάνθρακες του καυσίμου και κυρίως τα ελαφρύτερα κλάσματα όπως το βουτάνιο και το προπάνιο. Επίσης ενδέχεται η μεγάλη αύξηση στη τάση ατμών να οφείλεται στις εξισώσεις Peng Robinson που χρησιμοποιεί το μοντέλο του διυλιστηρίου στο Aspen Hysys η οποίες να μην προσομοιώνουν ιδανικά το ενδεχόμενο ανάμιξης της αιθανόλης με τη βενζίνη. Αντίθετα η προσθήκη του ΕΤΒΕ προκάλεσε σημαντική μείωση της τάσης ατμών και αυτό οφείλεται στο ότι δεν σχηματίζει αζεότροπα και αναμιγνύεται ιδανικά με τη βενζίνη. Με βάση το πρότυπο ΕΝ 228, που προβλέπει ότι ο ελάχιστος αριθμός οκτανίου για την απλή βενζίνη πρέπει να έχει τιμή 95 και για την premium να έχει τιμή 100 διαπιστώθηκε ότι τόσο η προσθήκη αιθανόλης όσο και ΕΤΒΕ αυξάνουν τον αριθμό οκτανίου βελτιώνοντας της ιδιότητες της βενζίνης. Ωστόσο διαπιστώθηκε ότι μόνο η περίπτωση 2 και ύστερα από τη προσθήκη ΕΤΒΕ δίνει τελικό προϊόν που ικανοποιεί όλες τις προδιαγραφές του προτύπου. Επίσης, έγινε μια εκτίμηση του ημερήσιου κόστους που καλείται να πληρώσει ένα διυλιστήριο για την αγορά των πρώτων υλών (αργό πετρέλαιο, αιθανόλη και ΕΤΒΕ) σε καθεμία από τις παραπάνω περιπτώσεις. Διαπιστώθηκε ότι το κόστος καθορίζεται κυρίως από την αγορά του αργού πετρελαίου και μάλιστα είναι υψηλότερο για τις περιπτώσεις που χρησιμοποιήθηκε μεγαλύτερη δυναμικότητα αργού πετρελαίου χαμηλού θείου. Συμπερασματικά στόχος της παρούσας διπλωματικής ήταν η μελέτη της μεταβολής των ιδιοτήτων της βενζίνης τόσο για διάφορες δυναμικότητες αργού πετρελαίου όσο και διαφορετικού συνδυασμούς αργού πετρελαίου χαμηλού και υψηλού θείου ύστερα από τη προσθήκη βιοαιθανόλης και ΕΤΒΕ στα κλάσματα της βενζίνης. Σκοπός ήταν η παραγόμενη βενζίνη να διατηρεί τις προδιαγραφές που την καθιστού ικανή για να κυκλοφορήσει στην αγορά καυσίμων. Η μελέτη αυτή πραγματοποιήθηκε με τη βοήθεια του λογισμικού Aspen HYSYS.	el
heal.advisorName	Καρώνης, Δημήτριο;	el
heal.committeeMemberName	Ζαννίκος, Φανούριος, Απόστολος Βλυσίδης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.fullTextAvailability	false