Rate-based modeling of steam ethane cracker
Reaksiyon hızı temelli buharla etan parçalama ünitesinin modelleme çalışması
- Tez No: 383022
- Danışmanlar: PROF. DR. CANAN ÖZGEN, PROF. DR. ERDOĞAN ALPER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Etilen üretimi petrokimya endüstrisinin temel üretim süreçlerinden birisidir. Etilen rafineri beyaz ürünlerinden birisi olan naftanın, buharla katalizör gerektirmeyen bir süreçte parçalanması sonucu üretilir. Ancak, bu çalışmada da ele alındığı üzere naftanın parçalanması sonucu oluşan etan ayrı bir fırında kullanılarak istenilen hafif ürünler etilen, propilen vb. elde edilebilir. Nafta parçalanması sonucu oluşan etanın ayrı bir fırında işlenmesinin temel sebeplerin birisi besleme/şarjın istenilen dönüşüm oranına ulaşması için gerekli olan proseste kalma zamanının farklılık göstermesidir. Hali hazırda rafineri ve birçok petrokimya tesisinde bulunan fırınlarda; fırına beslenen akım işlenirken tüp içerisindeki proses gazının sıcaklığı takip edilememektedir. Sıcaklık ölçümleri fırın giriş, çıkışlarında ve bazı noktalarda da tüp dış yüzeyinde yapılmaktadır. Ancak tüp içerisindeki akımın sıcaklık profili hakkında öngörüde bulunulamamaktadır. Özellikle, etan parçalama ünitesinde proses edilen akımın sıcaklığının takibi ünitenin güvenli işletilebilmesi için çok büyük önem arz etmektedir. Yüksek sıcaklıklarda koklaşmanın artması ve tüp cidarında birikmesi sonucu ısı transferinde verim düşmekte ve bu da istenilen etan dönüşüm miktarının elde edilmesini zorlaştırıcı bir durum oluşturmaktadır. Maksimum dizayn tüp sıcaklığına yaklaşıldığı noktada proses durdurulmakta ve kok giderme işlemi ile tüp iç yüzeyi temizlenmektedir. Yapılan çalışmada üç farklı reaksiyon ağı modeli oluşturularak her bir durum için kütle, enerji ve momentum denklikleri ayrı ayrı çözülmüş ve MATLAB programlama ortamında yazılmış olan algoritma ile hesaplanmıştır. Model-II ve Model-III için model doğrulama çalışmaları literatürde bulunan iki çalışma ile yapılmıştır. Oluşturulan üç farklı modelden Model-I'de en temel reaksiyonlar hesaba katılmış, Model-II de birinci modele ek olarak kok oluşum reaksiyonları eklenmiştir. Her modelde farklı komponentler ve reaksiyonlar ele alınmıştır. PETKİM'den alınan giriş verileri ve reaktör özellikleri kullanılarak dönüşüm, sıcaklık ve basınç gibi çıktılar incelenmiştir. Program çıktıları PETKİM'den temin edilen endüstriyel çıktılar ile karşılaştırılmıştır. Model-III daha fazla reaksiyon içerdiği, kok oluşumu ve kok giderimi modele dahil edildiği için hakiki saha sonuçlarına yakın çıktılar vermiştir. Bu nedenle, en uygun model olarak Model-III seçilmiştir. Böylece bu model kullanılarak süreç gaz sıcaklık profili girdi verileri kullanılarak elde edilebilecek ve operasyonun kontrolü daha iyi yapılabilecektir.
Özet (Çeviri)
Ethylene production is the main building block of petrochemical industry and it is produced via thermal cracking process which does not require a catalyst and takes one of the refinery white products, that is straight run naphtha, as a feedstock. In some processes, ethane which is produced as a result of naphtha cracking is fed into a separate ethane cracker which also yields same products as ethylene and propylene etc. The main reason to process produced ethane in a separate cracker is that, ethane which is harder to crack when compared with naphtha requires higher residence times within the cracker tubes to achieve the desired conversion. When crackers or furnaces used in refineries and petrochemical plants are considered, process gas temperature within the tubes is very crucial to be able to monitor the cracking process. In general temperature measurements are done at the inlet and outlet of the furnaces, as well as at some points on tube surface. However, temperature profile of process gas within the tubes cannot be monitored. Since ethane cracking process has a run length of approximately three months followed by a decoking period, in order to maintain operational safety, accurate modeling of the process has to be done to find gas temperature profiles. At high temperatures coking rate increases and coke formed deposits on the tube internal walls and prevents efficient transfer of heat. Because of this inefficient heat transfer, cracker duty is increased at a level of maximum allowable tube surface temperature in order to obtain desired ethane conversion. When that maximum surface temperature is obtained, process is shut down and decoking period is started. Thus, modeling of ethane cracker is crucial to find the temperature profile of the process gas within the coil as well as coke formation profile within the tubes. In this study, three different reaction network models were constructed and separate mass, energy and momentum balance equations were solved simultaneously using an algorithm developed in MATLAB software for each case. Model validation is achieved using two studies found from literature. In the three models that are considered in this study, in Model-I basic reaction mechanism are included in which neither coke formation nor removal reactions are involved , whereas in Model-II only coke formation and in Model-III additionally coke removal reactions are included. In each model different number of components and reactions are considered. The input data from PETKİM and reactor specifications are used and outputs, such as conversion, temperature, pressure are compared. Program outputs are compared with the industrial data that is provided by PETKİM Co. Since Model-III considers more number of reactions and coke formation and removal, it yielded similar results with the real plant data and therefore selected as the appropriate model. Using this model, process gas temperature profile can easily be evaluated by the input plant data and control of operation can be done in a better way.
Benzer Tezler
- Hafif olefin üretimi için destekli demir temelli fıscher tropsch katalizörleri üzerinde bir kinetik çalışma ve model analizi
A kinetic study and model analysis on supported iron based fischer-tropsch catalysts for light olefin production
KEREM BÜLBÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPER SARIOĞLAN
DR. ABDULLAH Z. TURAN
- Development modeling and thermodynamic optimization of renewable energy based absorption refrigeration and power systems
Yenilenebilir enerji kaynaklı absorpsiyonlu soğutma ve güç sistemlerinin geliştirilmesi modellenmesi ve termodinamik optimizasyonu
SALEM A. A. YOSAF
Doktora
İngilizce
2018
Makine MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HASAN ÖZCAN
- Oxidative steam reforming of light hydrocarbons in a catalytic microchannel reactor
Hafif hidrokarbonların oksijen destekli buhar reformlamalarının katalitik mikrokanal reaktör düzeninde incelenmesi
İREM ŞEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET KERİM AVCI
- An Assessment of theoretical modeling for in-tube condensation in the presence of air
Hava ile birlikte olan tüp-içi yoğuşmanın kuramsal modelinin değerlendirilmesi
FAHRİ AĞLAR
Doktora
İngilizce
2002
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. A. ORHAN YEŞİN
- Modeling and design of reactor for hydrogen production using non-stoichiometric oxide
Stokiyometrik olmayan oksitler kullanılarak hidrojen üretim reaktörünün süreç modellemesi ve tasarımı
ARDA YILMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SERKAN KINCAL