20505

۲۰۵۰۵

طراحي و انتخاب چيدمان بهينه برج‌هاي تقطير در فرآيند NF

كارشناسي ارشد

طراحي فرآيند

۱۳۹۵

۱۳۹۷/۱۲/۱۲

دكتر نوراله كثيري - دكتر اميرحسين خليلي گركاني

مهندسي شيمي، نفت و گاز

فرآيند تفكيك مايعات گاز طبيعي يكي از فرآيندهاي تأثيرگذار در زنجيره تأمين محصولات پتروشيمي و البته پرهزينه ازنظر مصرف انرژي است. هدف اصلي اين فرآيند جداسازي و توليد هيدروكربن‌هاي سبك با خلوص موردنظر است و اين كار را به كمك مجموعه‌اي از برج‌هاي تقطير انجام مي‌دهد. به‌طوركلي به اين‌گونه فرآيندها، تقطير چند جزئي گفته مي‌شود. با گسترش دانش تقطير و ارائه روش‌هاي جديد براي اين فرآيند، چيدمان‌هاي جديدي به‌منظور انجام عمليات تقطير پيشنهادشده است اما مشكل اصلي مربوط به تعداد اين چيدمان‌ها است كه با افزايش تعداد اجزاء به‌شدت افزايش ميابد. يكي از روش‌هاي بررسي چيدمان‌هاي برج‌هاي تقطير، روش ماتريس جداسازي است. در اين پژوهش ابتدا چيدمان‌هاي مدنظر براي فرآيند با كمك الگوريتم ماتريس جداسازي توليدشده و سپس روشي براي ترجمه ماتريس جداسازي مربوط به چيدمان‌هاي ساده و پيچيده به صورتي كه قابل شبيه‌سازي و تحليل به صورت خودكار باشند ارائه شد. الگوريتم پيشنهادي براي شبيه‌سازي قابليت شناسايي و ترجمه ماتريس هر چيدمان به‌صورت سامانمند را داشته و شبيه‌سازي را طي دو مرحله به روش‌هاي ميانبر و دقيق انجام مي‌دهد. در هر مرحله از شبيه‌سازي، متغيرهاي فرآيندي، مورد بهينه‌سازي قرار مي‌گيرند تا هر چيدمان بهترين شرايط عملياتي خود قرار بگيرد. بهينه‌سازي‌ها به كمك الگوريتم ژنتيك انجام‌شده و از تابع هدف هزينه‌هاي كلي ساليانه به همراه تابع خطاي مربوط به ويژگي‌هاي محصولات نهايي فرآيند استفاده‌شده است تا از يكسان بودن شرايط در تمام سناريوها اطمينان حاصل‌شده و همچنين چيدمان‌ها در شرايط عملياتي متفاوت مورد ارزيابي قرار گيرند. الگوريتم ايجادشده بر روي دو مطالعه موردي مربوط به خوراك مايعات گاز طبيعي با در نظر گرفتن تقطير چهار جزئي با 17 چيدمان مختلف و تقطير پنج جزئي با 155 چيدمان از مجموعه چيدمان‌هاي ساده و پيچيده مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج حاصله نشان دهنده توانايي الگوريتم پيشنهادي در بررسي چيدمان‌هاي مختلف بدون وابستگي به تعداد اجزاء و به‌صورت خودكار است. نتايج بررسي چيدمان نشان مي¬دهد كه باوجوداينكه چيدمان‌هاي ساده هزينه‌هاي سرمايه‌اي كمتري نياز دارند اما با استفاده از چيدمان‌هاي پيچيده مي‌توان تا هفت درصد در هزينه‌هاي عملياتي صرفه‌جويي نمود كه اين امر باعث كاهش شش‌درصدي هزينه‌هاي كلي سالانه اين واحدها نسبت به چيدمان‌هاي متداول تفكيك مايعات گاز طبيعي شده و در حجم‌هاي عملياتي بالا مي‌تواند باعث كاهش هزينه‌هاي توليد محصولات پتروشيمي شود.

1398/02/29

Design and selection of optimal distillation columns sequencing for NGL Fractionation processes

3/3/2019 12:00:00 AM

NGL fractionation is one of the most energy-intensive facilities in hydrocarbon processing plants playing an important role in the petrochemicals supply chain. Innovative schemes for multicomponent distillation processes made the opportunity to attain more justifiable fractionation processes. Despite the advantages of new arrangements, the remaining two major problems are the number of the possible configurations and complexity of their design. The current study presents a systematic procedure to design and optimize both simple and complex distillation schemes based on the separation matrix approach and applies it to a mixed NGL feedstock to compare different fractionator configurations performances. A two-step modular design approach is presented beginning initially with short cut evaluations providing the basis for the ultimate rigorous simulations. Optimization is carried out by the genetic algorithm with a hybrid objective function that minimizes the TAC and checks products specifications simultaneously. Configurations are evaluated by three different methods of TAC, exergy loss and vapor duty. The evaluation is carried out for 17 simple and complex four component separation systems and 155 simple and complex five component distillation systems. The results demonstrate the capability of complex distillation sequences in process improvements, reducing costs and saving energy in NGL fractionation plants resulting in cost reductions of up to 7% in operating cost and 6% in total annual cost which is very significant bearing in mind the huge NF scale of operation and lead to lower petrochemicals production costs.