Optimalizálás az olajiparban II

Optimalizálás az olajiparban II. BME

2015/2016 II. félév

Szimulációs alapok Kubovicsné Stocz Klára [email protected]

Miről lesz szó ? • • • • •

Mikor/hol/miért használunk szimulációt Milyen modellek Szimuláció általában Lépések Üzemi model • Gázfrakcionáló a DF-ben • Model építés ChemCad-ben

Mire jó a szimuláció ?

Miért ? Egyedi készülékek/egyszerűbb rendszerek - Üzemi problémák megoldása - Új javaslatok vizsgálata - Mi lenne ha vizsgálatok - Hogyan csináljuk, hogy - Milyen hatása van ? - Készülékek működésének vizsgálata Bonyolultabb rendszerek…. Teljes üzemi modellek Hőintegráció dinamikus modellek OTS Tervezési adatszolgáltatás (SCM)

Szimuláció a Finomítóban

Hol és mit ? • • • • • • • •

Steady state szimuláció Dinamikus szimuláció Hőcserélők/ hőátadás Hőintegráció Kemence Reaktor modellek Csővezetékek/Piping network Lefuvató rendszerek/Safety system

Szimuláció

Szimuláció ?

Időben állandó

Steady state szimuláció anyag és energia mérlegek különböző esetek vizsgálata szűk keresztmetszetek vizsgálata nem mérhető paraméterek meghatározása

Időben változó Dinamikus szimuláció szabályozó rendszerek modellezése paraméterek időbeli változásának vizsgálata

5

Alapok

Mit csinálunk? Folyamat ábra/Process flowsheet

Equipments

P&I /PID Szimulációs folyamatábra/Simulation flowsheet

Mi kell hozzá ? - áram paraméterek - Készülék paraméterek

6

Simulation unit

Szimuláció lépései

• Alap séma felállítása PFD

•PFD alapján, készülékek-, áram kapcsolatok

• Mértékegységrendszer meghatározása M.e.

•SI/British, eltérések

• Komponensek Komp

•Összetétel, pseudokomponens, assay data

• Termodinamika Termo

Áram

Készülékek

Run

Result

•SRK/NTRL….

• Áram adatok/Áram tulajdonságok • Készülék paraméterek • Model futtatása • Eredmények ellenőrzése

Gázfrakcionáló üzem Üzem feladata: Az üzem a PB kénmentesítő termékét (az AV-1, AV-2, AV-3 üzemek valamint a HDS és BEK-2 üzemek kénmentesített PB-jét ), a Reformáló-4 üzemi PB-t és stabilgázt, valamint (téli időszakban) a GOK-3 üzemből származó PB-t dolgozza fel, ill. frakcionálja. A feldolgozás termékei: • Fűtőgáz: a fűtőgáz gyűjtő és elosztó gerincvezetékbe adják ki. • Propán: a propánt PB keveréshez használják, vagy PAM üzembe • Bután elegy: a bután elegyet PB, illetve benzinkeveréshez használják. Lehetőség van a vegyipari benzinbe történő kitárolásra is. • Izobután: az izobután a HF Alkilezőbe adható tovább vagy a bután elegyhez hasonlóan használható. • Normál-bután: a normálbutánt az MSA üzembe adható ki vagy a bután elegyhez hasonlóan használható fel. • Pentán frakció (maradék): a maradékot motorbenzinbe vagy vegyipari benzinbe keverik.

Gázfrakcionáló üzem

Fűtőgáz

C3

E-107

C4 elegy

E-113

I-bután

E-124

E-119 E-122 E-117

E-105

106

123

112

E-111

118

P-301 E-116

E-109

E-115

E-126

E-121

E-127

E-128

C5+

N-bután

FELADAT

1.

•1. Feladat •Egyszerű folyamatábra vs PFD

1. lépés: Folyamatábra/PFD PFD

ME

Komp

Termo

Áram

Készülék

Run

Result

Feladat: kiosztott PFD alapján rajzold meg az egyszerű folyamatábrát, a szimulációhoz


ME

Komp

Termo

Áram

Készülék

Run

Result


ME

Komp

Termo

Áram

Készülék

Run

Result

2. Lépés Mértékegység rendszer PFD

ME

Komp

Termo

Mértékegységek:_ common SI tömeg : idő: hőmérséklet nyomás térfogat

kg h oC barg m3

Áram

Készülék

Run

Result

3. Lépés Komponensek PFD

ME

Komp

Termo

Áram

Készülék

Run

Result

Komponensek: egyedi komponensek jól definiált, ismert, kis CH magas szénatomszám pseudó-komponensek/petroleum komponens desztillációs görbe/sűrűség

Probléma: könnyű anyagáramok: Nehéz komponensek

elemzési/mintavételi problémák nem beazonosítható komponensek, nincs a rendszerben megfelelő komponens

3. Lépés Komponensek ME

PFD

Komp

Termo

Áram

Készülék

Run

Result

HIDROGEN METAN

ETAN ETILEN PROPAN PROPILEN I_BUTAN N_BUTAN I_BUTEN 1_BUTEN CIS_2_BUTEN TR_2_BUTEN

Megadható:

13BUTADIEN I_PENTAN

- név alapján - képlet alapján -programban használt kód alapján

N_PENTAN C6_ES_NEH_M SZENDIOXID

SZENMONOXID

Sorrend rendezhető

NITROGEN OXIGEN H2S

4. Lépés termodinamika

PFD

ME

Komp

Termo

Áram

Készülék

Run

Result


PFD

ME

Komp

Termo

Áram

Készülék

Run

Result


PFD

ME

Komp

Termo

Áram

Készülék

Run

Result

Termodinamikai módszer kiválasztása a ChemCad-ben: • Komponens lista alapján • Hőmérséklet és nyomás tartomány

Automatikus választási lehetőség

Átgondolni


PFD

ME

Komp

Termo

Áram

Készülék

Run

Result

Termodinamika kiválasztás alapja a rendszerben jelenlevő komponensek, nyomás és hőmérséklet

5. Lépés áramok

PFD

ME

Komp

Termo

Áram

Készülék

Run

Result

Áram típusok: Betáplálás Termék belső áram Cirkuláció reference áram

cirkuláció Belső áram

betáplálás Termék

Termék

5. Lépés áramok

PFD

ME

Komp

Termo

Áram

Készülék

Áram tulajdonságok: hőmérséklet nyomás mennyiség összetétel

Betáplálás: Termék/belső áram: Cirkulációs áram

Run

Result

Számolt paraméterek •

definiálni számolt indító érték

fix tulajdonságok • • • • • • • • • • • •

•

MW, Liq. Molar volume Carbon Number Chemical formula Critical p, T Critical volume Flash point Freezing point GHT (gross heating value) LHV (lower heating value) Normal boiling point Specific gravity

hőmérséklet függő • • • •

Liquid density Thermal conductivity viscosity Vapor pressure

5. Lépés áramok

PFD

ME

Komp

Termo

Áramok definiálása: összetétel mennyiség thermal condition

Áram

Készülék

Run

nyomás hőmérséklet fázis állapot

Result

FELADAT

1.

• Egyszerű folyamatábra vs PFD

2.

• Mértékegységek/komponensek/termodinamika

3.

• Áramok

1. Program megnyitása

2. Mértékegységek

3. Komponensek/Termodinamika

4. Alapanyag megadása

Adatok:

Betáplálás adatai:

HIDROGEN METAN ETAN ETILEN PROPAN PROPILEN I_BUTAN N_BUTAN I_BUTEN 1_BUTEN CIS_2_BUTEN TR_2_BUTEN 13BUTADIEN I_PENTAN N_PENTAN

C6_ES_NEH_M SZENDIOXID SZENMONOXID NITROGEN OXIGEN H2S

106_alapanyag m/m% 0,089 0,206 3,609 0,003 35,862 0,042 20,950 36,119 0,100 0,037 0,020 0,038 0,000 2,134 0,473 0,144 0,000 0,060 0,109 0,000 0,003

belépő áram:

kg/h Cfok barg

szivattyú kilépő Szivattyú hatásfok kolonna belépő

barg

11701 15 28 32 0,7

Cfok

58,3

6. Lépés Készülékek

PFD

ME

Komp

Termo

Áram

Készülék

Run

Result

Készülékek: Valós készülékek szivattyú hőcserélő/process-process és hűtő kolonna Segéd „készülékek” komponens szeparátor kalkulátor elosztó/keverési pont(keverő)


PFD

ME

Komp

Termo

Áram

Készülék

Run

Result

egyszerű •

Hőcserélők

hőmérleg alapján számol (ideális eset) • belépő áramok paraméterei (T, p, Q) • Specifikáció: (csak egy) • Egyik kilépő áram hőmérséklete • Átadott hőmennyiség • Elpárologtatás mértéke • Túlhűtés mértéke • Túlhevítés mértéke • Hőmérséklet különbség • Nyomásesés mindkét oldalon (default)


PFD

ME

Komp

Termo

Áram

Készülék

Run

Result

részletes

Hőcserélők

• Készülék fizikai paraméterei alapján számol • belépő áramok paraméterei (T, p, Q) • Specifikáció: • Készülék típusa (TEMA kód) • Elhelyezkedés (vízszintes/függőleges) • Köpeny méretek (párhuzamos, soros) • Cső szám, méretek, elhelyezkedés…. • Terelő lemezek, méret, elrendeződés • Elpiszkolódási faktor • Csonk méretek

PFD

ME

Komp

Termo

Áram

Készülék

Run

Result

Triangular patter: + jobb a hőátadási koefficiens + 15%- kal nagyobb felület egységnyi térfogatra Nagyobb nyomásesés nehéz tisztítás Square pattern: + kicsi nyomásesés + könnyű tisztítás kisebb a hőátadő felület + nehezebb, lerakódásra hajlamos áramok Rotated square pattern: közepes nyomásesés

6. Lépés Készülékek Kolonna paraméterek:

Elválasztás számítása

Tányér hatásfok Kondenzátor/reboiler =1/N. tányér Betáplálási tányér Oldalelvétel Kondenzátor típusa: total/parciális/víz dekantálás kondenzációs hőmérséklet /túlhűtés Nyomások: fej nyomás kondenzátor nyomás/nyonásesés fenéknyomás/nyomásesés

6. Lépés Készülékek Kolonna paraméterek: Elválasztás élessége: specifikációkkal határozzuk meg specifikációk száma a kolonna szabadsági fokától függ

Leggyakoribb specifikációk fej reflux desztillátum hőmérséklete desztillátum mennyisége egy-több komponens mennyisége a desztillátumban egy-több komponens kinyerése

fenék tányér hőmérséklet fenék hőmérséklet fenéktermék mennyisége egy-több komponens mennyisége fenéktermékben egy-több komponens kinyerése egy adott tányér hőmérséklete


Kolonna méretezés/ terhelési számítások: tányéros kolonnák szita buboréksapkás szelepes töltetes kolonnák rendezett rendezetlen


FELADAT

1.


2.


3.

• Áramok

4.

• Készülékek

37

Kolonna adatok

Technológiai jel és megnevezés Teljes magasság, mm Külső átmérő, mm Térfogat, m3 Falvastagság, mm Toronybelső Tányérszám Tányértávolság, mm Betáplálás helye Saját tömeg, kg Tervezési nyomás, barg Eng. nyomás, barg Üzemi nyomás, barg Próbanyomás vízzel, bar Tervezési hőmérséklet, °C Üzemi hőmérséklet, °C Gyártó Gyártási szám Megjegyzés Tányérszám: valós

106

112

123

118

Etán-mentesítő

Propán-mentesítő

Bután-mentesítő

i-C4/n-C4 elválasztó

32020 1800 30

39012 2500 166.75 25

22058 1600 36.95 12

51500 2000 148.5 12/14/16/20

FLEXITRAYS® mozgó szelepek

FLEXITRAYS® fix szelepek

Fix szelepes Superfrac tá-nyér, egyjáratú

Szelepes Flexi-tray tányér, egyjáratú

28

100

430/438

400/410

18 19200 10 7 7 8.75 150 100 KVG 5320 -

54 39900 8 8 7

43 72 409/437,5/583/583/ 400/413,5/413,5/406/ 612* 406/418* 17 16 63500 93000 40 21 40 21 30 15 50 130 150 120 110 KVG KVG 5321 5264 -

100 70 Vegyépszer 87752 -

106 kolonna

Adatok: belépő áram:

szivattyú kilépő

fej nyomás kond nyomás fenék nyomás elvárt minőség fejtermék fej hőm C4_fejben C3_fenékben C5 és nehezebb fejben iC4 fenékben nC4 fejben tányérszám betáplálás hatásfok

112 kolonna

kg/h Cfok barg

11701 15 28

barg

32

barg barg barg

kg/h Cfok wt% wt%

123 kolonna

118 kolonna

60

4850 58 6,6

106 112 123 118 kolonna kolonna kolonna kolonna 22,47 14,51 5,45 5,95 22,37 14,41 5,35 5,85 22,89 14,96 6 6,41

3878 63 0,22 0,02

wt% wt% wt%

0,1 1 43 17 75,00%

72 16 86,00%

28 18 70,00%

1 5 100 54 78,00%


PFD

ME

Komp

Termo

Áram

-Elméleti tányérszámot adunk meg -

Kondenzátor és reboiler 1-1 tányérnak számít Betáplálásnál is figyelembe kell venni a kondenzátort Ügyelni kell a fej/kondenzátor/fenéknyomásra Ügyelni kell total/partial kondenzator

Készülék

Run

Result


kg/h Cfok barg

11701 15 28

szivattyú kilépő

barg

32

Betáp hőm

Cfok

58,3

fej nyomás barg kond nyoás barg fenék nyomás barg tányérszám tányérhatásfok betáplálás tányér elvárt minőség fejtermék fej hőm C4_fejben C3_fenékben

kg/h Cfok wt% wt%

106 kolonna 112 kolonna 22,37 14,51 22,47 22,89 14,96 40 78 0,8 0,8 16 18

3878 63 0,22 0,02

FELADAT

1.


2.


3.

• Áramok

4.

• Készülékek

5.

• Reference áram

43

Reference áramok kolonna belső áram kivétele reflux számítás hűtés számítása fenék cirkuláció számítása egyéb belső cirkulációk számítása

FELADAT

1.


2.


3.

• Áramok

4.

• Készülékek

5.

• Reference áram

6.

• Szabályzó/Controler

45

Hűtéshez szükséges vízmennyiség meghatározása

Víz adatai: hőmérséklet: nyomás

5000-60000 kg/h

15 oC 3,5 barg

Gőz meghatározása kolonna visszaforraláshoz

gőz adatai: hőmérséklet: nyomás

1000-5000 kg/h

250 oC 8,5 barg

Eredmények Anyagmérleg Alapanyag 106 Gáz 106 fenék 112 Propán 112 fenék

11701 kg/h 3878,0 kg/h 7822,0 kg/h 1061,0 kg/h 6761,0 kg/h

106_alapanyag 108gáz 112-Propán 112 fenék m/m% m/m% m/m% m/m% 0,089 0,27 0,00 0,00 HIDROGEN 0,206 0,62 0,00 0,00 METAN_M 3,609 10,89 0,00 0,00 ETAN 0,003 0,01 0,00 0,00 ETILEN 35,862 80,88 99,74 0,02 PROPAN 0,042 0,11 0,04 0,00 PROPILEN 20,950 5,24 0,21 33,21 I_BUTAN 36,119 1,43 0,01 61,68 N_BUTAN 0,100 0,02 0,00 0,16 I_BUTEN 0,037 0,00 0,00 0,06 1_BUTEN 0,020 0,00 0,00 0,03 CIS_2_BUTEN 0,038 0,00 0,00 0,07 TR_2_BUTEN 0,000 0,00 0,00 0,00 13BUTADIEN_MM 2,134 0,00 0,00 3,69 I_PENTAN 0,473 0,00 0,00 0,82 N_PENTAN 0,144 0,00 0,00 0,25 C6_ES_NEH_M 0,000 0,00 0,00 0,00 SZENDIOXID 0,060 0,18 0,00 0,00 SZENMONOXID 0,109 0,33 0,00 0,00 NITROGEN 0,000 0,00 0,00 0,00 OXIGEN 0,003 0,01 0,00 0,00 H2S

kondenzátor reboiler energia víz energia gőz MJ/h m3/h MJ/h kg/h 106 2193 23,85 4422 2017,5 112 2445 26,59 3326 1517,5

Feladat Optimális betáplálási hely reboilerhő 7000 6000 5000 4000 Sorozatok1 Sorozatok2

3000

2000 1000 0 10

20

30

tányérszám

40

50

Feladat

1. 2. 3. 4. 5.

Készítse el a 123 kolonna modelljét Készítse el a 118 kolonna modelljét Határozza meg a fejtermék hűtéshez szükséges víz mennyiségét Határozza meg a kiforraláshoz szükséges gőz mennyiségét Határozza meg az optimális betáplálási helyet Fűtőgáz

C3

E-107

C4 elegy

E-113

I-bután

E-124

E-119 E-122 E-117

E-105

106

123

112

E-111

118

P-301 E-116

E-109

E-115

E-126

E-121

E-127

E-128

C5+

N-bután

106 112 123 118 kolonna kolonna kolonna kolonna


kg/h Cfok barg

11701 15 28

szivattyú kilépő

barg

32

2.áram

Cfok

58,3

fej nyomás kond nyoás fenék nyomás elvárt minőség fejtermék fej hőm C4_fejben C3_fenékben C5 és nehezebb fejben iC4 fenékben nC4 fejben tányérszám betáplálás hatásfok

barg barg barg

kg/h Cfok wt% wt% wt% wt% wt%

60

4850 58 6,6

106 112 123 118 kolonna kolonna kolonna kolonna 22,47 14,51 5,45 5,95 22,37 14,41 5,35 5,85 22,89 14,96 6 6,41

3878 63 0,22 0,02

0,1 1

1 5 43 72 28 100 17 16 18 54 75,00% 86,00% 70,00% 78,00%

Hydrogen Methane Ethane Acetylene Propane Propylene I-Butane Butane 2Methylprop ene 1-Butene Cis-2Butene Trans-2Butene 1-3Butadiene I-Pentane N-Pentane Hexane Carbon Dioxide Carbon oxide Nitrogen Oxygen Hydrogen Sulfide Water

123 betáp 118 betáp 0 0 0 0 0 0 0 0 0,020 0,021 0,000 0,000 33,214 35,264 61,680 64,273

0,164 0,061

0,174 0,065

0,034

0,035

0,065

0,067

0,000 3,693 0,819 0,249

0,000 0,098 0,002 0,000

0

0

0 0 0

0 0 0

0 0

0 0

Petroleum assay stream Áram definiálása: mennyiség (tömeg áram) hőmérséklet nyomás desztillációs görbe sűrűség

Desztillációs adatok: TBP (true boiling point) ASTM D86 (v/v %) atm pressure L/M petroleum term. ASTM D1160 (v/v%) vacuum nehéz frakció ASTM D2887 (m/m%) gas kromatográfia SimDis

Megadható: Light Ends_ könnyű komponensek MW special data harmatpont folyáspont viszkozítás kéntartalom

Pseudo komponens generálása

Alap beállítások: „primary cutpoint set” TBP, oF 100-800 800-1200 1200-1600

komponens 28 8 4

Cut pontok száma

kevés

25 cut/ oF 50 cut/ oF 100 cut/ oF Gyengén adja vissza a mért adatokat

sok Befolyásolja a számítási időt, CPU idő nagy lesz

Optimalizálás az olajiparban II

Recommend Documents