Modelling and simulation study on the regeneration of catalyst in py-gas saturation system
Py-gaz sistemindeki katalizörün yenilenmesi üzerine modelleme ve benzeşim çalışması
- Tez No: 663764
- Danışmanlar: PROF. DR. MUSTAFA DEMİRCİOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ege Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 95
Özet
Endüstriyel süreçlerde kullanılan katalizörler zamanla aktivitesini ve seçiciliğini kaybederler. Katalizör yenilenmesi veya değişimi için sürecin durdurulması milyar dolarlar tutmaktadır. İyi yönetilen süreçlerde deaktivasyon yavaştır ama kaçınılmazdır. Bu tezin amacı, Aromatikler Fabrikasının Py-gas sahasında bulunan ilk kademe reaktöründeki katalizörün etkinlik kaybının sebepleri incelenerek, üretimin verimli yönetimine hizmet edecek ve işletme karbon yakma verileri ile doğrulanmış bir model geliştirilmesidir. Bu çalışmada, katalizör deaktivasyonun sebepleri ve yenilenme yöntemleri üzerine bir literatür araştırması özeti sunulmuştur. Py-gas sahası ilk kademe reaktöründeki yenilenme işleminin modellenmesinde COMSOL Multipysics 5.4 programı kullanılmıştır. Reaktör yatağı ve katalizör sırasıyla bir boyutlu ve iki boyutlu olacak şekilde modellenmiştir. Reaktör yatağında (silindirik) ve katalizördeki (küresel) reaksiyonu da içeren aktarım olayları, genel ekstrüzyon ile birleştirilmiş, iki bileşen olarak modellenmiştir. Katalizör tanecikleri arasındaki boşluklar makro ölçekte, katalizörün içindeki boşluklar ise mikro ölçekte tanımlanmıştır. Kütle aktarımı, yanma reaksiyonu ve ısı aktarımı modellemesi için sırasıyla seyreltilmiş türlerin taşınması, kimya ve ısı transferi modülleri kullanılmıştır. Reaksiyon hızı, gaz fazındaki oksijen konsantrasyonuna ve katalizör üzerindeki kok konsantrasyonuna göre birinci dereceden kabul edilmiştir. Reaktör yatağındaki kok C/H oranı 1 olacak şekilde ve 30 karbonlu olarak seçilmiştir. İşletmenin rejenerasyon verileri ile tutarlı model sonuçları elde edebilmek amacıyla, molekülsel yayınım katsayısı, frekans faktörü ve aktivasyon enerjisi parametreler olarak seçilmiştir. Tersine mühendislik yöntemi ile, kok miktarı 1500 kg, etkin difüzyon katsayısı 4.14×10-7 m2/s, aktivasyon enerjisi 69550 J/mol ve frekans faktorü ise 6690 m3/mols olarak bulunmuştur. Pygas ünitesi birinci kademe reaktöründe soft kokların uzaklaştırılmasında hidrojenle sıyırma yöntemi kullanıldığı için, parametrelerin değer aralıkları seçilirken, medium veya mediumla hard kok arasındaki değerler dikkate alınmıştır. Model sonuçlarına göre, reaktör giriş sıcaklığı işletme koşullarında olduğu gibi 403 oC düzeyinde sabit tutulduğunda, yenilenme süresinin 10 saat sürdüğü görülmüştür. Yenilenme süresince işletmedeki reaktör üzerinde bulunan üç adet sıcaklık ölçerden okunan değerler ile aynı noktalardaki model öngörüsü sıcaklıkların tutarlı olduğu görülmüştür. Rejenerasyon sonucunda katalizör etkinliğinin tamamen geri kazanılamadığı hem işletme, hem de model sonuçlarında görülmüştür. Modelin ardışık çalışmalar sırasında başlangıç etkinliği bu sonuca göre düzenlenerek, katalist ekonomik ömrü de öngörülebilir. İleri çalışma konularından birisi yenilenme süresi olabilir. Ayrıca, model yenilenme yanında, pygas doyurma (seçici hidrojenleme tepkimesi) ve katalizör etkinlik kaybı (deactivation) olaylarını da içine alacak şekilde genişletilebilir. Böylece geliştirilecek yeni model, en çok ürün ya da en düşük işletme maliyeti gibi amaçları, belirli sıcaklık aralığı ve yenilenme süresi gibi kısıtlar ile en uygun çalışma koşullarını sağlayabilir.
Özet (Çeviri)
In industrial processes, catalysts lose their activity and/or selectivity in time. It costs billions of dollars due to process shut down for regeneration or renewal of catalyst. In well-operated processes, catalyst deactivation occurs slowly but it is inevitable. The aim of this study to model and simulate regeneration of catalyst using coke-burning data of hydrogenation reactor in pygas saturation unit, serving for the efficient management of production process. In this study, a summary of the literature research on the causes of catalyst deactivation and regeneration methods is presented. Regeneration of pygas saturation unit was modeled by COMSOL Multiphysics 5.4. Reactor bed and catalyst are modeled separately as 1D and 2D respectively. Transport phenomena with reaction in reactor bed (cylindrical) and catalyst particles (spherical) were modeled as two components coupled by general extrusion. The voids between the catalyst particles was described as macroporous (macroscale), while the pores inside the catalyst particle was described as microscale. Modules transport of diluted species, chemistry and heat transfer were used to model mass transfer, carbon burn reaction and heat transfer, respectively. The rate of reaction is assumed to be a first-order reaction according to oxygen concentration in the gas phase and coke concentration on the catalyst. C/H ratio of the coke in the reactor bed was chosen 1 with 30 carbon. In order to obtain model results in consistent with plant, coke amount, molecular diffusivity, frequency factor and activation energy are chosen as parameters in a reverse engineering approach. Coke amount, effective diffusion coefficient, activation energy and frequency factor were found as 1500 kg, 4.14×10-7 m2/s, 69550 J/mol, and 6690 m3/mols, respectively. Hydrogen stripping method is used to remove soft cokes before regeneration in the 1st stage reactor of pygas saturation unit. Therefore, these values were selected for between medium and hard coke. According to modelling result, regeneration takes nearly 10 hours to remove coke from catalyst with the inlet reactor temperature is 403 oC as in the actual operation. It was observed that the temperatures were consistent at the same points in the model results and readings on three thermowells on the reactor. Coke can be removed substantially but not completely as in the operational condition. Therefore, it can be said that the activation of catalyst after regeneration cannot be recovered completely. With the successive runs of simulation in which the initial coke content of catalyst is modified according to the former runs, the lifetime of catalyst can be estimated. For the future studies, parametric study can be done to optimize regeneration time. In addition to regeneration, this model can be used for modeling both chemical reactions and deactivation models together on pygas saturation catalyst. Therefore, the optimum operational trajectory can be developed according to the objectives, such as the maximum product and the minimum operational cost, with the constraints such as temperature range and regeneration time.
Benzer Tezler
- Seri bağlı geri devirli aktif çamur sistemlerinde biyolojik kalıcı ürün oluşumunun modellenmesi
Modelling of biological microbial product formation in activated sludge systems in series with recycle
FEHİMAN ÇİNER
- Yangın sıklığı ve vejetasyon örtüsünün Akdeniz vejetasyonu dinamikleri üzerine etkisinin modellenmesi
Modelling of fire frequency and vegetatıon cover effects on Mediterranean vegetation dynamics
ANIL BAHAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
BiyolojiHacettepe ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÇAĞATAY TAVŞANOĞLU
- Ride comfort analysis of in-Wheel motor electric vehicles with PID and Fuzzy logic controlled semi-active suspension system
Başlık çevirisi yok
Özgür Caymaz
- Genelleştirilmiş takım geometrisi ile frezeleme mekaniğinin ve dinamiğinin incelenmesi
Mechanics and dynamics of milling with generalized geometry
ŞERAFETTİN ENGİN
- Aktif çamurda çözünmüş kalıcı ürün oluşumu modeli
Modelling of inert soluble product formation in the activated sludge process
NAZİK ARTAN
