22412

طراحي و انتخاب چيدمان بهينه‌ي برج تقطير اتمسفري در فرآيند تقطير ميعانات گازي

كارشناسي ارشد

طراحي فرآيند

1396

1399/5/27

دكتر نوراله كثيري

مهندسي شيمي، نفت و گاز

تقطير نفت خام فرآيندي با مصرف انرژي بالاست و ضايعات و آلاينده‌هاي زيادي نيز توليد مي‌كند. بعد از بحران انرژي در دهه‌ي هفتاد ميلادي و براي به حداقل رساندن گرمايش جهاني، كه عمدتاً ناشي از مصرف سوخت‌هاي فسيلي مي‌باشد، توجه ويژه‌اي به موضوع صرفه‌جويي در مصرف انرژي شده ‌است و روش‌هاي بسياري در زمينه‌ي انتگراسيون حرارتي به كار گرفته شده ‌است. بررسي چيدمان‌هاي مختلف برج‌هاي تقطير براي اين فرآيند و يافتن چيدمان بهينه، يكي از فعاليت‌هايي است كه در اين زمينه مي‌توان انجام داد. در مطالعات قبلي، طراحي فرآيندها در محيط‌هاي نرم‌افزاري مختلف صورت مي‌گرفت كه رفت و برگشت بين نرم‌افزارها و ترجمه‌ي اطلاعات، هدر رفتن زمان را در پي داشت. در پژوهش حاضر براي رفع اين مشكل كد شبيه‌سازي سامانه‌هاي تقطيري، بر اساس الگوريتم حلقه‌ي دروني-بيروني توسعه يافت. لذا تمامي مراحل طراحي يك فرآيند جداسازي در محيط نرم‌افزار ‌متلب صورت مي‌پذيرد. ابتدا تمامي حالات ممكن در يك فضاي جست‌وجو توسط الگوريتم ماتريس جداسازي توليد مي‌شود. سپس به منظور ايجاد قابليت محاسباتي براي چيدمان‌هاي توليدي جهت به كارگيري در كد شبيه‌ساز و اتصال برج‌ها به يكديگر، ماتريس جداسازي ترجمه مي‌شود. براي كاهش حجم محاسبات و افزايش سرعت حل و هم چنين بهره‌‌مندي از حدس اوليه مناسب براي شبيه‌سازي دقيق، در گام بعدي از شبيه‌سازي ميانبر استفاده مي‌شود. محدوده‌ي بهينه‌سازي با توجه به نتايج حاصله از شبيه‌سازي ميانبر تعيين و در اين مرحله از عملياتي بودن اين محدوده و دقت كافي كدها اطمينان حاصل مي‌گردد. سپس در شبيه‌سازي دقيق متغيرهاي فرآيندي به كمك الگوريتم ژنتيك، با تابع هدفِ هزينه‌‌ي سالانه‌ي كلي، مورد بهينه‌سازي قرار مي‌گيرند تا بتوان آن‌ها را در بهترين شرايط عملياتي خود با يكديگر مقايسه نمود. در مرحله‌ي آخر چيدمان‌هاي بهينه شده از نظر هزينه و اتلاف اكسرژي، نسبت به هم مقايسه و طبقه‌بندي مي‌گردند. با توجه به مصرف روزافزون حلال‌هاي نفتي و وجود مقدار قابل توجه اين تركيبات در خوراك ورودي واحد تقطير ميعانات گازي، در پژوهش حاضر با به كارگيري الگوريتم توسعه داده شده، 17 چيدمان‌ با هدف توليد حلال‌هاي پنتان و هگزان به عنوان محصولاتي جديد علاوه بر محصولات معمول و افزايش بهره‌وري و كاهش مصرف انرژي اين واحد مورد بررسي قرار گرفته‌ است. نتايج به دست آمده حاكي از آن است كه چيدمان مستقيم ضمن سادگي در پياده‌سازي و كنترل، با اختلاف حدود پنجاه درصدي نسبت به چيدمان بهينه دوم، داراي بهترين عملكرد در تمامي بخش‌هاي مقايسه‌اي است. هم‌چنين دو پيشنهاد براي استحصال هگزان با روش‌هاي هيدروژناسيون و تقطير استخراجي ارائه شده است.

1399/06/24

Design and selection of optimal distillation columns sequencing for Atmospheric Distillation Column in the Refinery's Distillation Unit

8/17/2020 12:00:00 AM

Petroleum refining is one the biggest and most important industries in the world and it is main producer of transportation fuels and chemicals. Oil refineries are very energy-intensive and consume between 7 to 15 % of the crude oil input for direct or indirect heating. Natural gas condensate refining starts with condensate distillation unit (CDU) in which the gas condensate mixtures come in for preliminary separation. Persian Gulf star crude oil distillation unit is one of the largest energy consumers in the refinery. a small change in the operation and design of the unit could lead to considerable economic improvements. Many researchers have thus concentrated on decreasing energy consumption of CDU by offering different optimization methods. The main goal of this study is finding a more efficient sequence, both economically and operationally, that enables the separation of pentane and hexane as value-added products instead of the conventional process in the atmospheric distillation columns. In previous studies, researchers used two different modules or sofwares for simulation and optimization tasks. They linked these two modules together by an interface that was time consuming, especially in sequencing studies in which many configurations must be optimized and simulated simultaneously. In order to avoid time consumption on linkage tasks, a distillation simulation code based on the inside-out algorithm has been developed. Therefor simulation and optimization take place in one single environment. In this article an automated process design procedure is applied that can generate, simulate and compare basic zeotropic distillation configurations. At first the search space generated by separation matrix that covers all probable separation scenarios depending on the number of products and column types. Then, the related separation matrix must be translated so that computational operations would be possible and distillation columns would connect to each other. The result of shortcut simulation is exploited as initial estimates for the rigorous simulations. Rigorous simulations are carried out by the new set of these parameters generated by the optimizer. In order to calculate the TAC of a sequence, simulation results are collected and returned to the optimizer. The new individuals are then generated by the genetic algorithm operators to target optimal conditions of satisfying product specifications through the lowest amount of TAC. In this article, 17 simple and complex sequences have been investigated for the separation of condensate feedstock into CDU conventional products. The results show that direct configuration demonstrates the best performances over all evaluation parts of TAC, operating costs, capital costs and exergy losses. Also, two approaches of hydrogenation and extractive distillation suggested to be implemented on hexane unit in order to remove aromatic compounds from hexane.