προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

89
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΜΟΝΑΔΑΣ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ ΑΝΑΜΟΡΦΩΜΑΤΟΣ ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: ΕΡΓ. ΣΝΡΓ. ΝΙΚΟΛΑΟΣ Κ. ΚΟΚΚΙΝΟΣ ΚΑΒΑΛΑ 2013

Transcript of προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

Page 1: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ

ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ

ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΜΟΝΑΔΑΣ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ ΑΝΑΜΟΡΦΩΜΑΤΟΣ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ

ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: ΕΡΓ. ΣΝΡΓ. ΝΙΚΟΛΑΟΣ Κ. ΚΟΚΚΙΝΟΣ

ΚΑΒΑΛΑ 2013

Page 2: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΕΓΚΡΙΝΕΤΑΙ

Ο ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ

ΝΙΚΟΛΑΟΣ Κ. ΚΟΚΚΙΝΟΣ

Page 3: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος
Page 4: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ

ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ

ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΜΟΝΑΔΑΣ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ ΑΝΑΜΟΡΦΩΜΑΤΟΣ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ

ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: ΕΡΓ. ΣΝΡΓ. ΝΙΚΟΛΑΟΣ Κ. ΚΟΚΚΙΝΟΣ

ΚΑΒΑΛΑ 2013

Page 5: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

Τ.Ε.Ι. ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ © 2013 Η παρούσα Πτυχιακή Εργασία και τα συμπεράσματά της σε οποιαδήποτε μορφή αποτελούν

συνιδιοκτησία του Τμήματος Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου του ΤΕΙ Καβάλας και του

φοιτητή. Οι προαναφερόμενοι διατηρούν το δικαίωμα ανεξάρτητης χρήσης και αναπαραγωγής (τμηματικά

ή συνολικά) για διδακτικούς και ερευνητικούς σκοπούς. Σε κάθε περίπτωση πρέπει να αναφέρεται ο

τίτλος, ο συγγραφέας, ο επιβλέπων και το εν λόγω τμήμα του ΤΕΙ Καβάλας.

Η έγκριση της παρούσας Πτυχιακής Εργασίας από το Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου

δεν υποδηλώνει απαραιτήτως και αποδοχή των απόψεων του συγγραφέα εκ μέρους του Τμήματος.

--------------------------------------------------------------

Ο υποφαινόμενος δηλώνω υπεύθυνα ότι η παρούσα Πτυχιακή Εργασία είναι εξ’ ολοκλήρου δικό μου έργο

και συγγράφηκε ειδικά για τις απαιτήσεις του προγράμματος σπουδών του Τμήματος Τεχνολογίας

Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου. Δηλώνω υπεύθυνα ότι κατά τη συγγραφή ακολούθησα την πρέπουσα

ακαδημαϊκή δεοντολογία αποφυγής λογοκλοπής. Έχω επίσης αποφύγει οποιαδήποτε ενέργεια που

συνιστά παράπτωμα λογοκλοπής. Γνωρίζω ότι η λογοκλοπή μπορεί να επισύρει ποινή ανάκλησης του

πτυχίου μου.

Υπογραφή

Ζαχόπουλος Φώτιος

Page 6: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΕΡΙΛΗΨΗ

Η παρακάτω εργασία έχει ως σκοπό, μια ιστορική αναδρομή στην ιστορία των χημικών

και φυσικών διεργασιών, στη χρήση των προσομοιώσεων πάνω σε διάφορες

διεργασίες όπως επίσης και των λογισμικών που χρησιμοποιούνται για τις ανάγκες μιας

προσομοίωσης με έμφαση στο λογισμικό Aspentech Hysys®, το οποίο και θα

χρησιμοποιηθεί για την υλοποίηση της παρακάτω εργασίας. Επίσης ιδιαίτερη έμφαση

δίνεται στην κατανόηση της παραγωγικής διαδικασίας βενζινών σε διυλιστήριο τύπου

Hydro Skimming και περιγράφεται αναλυτικά ο τρόπος παραγωγής της νάφθας όπως

επίσης περιγράφονται και οι μονάδες ισομερισμού και καταλυτικής αναμόρφωσης.

Δίνεται πλήρη περιγραφή για τον τρόπο λειτουργίας της μονάδας Διαχωρισμού

Αναμορφώματος και συγκεκριμένα για τον σκοπό της μονάδας, την περιγραφή της ροής

της, τις συνθήκες λειτουργίας όπως και για τον έλεγχο της ποιότητας της. Παρουσιάζεται

βήμα-βήμα αναλυτικά ο σχεδιασμός και τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν για την

προσομοίωση της μονάδας Διαχωρισμού Αναμορφώματος όπως, ο σχεδιασμός του

δοχείου τροφοδοσίας, του πύργου διαχωρισμού αναμορφώματος, των εναλλακτών

θερμότητας και των ρευμάτων τροφοδοσίας. Αναφέρεται ο λόγος για τον οποίο

υλοποιήθηκε η παρακάτω προσομοίωση και η χρησιμότητα προσομοίωσης της

Μονάδας Διαχωρισμού Αναμορφώματος στην βιομηχανία. Στο τέλος περιγράφονται

διάφορα συμπεράσματα της προσομοίωσης αυτής και το πόσο σημαντικός είναι ο

ρόλος μιας προσομοίωσης στην βιομηχανία όπως επίσης τα αποτελέσματα της, η

απόκλιση πραγματικών τιμών με αυτά των αποτελεσμάτων όπως επίσης και οι

βέλτιστες τιμές για την λειτουργία της μονάδος αυτής.

ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΧΗ: Προσομοιώσεις Χημικών Διεργασιών

ΛΕΞΕΙΣ ΚΛΕΙΔΙΑ: κλασματική απόσταξη, διαχωριστής αναμορφώματος, προσομοιωτής

Aspentech Hysys

Page 7: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ABSTRACT

The following study aims to a historical overview of the history of chemical and physical

processes, the use of simulations on various processes as well as the software used for

the purposes of a simulation with an emphasis on software AspenTech Hysys, which

will be used to implement the following work. Furthermore, particular emphasis is placed

on understanding the gasoline production process in a refinery type Hydro Skimming

and described in detail the mode of production of naphtha as well described

isomerization and catalytic reforming units. Given full description of how the Reformate

Splitter unit works and specifically for the purpose of the unit, the description of the flow,

operating conditions as for quality control. Illustrated step-by-step detail the design and

the data used to simulate the Reformate Splitter unit such as the design of the supply

drum, Reformate Splitter tower, heat exchangers and feed streams. Indicate the reason

for it has been implemented the following simulation and the usefulness of Reformate

Splitter unit simulation in the industry. At the end described several conclusions of this

simulation and the important role of simulation in industry as well as its results, the

deviation of actual values of these results as well as the optimal values for the operation

of this unit.

SUBJECT AREA: Chemical Process Simulations

KEYWORDS: fractional distillation, reformate splitter, Aspentech Hysys simulator

Page 8: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος
Page 9: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

Αφιερώνω την παρακάτω εργασία στον

κ. Δανιήλ Αντωνόπουλο

Προϊστάμενο τμήματος Βοηθητικών Παροχών και Ισομερισμού

Ελληνικών Πετρελαίων Θεσσαλονίκης

Page 10: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ

Για τη διεκπεραίωση της παρούσας πτυχιακής εργασίας, θα ήθελα να ευχαριστήσω…

Το εργαστήριο Προσομοιώσεων Χημικών Διεργασιών του Τμήματος Πετρελαίου

και Φυσικού Αερίου, της Σχολής Τεχνολογικών Εφαρμογών, του Τεχνολογικού

Εκπαιδευτικού Ιδρύματος Καβάλας.

Τον κ. Δανιήλ Αντωνόπουλο, Προϊστάμενο Βοηθητικών Παροχών και

Ισομερισμού Ελληνικών Πετρελαίων Θεσσαλονίκης, για την μεγάλη βοήθεια και

τις συμβουλές του για κάθε βήμα της παρακάτω εργασίας.

Τον κ. Δημήτρη Λέρα, Προϊστάμενο Παραγωγής ΕΛ.ΠΕ. Θεσσαλονίκης.

Όλους τους χειριστές παραγωγής για τις πολύωρες ξεναγήσεις και πληροφορίες

των μονάδων.

Τον κ. Νίκο Κόκκινο, καθηγητή του Τμήματος Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου

Καβάλας, για την δυνατότητα υλοποίησης της παρακάτω εργασίας και για την

μεγάλη του βοήθεια για τον τρόπο υλοποίησης της.

Page 11: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

ΠΡΟΛΟΓΟΣ .................................................................................................................. 19

1. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΩΝ ΧΗΜΙΚΩΝ-ΦΥΣΙΚΩΝ

ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ................................................................................................................. 20

1.1 Γενικά ............................................................................................................... 20

1.2 Ιστορική Αναδρομή ........................................................................................... 21

1.3 Λογισμικό Προσομοίωσης Aspentech Hysys® ................................................. 29

2. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΒΕΝΖΙΝΩΝ ΣΕ ΔΙΥΛΙΣΤΗΡΙΟ ΤΥΠΟΥ

HYDROSKIMMING ....................................................................................................... 31

2.1 Εισαγωγή.......................................................................................................... 31

2.2 Επεξεργασία Νάφθας για την Παραγωγή Βενζινών .......................................... 32

2.2.1 Περιγραφή Μονάδας Ισομερισμού ............................................................. 34

2.2.2 Περιγραφή Μονάδας Καταλυτικής Αναμόρφωσης CCR ............................. 38

3. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΜΟΝΑΔΑ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ ΑΝΑΜΟΡΦΩΜΑΤΟΣ ........................... 43

3.1 Γενικά ............................................................................................................... 43

3.2 Σκοπός της Μονάδας ....................................................................................... 43

3.3 Περιγραφή της Ροής ......................................................................................... 44

3.4 Βάση Σχεδιασμού για Τροφοδοσία και Προϊόντα.............................................. 45

3.5 Συνθήκες Λειτουργίας ....................................................................................... 47

3.6 Έλεγχος Ποιότητας ........................................................................................... 51

4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΜΟΝΑΔΑΣ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ ΑΝΑΜΟΡΦΩΜΑΤΟΣ

52

4.1 Γενικά ............................................................................................................... 52

4.2 Χρησιμότητα Προσομοίωσης Μονάδας Διαχωρισμού Αναμορφώματος στην

Βιομηχανία ................................................................................................................. 52

4.3 Σύσταση Ρευμάτων τροφοδοσίας ..................................................................... 52

4.4 Σχεδιασμός Μονάδας Διαχωρισμού Αναμορφώματος ...................................... 55

Page 12: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

4.4.1 Σχεδιασμός Δοχείου Τροφοδοσίας D-435 ................................................. 56

4.4.2 Σχεδιασμός Εναλλάκτη Θερμότητας Ε-430 ............................................... 62

4.4.3 Σχεδιασμός Πύργου Διαχωρισμού Αναμορφώματος Τ-409 ...................... 66

4.4.4 Σχεδιασμός Ρευμάτων HRF, LRF και Benzene ......................................... 72

5. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ .......... 81

5.1 Συμπεράσματα Χρησιμότητας Προσομοιώσεων Χημικών και Φυσικών

Διεργασιών ................................................................................................................ 81

5.2 Αποτελέσματα Προσομοίωσης μονάδος Διαχωρισμού Αναμορφώματος ........ 81

5.2.1 Αποτελέσματα Προδιαγραφών Προϊόντων ................................................ 81

5.2.2 Συμπεράσματα Αποτελεσμάτων Προδιαγραφών Προϊόντων .................... 83

5.2.3 Απόκλιση Προσομοίωσής από Πειραματικά Δεδομένα ............................. 84

6. ΠΙΝΑΚΑΣ ΟΡΟΛΟΓΙΑΣ......................................................................................... 86

7. ΣΥΝΤΜΗΣΕΙΣ – ΑΡΚΤΙΚΟΛΕΞΑ – ΑΚΡΩΝΥΜΙΑ ................................................ 86

8. ΑΝΑΦΟΡΕΣ .......................................................................................................... 87

Page 13: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ

Σχήμα 2.1: Διαδικασία Παραγωγής Προϊόντων Πετρελαίου ........................................... 31

Σχήμα 2.2: Διαδικασία Παραγωγής Προϊόντων Κορυφής .............................................. 32

Σχήμα 2.3: Περιγραφή Μονάδας Ισομερισμού ............................................................... 34

Σχήμα 2.4: Αντιδράσεις ισομερισμού ............................................................................. 37

Σχήμα 2.5: Διεργασίες μονάδας CCR ............................................................................ 38

Σχήμα 3.1: Μονάδα Διαχωρισμού Αναμορφώματος ...................................................... 43

Σχήμα 3.2: Διεργασίες Μονάδας Διαχωρισμού Αναμορφώματος .................................. 44

Σχήμα 4.1: Διεργασίες Μονάδας Διαχωρισμού Αναμορφώματος .................................. 55

Page 14: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος
Page 15: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ

Εικόνα 4.1: Ψευδοσυστατικά ......................................................................................... 55

Εικόνα 4.2: Ρεύμα Feed from Octanizer ........................................................................ 56

Εικόνα 4.3: Σύσταση Ρεύματος Feed from Octanizer .................................................... 57

Εικόνα 4.4: Separator D-435 connections ..................................................................... 58

Εικόνα 4.6: Separator D-435 sizing ............................................................................... 59

Εικόνα 4.5: Separator D-435 parameters ...................................................................... 59

Εικόνα 4.7: Separator D-435 nozzles ............................................................................ 60

Εικόνα 4.8: Valve FV-480 connections .......................................................................... 61

Εικόνα 4.9: Valve FV-480 parameters ........................................................................... 61

Εικόνα 4.10: Valve FV-480 sizing .................................................................................. 62

Εικόνα 4.11: Heat Exchanger E-430 connections.......................................................... 63

Εικόνα 4.12: Heat Exchanger E-430 parameters .......................................................... 63

Εικόνα 4.13: Heat Exchanger E-430 specs ................................................................... 64

Εικόνα 4.14: Heat Exchanger E-430 sizing ................................................................... 65

Εικόνα 4.15: Column T-409 connections ....................................................................... 66

Εικόνα 4.16: Column T-409 steady state profiles .......................................................... 67

Εικόνα 4.17: Column T-409 specifications ..................................................................... 68

Εικόνα 4.18: Column T-409 Tray dimensions ................................................................ 69

Εικόνα 4.19: Column T-409 Condenser sizing .............................................................. 70

Εικόνα 4.20: Column T-409 Reboiler sizing ................................................................... 71

Εικόνα 4.21:Column T-409 Reboiler Simulation ............................................................ 72

Εικόνα 4.22: Pump P-417 parameters ........................................................................... 73

Εικόνα 4.23: Valve FV-488 sizing .................................................................................. 74

Εικόνα 4.24: Heat Exchanger E-430 .............................................................................. 74

Εικόνα 4.25: Air Cooler E-428 parameters .................................................................... 75

Εικόνα 4.26: Cooler E-483 parameters .......................................................................... 76

Page 16: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

Εικόνα 4.27: Pump P-416 parameters .......................................................................... 77

Εικόνα 4.28: Valve FV-485 sizing ................................................................................. 77

Εικόνα 4.29: Cooler E-427 parameters ......................................................................... 78

Εικόνα 4.30: Pump P-418 parameters .......................................................................... 79

Εικόνα 4.31: Cooler E-429 parameters ......................................................................... 79

Εικόνα 4.32: FV-489 sizing ........................................................................................... 80

Εικόνα 5.1: Adjust VHPS .............................................................................................. 82

Page 17: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος
Page 18: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ

Πίνακας 2.1: Ιδιότητες κανονικών και ισο- παραφινών .................................................. 35

Πίνακας 4.4.1: Συστατικά Ρευμάτων ............................................................................. 54

Πίνακας 5.1: Αποτελέσματα Προδιαγραφών Προϊόντων ............................................... 83

Πίνακας 5.2: Αποτελέσματα Προϊόντων Εντός Προδιαγραφών .................................... 83

Πίνακας 5.3: Αποτελέσματα Προϊόντων οριακά των Προδιαγραφών ............................ 84

Πίνακας 5.4: Απόκλιση Προσομοίωσής από Πειραματικά Δεδομένα ............................ 85

Page 19: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΡΟΛΟΓΟΣ

Η παρακάτω εργασία υλοποιήθηκε στα πλαίσια της πρακτικής μου άσκησης στο

διυλιστήριο των Ελληνικών Πετρελαίων Θεσσαλονίκης στο τμήμα Βοηθητικών Παροχών

και Ισομερισμού. Αναλύεται ένα μεγάλο τμήμα διεργασιών στην παραγωγική διαδικασία

και αφιερώνεται πλήρως στην Μονάδα Διαχωρισμού Αναμορφώματος, όπου

περιγράφεται η πλήρης λειτουργία της και στην συνέχεια περιγράφεται ο τρόπος και τα

αποτελέσματα Προσομοίωσης της με την χρήση του προγράμματος Aspentech

Hysys®.

Page 20: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 20 - ΈΤΟΣ: 2013

1. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1

ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΩΝ ΧΗΜΙΚΩΝ-ΦΥΣΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ

1.1 Γενικά

Η προσομοίωση διεργασιών στις μέρες μας είναι αναμφισβήτητα ένα από τα πιο

πολύπλευρα θέματα που πρέπει να αντιμετωπίσει ένας μηχανικός βιομηχανίας στον

εργασιακό του χώρο. Αποτελεί είναι ένα από τα πιο σημαντικά εργαλεία για μια

βιομηχανία ή για μια εταιρία, ανεξαρτήτως του είδους της[2]. Η προσομοίωση

διεργασιών είναι μια αναπαράσταση χημικών, φυσικών, βιολογικών και άλλων

τεχνικών διεργασιών βασισμένη σε μαθηματικά μοντέλα - πρότυπα. Βασική

προϋπόθεση είναι η λεπτομερής γνώση των χημικών και φυσικών ιδιοτήτων των

καθαρών συστατικών και μιγμάτων, των αντιδράσεων και των μαθηματικών

προτύπων που επιτρέπουν των υπολογισμό της διαδικασίας με την βοήθεια

προγραμμάτων προσομοίωσης σε ηλεκτρονικό υπολογιστή. Το λογισμικό

προσομοίωσης διεργασιών απεικονίζει τις διάφορες διεργασίες σε διαγράμματα ροής

όπου παρουσιάζεται η λειτουργία των μονάδων, οι συνθήκες λειτουργιάς και τα

διάφορα ρεύματα που εισέρχονται ή εξέρχονται από αυτές. Το λογισμικό πρέπει να

λύσει το ισοζύγιο μάζας και ενέργειας ώστε να βρεθεί ένα σταθερό σημείο λειτουργίας.

Ο στόχος της προσομοίωσης διεργασιών είναι να αναπτυχθούν τα ισοζύγια μάζας και

ενέργειας με τα οποία θα βρεθούν οι βέλτιστες συνθήκες για την εξεταζόμενη

διεργασία. Αυτό στην ουσία είναι ένα πρόβλημα βελτιστοποίησης που πρέπει να λυθεί

σε μια επαναλαμβανόμενη διαδικασία[3].

Η προσομοίωση διεργασιών χρησιμοποιείται για την σχεδίαση, ανάπτυξη, ανάλυση

και βελτιστοποίηση χημικών και φυσικών διεργασιών και εφαρμόζεται κυρίως σε

χημικές εγκαταστάσεις και βιομηχανίες. Η προσομοίωση διεργασιών είναι μια

διαδικασία απαραίτητη αρχικά στον σχεδιασμό διεργασιών για την επιλογή διαφόρων

σχημάτων λειτουργίας και ανάπτυξης αξιόπιστων ισοζυγίων μάζας και ενέργειας για

τον μετέπειτα λεπτομερή σχεδιασμό. Επίσης χρησιμοποιείται στην λειτουργία των

διεργασιών, την ανάλυση της απόδοσης τους, για την διερεύνηση εναλλακτικών

λειτουργιών με απώτερο σκοπό την βέλτιστη και παράλληλα οικονομικότερη

λειτουργία. Η πιστότητα των προσομοιώσεων επηρεάζει άμεσα τους παράγοντες της

ποιότητας, της ασφάλειας και παραγωγικότητας μιας εγκατάστασης. Χρησιμοποιείται

Page 21: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΩΝ ΧΗΜΙΚΩΝ-ΦΥΣΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 21 - ΈΤΟΣ: 2013

ως ένα ισχυρό εργαλείο για την αύξηση της ανταγωνιστικότητας, της παραγωγικής

ικανότητας και φυσικά την αύξηση των κερδών της εταιρίας.

1.2 Ιστορική Αναδρομή

Η ιστορία των προσομοιώσεων διεργασιών χρονολογείται πίσω στον Δεύτερο

Παγκόσμιο Πόλεμο όταν δύο μαθηματικοί ο Jon Von Neumann και ο Stanislaw Ulam

βρέθηκαν αντιμέτωποι με ένα πρόβλημα συμπεριφοράς των νετρονίων. Η διενέργεια

πειράματος για την ανάλυση του φαινομένου αυτού, ήτανε υπερβολικά δαπανηρή και

το πρόβλημα αρκετά περίπλοκο για να αναλυθεί. Τα βασικά δεδομένα και

αποτελέσματα του προβλήματος ήτανε γνωστά και με την βοήθεια μιας

προσομοίωσης που αναπτύχτηκε, τα μεμονωμένα αποτελέσματα συγχωνεύτηκαν σε

μία βαθμιαία ανάλυση για την πρόβλεψη της έκβασης ολόκληρης της ακολουθίας της

συμπεριφοράς των νετρονίων. Με αξιόλογη επιτυχία της χρήσης αυτών των τεχνικών

στο συγκεκριμένο πρόβλημα, σύντομα η χρήση των προσομοιώσεων διεργασιών

έγινε δημοφιλής και βρήκε πολλές εφαρμογές σε βιομηχανίες και σε επιχειρήσεις[2].

Η χρήση των προσομοιώσεων διεργασιών σε υπολογιστή δεν ήτανε ιδιαίτερα χρήσιμο

εργαλείο κατά την δεκαετία του ’50. Η προσομοίωση χρειαζότανε πολύ χρόνο για να

δώσει αποτελέσματα, όπως επίσης και πολλούς ειδικευμένους στον τομέα

ανθρώπους με αποτέλεσμα ένα μεγάλο κόστος στο προσωπικό και στον χρόνο των

υπολογιστών, αλλά το πιο αποθαρρυντικό, ότι συχνά τα αποτελέσματα ήταν

αμφίβολα για την αξιοπιστία τους. Ένα παράδειγμα ήταν η προσπάθεια για τον

σχεδιασμό ενός πεδίου δεδομένων των περιόδων αιχμής (peak periods) τηλεφωνικών

συστημάτων. Αυτό έγινε γιατί τα συστήματα δεν ήτανε ικανά για την αναμονή της

κλήσης με βάση τις θεωρητικές γνώσεις εκείνης της εποχής. Μια τεχνική που

χρησιμοποιήθηκε ήτανε μια ασυνεχής ακολουθία γεγονότων προσομοίωσης με χρήση

υπολογιστή. Τα εργαλεία που ήτανε διαθέσιμα για την επίτευξη της τεχνικής αυτής

ήτανε ένας υπολογιστής IBM 650, η γλώσσα προγραμματισμού assembly, και μια

ομάδα από μαθηματικούς, μηχανικούς συστημάτων και προγραμματιστές. Η ομάδα

πέτυχε λιγότερα από τα προσδοκώμενα απ’ ότι της είχαν ανατεθεί να κάνει, στο

διπλάσιο χρόνο και υπερέβη τον προϋπολογισμό κατά δυο φορές[2].

Στα μέσα της δεκαετίας του 60, η Simulation Science, μια μικρή εταιρεία στο Λος

Άντζελες των ΗΠΑ, είχε την ιδέα να εισάγει στην αγορά ένα πρόγραμμα υπολογιστών

για την προσομοίωση στηλών απόσταξης. Αυτό ήταν ο πυρήνας των λογισμικών

Page 22: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 22 - ΈΤΟΣ: 2013

προσομοίωσης το οποίο θα μπορούσε να θεωρηθεί ως ο πρόγονος των

προσομοιωτών χημικών και φυσικών διεργασιών.

Τον Οκτώβριο του 1961 η IBM παρουσίασε τον προσομοιωτή «Gordon Simulator»

στην εταιρία Norden, μια εταιρία σχεδίασης συστημάτων. Τον Δεκέμβριο του 1961 ο

Geoffrey Gorden, παρουσίασε την εργασία του στο συνέδριο Joint Computer

Conference η οποία βασιζόταν σε έναν Γενικού Σκοπού Προσομοιωτή Συστημάτων

(GPSS). Το εργαλείο αυτό χρησιμοποιήθηκε για να σχεδιαστεί το σύστημα FAA για

την Ομοσπονδιακή Διοίκηση Αεροπορίας, το οποίο χρησιμοποιήθηκε για να διανέμει

πληροφορίες σχετικά με τον καιρό στην αεροπορία[2].

Η IBM παρείχε το λογισμικό (Software) αλλά επίσης και το υλικό (Hardware). Η ομάδα

με την βοήθεια του προσομοιωτή που ανέπτυξε ήτανε ικανή να κατασκευάσει

μοντέλο προσομοίωσης κάποιου προβλήματος, και να έχει αποτελέσματα σε μόνο έξι

εβδομάδες. Έτσι το νέο εργαλείο έγινε διαθέσιμο για τους σχεδιαστές συστημάτων.

Με την επιτυχία του εργαλείου αυτού, άρχισαν να παράγονται από την Norden,

διάφορα μοντέλα – πρότυπα για εξωτερικές ομάδες και έτσι δημιουργήθηκε μια

δραστηριότητα προσομοιώσεων διεργασιών στον χώρο αυτόν. Οι πρώτες ομάδες

προσομοιώσεων δημιουργήθηκαν σε εταιρίες και υπηρεσίες όπως : Boeing, Martin

Marietta, Air Force Logistics Command, General Dynamics, Hughes Aircraft,

Raytheon, Celanese, Exxon, Southern Railway, επίσης και σε κατασκευάστηκες

εταιρίες υπολογιστών όπως η IBM, Control Data, National Cash Register και

Univac[2].

Το 1962 ο Harry Markowitz, ο Bernard Hausner και ο Herbert Karr παρουσίασαν στην

εταιρία Rand Corporation μια έκδοση του λογισμικού SimScript για να

προσομοιώσουν κάποια αποθεματικά προβλήματα τους. Παράλληλα υπήρξαν και

άλλες προσεγγίσεις. Στην Αγγλία ο J. Buxton και ο J. Laski ανέπτυξαν μια γλώσσα

προγραμματισμού την οποία ονόμασαν CSL, ή αλλιώς Control and Simulation

Language. Μία πρόωρη έκδοση από το λογισμικό Simula αναπτύχτηκε στην

Νορβηγία από τον O. Dahl και K. Nygaard όπως επίσης και μια συμβολική γλώσσα με

όνομα SOL για χρήση στο Γενικού Σκοπού Προσομοιωτή Συστημάτων (GPSS).

Αξιοσημείωτη είναι η κυκλοφορία ενός μικρού βιβλίου από τον Ken Tocker με τίτλο Η

Τέχνη της Προσομοίωσης[2].

Page 23: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΩΝ ΧΗΜΙΚΩΝ-ΦΥΣΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 23 - ΈΤΟΣ: 2013

Το χαρακτηριστικό της περιόδου αυτής ήταν η μεγάλη ανάπτυξη των γλωσσών

προγραμματισμού προσομοιώσεων αλλά παράλληλα κάποιες λίγες προσπάθειες να

συντονιστούν και συγκριθούν οι διαφορετικές προσεγγίσεις. Επίσης δεν υπήρχε

οργανωμένη δραστηριότητα ώστε να βοηθηθούν οι χρήστες στο ξεκίνημα τους ή να

τους παραχθούν κάποιες οδηγίες. Το πρώτο βήμα για την διευθέτηση το περιορισμών

αυτών ήταν η εξέταση των γλωσσών προσομοίωσης. Αυτό έγινε σε μια ημερίδα

γλωσσών προσομοίωσης στο πανεπιστήμιο του Stanford τον Μάρτιο του 1964.

Κατόπιν, τον Μάιο του 1965 στην Νέα Υόρκη, υπήρξε μια συζήτηση περί των

γλωσσών προσομοίωσης και των εφαρμογών της στο Συνέδριο της Διεθνής

Ομοσπονδίας Εξεργασίας Πληροφοριών (IFIP), το οποίο οδήγησε, τον Μάρτιο του

1966, σε άλλη ημερίδα στο Πανεπιστήμιο της Πενσυλβανίας. Ένα από τα

αποτελέσματα της ημερίδας αυτής ήτανε η απαίτηση ενός πιο λεπτομερούς συνεδρίου

σχετικά με τις χρήσεις της προσομοίωσης διεργασιών[2].

Λίγα χρόνια αργότερα η εταιρία ChemShare στο Houston των ΗΠΑ κυκλοφόρησε το

Design 2, ένα ικανό πρόγραμμα διαγραμμάτων ροής για εφαρμογές στο φυσικό αέριο

και πετρέλαιο. Εκείνη την εποχή, η επέκταση των βιομηχανιών διύλισης και

πετροχημικών υπήρξε σαν κίνητρο για την έλευση παραπλήσιων λογισμικών για

ηλεκτρονικούς υπολογιστές. Κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1970, όταν η Fortran

είχε γίνει μια πολύ δημοφιλής γλώσσα προγραμματισμού, αναπτύχθηκαν αλγόριθμοι

τους οποίους ακόμα και σήμερα χρησιμοποιούμε ως βάση για τις προσομοιώσεις

χημικών διεργασιών. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου τα μεγάλα ιδρύματα της

μηχανικής, καθώς και ορισμένες μεγάλες κατασκευαστικές εταιρείες διύλισης και

πετροχημικών βιομηχανιών ανέπτυξαν δικά τους, εσωτερικής χρήσης προγράμματα

προσομοιώσεων διεργασιών, τα οποία κατά μεγάλο ποσοστό ακολούθησαν την ίδια

αρχιτεκτονική κατασκευής. Ωστόσο, ορισμένοι βασίστηκαν σε καθαρά μαθηματικά

μοντέλα εξισώσεων, όπως η Speedup στο Imperial College στο Λονδίνο (Ηνωμένο

Βασίλειο) και TISFLO στο DSM στην Ολλανδία[1].

Η προσομοίωση διεργασιών έγινε μάθημα το οποίο διδάσκονταν σε Μηχανικούς

Βιομηχανίας στα σχολεία αλλά σπανίως υπήρχε εφαρμογή της. Οι μηχανικοί

περνούσαν πολλές ώρες μπροστά από τους υπολογιστές, κάνοντας φαινομενικά

ατέλειωτα «τρεξίματα» ώστε να μπορέσουν να βρουν ασαφή προβλήματα και λάθη

στους υπολογισμούς τους. Στα μέσα της δεκαετίας του ’70 παρουσιάστηκαν τα

Λογιστικά Φύλλα Εργασίας (spreadsheets) τα οποία και χρησιμοποιήθηκαν από

Page 24: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 24 - ΈΤΟΣ: 2013

κάποιους οπαδούς του είδους. Η δημοτικότητα της προσομοίωσης διεργασιών, ως

ένα ισχυρό εργαλείο, αυξήθηκε με έναν μεγάλο αριθμό διασκέψεων και συνεδρίων[2].

Η πρώτη παγκόσμια πετρελαϊκή κρίση το 1973 αύξησε σε μεγάλο βαθμό το

ενδιαφέρον για την προσομοίωση χημικών διεργασιών με εναλλακτικές πρώτες ύλες,

όπως ο άνθρακας και η βιομάζα. Το 1976 το ΜΙΤ και το Τμήμα Ενέργειας των ΗΠΑ

ξεκίνησαν από κοινού την ανάπτυξη του λογισμικού Aspen 3. Η έλευση υψηλής

ταχύτητας συστημάτων ηλεκτρονικών υπολογιστών βοήθησε σημαντικά τις

επιχειρήσεις που ειδικευόταν σε προγράμματα προσομοίωσης και μοντελοποίησης

διεργασιών. Γενικότερα οι επιστημονικές μελέτες αναπτύχτηκαν από μεμονωμένα

προγράμματα σε μεγάλα πακέτα εφαρμογών σχεδιασμένα ως βιομηχανικά

προϊόντα[2].

Ένα σημάδι της αυξανόμενης ανάπτυξης του τομέα ήτανε ένα συνέδριο στο Μαϊάμι το

1978 όπου συζητήθηκε το θέμα «Αποτυχίες της προσομοίωσης», το οποίο εξηγούσε

το τι μπορεί να πάει στραβά σε μια προσομοίωση και το θέμα «Διαχείριση

Προγραμμάτων Προσομοίωσης». Επίσης υπήρξαν αρκετά σεμινάρια και εργασίες τα

οποία οργανώθηκαν σε τμήματα συνεδριάσεων για αρχάριους, ενδιάμεσους και

προχωρημένους εξασκούμενους[2].

Οι δύο κοινοί φόβοι των προσομοιώσεων διεργασιών στις αρχές της δεκαετίας του ‘80

ήτανε οι εξής:

1. Η χρήση προγραμμάτων προσομοιώσεις διεργασιών ήτανε εξαιρετικά

περίπλοκη και μόνο εξειδικευμένοι χρήστες μπορούσαν να τα

χρησιμοποιήσουν.

2. Η εκτέλεση της προσομοίωσης φαινόταν να διαρκεί εξαιρετικά μεγάλο χρόνο,

λόγω του δύσκολου προγραμματισμού και των διορθώσεων αυτού[2].

Στις αρχές του 1980 αρκετά προγράμματα προσομοιώσεων διεργασιών γραμμικής

ροής, ήτανε διαθέσιμα στους κεντρικούς υπολογιστές (mainframes), όπου μέσω

διεθνή δικτύων γινόταν διαθέσιμα σε έναν μεγάλο αριθμό χρηστών για την επίτευξη

διαφόρων εργασιών και ερευνών (time-sharing networks). Τα δίκτυα αυτά από το

1980 ως και το 1990 ήτανε η αρχή για την δημιουργία του σημερινού Internet[1].

Το 1982 τα περισσότερα προγράμματα προσομοίωσης διεργασιών επικεντρωνόταν

στον προγραμματισμό εφοδιασμού διαφόρων υλικών των γραμμών παραγωγής

(MRP), όπου εξεταζότανε μόνο ο συγχρονισμός και η ταξινόμηση των εντολών

Page 25: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΩΝ ΧΗΜΙΚΩΝ-ΦΥΣΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 25 - ΈΤΟΣ: 2013

αδιαφορώντας για τα όρια δυναμικότητας της γραμμής παραγωγής. Παρόλο την

χρήση των αυτών των λογισμικών δεν υπήρχε πραγματική αύξηση της

παραγωγικότητας διαμέσου της καλύτερης αξιοποίησης των αυτοματισμών του

εργοστασίου. Εκατοντάδες ρομποτικά συστήματα και εξοπλισμός ελεγχόμενος από

υπολογιστές, αξίας πολλών εκατομμυρίων δολαρίων ήτανε άχρηστος γιατί οι

δυνατότητες τους δεν αξιοποιούτανε επαρκώς και έτσι οι εργαζόμενοι ξόδευαν τον

χρόνο τους σε επιπλέον δουλειές. Όλα αυτά λόγω του φτωχού προγραμματισμού

των εργασιών. Στα μέσα του 1982 εμφανίστηκαν οι προσωπικοί υπολογιστές.

Συστήματα με μικροεπεξεργαστές των 16 bit και δυνατότητα και ικανά για την

εκμετάλλευση 128Κ, 256Κ και 512Κ μνημών. Το 1983 ο αριθμός των εταιριών όπου

χρησιμοποιούσαν προγράμματα προσομοιώσεων ήτανε μικρός. Με την επανάσταση

όμως το συστημάτων πληροφοριών όπου μπορούσαν να συλλέξουν και να

αποθηκεύσουν μεγάλο σε όγκο των απαραιτήτων δεδομένων για την σχεδίαση και

συντήρηση των μοντέλων, η προσομοίωση διεργασιών για σχεδιασμό παραγωγής

έγινε περισσότερο εφικτή[2].

Με την ανάπτυξη του λογισμικού Slam II από την εταιρία Pritsker και των

συνεργατών της,το 1983, ο τομέας της προσομοίωσης διεργασιών έγινε ένα

πανίσχυρο εργαλείο. Γενικά χρησιμοποιήθηκε σε υπολογιστές της IBM. Το Slam II

παρείχε τρείς διαφορετικές καινοτομίες στην σχεδίαση:

1. Δίκτυο

2. Μη συνεχής λειτουργία

3. Συνεχής λειτουργία και ευελιξία ώστε να χρησιμοποιηθεί οποιοσδήποτε

συνδυασμός τους σε ένα απλό μεμονωμένο μοντέλο προσομοίωσης. Το

κόστος του ήταν 975 δολάρια[2].

Στα μέσα του ’80 αναπτύχτηκαν δύο νέα προγράμματα το Siman IV και Cinema IV,

το οποία ήταν τα νεώτερα λογισμικά προσομοίωσης και animation για συστήματα

σχεδιασμού. Τα μοντέλα των σύνθετων συστημάτων διεργασιών μπορούσαν να

αναπτυχθούν εξ ολοκλήρου μέσα στο Siman, εύκολα με την βοήθεια μενού τα οποία

καθοδηγούσαν τον χρήστη. Νέες διαδραστικές (interactive) δυνατότητες βοήθησαν

στην κατασκευή και επικύρωση (validate) των μοντέλων. Στις δυνατότητες του

Cinema IV προστέθηκαν γραφικές παραστάσεις, η δυνατότητα σχεδιαγραμμάτων σε

πραγματικό χρόνο, γραφικά συχνοτήτων και άλλα εξελιγμένα εργαλεία σχεδίασης[2].

Page 26: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 26 - ΈΤΟΣ: 2013

Το 1984 αναπτύχτηκε η πρώτη γλώσσα προσομοίωσης σχεδιασμένη ειδικά για

μοντελοποίηση συστημάτων κατασκευαστικού κλάδου. Στα τέλη του 80 με την

ανάπτυξη του μοντέλου ασυνεχούς γεγονότων, η διοίκηση ήταν σε θέση να

αξιολογήσει το κόστος-κέρδος των εναλλακτικών λύσεων, των διαφόρων σχεδίων

συντήρησης, του προγράμματος επισκευών του εξοπλισμού όπως και τις εργασίες

αντικατάστασης ή μετατροπής μηχανημάτων[2].

Στις αρχές του 1990 η κυριαρχία των προσωπικών ηλεκτρονικών υπολογιστών ήταν

γεγονός. Τα λειτουργικά συστήματα Unix και Windows και με την δυνατότητα πλέον

του σχεδιασμού προγραμμάτων προσομοίωσης διεργασιών νέας γενιάς. Το γραφικό

περιβάλλον του χρήστη έγινε το βασικό κομμάτι για την βελτίωση των

προγραμμάτων αυτών. Η χρησιμότητα της προσομοίωσης στο σχεδιασμό αυξάνεται

εκθετικά[1].

Η δυνατότητες της προσομοίωσης σαν εργαλείο έγινε εμφανής στα μέσα του ’90.

Διάφορες προκλήσεις αντιμετωπίστηκαν από εταιρίες όπως η Universal Data

Systems, μια εταιρία με εξαιρετικά σύγχρονες εγκαταστάσεις συναρμολόγησης

ηλεκτρονικών συστημάτων. Το εμπόδιο ήταν η μετατροπή ολόκληρου του

εργοστασίου σε ένα υβριδικό συνεχούς διαδοχικής ροής εργοστασίου (flow-shop),

στο οποίο μια συγκεκριμένη μονάδα θα προχωρούσε από την παρούσα στην

επόμενη λειτουργία μόλις αυτή ολοκληρώνονταν. Μια σημαντική επιφύλαξη αυτής

της αλλαγής ήταν η επίδραση που θα είχε στο απόθεμα των τελικών προϊόντων. Τα

πειράματα πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας ένα πρόγραμμα προσομοίωσης

γραμμένο σε GPSS, για προσωπικό υπολογιστή σε σύστημα IBM PC/AT. Το

πρόγραμμα χρειάστηκε 30 ημέρες για να προσομοιώσει τις διεργασίες και τα

αποτελέσματα ήτανε θετικά με ενδεχόμενο την μετατροπή ολόκληρου του

εργοστασίου σε ένα εργοστάσιο συνεχούς διαδοχικής λειτουργίας σε σχέση με το

αρχικό στο οποίο η λειτουργία γινόταν κατά παρτίδες (batch) [2].

Τα μοντέλα της προσομοίωσης χρησιμοποιήθηκαν όλο και περισσότερο στον

σχεδιασμό νέων εργοστασίων και στον προγραμματισμό της ροής των εργασιών στις

νέες εγκαταστάσεις. Η τεχνολογία βοήθησε τόσο πολύ τον τομέα των

προσομοιώσεων, έτσι ώστε οι προσομοιωτές έγιναν πιο γρήγοροι, πιο φθηνοί και με

πολύ μεγαλύτερη ανταπόκριση στα σχέδια των προγραμματιστών τους[2].

Το 1998 άρχισαν να ξεχωρίζουν κάποια λογισμικά όπως το Micro Saint 2.0 για

Windows 95. Το πρόγραμμα αυτό παρείχε δυνατότητα αυτόματης συλλογής

Page 27: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΩΝ ΧΗΜΙΚΩΝ-ΦΥΣΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 27 - ΈΤΟΣ: 2013

δεδομένων, βελτιστοποίηση και ένα νέο προσιτό περιβάλλον σε Windows. Επιπλέον

δεν απαιτούσε την ικανότητα του χρήστη να γράψει με κώδικα σε κάποια γλώσσα

προγραμματισμού[2].

Σήμερα η προσομοίωση διεργασιών έχει προχωρήσει σε τέτοιο σημείο όπου το

λογισμικό επιτρέπει στον χρήστη να σχεδιάσει, να εκτελέσει και να «ζωντανέψει»,

οποιοδήποτε κατασκευαστική γραμμή παραγωγής σε οποιοδήποτε επίπεδο

λεπτομέρειας. Ένας σύνθετος μεταφορικός ιμάντας παραγωγής 2000-ποδιών μπορεί

να σχεδιαστεί σε λίγα μόνο λεπτά. Τα προϊόντα, ο εξοπλισμός και οι πληροφορίες

συνδέονται σε έναν ενιαίο κόσμο τεσσάρων διαστάσεων (X, Y, Z και Χρόνος) για τον

καθορισμό της συμπεριφοράς τους[2].

Οι προηγμένες εκδόσεις των λογισμικών προσομοίωσης σήμερα, υποστηρίζει τα

ακόλουθα χαρακτηριστικά γνωρίσματα :

Το μεμονωμένα δομημένο περιβάλλον επιτρέπει στον χρήστη να εισάγει

γρήγορα τα γεωμετρικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά της γραμμής

παραγωγής και του εξοπλισμού στο μοντέλο.

Τεχνολογικά αναπτυγμένα συστήματα, παράγουν αυτόματα πληροφορίες

καθώς και τα αναδυόμενα μενού και πλαίσια διαλόγου καθοδηγούν τον

χρήστη στην σχεδίαση της διεργασίας.

Διάφορες αλλαγές μπορούν να γίνουν γρήγορα και εύκολα με πολύ

λιγότερες πιθανότητες σφαλμάτων.

Τα έτοιμα πρότυπα σχεδίων που προ-υπάρχουν στα λογισμικά κάνουν τον

χρήστη περισσότερο παραγωγικό χωρίς να σπαταλά άσκοπα χρόνο στον

προγραμματισμό τους.

Ο χρήστης μπορεί να ελέγξει και να εξετάσει τα σχέδια, να απαντήσει σε

ερωτήματα όπως «τι θα γινόταν, αν …;», να ερευνήσει περισσότερες

εναλλακτικές λύσεις, να εξετάσει πιθανόν δυσλειτουργίες των συστημάτων,

όπως επίσης να πληροφορηθεί μέσω της τρισδιάστατης απεικονίσεως τους,

πριν καν την εφαρμογή όλων αυτών.

Ο τομέας της προσομοίωσης διεργασιών έχει αναπτυχθεί με πολύ γρήγορους

ρυθμούς από την δεκαετία του ’90. Προβλέπεται ότι στο μέλλον οι επιχειρήσεις που

δεν χρησιμοποιούν λογισμικό προσομοίωσης μπορούν να βρεθούν αντιμέτωπες στο

να μην είναι ανταγωνιστικές[2].

Page 28: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 28 - ΈΤΟΣ: 2013

Μια λίστα με προγράμματα που χρησιμοποιούνται για την προσομοίωση ισοζυγίων

μάζας και ενέργειας σε εργοστάσια χημικών διεργασιών[5]:

Alph, an iOS process simulator

APMonitor Modeling Language

ASCEND

Aspen Plus, Aspen HYSYS, Aspen Custom Modeler by Aspen Technology

ASSETT, D-SPICE and K-Spice by Kongsberg Oil & Gas Technologies AS

CADSIM Plus by Aurel Systems Inc.

CHEMASIM, inhouse thermodynamical simulation program at BASF

CHEMCAD by Chemstations

COCO simulator

COMSOL Multiphysics

Design II for Windows by WinSim Inc.

Distillation Expert Trainer [1]

DWSIM (open-source)

DynoChem by Scale-up Systems Ltd.

EcosimPro

EMSO, the Environment for Modelling, Simulation and Optimisation from the

ALSOC Project

Dymola

FlowManager by FMC Technologies

Flowtran Simulation by Monsanto (1961)

GIBBSim

gPROMS by PSE Ltd

HSC Sim by Outotec [2]

INDISS by RSI

ICAS: Integrated Computer Aided System developed by CAPEC

IDEAS by Andritz Automation

iiSE Simulator by VRTech

Jacobian by RES Group

LIBPF, the C++ LIBrary for Process Flowsheeting

Mobatec Modeller by Mobatec

Page 29: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΩΝ ΧΗΜΙΚΩΝ-ΦΥΣΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 29 - ΈΤΟΣ: 2013

MiMic by MYNAH Technologies. http://www.mynah.com

OLGA by SPT Group (Scandpower)

Omegaland by Yokogawa

OpenModelica

PIPE-FLO Professional by Engineered Software, Inc.

PottersWheel Matlab toolbox to calibrate parameters in chemical reaction

networks (free for edu/academic usage)

Prode Sim, Properties

ProSimulator by Sim Infosystems

ProSimPlus by ProSim

Petro-SIM by KBC Advanced Technologies

Pro-Steam by KBC Advanced Technologies

PETROX

ProMax, TSWEET, and PROSIM by Bryan Research and Engineering

PRO/II, DYNSIM & ROMeo (process optimizer)

RecoVR by VRTech

QMC Suite by QUALITY MONITORING & CONTROL

Sim42 by Raul Cota and others

SimCreate by TSC Simulation

Simulis by ProSim

SPEEDUP by Roger W.H. Sargent and students

SolidSim - flowsheet simulation of solids processes by SolidSim Engineering

GmbH

SuperPro Designer by Intelligen

SysCAD

System7 by Epcon International

UniSim Design & Shadow Plant by Honeywell

Usim Pac by Caspeo

VMGSim by Virtual Materials Group[5]

1.3 Λογισμικό Προσομοίωσης Aspentech Hysys®

Για την υλοποίηση του project προσομοίωσης ενός Διαχωριστή Αναμορφωματος το

οποίο θα αναλυθεί στα επόμενα κεφάλαια επιλέχθηκε το λογισμικό προσομοίωσης

Hysys της εταιρίας AspenTech.

Page 30: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 30 - ΈΤΟΣ: 2013

Το Hysys αποτελεί ένα από τα πιο δυναμικά εργαλεία των λογισμικών της εταιρίας

AspenTech στον τομέα της προσομοίωσης βιομηχανικών διεργασιών και του process

flow sheeting. Tο Hysys όπως και άλλοι προσομοιωτές χημικών διεργασιών

χρησιμοποιούνται για τον βέλτιστο σχεδιασμό μιας διεργασίας (process). Επίσης

χρησιμοποιείται στην μοντελοποίηση υπαρχόντων εγκαταστάσεων με στόχο να

ελέγξει τις συνθήκες και τη λειτουργία του βιομηχανικού εξοπλισμού, να υπολογίσει

τα προϊόντα και να διερευνηθούν τρόποι βελτίωσης της διεργασίας. Ένα βασικό

χαρακτηριστικό του Hysys είναι ότι συνεργάζεται αλλά και προσαρμόζει στο

περιβάλλον του τα υπόλοιπα πακέτα λογισμικού της AspenTech ως plug-in options.

Εξαιτίας του παραπάνω γεγονότος του δίνεται η δυνατότητα να μετασχηματίζεται σε

ένα μοναδικό εργαλείο με δυνατότητες υπολογισμού – ελέγχου ποιότητας

βιομηχανικών εγκαταστάσεων και δημιουργίας οικονομοτεχνικών αναλύσεων[4].

Η επιλογή του λογισμικού Hysys έγινε λόγω των παρακάτω πλεονεκτημάτων του:

Είναι ένα ισχυρό εργαλείο Προσομοίωσης Χημικών Διεργασιών που

χρησιμοποιεί ισχυρά θερμοδυναμικά μοντέλα.

Παρέχει μεγάλη ευελιξία μέσο του σχεδιαστικού του περιβάλλον

Παρέχει μεγάλη ακρίβεια υπολογισμών και σταθερότητα[6].

Είναι φιλικό στην χρήση του σε ένα εύκολο στην χρήση γραφικό

περιβάλλον.

Όλα τα παραπάνω προσφέρονται μέσο ενός υπολογιστικού πακέτου που οδηγεί την

αναπαράσταση ενός ρεαλιστικού μοντέλου[6].

Page 31: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΒΕΝΖΙΝΩΝ ΣΕ ΔΙΥΛΙΣΤΗΡΙΟ ΤΥΠΟΥ HYDRO SKIMMING

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 31 - ΈΤΟΣ: 2013

2. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2

ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΒΕΝΖΙΝΩΝ ΣΕ ΔΙΥΛΙΣΤΗΡΙΟ ΤΥΠΟΥ

HYDROSKIMMING

2.1 Εισαγωγή

Με τον όρο Hydroskimming ορίζουμε τον πιο απλό τύπου διυλιστηρίου που

χρησιμοποιείται στις βιομηχανίες πετρελαίου. Ένα διυλιστήριο τύπου hydroskimming

ορίζετε σαν ένα διυλιστήριο το οποίο χρησιμοποιεί μία στήλη ατμοσφαιρικής

απόσταξης, διεργασίες για αναμόρφωση της νάφθας και κάποιες ακόμη απαραίτητες

διεργασίες επεξεργασίας των επιμέρους προϊόντων[9].

Το παρακάτω σχήμα επεξηγεί γενικά την διαδικασία παραγωγής προϊόντων σε ένα

απλό διυλιστήριο τύπου Hydroskimming:

Μετά την τροφοδοσία του Αργού Πετρελαίου στον Πύργο Κλασματικής Ατμοσφαιρικής

Απόσταξης και την διαδικασία ατμοσφαιρικής απόσταξης παράγονται τα κλάσματα

προϊόντων του αργού πετρελαίου. Το προϊόν με το οποίο θα ασχοληθούμε είναι αυτό

Μαζούτ

Ντήζελ / Πετρέλαιο

Θέρμανσης

Γλύκανση

Κηροζίνης

Ατμ

οσ

φα

ιρικ

ή

Απ

όσ

ταξη

Υδρογονοκατερ-

γασία Νάφθας

Δια

χω

ρισ

τής

(Sp

litt

er)

Νά

φθα

ς

Κηροζίνη /

Jet

ΑναμόρφωσηΠροϊόν

Αναμόρφωσης

LPG

Ελαφριά

Νάφθα

Αργό

Πετρέλαιο

Υδρογονοκατερ-

γασία Gasoil

Σχήμα 2.1: Διαδικασία Παραγωγής Προϊόντων Πετρελαίου[24]

Page 32: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 32 - ΈΤΟΣ: 2013

που παίρνουμε από την κορυφή της στήλης ατμοσφαιρικής απόσταξης το οποίο

ονομάζετε Νάφθα. Η νάφθα είναι ενδιάμεσο προϊόν διύλισης του πετρελαίου. Δηλαδή

δεν αποτελεί τελικό εμπορεύσιμο καύσιμο, αλλά προϊόν της πρώτης απόσταξης του

αργού, ή και προϊόν άλλων διεργασιών όπως η καταλυτική πυρόλυση και άλλες, το

οποίο τυγχάνει κατόπιν περαιτέρω επεξεργασίας για να δώσει καύσιμα προϊόντα

επιθυμητών προδιαγραφών όπως η βενζίνη. O όρος νάφθα είναι ένας αρκετά γενικός

όρος και όχι αρκετά ακριβής όρος, διότι κάθε ένα διυλιστήριο δεν είναι ποτέ ακριβώς το

ίδιο με κάποιο άλλο και η «νάφθα» που παράγει κάποια μονάδα δεν είναι η ίδια με τη

«νάφθα» κάποιας άλλης. Ωστόσο γενικά μπορούμε να πούμε ότι πρόκειται για μείγμα

υδρογονανθράκων που έχει αρχικό σημείο βρασμού περίπου 35 °C και τελικό σημείο

βρασμού περίπου 200 °C και αποτελείται κυρίως από παραφίνες, ναφθένια και

αρωματικούς υδρογονάνθρακες τεσσάρων ως και δέκα ή έντεκα ατόμων άνθρακα[22].

Νάφθα δηλαδή αποκαλείται γενικά, αλλά όχι μόνο, το κλάσμα της απόσταξης του αργού

πετρελαίου που βρίσκεται μεταξύ του LPG (δηλαδή των αερίων της κορυφής της

απόσταξης) και της κηροζίνης. Το κλάσμα αυτό αποτελείται κυρίως από αλκάνια και

ναφθένια με 5 έως 9 άτομα άνθρακα[11].

2.2 Επεξεργασία Νάφθας για την Παραγωγή Βενζινών

Σε συνέχεια της ατμοσφαιρικής απόσταξης το προϊόν που εξάγετε από την κορυφή της

στήλης ονομάζετε, όπως αναφέρθηκε και παραπάνω, Νάφθα. Για την επεξεργασία της

νάφθας και την παραγωγή του τελικού προϊόντος το οποίο είναι η βενζίνη η νάφθα

πρέπει να υποστεί σε μια αλληλουχία διεργασιών όπως φαίνετε και στο παρακάτω

σχήμα.

Σχήμα 2.2: Διαδικασία Παραγωγής Προϊόντων Κορυφής

Page 33: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΒΕΝΖΙΝΩΝ ΣΕ ΔΙΥΛΙΣΤΗΡΙΟ ΤΥΠΟΥ HYDRO SKIMMING

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 33 - ΈΤΟΣ: 2013

Αρχικά με λίγα λόγια η Νάφθα μετά την παραγωγή της προχωρά στην διαδικασία

αποθείωσης με την τεχνική της Υδρογονοκατεργασίας, όπου γίνεται:

Απομάκρυνση ετεροατόμων και κορεσμός δεσμών άνθρακα – άνθρακα.

Απομάκρυνση αζώτου, οξυγόνου και μετάλλων.

Κορεσμός ολεφινικών και αρωματικών δεσμών.

Μείωση του μέσου μοριακού βάρους και παραγωγή ελαφρών καυσίμων σε

υψηλότερες αποδόσεις.

Απομάκρυνση ενώσεων θείου.

Ελαχιστοποίηση μετατροπής της τροφοδοσίας σε ελαφρύτερα προϊόντα[10].

Μετά το πέρας της διεργασίας αυτής το προϊόν εισάγετε στην μονάδα Διαχωρισμού

Ελαφρών όπου οι C4- υδρογονάνθρακες, δηλαδή η ελαφριά νάφθα και το LPG

εξάγονται από την κορυφή. Το προϊόν του πυθμένα τροφοδοτεί την μονάδα

Διαχωρισμού Νάφθας η οποία με την σειρά της διαχωρίζει το προϊόν σε Light Virgin

Naphtha (LVN) από το ρεύμα της κορυφής το οποίο αποτελείται από C5-C6

υδρογονάνθρακες και σε Heavy Virgin Naphtha (HVN) από το ρεύμα του πυθμένα το

οποίο αποτελείται από C6-C10 υδρογονάνθρακες. Το ρεύμα με το προϊόν LVN

τροφοδοτεί την μονάδα Ισομερισμού στην οποία γίνονται μια σειρά αντιδράσεων

ισομερισμού με στόχο την αύξηση των οκτανίων (RON) του προϊόντος. Σε συνέχεια της

μονάδας Ισομερισμού το προϊόν Ισομερές κατευθύνετε προς το Blending για την

ανάμιξη του με το προϊόν της μονάδας Αναμόρφωσης, όπως θα δούμε στην συνέχεια,

και την παραγωγή του τελικού προϊόντος, την βενζίνη[25].

Το ρεύμα με το προϊόν HVN το οποίο αποτελείται από C6 - C10 υδρογονάνθρακες,

τροφοδοτεί την μονάδα Αναμόρφωσης Βαριάς Νάφθας CCR (συνεχούς αναγέννησης

καταλύτη). Σκοπός της μονάδας είναι να παράγει, ένα ρεύμα υγρών υδρογονανθράκων

υψηλού αριθμού οκτανίων (αναμόρφωμα) το οποίο αποτελεί βασικό συστατικό της

βενζίνης. Το προϊόν το οποίο παράγεται από την μονάδα Αναμόρφωσης τροφοδοτεί την

Μονάδα Διαχωρισμού Αναμορφώματος όπου λόγω των αντιδράσεων που

προηγήθηκαν δημιουργήθηκαν νέοι C5-C6 υδρογονάνθρακες, οι οποίοι εξάγονται από

την κορυφή του Πύργου Διαχωρισμού αναμορφώματος και τροφοδοτούν επίσης μαζί

με το ρεύμα LVN της μονάδας Διαχωρισμού Νάφθας την μονάδα Ισομερισμού. Το

ρεύμα του πυθμένα της μονάδας Διαχωρισμού Αναμορφώματος ενώνεται με το ρεύμα

του προϊόντος της μονάδας Ισομερισμού και κατευθύνονται για το τελικό Blending και

την παραγωγή του τελικού προϊόντος, την βενζίνη.

Page 34: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 34 - ΈΤΟΣ: 2013

2.2.1 Περιγραφή Μονάδας Ισομερισμού

Σχήμα 2.3: Περιγραφή Μονάδας Ισομερισμού

2.2.1.1 Γενικά στοιχεία

Η ελαφριά νάφθα αποτελεί το ελαφρύτερο υγρό κλάσμα της απόσταξης του αργού

πετρελαίου. Η ελαφριά νάφθα αποτελείται κατά κύριο λόγο από C5/C6 παραφίνες. Η

χρησιμοποίηση της ελαφριάς νάφθας βοηθά να ικανοποιηθούν οι προδιαγραφές

πτητικότητας (καμπύλη απόσταξης). Επίσης, πρόκειται για συστατικά που δε μπορούν

να χρησιμοποιηθούν σε άλλο προϊόν εκτός της βενζίνης. Όμως, οι κανονικές C5/C6

παραφίνες έχουν χαμηλούς αριθμούς οκτανίου, κάτι που καθιστά την ανάμιξή τους στη

βενζίνη πολύ δύσκολη. Οι διακλαδωμένης αλυσίδας C5 και C6 υδρογονάνθρακες

(ισοπαραφίνες) έχουν υψηλότερους αριθμούς οκτανίου, και είναι επομένως

καταλληλότεροι για να χρησιμοποιηθούν ως συστατικά ανάμιξης της βενζίνης (Πίνακας

1).

Η διεργασία του ισομερισμού (isomerization process) είναι σχεδιασμένη για συνεχή

καταλυτική μετατροπή των πεντάνιων, εξανίων και των μιγμάτων τους στα αντίστοιχα

ισομερή (μετατροπή κανονικών παραφινών σε ισοπαραφίνες). Η διεργασία

πραγματοποιείται σε περιβάλλον υδρογόνου πάνω σε σταθερή κλίνη καταλύτη και υπό

Page 35: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΒΕΝΖΙΝΩΝ ΣΕ ΔΙΥΛΙΣΤΗΡΙΟ ΤΥΠΟΥ HYDRO SKIMMING

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 35 - ΈΤΟΣ: 2013

συνθήκες λειτουργίας που προωθούν τον ισομερισμό και ελαχιστοποιούν την

υδρογονοπυρόλυση[12].

Ο καταλύτης ισομερισμού πρέπει να μετατρέψει τις παραφίνες της τροφοδοσίας σε

υψηλού αριθμού οκτανίου διακλαδισμένα μόρια – C5 σε ισοπεντάνιο, C6 σε 2-3 διμεθυλο

βουτάνιο, και παρόμοια – όμως, η αντίδραση ισομερισμού είναι αντίδραση ισορροπίας

(αμφίδρομη αντίδραση) που προτιμάται να γίνεται σε χαμηλές θερμοκρασίες που

ευνοούν το σχηματισμό των διακλαδισμένων ισομερών. Η αφυδρογονοκυκλίωση

(παραγωγή ναφθενίων από παραφίνες) δεν ευνοείται και το προϊόν εξόδου του

αντιδραστήρα περιέχει λιγότερα ναφθένια σε σχέση με την τροφοδοσία. Η κατανομή

ισορροπίας των C6 ισομερών είναι περίπου 45/55 μεταξύ των υψηλότερου αριθμού

οκτανίου διμεθυλο βουτανίων και των χαμηλότερου αριθμού οκτανίου μεθυλο

πεντάνιων[18]. Για τυπικές C5/C6 τροφοδοσίες, η ισορροπία περιορίζει τον αριθμό

οκτανίου (RON) των προϊόντων σε 83 – 85 για αντίδραση απλής διέλευσης.

Υδρογονάνθρακες Σημείο Βρασμού Τάση Ατμών

RON MON °C °F kPa psi

κ- πεντάνιο 36,0 96,8 107,9 15,7 61,7 62,6

ισο-πεντάνιο 27,9 82,2 141,1 20,5 92,3 90,3

κ- εξάνιο 68,8 155,8 34,4 5,0 24,8 26,0

2 μεθυλο πεντάνιο 60,2 140,4 46,6 6,8 73,4 73,5

3 μεθυλο πεντάνιο 63,2 145,8 42,1 6,1 74,5 74,3

2-2 διμεθυλο βουτάνιο 49,8 121,6 68,0 9,9 91,8 93,4

2-3 διμεθυλο βουτάνιο 58,0 136,4 42,1 6,1 101,0 94,3

Πίνακας 2.1: Ιδιότητες κανονικών και ισο- παραφινών

Η τροφοδοσία της μονάδας ισομερισμού είναι ένα κλάσμα C5/C6 (ελαφριά νάφθα) που

έχει υποστεί υδρονοκατεργασία και είναι απαλλαγμένη από θείο, άζωτο και νερό. Το

μεγαλύτερο μέρος του κανονικού επτανίου συμπεριλαμβάνεται κανονικά στην

τροφοδοσία της καταλυτικής αναμόρφωσης, όπου μετατρέπεται σε υψηλού αριθμού

οκτανίου τολουόλιο, επειδή στις συνθήκες λειτουργίας του ισομερισμού, μέρος του C7

Page 36: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 36 - ΈΤΟΣ: 2013

πυρολύεται προς C3 και C4. Ο καταλύτης του ισομερισμού πέραν αυτού της πυρόλυσης

δεν έχει κανένα πρόβλημα λειτουργίας σε περίπτωση υψηλής περιεκτικότητας της

τροφοδοσίας σε C7 παραφίνες. Το βενζόλιο, εάν υπάρχει στην τροφοδοσία,

υδρογονώνεται προς κυκλοεξάνιο, το οποίο στη συνέχεια ισομερίζεται προς ένα μίγμα

μεθυλο κυκλοπεντανίου – κυκλοεξανίου, και μερικώς μετατρέπεται σε ισοπαραφίνη. Με

αυτόν τον τρόπο υπάρχει απώλεια σε αριθμό οκτανίου, αλλά υπάρχει αύξηση του όγκου

του παραγόμενου υγρού προϊόντος με παράλληλη απομάκρυνση ενός ανεπιθύμητου

συστατικού (βενζόλιο).

Η τροφοδοσία της μονάδας ισομερισμού πρέπει να υποστεί υδρογονοκατεργασία για να

απομακρυνθεί το θείο. Το θείο μειώνει το ρυθμό ισομερισμού και επομένως και τον

αριθμό οκτανίου. Η επίδρασή της, εντούτοις, είναι προσωρινή, και ο καταλύτης ανακτά

την κανονική του δραστικότητα του μόλις πέσει η περιεκτικότητα σε θείο της

τροφοδοσίας. Το νερό είναι ο μόνος πιθανός μολυσματικός παράγοντας που μπορεί να

δηλητηριάσει τον καταλύτη και να περιορίσει το χρόνο ζωής του.

Η μονάδα ισομερισμού έχει συνήθως δύο αντιδραστήρες σε σειρά, που ο καθένας

περιέχει ίσο όγκο καταλύτη. Υπάρχει κατάλληλη διάταξη βαλβίδων και σωληνώσεων

που επιτρέπουν την αντιστροφή της σειράς των δύο αντιδραστήρων και την

απομόνωση καθενός για την αντικατάσταση του καταλύτη. Με την πάροδο του χρόνου,

ο καταλύτης απενεργοποιείται από την υγρασία. Όταν ο καταλύτης στον κύριο

αντιδραστήρα έχει απενεργοποιηθεί, ο αντιδραστήρας τίθεται εκτός λειτουργίας και

απομονώνεται για να γίνει αντικατάσταση του καταλύτη. Κατά τη διάρκεια της μικρής

χρονικής περιόδου που ο αντιδραστήρας είναι εκτός λειτουργίας, ο δεύτερος

αντιδραστήρας χρησιμοποιείται για να διατηρήσει τη συνεχή λειτουργία έως ότου

ολοκληρωθεί η αντικατάσταση του καταλύτη, επιτρέποντας έναν σχεδόν 100%

συντελεστή διαθεσιμότητας της μονάδας.

Και ο ισομερισμός και η υδρογόνωση του βενζολίου είναι εξώθερμες αντιδράσεις, και

παρατηρείται αύξηση θερμοκρασίας κατά μήκος του αντιδραστήρα. Η ισορροπία απαιτεί

ότι η θερμοκρασία του αντιδραστήρα να είναι τόσο χαμηλή όσο η επιτρέπει η

δραστικότητα του καταλύτη. Επομένως, τα προϊόν εξόδου από τον πρώτο

αντιδραστήρα ψύχεται εναλλάσσοντας θερμότητα με την ψυχρή τροφοδοσία πριν

εισαχθεί στο δεύτερο αντιδραστήρα. Κατά συνέπεια, το σύστημα δύο αντιδραστήρων

επιτρέπει την επιβολή μιας αντίστροφης κλίσης θερμοκρασίας. Το μεγαλύτερο μέρος

Page 37: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΒΕΝΖΙΝΩΝ ΣΕ ΔΙΥΛΙΣΤΗΡΙΟ ΤΥΠΟΥ HYDRO SKIMMING

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 37 - ΈΤΟΣ: 2013

του ισομερισμού ολοκληρώνεται σε υψηλό ρυθμό στον πρώτο αντιδραστήρα και υπό

περισσότερο ευνοϊκές συνθήκες ισορροπίας στο δεύτερο αντιδραστήρα.

2.2.1.2 Αντιδράσεις Ισομερισμού

Οι αντιδράσεις ισομερισμού είναι αυτές της μετατροπής των ευθείας αλυσίδας

κανονικών παραφινών στις αντίστοιχες διακλαδισμένης αλυσίδας ισοπαραφίνες. Έτσι,

το κανονικό πεντάνιο μετατρέπεται σε ισοπεντάνιο και το κανονικό εξάνιο σε μεθυλο

πεντάνιο και διμέθυλο βουτάνιο[13]. Οι αντίστοιχες αντιδράσεις είναι οι εξής (Σχήμα 2.4):

Σχήμα 2.4: Αντιδράσεις ισομερισμού[26]

CH3

CH2

CH2

CH2

CH3 CH

3

CH

CH2

CH3

CH3

κ-πεντάνιο ισο πεντάνιο

CH2

CH2

CH2

CH2

CH3

CH3

CH3

CH

CH2

CH2

CH3

CH3

CH3

CH

CH

CH3

CH3

CH3

CH3

CH2

CH

CH2

CH3

CH3

CH3

CH2

C

CH3

CH3

CH3

κ-εξάνιο

2 μεθυλο πεντάνιο

3 μεθυλο πεντάνιο

2,3 διμεθυλο βουτάνιο

2,2 διμεθυλο βουτάνιο

Page 38: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 38 - ΈΤΟΣ: 2013

2.2.2 Περιγραφή Μονάδας Καταλυτικής Αναμόρφωσης CCR

2.2.2.1 Γενικά

Η απαίτηση των αυτοκινήτων για βενζίνες υψηλού αριθμού οκτανίου έχει προωθήσει για

πολλά χρόνια τη χρήση της καταλυτικής αναμόρφωσης. Το προϊόν της καταλυτικής

αναμόρφωσης αντιπροσωπεύει 30 – 40% των απαιτήσεων σε βενζίνη αλλά, µε την

εφαρμογή περιορισμών στην περιεκτικότητα σε αρωματικά, το ποσοστό χρήσης του

έχει μειωθεί ελαφρά.

Στην καταλυτική αναμόρφωση, η αλλαγή της περιοχής βρασμού της τροφοδοσίας που

υφίσταται επεξεργασία στη μονάδα είναι σχετικά μικρή δεδομένου ότι οι

υδρογονάνθρακες αναμορφώνονται εκ νέου για να διαμορφώσουν αρωματικές ουσίες

υψηλού αριθμού οκτανίου µε πολύ μικρό βαθμό πυρόλυσης. Κατά συνέπεια η

καταλυτική αναμόρφωση αυξάνει βασικά τον αριθμό οκτανίου της βενζίνης παρά

αυξάνει την απόδοσή της. Στην πραγματικότητα υπάρχει µια μείωση στην παραγωγή

λόγω των αντιδράσεων υδρογονοπυρόλυσης που πραγματοποιούνται κατά τη

λειτουργία της αναμόρφωσης[19].

Οι τυπικές τροφοδοσίες της καταλυτικής αναμόρφωσης είναι βαριές νάφθες

ατμοσφαιρικής απόσταξης ( 82 – 190 °C ) και βαριές νάφθες υδρογονοπυρόλυσης.

Αυτά τα συστατικά αποτελούνται από τις τέσσερις κύριες κατηγορίες

υδρογονανθράκων: παραφίνες, ολεφίνες, ναφθένια και αρωματικά (PONA).

Σχήμα 2.5: Διεργασίες μονάδας CCR

Page 39: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΒΕΝΖΙΝΩΝ ΣΕ ΔΙΥΛΙΣΤΗΡΙΟ ΤΥΠΟΥ HYDRO SKIMMING

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 39 - ΈΤΟΣ: 2013

Οι παραφίνες και τα ναφθένια υφίστανται δύο τύπους αντιδράσεων κατά τη μετατροπή

τους σε συστατικά υψηλότερου αριθμού οκτανίου: κυκλοποίηση και ισομερισμό. Η

ευκολία και η πιθανότητα και των δύο αυξάνει µε τον αριθμό ατόμων άνθρακα στο

µόριο, και γι' αυτό το λόγο η αναμόρφωση πραγματοποιείται µόνο µε βαριά νάφθα ως

τροφοδοσία. Η ελαφριά νάφθα αποτελείται κυρίως από μικρού µοριακού βάρους

παραφίνες οι οποίες τείνουν να πυρολυθούν προς βουτάνιο και ελαφρύτερα συστατικά,

και η επεξεργασία της σε µονάδα καταλυτικής αναμόρφωσης είναι αντιοικονομική.

Υδρογονάνθρακες µε σημείο βρασμού άνω των 205 °C πυρολύονται εύκολα και

προκαλούν σημαντική απόθεση κοκ στον καταλύτη[14].

2.2.2.2 Σκοπός Μονάδας Συνεχούς Αναγέννησης Καταλύτη (CCR)

Σκοπός της μονάδας αναμόρφωσης είναι να παράγει, ένα ρεύμα υγρών

υδρογονανθράκων υψηλού αριθμού οκτανίων (αναμόρφωμα) το οποίο αποτελεί βασικό

συστατικό της βενζίνης, και ένα ρεύμα αερίου πλούσιο σε υδρογόνο. Η μονάδα

αναμόρφωσης είναι τύπου συνεχούς αναγέννησης καταλύτη (CCR).

Η μονάδα αποτελείται από δύο υπομονάδες:

1. την υπομονάδα αντίδρασης και σταθεροποίησης προϊόντος, η οποία αποτελεί

την κύρια διεργασία αναμόρφωσης.

2. την υπομονάδα αναγέννησης, στην οποία ο καταλύτης οδηγείται στον

αναγεννητή για την αναγέννηση του[30].

Η μονάδα αναμόρφωσης τύπου CCR σε σχέση με την μονάδα αναμόρφωσης τύπου

Semi Regen έχει τα παρακάτω πλεονεκτήματα:

εξαλείφει την ανάγκη σταματήματος της μονάδας

χρησιμοποιεί λιγότερο καταλύτη, διότι αυτός αναγεννάτε συνεχώς

έχει καλύτερη απόδοση (υψηλά οκτάνια προϊόντος και περισσότερη

υδρογονοπαραγωγή) [20].

Page 40: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 40 - ΈΤΟΣ: 2013

2.2.2.2.1 Υπομονάδα Αντίδρασης και Σταθεροποίησης Προϊόντος

Η υπομονάδα για λόγους καλύτερης κατανόησης χωρίζεται στα παρακάτω τμήματα:

1. Το τμήμα αντίδρασης στο οποίο λαμβάνουν χώρα οι αντιδράσεις αναμόρφωσης.

2. Το τμήμα συμπίεσης και επανεπαφής στο οποίο αέριο και υγρό προϊόν της

αντίδρασης συμπιέζονται και αναμιγνύονται για αύξηση της καθαρότητας του

αερίου σε υδρογόνο.

3. Το τμήμα σταθεροποίησης προϊόντος και ανάκτησης LPG στο οποίο το υγρό

προϊόν απαλλάσσεται από τα ελαφρά συστατικά.

Καθήκον της μονάδας είναι να παράγει αναμόρφωμα 100 RON, με ελάχιστο κύκλο

συνεχούς λειτουργίας τους 24 μήνες.

Οι αντιδράσεις αναμόρφωσης πραγματοποιούνται σε αντιδραστήρες καταλυτικών

κλινών στους οποίους ο καταλύτης είναι σε συνεχή κίνηση. Ο καταλύτης περνάει από

τον 1ο στον 2ο και μετά στον 3ο αντιδραστήρα και στην συνέχεια αποστέλλεται στον

αναγεννητή για να αναγεννηθεί. Η ανακυκλοφορία και αναγέννηση του καταλύτη

γίνονται σε συνεχή λειτουργία.

Για την προώθηση των χημικών αντιδράσεων οι οποίες βελτιώνουν τον αριθμό των

οκτανίων του προϊόντος απαιτούνται υψηλές θερμοκρασίες ( γύρω στους 500 οC ).

Γι' αυτό το λόγο η τροφοδοσία προθερμαίνεται. Επιπλέον, οι περισσότερες από τις

επιθυμητές αντιδράσεις είναι ενδόθερμες. Για το λόγο αυτό οι αντιδράσεις

πραγματοποιούνται σε τρεις διαδοχικούς αντιδραστήρες με ενδιάμεσους φούρνους.

Η υψηλή απόδοση της μονάδας (υψηλά οκτάνια στο προϊόν και αυξημένη

υδρογονοπαραγωγή) οφείλεται κατά ένα μεγάλο μέρος στο συνδυασμό χαμηλής πίεσης

και υψηλών θερμοκρασιών[28].

2.2.2.3 Διεργασίες Καταλυτικής Αναμόρωσης

Υπάρχουν διάφορες διεργασίες αναμόρφωσης σε χρήση σήμερα. Περιλαμβάνουν τη

διεργασία Plat forming της UOP LLC, Power forming (Exxon), Ultra forming (Amoco),

Catalytic Reforming (Engelhard), Magnaforming (ARCO), Reforming (Institut Francais

du Petrole [IFF]), και Rheniforming (Chevron). Υπάρχουν διάφορες άλλες διεργασίες

που χρησιμοποιούνται σε µερικά διυλιστήρια, αλλά µε μικρό αριθμό εγκαταστάσεων και

όχι ιδιαίτερου ενδιαφέροντος[15].

Page 41: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΒΕΝΖΙΝΩΝ ΣΕ ΔΙΥΛΙΣΤΗΡΙΟ ΤΥΠΟΥ HYDRO SKIMMING

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 41 - ΈΤΟΣ: 2013

Οι διεργασίες αναμόρφωσης ταξινομούνται ως συνεχείς, κυκλικές, ή ηµιαναγεννόµενες

(semiregenerative), ανάλογα µε τη συχνότητα αναγέννησης του καταλύτη. Ο

εξοπλισμός των μονάδων αναμόρφωσης για τη συνεχή διεργασία σχεδιάζεται για να

επιτρέψει την αφαίρεση και την αντικατάσταση του καταλύτη κατά τη διάρκεια της

κανονικής λειτουργίας. Κατά συνέπεια, ο καταλύτης μπορεί να αναγεννηθεί συνεχώς και

να διατηρηθεί σε µια υψηλή δραστικότητα. Καθώς η αυξημένη απόθεση κοκ και οι

θερμοδυναμικές ισορροπίες παραγωγής του προϊόντος αναμόρφωσης ευνοούνται από

τη λειτουργία σε χαμηλές πιέσεις, η δυνατότητα να διατηρηθούν υψηλές δραστικότητες

και εκλεκτικότατες των καταλυτών από τη συνεχή αναγέννηση είναι το σημαντικότερο

πλεονέκτημα της μονάδας συνεχούς τύπου. Αυτό το πλεονέκτημα πρέπει να

αξιολογηθεί όσον αφορά το υψηλότερο κόστος επένδυσης το πιθανά χαμηλότερο

λειτουργικό κόστος λόγω του χαμηλότερου ρυθμού ανακυκλοφορίας υδρογόνου και των

πιέσεων που απαιτούνται για να κρατήσουν την απόθεση κοκ σε αποδεκτό επίπεδο.

Η μονάδα ηµιαναγεννόµενης αναγέννησης βρίσκεται στο άλλο άκρο του φάσματος κι

έχει το πλεονέκτημα του χαμηλού κόστους επένδυσης. Η αναγέννηση απαιτεί τη

διακοπή λειτουργίας της μονάδας. Ανάλογα µε την ένταση της λειτουργίας, η

αναγέννηση είναι απαραίτητη σε χρονικά διαστήματα λειτουργίας από 3 έως 24 μήνες.

Χρησιμοποιούνται μεγάλες ανακυκλοφορίες υδρογόνου και υψηλές πιέσεις λειτουργίας

για να ελαχιστοποιηθεί η απόθεση κοκ και η απώλεια δραστικότητας του καταλύτη[16].

Η κυκλική διαδικασία είναι ένας συμβιβασμός μεταξύ αυτών των άκρων και

χαρακτηρίζεται από την ύπαρξη ενός αντιδραστήρα εναλλαγής (swing) εκτός από

αυτούς που βρίσκονται σε λειτουργία, στον οποίο ο καταλύτης μπορεί να αναγεννηθεί

χωρίς να απαιτηθεί η κράτηση της μονάδας. Όταν η δραστικότητα του καταλύτη σε ένας

από τους εν λειτουργία αντιδραστήρες μειωθεί κάτω από το επιθυμητό επίπεδο, ο

αντιδραστήρας αυτός απομονώνεται από το σύστημα και αντικαθίσταται από τον

αντιδραστήρα εναλλαγής. Ο καταλύτης στον εκτός λειτουργίας αντιδραστήρα

αναγεννιέται έπειτα µε την προσαγωγή θερμού αέρα στον αντιδραστήρα για να κάψει το

κοκ που έχει αποτεθεί στον καταλύτη. Μετά από την αναγέννηση χρησιμοποιείται για να

αντικαταστήσει τον επόμενο αντιδραστήρα που χρειάζεται αναγέννηση[18].

Page 42: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 42 - ΈΤΟΣ: 2013

2.2.2.4 Χημικές Αντιδράσεις Αναμόρφωσης

Επιθυμητές αντιδράσεις:

1. Αφυδρογόνωση ναφθενίων[21]

2. Κυκλοποίηση παραφινών[21]

3. Ισομερείωση[17]

Ανεπιθύμητες αντιδράσεις:

1. Υδρογονοδιάσπαση

2. Σχηματισμός ΚΩΚ[29]

Page 43: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΜΟΝΑΔΑ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ ΑΝΑΜΟΡΦΩΜΑΤΟΣ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 43 - ΈΤΟΣ: 2013

3. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3

ΜΟΝΑΔΑ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ ΑΝΑΜΟΡΦΩΜΑΤΟΣ

3.1 Γενικά

Στο κεφάλαιο αυτό θα υπάρξει μία πλήρης περιγραφή της μονάδας Διαχωρισμού

Αναμορφώματος αποτελούμενη από περιγραφή της ροής, συνθήκες λειτουργίας,

ποιότητα προϊόντων, προδιαγραφές προϊόντων όπως επίσης και οποιαδήποτε ακόμη

λεπτομέρεια για την παραγωγική διεργασία της. Τα στοιχεία αυτά θα αναλυθούν, θα

κατανεμηθούν και θα αποτελέσουν ένα νέο έργο Προσομοίωσης της μονάδας, με την

χρήση του προγράμματος Aspentech Hysys®, ώστε να αναπτυχθούν τα ισοζύγια μάζας

και ενέργειας με τα οποία θα βρεθούν οι βέλτιστες συνθήκες για την εξεταζόμενη

διεργασία της μονάδας.

3.2 Σκοπός της Μονάδας

Η Μονάδα Διαχωρισμού Αναμορφώματος έχει σχεδιαστεί για τροφοδοσία

αναμορφώματος 79-83 m³/h για δύο είδη αργών, Arabian light και ES Sider αντίστοιχα,

σύμφωνα με τον σχεδιασμό της μονάδας αναμόρφωσης συνεχούς αναγέννησης

καταλύτη (CCR).

Σχήμα 3.1: Μονάδα Διαχωρισμού Αναμορφώματος

Page 44: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 44 - ΈΤΟΣ: 2013

Το καθήκον της μονάδας είναι να διαχωρίσει το αναμόρφωμα που προέρχεται από την

μονάδα αναμόρφωσης CCR σε δύο ρεύματα: ένα βαρύ προϊόν με περιεκτικότητα

βενζολίου μικρότερη από 1,5% LV το οποίο οδηγείται προς αποθήκευση και ένα ελαφρύ

προϊόν με περιεκτικότητα C7+ μικρότερη από 2,5% LV, το οποίο ενώνεται με το ρεύμα

ελαφριάς Νάφθας (LVN) της μονάδας Διαχωρισμού Νάφθας και μαζί αποτελούν την

τροφοδοσία της μονάδας ισομερισμού.

Η μονάδα μπορεί επίσης να λειτουργήσει παράγοντας ένα τρίτο ρεύμα πλούσιο σε

βενζόλιο. Το καθήκον της μονάδας, σε αυτήν την περίπτωση, είναι να διαχωρίσει το

αναμόρφωμα που προέρχεται από την μονάδα αναμόρφωσης σε τρία ρεύματα: ένα

βαρύ προϊόν με περιεκτικότητα βενζολίου μικρότερη από 1,5% LV το οποίο οδηγείται

προς αποθήκευση, ένα ελαφρύ προϊόν με περιεκτικότητα βενζολίου μικρότερη από 1%

LV το οποίο ενώνεται με το ρεύμα ελαφριάς Νάφθας (LVN) της μονάδας Διαχωρισμού

Νάφθας και μαζί αποτελούν την τροφοδοσία της μονάδας ισομερισμού και ένα πλευρικό

προϊόν πλούσιο σε βενζόλιο (~25%LV).

3.3 Περιγραφή της Ροής

Σχήμα 3.2: Διεργασίες Μονάδας Διαχωρισμού Αναμορφώματος

Page 45: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΜΟΝΑΔΑ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ ΑΝΑΜΟΡΦΩΜΑΤΟΣ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 45 - ΈΤΟΣ: 2013

Ο πυθμένας του πύργου T-1401 (stabilizer) της μονάδας αναμόρφωσης ψύχεται

διαδοχικά σε τρείς εναλλάκτες και στη συνέχεια οδηγείται, με ρύθμιση της στάθμης

πυθμένα του Τ1401, στο δοχείο τροφοδοσίας D-435 του διαχωριστή αναμορφώματος

Στη συνέχεια με πίεση αζώτου τροφοδοτείται στον πύργο Τ-409 όπου το βενζόλιο και

ελαφρύτερα συστατικά αποστάζουν από την κορυφή.

Το βαρύτερο κλάσμα (63-69 m³/h) από τον πυθμένα του πύργου αντλείται με τις αντλίες

Ρ-417 Α/Β/C και μετά την ψύξη του στον Ε-430 (εναλλάκτης τροφοδοσίας/πυθμένα),

στον αεροψυκτήρα Ε-428 και στους υδροψυκτήρες Ε-483 Α/Β και Ε-483 C/D οδηγείται

στο Blending για ανάμειξη με το προϊόν της μονάδας Ισομερισμού. Το τελικό προϊόν

οδηγείται στη δεξαμενή σαν προϊόν mogas.

Η θερμότητα στον πύργο προσδίδεται με τον αναβραστήρα τύπου θερμοσίφωνα Ε-426

που θερμαίνεται με ατμό 15 kg/cm²g.

Η κορυφή του πύργου συμπυκνώνεται ολικά στους αεροψυκτήρες Ε-425 A/B και στη

συνέχεια αντλείται με τις αντλίες Ρ-416 Α/Β/C. Από τις Ρ-416 Α/Β/C το μεγαλύτερο

μέρος (30/38 m³/h) επιστρέφει στον πύργο σαν επαναρροή ενώ το υπόλοιπο (14 m³/h)

οδηγείται στον υδροψυκτήρα Ε-427 A/B για ψύξη και στη συνέχεια στην τροφοδοσία της

μονάδας Ισομερισμού, όπου το βενζόλιο μετατρέπεται σε κυκλοεξάνιο.

Η μονάδα μπορεί να λειτουργήσει παράγοντας και ένα πλευρικό ρεύμα πλούσιο σε

βενζόλιο (~25 LV%), ώστε η τροφοδοσία της μονάδας Ισομερισμού να περιέχει λιγότερο

από 1 LV% βενζόλιο. Το ρεύμα αυτό αντλείται από τον 28ο δίσκο του πύργου Τ-409, με

τις αντλίες Ρ-418 Α/Β και μετά την ψύξη του στον υδροψυκτήρα Ε-429 οδηγείται προς

αποθήκευση. Στην περίπτωση αυτή το ελαφρύ αναμόρφωμα προς την μονάδα

ισομερισμού ελαττώνεται στα 6,5 m3/h, ενώ το παραγόμενο βενζόλιο είναι περίπου 7

m3/h. Λόγω του καλύτερου διαχωρισμού που απαιτείται στην περίπτωση λειτουργίας με

πλευρικό προϊόν, η ροή της επαναρροής του πύργου Τ-409 διατηρείται στο μέγιστο

δηλαδή 38 m3/h.

3.4 Βάση Σχεδιασμού για Τροφοδοσία και Προϊόντα

Η μονάδα έχει σχεδιαστεί να δέχεται τον πυθμένα του πύργου Τ-1401 όταν η μονάδα

καταλυτικής αναμόρφωσης δέχεται τροφοδοσία 100 m³/hr νάφθας, ονομαστικού

κλάσματος 81/167 °C προερχόμενο από την κλασμάτωση αργού 100 % Arabian Light

Page 46: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 46 - ΈΤΟΣ: 2013

ή 84/174 °C προερχόμενο από την κλασμάτωση αργού 100 % ES SIDER και παράγει

αναμόρφωμα 100 RON.

Με τις παραπάνω παραδοχές η Βάση Σχεδιασμού για λειτουργία χωρίς πλευρικό

προϊόν προδιαγράφεται ως εξής:

Τροφοδοσία

Ροή : 12000KB/SD (78 m³/h) για τροφοδοσία CCR 15000 KB/SD (AL ΕOL)

12500 KB/SD (83 m³/h) για τροφοδοσία CCR 15000 KB/SD (ΕS ΕOL)

Ονομαστικό Κλάσμα

Συγκέντρωση βενζολίου : 3/3,5 LV%

Θερμοκρασία : 76 /81°C

Πίεση : 6,2 kg/cm²g

Προϊόν Κορυφής

Μέγιστη Συγκέντρωση C7+ : 2,5 LV%

Θερμοκρασία : 40°C

Πίεση : 6,7 kg/cm²g

Προϊόν Πυθμένα

Μέγιστη Συγκέντρωση Βενζολίου : 1,5 LV%

Θερμοκρασία : 40°C

Πίεση : 3,8 kg/cm²g

Page 47: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΜΟΝΑΔΑ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ ΑΝΑΜΟΡΦΩΜΑΤΟΣ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 47 - ΈΤΟΣ: 2013

Για λειτουργία με πλευρικό προϊόν βενζολίου :

Ονομαστικό Κλάσμα

Συγκέντρωση βενζολίου : 3/3,5 LV%

Θερμοκρασία : 76 /81°C

Πίεση : 6,2 kg/cm²g

Προϊόν Κορυφής

Μέγιστη Συγκέντρωση Βενζολίου ` : 1 LV%

Θερμοκρασία : 40°C

Πίεση : 6,7 kg/cm²g

Προϊόν Πυθμένα

Μέγιστη Συγκέντρωση Βενζολίου` : 1,5 LV%

Θερμοκρασία : 40°C

Πίεση : 3,8 kg/cm²g

Με τις παραπάνω προδιαγραφές για τροφοδοσία διυλιστηρίου 100 ΚΒ/SD η

συγκέντρωση βενζολίου στην τροφοδοσία του Ισομερισμού δεν θα υπερβαίνει το 5 LV%

που αποτελεί ανώτατο όριο[23].

3.5 Συνθήκες Λειτουργίας

Ο πυθμένας του πύργου T-1401 (stabilizer) της μονάδας αναμόρφωσης ψύχεται

διαδοχικά σε τρείς εναλλάκτες και στη συνέχεια οδηγείται, με ρύθμιση της στάθμης

πυθμένα του Τ-1401, στο δοχείο τροφοδοσίας D-435 του διαχωριστή αναμορφώματος

Στη συνέχεια με πίεση αζώτου τροφοδοτείται στον πύργο Τ-409 όπου το βενζόλιο και

ελαφρύτερα συστατικά αποστάζουν από την κορυφή.

Page 48: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 48 - ΈΤΟΣ: 2013

Η πίεση στο δοχείο D-435 διατηρείται με πίεση αζώτου. Η ρύθμιση της πίεσης γίνεται με

τον PC-480 στα 5 kg/cm2 g μέσω των PV-480A και PV-480B που είναι συνδεδεμένες με

split range control. Όταν η πίεση μειώνεται, τότε το άζωτο τροφοδοτείται μέσω της PV-

480A και όταν η πίεση αυξάνεται, τότε το δοχείο εκτονώνεται μέσω της PV-480B προς

πυρσό.

Για τη μείωση της πιθανότητας να μολυνθεί το κύκλωμα αζώτου με υδρογονάνθρακες

όταν η πίεση ανέβει στα 6 kg/cm2 g ενεργοποιείται alarm προτεραιότητας 1 PHA-480

και όταν η πίεση ανέβει στα 7 kg/cm2 g η PV-480A θα κλείσει αυτόματα.

Ο πυθμένας του D435 οδηγείται στον πύργο Τ409 με έλεγχο ροής μέσω της FV-480

που ελέγχεται από τον FC-480.Το set point του FC-480 ρυθμίζεται από τον LC-480

(cascade) που ρυθμίζει τη στάθμη του δοχείου D-435.

Ο Τ-409 μπορεί να παρακαμφθεί και η τροφοδοσία του να οδηγηθεί απευθείας στους Ε-

428. Η λειτουργία αυτή επιτυγχάνεται με τη βάνα LV-480 η οποία μέσω του επιλογέα

ΗC-480 παίρνει απευθείας σήμα από τη στάθμη του D-435 (LC-480).

Υψηλή ή χαμηλή στάθμη (80% και 20% αντίστοιχα) στον δοχείο D-435 ενεργοποιεί τα

alarm στάθμης LHA-480 και LLA-480 αντίστοιχα. (προτεραιότητας 2), Επίσης πολύ

χαμηλή στάθμη στο ίδιο δοχείο ενεργοποιεί το alarm χαμηλής στάθμης LLA-499

(προτεραιότητας 1).

Πριν την είσοδο στον πύργο, το ρεύμα προθερμαίνεται στους 112-113οC στο κέλυφος

του εναλλάκτη Ε-430 με παράλληλη ψύξη του πυθμένα του πύργου (βαρύ

αναμόρφωνα). Πριν τον εναλλάκτη υπάρχει η βάνα XV-487 που διακόπτει την ροή όταν

ενεργοποιείται το ES-411 (emergency shutdown) από σήμα υψηλής στάθμης στον

πυθμένα του πύργου. Όταν η στάθμη υπερβεί το 50% ενεργοποιείται alarm

προτεραιότητας 1 (LHA-484) και όταν υπερβεί το 80%, για να αποφευχθεί γέμισμα του

πύργου, ενεργοποιείται το ES-411, το οποίο εκτός από την XV-487 ενεργοποιεί και το

ΕS-410 που διακόπτει αυτόματα μέσω της XV-485 την παροχή ατμού στον

αναβραστήρα Ε-426.

Η πίεση του πύργου ρυθμίζεται στα 0,8 kg/cm²g από τον PC-481 που αυξομειώνει την

επαναρροή του πύργου μέσω του FC-484. Στην περίπτωση λειτουργίας με παραγωγή

πλευρικού προϊόντος (βενζολίου) η πίεση του πύργου ρυθμίζεται στα 1,4 kg/cm²g.

Σε περίπτωση που συσσωρευτούν ελαφρά στην κορυφή του πύργου τα οποία δεν

μπορούν να συμπυκνωθούν, τότε η πίεση του πύργου αυξάνεται και μπορεί να μειωθεί

μόνο μετά την απομάκρυνση των ελαφρών προς πυρσό μέσω της HV-480.

Page 49: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΜΟΝΑΔΑ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ ΑΝΑΜΟΡΦΩΜΑΤΟΣ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 49 - ΈΤΟΣ: 2013

Η θερμοκρασία λειτουργίας του πύργου στον 7ο δίσκο (ΤΙ-484) ρυθμίζεται έμμεσα στους

130-132°C (143 ° όταν παράγεται πλευρικό προϊόν) αυξομειώνοντας τη θερμότητα που

δίδεται με τον αναβραστήρα Ε-426.

Ο πύργος σχεδιάστηκε με άμεση ρύθμιση της θερμοκρασίας λόγω της ευαισθησίας της

απόσταξης στις μεταβολές θερμοκρασίας.

Για τη ρύθμιση της θερμότητας που προσδίδεται στον πύργο, ρυθμίζεται η ροη του

ατμού προς τον αναβραστήρα με τον FC-481 ο οποίος αυξομειώνει το set point του LC-

482 (ρύθμιση στάθμης στον αναβραστήρα) ο οποίος μεταβάλλει την επιφάνεια

εναλλαγής θερμότητας του αναβραστήρα αυξομειώνοντας την απομάκρυνση των

συμπυκνωμάτων μέσω της LV-482.

Η πίεση και η θερμοκρασία του ατμού ρυθμίζονται στον απο-υποθερμαντή όπου ατμός

42 kg/cm²g αναμειγνύεται με νερό τροφοδοσίας λεβήτων για παραγωγή ατμού πίεσης

15 kg/cm² g και θερμοκρασίας 220°C.

Η πίεση ρυθμίζεται με τον PC-482 που αυξομειώνει την προσθήκη ατμού μέσω της PV-

482 και η θερμοκρασία με τον TC-491 που αυξομειώνει την προσθήκη νερού μέσω της

TV-491.

Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί στη θερμοκρασία κορυφής του πύργου η οποία

πρέπει να είναι 70-75°C (62 °C όταν παράγεται πλευρικό προϊόν).

Αν η θερμοκρασία είναι χαμηλότερη υπάρχει κίνδυνος παγίδευσης υγρασίας στον

πύργο που θα προκαλέσει πλημμύρισμα των δίσκων κορυφής. Σε αυτή την περίπτωση

θα πρέπει να γίνει απομάστευση του νερού προς το κλειστό σύστημα.

Η θερμοκρασία της κορυφής του πύργου ρυθμίζεται έμμεσα με τη θερμοκρασία

επαναρροής που θα πρέπει να είναι 45-50°C και αυξομειώνεται με τα πτερύγια του

αεροψυκτήρα Α-425Α. Αύξηση της πίεσης κορυφής του πύργου πάνω από

3.15kg/cm2g ενεργοποιεί το alarm υψηλής στάθμης PHA-481 (προτεραιότητας 2).

Η κορυφή του πύργου μετά την ολική συμπύκνωση στους Ε-425 Α/Β αντλείται από τις

Ρ-416 Α/Β και οδηγείται αφενός στον πύργο Τ-409 σαν επαναρροή μέσω του FC-484 o

οποίος παίρνει set point από τον PC-481 και αφετέρου στον ψύκτη Ε-427A/B μέσω της

FV-485 που ελέγχεται από τον FC-485 του οποίου το set point καθορίζεται από τον

LC483 που ρυθμίζει την στάθμη στον Ε-425Β.

Ο λόγος επαναρροή / προϊόν είναι 0.54/0.46 (ES/AL) και επαναρροή / τροφοδοσία

0.45/0.38 (ES/AL).

Το προϊόν κορυφής αφού ψυχθεί στον Ε-427 κάτω από 40°C οδηγείται στη μονάδα

ισομερισμού. Σε περίπτωση που η θερμοκρασία ξεπεράσει τους 41oC ενεργοποιείται το

Page 50: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 50 - ΈΤΟΣ: 2013

alarm υψηλής θερμοκρασίας THA490 (προτεραιότητας 2). Η συγκέντρωση των C7+

παρακολουθείται με αναλυτή ΑΕ-480. Όταν η μονάδα παράγει και πλευρικό προϊόν

βενζόλιο, τότε παρακολουθείται η συγκέντρωση βενζολίου στο προϊόν κορυφής και η

οποία πρέπει να είναι μικρότερη του 1LV%.

Κατά το ξεκίνημα της μονάδας και μέχρι να αποκατασταθεί η λειτουργία των Ε-425 Α και

Β για την πλήρωση του κυκλώματος κορυφής θα χρησιμοποιηθεί μια μικρή ροή απο τον

πυθμένα του πύργου μέσω ειδικής γραμμής. Επίσης σε λειτουργία με χαμηλή

τροφοδοσία για να μην χάνουν αναρρόφηση οι αντλίες Ρ-416 Α/Β/C ενα μέρος της

κατάθλιψης (12 m³/h) θα ανακυκλοφορεί μέσω του restriction orifice RO-480 (25% rated

capacity μιας αντλίας = 8,2 m³/h) στην είσοδο του αεροψυκτηρα.

Ο πυθμένας του πύργου Τ-409 με τις αντλίες Ρ-417 Α/Β/C οδηγείται μέσω του FC-488

(που είναι cascade με τον LC-481 ) για ψύξη στους εναλλάκτες Ε-430 (στους 110-

113οC), Ε-428 (στους 54oC) και Ε-483A/B/C/D κάτω από 40°C και τελικά οδηγείται

blending. Σε περίπτωση που η θερμοκρασία στην έξοδο του Ε-483 ξεπεράσει τους

45oC ενεργοποιείται alarm υψηλής θερμοκρασίας ΤΗΑ-498 (προτεραιότητας 1). Η

συγκέντρωση του βενζολίου παρακολουθείται με τον αναλυτή ΑΕ-481. Αν η

συγκέντρωση ξεπεράσει το 1 LV%, τότε θα πρέπει να αυξηθεί η ροη του ατμού προς

τον αναβραστήρα.

Για την προστασία των αντλιών Ρ-417 από χαμηλή ροη έχει σχεδιαστεί γραμμή

ανακυκλοφορίας προς τον πύργο που εξασφαλίζει μέσω της FV-486 (που ελέγχεται

από τον FC-486) μια ελάχιστη ροη 12 m³/h από τις αντλίες Ρ-417 Α/Β/C.

Σε χαμηλή τροφοδοσία και στο ξεκίνημα του πύργου σε περίπτωση που παρουσιάσει

αστάθεια λειτουργίας ο αναβραστήρας, τότε θα χρησιμοποιείται η γραμμή που ενώνει

τον πυθμένα του πύργου με την τροφοδοσία του αναβραστήρα.

Το πλευρικό προϊόν αντλείται με τις αντλίες Ρ-418Α/Β απο τον 280 δίσκο του πύργου Τ-

409 και οδηγείται στον υδροψυκτήρα Ε-429 όπου και ψύχεται κάτω από 50 °C.Η ροη

του ρεύματος αυτού ρυθμίζεται με τον FC-489. Σε περίπτωση που η θερμοκρασία στην

έξοδο του υδροψυκτήρα ξεπεράσει τους 53oC ενεργοποιείται το alarm υψηλής

θερμοκρασίας THA-498.2 (προτεραιότητας 2).

Σε λειτουργία με χαμηλή τροφοδοσία για να μην χάνουν αναρρόφηση οι αντλίες Ρ-418

Α/Β ένα μέρος της κατάθλιψης θα ανακυκλοφορεί στην είσοδο του αεροψυκτήρα.

Page 51: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΜΟΝΑΔΑ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ ΑΝΑΜΟΡΦΩΜΑΤΟΣ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 51 - ΈΤΟΣ: 2013

3.6 Έλεγχος Ποιότητας

Α. Προϊόν κορυφής Τ-409

Σε κανονική λειτουργία (χωρίς την παραγωγή πλευρικού ρεύματος) το ρεύμα κορυφής

του πύργου Τ-409 αναμιγνύεται με το ρεύμα κορυφής του πύργου Τ-302 της μονάδας

Διαχωρισμού Νάφθας και οδηγούνται σαν τροφοδοσία στην μονάδα ισομερισμού. Για

τον λόγο αυτό το προϊόν κορυφής του πύργου πρέπει να έχει μέγιστη συγκέντρωση C7+

2,5 LV%, η οποία πρέπει να παρακολουθείται τακτικά.

Κατά την παραγωγή πλευρικού ρεύματος (βενζολίου) η προδιαγραφή αυτή αλλάζει σε

μέγιστη συγκέντρωση βενζολίου 1 LV%.

Φυσικά υπάρχει και μία σειρά αναλύσεων, όπως πυκνότητα, απόσταξη, RVP που

πραγματοποιούνται στο ρεύμα αυτό κατ’ απαίτηση, κυρίως για έλεγχο συμμόρφωσης με

τις προδιαγραφές της μονάδας Ισομερισμού.

Β. Προϊόν πυθμένα Τ-409

Το προϊόν πυθμένα του πύργου Τ-409 οδηγείται σαν mogas προς αποθήκευση. Για το

προϊόν αυτό υπάρχουν μία σειρά προδιαγραφών που πρέπει να τηρούνται. Οι

κυριότερες από αυτές είναι η πυκνότητα, τα όρια απόσταξης, το περιεχόμενο βενζόλιο,

τα RON, καθώς και το RVP για την ασφαλή αποθήκευση του προϊόντος στις δεξαμενές.

Τα όρια των ανωτέρω προδιαγραφών δίνονται στο βιβλίο προδιαγραφών προϊόντων. Η

συγκέντρωση του βενζολίου στο ρεύμα αυτό δεν πρέπει να είναι μεγαλύτερη του 1,5

LV%.

Γ. Προϊόντα εκτός προδιαγραφών

Όταν για λόγους δυσλειτουργίας τμήματος του εξοπλισμού η ποιότητα ενός προϊόντος

δεν είναι εντός των προδιαγραφών, το προϊόν αυτό οδηγείται προς slop. Όταν

αποκατασταθούν ομαλές συνθήκες λειτουργίας και επιβεβαιωθεί η εντός των

προδιαγραφών ποιότητά του, το προϊόν οδηγείται στην δεξαμενή του (το προϊόν

πυθμένα Τ-409 και πλευρικό προϊόν Τ-409) ή στον τελικό του αποδέκτη (μονάδα

ισομερισμού για το προϊόν κορυφής του Τ-409).

Page 52: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 52 - ΈΤΟΣ: 2013

4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4

ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΜΟΝΑΔΑΣ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ ΑΝΑΜΟΡΦΩΜΑΤΟΣ

4.1 Γενικά

Στο κεφάλαιο αυτό, τα στοιχεία που αναλύθηκαν προηγουμένως θα χρησιμοποιηθούν

για να αποτελέσουν ένα νέο έργο Προσομοίωσης της μονάδας, με την χρήση του

προγράμματος Aspentech Hysys®, ώστε να αναπτυχθούν τα ισοζύγια μάζας και

ενέργειας με τα οποία θα βρεθούν οι βέλτιστες συνθήκες για την εξεταζόμενη διεργασία

της μονάδας.

4.2 Χρησιμότητα Προσομοίωσης Μονάδας Διαχωρισμού Αναμορφώματος στην

Βιομηχανία

Η συγκεκριμένη μονάδα κατασκευάστηκε από μία εταιρεία, η οποία για την δημιουργία

της μονάδος αυτής πέρασε από κάποια στάδια ανάπτυξης . Ένα από αυτά ήταν να γίνει

προσομοίωση του μοντέλου ώστε να ελεγχθεί η ομαλή λειτουργίας της. Έτσι η μονάδα

λειτουργούσε με το συγκεκριμένο βέλτιστο τρόπο παραγωγής. Μετά από μία

ανακατασκευή στο τρόπο λειτουργίας της αν και η κατασκευαστική εταιρεία υπέδειξε τον

τρόπο λειτουργίας της μονάδας, δημιουργήθηκε η ανάγκη για μια δεύτερη

προσομοίωση, η οποία αποτελεί την εργασία αυτήν, ώστε να ελεγχθεί και πάλι ο

βέλτιστος τρόπος λειτουργίας της και ίσως ένας εναλλακτικός τρόπος λειτουργίας με

βάση διαφορετικές ανάγκες που προέκυψαν. Για παράδειγμα αρχικά η εταιρεία

χρησιμοποιούσε την Μονάδα για να παίρνει παράλληλα ένα ρεύμα πλούσιο σε

βενζόλιο. Τα τελευταία χρόνια το ρεύμα αυτό δεν χρειαζόταν και έτσι έπρεπε να

βελτιστοποιηθεί η παραγωγή της μονάδας χωρίς λειτουργία του ρεύματος Βενζολίου.

4.3 Σύσταση Ρευμάτων τροφοδοσίας

Για την υλοποίηση της προσομοίωσης χρησιμοποιήθηκε η καταστατική εξίσωση Peng

Robinson. Η επιλογή της Peng Robinson έγινε για τους εξής λόγους:

Page 53: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΜΟΝΑΔΑΣ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ ΑΝΑΜΟΡΦΩΜΑΤΟΣ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 53 - ΈΤΟΣ: 2013

Είναι το πιο ενισχυμένο μοντέλο καταστατικής εξίσωσης στο Hysys[7].

Δίνει την δυνατότητα χρήσης υψηλότερης κλίμακας σε Πίεση και Θερμοκρασία[7].

Εξειδικευμένη μεταχείριση κάποιων κύριων συστατικών[7].

Δυνατότητα χρήσης μεγάλης βάσης δεδομένων[7].

Καλό πρότυπο για χρήση Υδρογονανθράκων[8].

Ο παρακάτω πίνακας δείχνει τα συστατικά τα οποία εισάχθηκαν στο Hysys και

αποτελούν το ρεύμα τροφοδοσίας της μονάδας T-409 (Διαχωρισμού Αναμορφώματος).

Κάποια από αυτά δεν είναι μεμονωμένα συστατικά αλλά ομάδες διαφόρων συστατικών.

Για τον λόγο αυτό δημιουργήσαμε στο Hysys Ψευδοσυστατικά τα οποία αντιστοιχούν

στις ομάδες αυτές. Όλα τα συστατικά αναφέρονται με την κωδικοποιημένη ονομασία

από την κατασκευαστική εταιρία.

Τα συστατικά που θα χρησιμοποιηθούν είναι τα παρακάτω:

Component Molecular Weight Density * Normal Boiling Point

kg/kmol kg/m3 °C

H2 2.02 69.93 -253

P1 16.04 299.7 -161

P2 30.07 356.0 -89

P3 44.10 507.2 -42

nP4 58.12 583.8 -1

iP4 58.12 562.5 -12

nP5 72.15 630.4 36

iP5 72.15 622.1 28

nP6 86.18 663.3 69

C6 i-Paraf 5 86.18 657.3 60

C6 i-Paraf 4 86.18 665.7 58

C6 Naph 5 84.16 752.8 72

C6 Naph 6 84.16 782.7 81

A6 78.12 883.9 80

nP7 100.21 687.5 98

Page 54: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 54 - ΈΤΟΣ: 2013

Component Molecular Weight Density * Normal Boiling Point

kg/kmol kg/m3 °C

C7 i-Paraf 6 100.21 690.9 92

C7 i-Paraf 5 100.21 698.7 90

C7 Naph 5 98.19 776.5 100

C7 Naph 6 98.19 771.7 101

A7 92.14 871.0 111

nP8 114.23 706.1 126

C8 i-Paraf 7 114.23 709.4 119

C8 i-Paraf 6 114.23 715.7 116

C8 Naph 5 112.22 784.6 122

C8 Naph 6 112.22 788.5 124

A8 106.17 867.9 139

nP9 128.26 721.0 151

iP9 128.26 723.9 144

C9 Naph 5 126.24 787.9 157

C9 Naph 6 126.24 774.6 141

A9 120.20 879.7 169

P10+ 142.99 734.93 168-196

N10+ 140.61 818.46 179-245

6N10 140.27 816.0 179

A10+ 134.22 877.9 190

Πίνακας 4.4.1: Συστατικά Ρευμάτων

Για την ακριβή μεταφορά των συστατικών στο Hysys εκτός από τα μεμονωμένα

συστατικά τα οποία απλά επιλέχθηκαν και προστέθηκαν στην λίστα των συστατικών, οι

ομάδες συστατικών δημιουργήθηκαν με χρήση των Ψευδοσυστατικών. Για τα οποία

Page 55: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΜΟΝΑΔΑΣ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ ΑΝΑΜΟΡΦΩΜΑΤΟΣ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 55 - ΈΤΟΣ: 2013

χρησιμοποιήθηκε το Μοριακό Βάρος, η Πυκνότητα και το κανονικό Σημείο Βρασμού τα

οποία αναγράφονται στην παραπάνω πίνακα της κατασκευάστριας εταιρείας.

Τα συστατικά τα οποία μετατράπηκαν σε Hypotheticals (ψευδοσυστατικά):

4.4 Σχεδιασμός Μονάδας Διαχωρισμού Αναμορφώματος

Γ

Σχήμα 4.1: Διεργασίες Μονάδας Διαχωρισμού Αναμορφώματος

Εικόνα 4.1: Ψευδοσυστατικά

Page 56: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 56 - ΈΤΟΣ: 2013

Για τον σχεδιασμό της Μονάδας Διαχωρισμού Αναμορφώματος χρησιμοποιήθηκαν

δεδομένα τα οποία τα οποία ορίστηκαν από την κατασκευάστρια εταιρεία της μονάδος

αλλά και ταυτόχρονα χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα τα οποία χρησιμοποιούνται στην

μονάδα εν ώρα λειτουργίας. Για την παρακολούθηση και καταγραφεί το δεδομένων

αυτών ήταν απαραίτητη η χρήση του Control Room του τμήματος Παραγωγής του

Διυλιστηρίου, με την βοήθεια του εξειδικευμένου προσωπικού του τμήματος. Κάποια

από δεδομένα που καταγράφηκαν ήταν η Θερμοκρασία, η Πίεση και η Ροή . Η Διαφορά

Πίεσης (DP) σε διάφορες συσκευές όπως Δοχεία, Βάνες, Πύργο, Αντλίες, Εναλλάκτες

υπολογίστηκε και μετρήθηκε από την εταιρεία, με βάση κάποια χαρακτηριστικά:

Το μήκος των σωληνώσεων.

Τη Διαφορά Ύψους μεταξύ σωληνώσεων και συσκευών.

Τα χαρακτηριστικά κατασκευής των συσκευών.

και γενικώς μια συνάρτηση όλων των δεδομένων (Πίεση, Θερμοκρασία, Ροή)

που ορίζουν την κάθε συσκευή[27].

4.4.1 Σχεδιασμός Δοχείου Τροφοδοσίας D-435

Για την δημιουργία της τροφοδοσίας της μονάδος αρχικά φτιάχτηκε ένα ρεύμα

τροφοδοσίας με όνομα Feed from Octanizer, στο οποίο ορίστηκαν τα παρακάτω

χαρακτηριστικά:

Θερμοκρασία: 70 oC

Πίεση: 6,2 kg/cm2_g

Ροή: 628,1 Kgmole/h

Εικόνα 4.2: Ρεύμα Feed from Octanizer

Page 57: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΜΟΝΑΔΑΣ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ ΑΝΑΜΟΡΦΩΜΑΤΟΣ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 57 - ΈΤΟΣ: 2013

Στην συνέχεια δόθηκε η σύσταση της τροφοδοσίας του ρεύματος Feed From

Octanizer, όπως φαίνεται παρακάτω:

Το ρεύμα είναι έτοιμο να τροφοδοτήσει το δοχείο D-435 το οποίο στην συνέχεια θα

τροφοδοτήσει το πύργο διαχωρισμού αναμορφώματος.

Εικόνα 4.3: Σύσταση Ρεύματος Feed from Octanizer

Page 58: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 58 - ΈΤΟΣ: 2013

Για την δημιουργία του δοχείου τροφοδοσίας χρησιμοποιήθηκε το έτοιμο πρότυπο του

Hysys, Separator . Αρχικά σαν συνδέσεις ρευμάτων χρησιμοποιήθηκαν : ως ρεύμα

τροφοδοσίας το Feed from Octanizer, ως Vapour Outlet το ρεύμα to Flare το οποίο

αποτελείται από την αέρια φάση του δοχείου για εκτόνωση προς τον Πυρσό του

διυλιστηρίου και ως Liquid Outlet το ρεύμα 2 όπου το υγρό του δοχείου μετά από

προθέρμανση σε εναλλάκτη θερμότητας εισάγεται στο Πύργο Διαχωρισμού

Αναμορφώματος.

Οι συνδέσεις αυτές φαίνονται στο παρακάτω σχήμα:

Εικόνα 4.4: Separator D-435 connections

Page 59: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΜΟΝΑΔΑΣ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ ΑΝΑΜΟΡΦΩΜΑΤΟΣ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 59 - ΈΤΟΣ: 2013

Στην καρτέλα Parameters δόθηκε ως Delta P εισόδου 1,2 kg/cm2

Για την αρχιτεκτονική δομή του δοχείου στην καρτέλα Rating χρησιμοποιήθηκαν τα εξής

χαρακτηριστικά:

Στην καρτέλα Sizing χρησιμοποιήθηκε ως γεωμετρία το πρότυπο Flat

Cylinder με Diameter 2,1m και Height 8,9m

Εικόνα 4.6: Separator D-435 sizing

Εικόνα 4.5: Separator D-435 parameters

Page 60: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 60 - ΈΤΟΣ: 2013

Στην καρτέλα Nozzles όπου ορίζονται τα ακροφίσια του δοχείου ορίστηκαν:

1. Το ύψος που απέχει το δοχείο από το έδαφος ως Base Elevation

Relative to Ground Level : 1,7,

2. Η Διάμετρος του Δοχείου ως Diameter : 2.1m

3. Το ύψος του Δοχείου ως Height : 8,9m

4. όπως επίσης και τα χαρακτηριστικά των ακροφησίων των τριών

ρευμάτων όπως φαίνονται στο παρακάτω σχήμα

Εικόνα 4.7: Separator D-435 nozzles

Στην συνέχεια η έξοδος του υγρού του Δοχείου με όνομα ρεύματος 2 καταλήγει σε μια

Βάνα Αντεπιστροφής με όνομα FV-480 με τα εξής χαρακτηριστικά :

Είσοδος: ρεύμα 2

Έξοδος: ρεύμα 2_1

Page 61: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΜΟΝΑΔΑΣ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ ΑΝΑΜΟΡΦΩΜΑΤΟΣ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 61 - ΈΤΟΣ: 2013

Εικόνα 4.8: Valve FV-480 connections

Στην καρτέλα Parameters ορίζουμε Delta P : 2,4 kg/cm2

Εικόνα 4.9: Valve FV-480 parameters

Page 62: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 62 - ΈΤΟΣ: 2013

Στην καρτέλα Rating ορίσαμε την μάρκα του κατασκευαστή η οποία είναι MASONEILAN

και τον τύπο της βάνας ο οποίος είναι GLOBE: COUNTERED. Ο τροπος ανοίγματος

της βάνας ορίστηκε ως Equal Percentage. Το άνοιγμα της βάνας ορίστηκε στο 80% με

Delta P : 2,4 kg/cm2 και Cv : 108,2

Εικόνα 4.10: Valve FV-480 sizing

4.4.2 Σχεδιασμός Εναλλάκτη Θερμότητας Ε-430

Για τον σχεδιασμό του Πύργου Διαχωρισμού Αναμορφώματος αρχικά σχεδιάστηκε ένας

εναλλάκτης θερμότητας στον οποίο προθερμαίνεται το προϊόν του δοχείου τροφοδοσίας

για να εισέλθει σε αυτόν. Ο εναλλάκτης αυτός παράλληλα ψύχει το ρεύμα του Βαρύ

Αναμορφώματος που παράγεται από τον Πύργο.

Για τον σχεδιασμό του εναλλάκτη Ε-430 χρησιμοποιήθηκαν τα εξής χαρακτηριστικά :

Ρεύμα τροφοδοσίας στα τούμπα το 2_1

Ρεύμα εξόδου από τα τούμπα το Feed T-409

Ρεύμα τροφοδοσίας κελύφους HRF3 (βαρύ αναμόρφωμα από Πύργο)

Ρεύμα εξόδου κελύφους HRF4

Page 63: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΜΟΝΑΔΑΣ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ ΑΝΑΜΟΡΦΩΜΑΤΟΣ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 63 - ΈΤΟΣ: 2013

Εικόνα 4.11: Heat Exchanger E-430 connections

Ως Delta P ορίστηκε και στα τούμπα και στο κέλυφος 1,5 kg/cm2 και ως πρότυπο

εναλλαγής θερμότητας το Exchanger Design (End Point).

Εικόνα 4.12: Heat Exchanger E-430 parameters

Page 64: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 64 - ΈΤΟΣ: 2013

Για την λύση της εξίσωσης ζητήθηκε από τον εναλλάκτη ως Specifications η εναλλαγή

θερμότητας από το ρεύμα 2_1 στο ρεύμα Feed T-409 να είναι 1,100e+006 Kcal/h

(όπως αναγράφεται στο Hysys).

Εικόνα 4.13: Heat Exchanger E-430 specs

Για την αρχιτεκτονική δομή σχεδίασης του εναλλάκτη δόθηκαν τα παρακάτω

χαρακτηριστικά :

Number of Shells in Series : 1

Number of Shells in Parallel : 1

Tube Passes per Shell : 1

Shell Delta P : 0.5 kg/cm2

Tube Delta P : 1.5 kg/cm2

Page 65: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΜΟΝΑΔΑΣ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ ΑΝΑΜΟΡΦΩΜΑΤΟΣ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 65 - ΈΤΟΣ: 2013

Εικόνα 4.14: Heat Exchanger E-430 sizing

Ο Εναλλάκτης Θερμότητας Ε-430 είναι έτοιμος για χρήση αφού πρώτα σχεδιαστεί ο

Πύργος Διαχωρισμού Αναμορφώματος ώστε να έχει τροφοδοσία κελύφους από το

ρεύμα Βαρίου Αναμορφώματος του Πύργου.

Page 66: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 66 - ΈΤΟΣ: 2013

4.4.3 Σχεδιασμός Πύργου Διαχωρισμού Αναμορφώματος Τ-409

Για την δημιουργία του πύργου αρχικά επιλέχτηκε το πρότυπο Column με Condenser

και Reboiler. Για την σωστή λειτουργία του Πύργου ορίστηκαν 43 Πλατό όπου στο

Πλατό 13 γίνεται η τροφοδοσία του Πύργου από το ρεύμα Feed T-409. Ως ρεύματα

εξόδων ορίστηκαν το LRF από το οποίο εξάγεται το Ελαφρύ Αναμόρφωμα από την

κορυφή του Πύργου, το HRF από το οποίο εξάγεται το Βαρύ Αναμόρφωμα από τον

πυθμένα του, και ένα τρίτο προορατικό σε λειτουργία ρεύμα το οποίο εξάγει από το

Πλατό 28 ένα ρεύμα βενζολίου το οποίο ονομάστηκε benzene.

Εικόνα 4.15: Column T-409 connections

Page 67: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΜΟΝΑΔΑΣ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ ΑΝΑΜΟΡΦΩΜΑΤΟΣ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 67 - ΈΤΟΣ: 2013

H Πίεση Κορυφής ορίστηκε στα 0,8 kg/cm2 και η Πίεση Πυθμένα στα 1,1 kg/cm2. Το

Efficiency των Πλατό ορίστηκε στα 0,8. Έτσι το Hysys δημιούργησε το παρακάτω

προφίλ των Πλατό.

Εικόνα 4.16: Column T-409 steady state profiles

Page 68: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 68 - ΈΤΟΣ: 2013

Με τα χαρακτηριστικά του πύργου μας το πρότυπο αυτό μας δείχνει δύο βαθμούς

ελευθερίας τους οποίους πρέπει να χαρακτηρίσουμε ώστε ο πύργος να μπορεί να

δώσει μια λύση.

Έτσι αρχικά ζητήσαμε το ρεύμα benzene να παράγει 0 m3/h ώστε να το διατηρήσουμε

κλειστό. Επίσης ζητήθηκε υποχρεωτική επαναρροή Reflux Rate 29,5 m3/h. Με τα

χαρακτηριστικά αυτά ο πύργος είναι έτοιμος να ξεκινήσει την λειτουργία του.

Εικόνα 4.17: Column T-409 specifications

Για την μέγιστη απόδοση του πύργου και για την πλησιέστερη προσέγγιση με την

πραγματικότητα ορίσαμε τα αρχιτεκτονικά χαρακτηριστικά του όπως φαίνονται στην

παρακάτω εικόνα με μπλε γράμματα.

Page 69: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΜΟΝΑΔΑΣ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ ΑΝΑΜΟΡΦΩΜΑΤΟΣ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 69 - ΈΤΟΣ: 2013

Εικόνα 4.18: Column T-409 Tray dimensions

Page 70: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 70 - ΈΤΟΣ: 2013

Για την σωστή προσέγγιση του Reboiler και του Condenser ορίστηκαν τα παρακάτω

επιπλέον χαρακτηριστικά.

Για τον Condenser : Diameter 0,25 m και Height 30m .

Έτσι υπολογίστηκε ο όγκος του δοχείου στα 1,473 m3

Εικόνα 4.19: Column T-409 Condenser sizing

Page 71: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΜΟΝΑΔΑΣ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ ΑΝΑΜΟΡΦΩΜΑΤΟΣ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 71 - ΈΤΟΣ: 2013

Για τον Reboiler : Volume 2,34 m3 και Height 0,92m

Έτσι υπολογίστηκε η διάμετρος του στα 1,8m

Για την σωστή προσομοίωση των ισοζυγίων ενέργειας του Condenser ορίστηκαν τα

παρακάτω χαρακτηριστικά:

SubCool to : 52 oC

Για την σωστή προσομοίωση των ισοζυγίων ενέργειας του Reboiler σχεδιάστηκε ένα

μικρό σχέδιο υπό-προσομοίωσης του,ως ένας απλός εναλλάκτης θερμότητας ο οποίος

θα ορίζει το Duty του ως Duty του Reboiler, μέσω της λογικής εντολής SET. Έτσι

υπολογίζεται το ισοζύγιο ενέργειας με βάση ενός ρεύματος μεγάλης πίεσης ατμού το

οποίο τροφοδοτεί τον εναλλάκτη όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα .

Εικόνα 4.20: Column T-409 Reboiler sizing

Page 72: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 72 - ΈΤΟΣ: 2013

Επίσης με το τρόπο αυτό μέσω άλλης μιας λογικής εντολής Adjust μπορούμε να

ζητήσουμε το επιθυμητό Duty του αναβραστήρα κάνοντας το Hysys τροποποίηση στα

χαρακτηριστικά του ρεύματος VHPS που τροφοδοτεί τον εναλλάκτη.

Εικόνα 4.21:Column T-409 Reboiler Simulation

Έχοντας ορίσει όλα τα παραπάνω χαρακτηριστικά του πύργου έχουμε πλέον την

δυνατότητα να λάβουμε τρία ρεύματα εξόδου τα οποία περιέχουν:

Ελαφρύ Αναμόρφωμα LRF

Βαρύ Αναμόρφωμα HRF

Βενζόλιο benzene

Τα ρεύματα αυτά θα αναλυθούν στην συνέχεια για τον τρόπο προσομοίωσης τους και

για την παραγωγή των τελικών προϊόντων της μονάδος.

4.4.4 Σχεδιασμός Ρευμάτων HRF, LRF και Benzene

Για τον σχεδιασμό των τριών ρευμάτων προϊόντων του Πύργου Διαχωρισμού

Αναμορφώματος χρησιμοποιήθηκαν τα παρακάτω χαρακτηριστικά :

Αρχικά για το Βαρύ Αναμόρφωμα (HRF) που παράγεται από τον πυθμένα του πύργου

συναντάει την αντλία P-417 η οποία ορίζεται από τα εξής:

Delta P : 9,4 kg/cm2

Page 73: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΜΟΝΑΔΑΣ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ ΑΝΑΜΟΡΦΩΜΑΤΟΣ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 73 - ΈΤΟΣ: 2013

Adiabatic Efficiency: 80%

Δίνοντας αυτά τα χαρακτηριστικά το Hysys μας υπολογίζει :

Pressure Ratio: 5,406 kg/cm2

Duty : 24,0517 kW

Εικόνα 4.22: Pump P-417 parameters

Στην συνέχεια της αντλίας το ρεύμα HRF συναντάει την βάνα αντεπιστροφής FV-488

στην οποία έχουμε πτώση πίεσης 5 kg/cm2 και ορίζεται από τα παρακάτω

χαρακτηριστικά:

Valve Opening: 80 %

Delta P : 5 kg/cm2

Cv : 41,93

Page 74: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 74 - ΈΤΟΣ: 2013

Εικόνα 4.23: Valve FV-488 sizing

Στην συνέχεια το ρεύμα συναντάει τον εναλλάκτη Ε-430, ο οποίος προθερμάνει την

τροφοδοσία του πύργου Τ-409 και παράλληλα, ψύχοντας το από τους 152 oC στους

113 oC περίπου.

Εικόνα 4.24: Heat Exchanger E-430

Page 75: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΜΟΝΑΔΑΣ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ ΑΝΑΜΟΡΦΩΜΑΤΟΣ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 75 - ΈΤΟΣ: 2013

Στην συνέχεια το προϊόν ψύχεται στο αεροψυκτήρα Ε-428 με χαρακτηριστικά :

Process Stream Delta P : 1 kg/cm2

Configuration: One tube row, One pass

Air outlet: 40 oC

Air intake Temperature : 25 oC

Μετά τον αεροψυκτήρα το ρεύμα HRF ψύχεται στον εναλλάκτη θερμότητας Ε-483 με:

Delta P : 0,2 kg/cm2

Duty : 3,500e+005 Kcal/h

Εικόνα 4.25: Air Cooler E-428 parameters

Page 76: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 76 - ΈΤΟΣ: 2013

Εικόνα 4.26: Cooler E-483 parameters

Έτσι το ρεύμα με το Βαρύ Αναμόρφωμα βρίσκεται στην ακριβείς επιθυμητή κατάσταση

και είναι έτοιμο προς αποθήκευση στην δεξαμενή. Τα χαρακτηριστικά του είναι :

Temperature : 37,22 oC

Pressure : 3,8 kg/cm2

Mass Flow : 5,382e+004 kg/h

Το ρεύμα με το Ελαφρύ Αναμόρφωμα (LRF) το οποίο και εξάγεται από την κορυφή του

πύργου Τ-409 μετά την έξοδο του συναντάει την αντλία P-416 με χαρακτηριστικά :

Delta P : 8,2 kg/cm2

Adiabatic Efficiency : 80 %

Το Hysys μα υπολογίζει βάση των στοιχείων αυτών:

Pressure Ratio : 5,473

Duty : 4,41776 kW

Page 77: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΜΟΝΑΔΑΣ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ ΑΝΑΜΟΡΦΩΜΑΤΟΣ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 77 - ΈΤΟΣ: 2013

Εικόνα 4.27: Pump P-416 parameters

Το ρεύμα LRF αφού περάσει την αντλία P-416 συναντάει την βάνα FV-485 με

χαρακτηριστικά :

Valve Opening: 80 %

Delta P : 2,3 kg/cm2

Cv : 18,04

Εικόνα 4.28: Valve FV-485 sizing

Page 78: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 78 - ΈΤΟΣ: 2013

Στην συνέχεια ψύχεται στον εναλλάκτη θερμότητας Ε-427 και το προϊόν κατευθύνεται

προς την μονάδα Ισομερισμού και περεταίρω επεξεργασία. Τα χαρακτηριστικά του Ε-

427:

Delta P : 0 kg/cm2

Duty : 6,500e+000 Kcal/h

Η κατάσταση του ρεύματος LRF πριν την τροφοδοσία του στην μονάδα Ισομερισμού

είναι η παρακάτω:

Temperature : 40,51 oC

Pressure : 6,6 kg/cm2

Mass Flow : 1,013e+004 kg/h

Το τελευταίο ρεύμα προς σχεδίαση και προσομοίωση είναι αυτό του Βενζολίου

(benzene), το οποίο παίρνουμε από το 28ο πλατό του πύργου ως πλευρικό προϊόν. Το

ρεύμα αυτό αρχικά συναντά την αντλία P-418 με χαρακτηριστικά:

Delta P : 3,950 kg/cm2

Adiabatic Efficiency: 80%

Εικόνα 4.29: Cooler E-427 parameters

Page 79: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΜΟΝΑΔΑΣ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ ΑΝΑΜΟΡΦΩΜΑΤΟΣ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 79 - ΈΤΟΣ: 2013

Δίνοντας αυτά τα χαρακτηριστικά αυτά το Hysys μας υπολογίζει :

Pressure Ratio : 3,036 kg/cm2

Duty : 9,56111e-007 kW

Εικόνα 4.30: Pump P-418 parameters

Σε συνέχεια το προϊόν του βενζολίου ψύχεται στον εναλλάκτη Ε-429 με :

Delta P : 0 kg/cm2

Delta T : -20 oC

Εικόνα 4.31: Cooler E-429 parameters

Page 80: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 80 - ΈΤΟΣ: 2013

Το ρεύμα μετά την ψύξη του συναντάει την βάνα FV-489 με χαρακτηριστικά:

Valve Opening: 80 %

Delta P 1,060 kg/cm2

Cv : 26,05

Εικόνα 4.32: FV-489 sizing

Το ρεύμα είναι έτοιμο προς αποθήκευση με σύσταση πλούσια σε βενζόλιο και

χαρακτηριστικά:

Temperature : 78,67 oC

Pressure : 3,797 kg/cm2

Mass Flow : 0 kg/h, διότι έχει ζητηθεί στον πύργο το ρεύμα να μην προσφέρει

προσωρινά καμία ποσότητα βενζολίου.

Page 81: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 81 - ΈΤΟΣ: 2013

5. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

5.1 Συμπεράσματα Χρησιμότητας Προσομοιώσεων Χημικών και Φυσικών

Διεργασιών

Όπως διαβάσαμε στο θεωρητικό κομμάτι της εργασίας η προσομοίωση διεργασιών

χρησιμοποιείται για την σχεδίαση, ανάπτυξη, ανάλυση και βελτιστοποίηση χημικών και

φυσικών διεργασιών και εφαρμόζεται κυρίως σε χημικές εγκαταστάσεις και βιομηχανίες.

Η προσομοίωση διεργασιών είναι μια διαδικασία απαραίτητη αρχικά στον σχεδιασμό

διεργασιών για την επιλογή διαφόρων σχημάτων λειτουργίας και ανάπτυξης αξιόπιστων

ισοζυγίων μάζας και ενέργειας για τον μετέπειτα λεπτομερή σχεδιασμό. Επίσης

χρησιμοποιείται στην λειτουργία των διεργασιών, την ανάλυση της απόδοσης τους, για

την διερεύνηση εναλλακτικών λειτουργιών με απώτερο σκοπό την βέλτιστη και

παράλληλα οικονομικότερη λειτουργία. Η πιστότητα των προσομοιώσεων επηρεάζει

άμεσα τους παράγοντες της ποιότητας, της ασφάλειας και παραγωγικότητας μιας

εγκατάστασης.

5.2 Αποτελέσματα Προσομοίωσης μονάδος Διαχωρισμού Αναμορφώματος

5.2.1 Αποτελέσματα Προδιαγραφών Προϊόντων

Όπως αναφέρθηκε στα προηγούμενα κεφάλαια για την παραγωγή επιθυμητών

προϊόντων πετρελαίου απαιτούνται συγκεκριμένες προδιαγραφές των επί μέρους

συστατικών τους, οι οποίες επιτυγχάνονται κατά την επεξεργασία των προϊόντων

αυτών.

Οι προδιαγραφές των προϊόντων του Διαχωριστή Αναμορφώματος είναι οι εξής:

Σε κανονική λειτουργία (χωρίς την παραγωγή πλευρικού ρεύματος) το

ρεύμα κορυφής του πύργου Τ-409 πρέπει να έχει μέγιστη συγκέντρωση

C7+ 2,5 LV%. Κατά την παραγωγή πλευρικού ρεύματος (βενζολίου) η

προδιαγραφή αυτή αλλάζει σε μέγιστη συγκέντρωση βενζολίου 1 LV%.

Page 82: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 82 - ΈΤΟΣ: 2013

Η συγκέντρωση του βενζολίου στο ρεύμα προϊόντος πυθμένα του πύργου

Τ-409 δεν πρέπει να είναι μεγαλύτερη του 1,5 LV%.

Για την επίτευξη το προδιαγραφών αυτών στην προσομοίωση μας χρησιμοποιούμε την

εντολή Adjust η οποία στην συγκεκριμένη περίπτωση ορίζει την ροή προϊόντος του

ρεύματος VHPS,το οποίο τροφοδοτεί των Αναβραστήρα του Πύργου με υψηλής πίεσης

υπέρθερμο ατμό, με βάση το ζητούμενο ποσοστό βενζολίου στο ρεύμα HRF, το οποίο

στην συγκεκριμένη περίπτωση είναι έως 1,5% όπως ζητούν οι προδιαγραφές.

Εικόνα 5.1: Adjust VHPS

Ο παρακάτω πίνακας δείχνει της διάφορες τιμές που δημιουργεί η εντολή Adjust στο

ρεύμα VHPS και παράλληλα στην σύσταση του ρεύματος LRF της κορυφής σε C7+ του

Πύργου με συνάρτηση με τις τιμές όπου έχουμε ορίσει εμείς για την σύσταση του

ρεύματος HRF του πυθμένα σε Βενζόλιο.

Page 83: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 83 - ΈΤΟΣ: 2013

Προϊόν

Πυθμένα

Βενζόλιο %

Προϊόν

Κορυφής

C7+ %

Προϊόν

Κορυφής

Βενζόλιο %

Ρεύμα VHPS

Ατμός kg/h

1% 6,1% 13,2% 7659

1,1% 5% 13,1% 7575

1,2% 4,7% 13,1% 7551

1,3% 3,8% 12,9% 7474

1,4% 2,6% 12,7% 7378

1,5% 1,7% 12,5% 7292

1,6% 1% 12,3% 7220

Πίνακας 5.1: Αποτελέσματα Προδιαγραφών Προϊόντων

5.2.2 Συμπεράσματα Αποτελεσμάτων Προδιαγραφών Προϊόντων

Με βάση το παραπάνω πίνακα βλέπουμε πως για την επίτευξη των ζητούμενων

προδιαγραφών προϊόντων στην μονάδα Διαχωρισμού Αναμορφώματος ο

Αναβραστήρας πρέπει να τροφοδοτηθεί με 7292 kg/h Υπέρθερμου Ατμού ώστε να

προκύψει 1,5 % ποσοστό Βενζολίου στο προϊόν του πυθμένα και 1,7% ποσοστό C7+

στο προϊόν της κορυφής.

Προϊόν Πυθμένα

Βενζόλιο %

Προϊόν Κορυφής

C7+ %

Προϊόν Κορυφής

Βενζόλιο %

Ρεύμα VHPS

Ατμός kg/h

Εντός

Προδιαγραφών

1,5% 1,7% 12,5% 7292 ΝΑΙ

Πίνακας 5.2: Αποτελέσματα Προϊόντων Εντός Προδιαγραφών

Page 84: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 84 - ΈΤΟΣ: 2013

Επίσης οριακά των προδιαγραφών μπορεί να λειτουργήσει με τις δύο παρακάτω

περιπτώσεις σε περίπτωση θα χρειαστεί να δώσουμε έμφαση στο ποσοστό Βενζολίου

του Πυθμένα ή στο ποσοστό C7+ της κορυφής:

Προϊόν Πυθμένα

Βενζόλιο %

Προϊόν Κορυφής

C7+ %

Προϊόν Κορυφής

Βενζόλιο %

Ρεύμα VHPS

Ατμός kg/h

Εντός

Προδιαγραφών

1,4% 2,6% 12,7% 7378 ΟΡΙΑΚΑ

1,6% 1% 12,3% 7220 ΟΡΙΑΚΑ

Πίνακας 5.3: Αποτελέσματα Προϊόντων οριακά των Προδιαγραφών

Στην πρώτη περίπτωση έχουμε ένα καλό ποσοστό Βενζολίου στον Πυθμένα με

1,4% αλλά τα C7+ στην κορυφή αποκλείουν ελάχιστα των προδιαγραφών με

ποσοστό 2,6 %.

Στην δεύτερη περίπτωση το ποσοστό Βενζολίου στον Πυθμένα αποκλείει

ελάχιστα των προδιαγραφών με ποσοστό 1,6% αλλά τα C7+ στην κορυφή δίνουν

ένα πάρα πολύ καλό ποσοστό μόλις 1% με αποτέλεσμα ενός ρεύματος χαμηλής

σύστασης σε βαριά προϊόντα στην μονάδα Ισομερισμού.

5.2.3 Απόκλιση Προσομοίωσής από Πειραματικά Δεδομένα

Για την σωστή χρήση της προσομοίωσης στην παραγωγή θα πρέπει να ελεγχτεί το

πόσο αξιόπιστα είναι τα αποτελέσματα της σε σχέση με τα πραγματικά.

Ο έλεγχος της απόκλισης των δεδομένων γίνετε με τον παρακάτω πίνακα όπου έχοντας

σταθερά ισοζύγια μάζας, συγκρίνονται τα ισοζύγια ενέργειας της Ανακυκλοφορίας της

Page 85: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 85 - ΈΤΟΣ: 2013

κορυφής και του αναβραστήρα του πυθμένα του Πύργου Διαχωρισμού

Αναμορφώματος.

Έχοντας μίας συγκεκριμένης σύστασης συνεχή ροή τροφοδοσίας στο πύργο στην

προσομοίωση μας, δηλώσαμε σαν σταθερές το Reflux Rate = 29,5 m3/h και το Benzene

Rate = 0 m3/h. Παράλληλα δώσαμε μία σταθερή ροή υψηλής πίεσης υπέρθερμου ατμού

στον αναβραστήρα του πυθμένα και μία σταθερή ψύξη του αεροψυκτήρα της κορυφής.

Έτσι το Hysys έχοντας δεσμεύσει όλους τους Βαθμούς Ελευθερίας υπολογίζει τα

ισοζύγια ενέργειας του πύργου, τα οποία είναι:

Reboiler Duty : 3,44 Gcal/h

Condenser Duty : 2,71 Gcal/h

Στον παρακάτω πίνακα βλέπουμε τα πειραματικά δεδομένα, αυτά τις προσομοίωσης

και την απόκλιση τους:

Πειραματικά

Δεδομένα

Αποτελέσματα

Προσομοίωσης

Απόκλιση

Reboiler Duty Gcal/h 3,42 3,44 0,5 %

Condenser Duty Gcal/h 2,66 2,71 1,8 %

Πίνακας 5.4: Απόκλιση Προσομοίωσης από Πειραματικά Δεδομένα

Στην παραπάνω προσομοίωση της Μονάδας Διαχωρισμού Αναμορφώματος βλέπουμε

πως η απόκλιση είναι πολύ μικρή με μέγιστη τιμή απόκλισης δεδομένων 1,8%. Άρα η

προσομοίωση μπορεί να κριθεί αξιόπιστη για την οποιαδήποτε χρήση της στην

βιομηχανία.

Page 86: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 86 - ΈΤΟΣ: 2013

6. ΠΙΝΑΚΑΣ ΟΡΟΛΟΓΙΑΣ

ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΙΣΕΙΣ ΕΛΛΗΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΞΕΝΟΓΛΩΣΣΩΝ ΟΡΩΝ

Ξενόγλωσσος όρος Ελληνικός Όρος

Temperature Θερμοκρασία

Pressure Πίεση

Mass Flow Ροή κατά βάρος

Delta P Διαφορά Πίεσης

Delta T Διαφορά Θερμοκρασίας

Simulation Προσομοίωση

Pressure Ratio Αναλογία Πίεσης

Duty Καθήκον

Valve Opening Άνοιγμα Βάνας

Adiabatic Efficiency Αδιαβατική Απόδοση

Configuration Διαμόρφωση

Air Outlet Έξοδος Αέρα

Air Intake Temperature Θερμοκρασία Εισόδου Αέρα

Sub Cool to Υπό - Ψύξη σε

Hydro skimming Τύπος Διυλιστηρίου

Reformate Αναμόρφωση

Process Διεργασία

7. ΣΥΝΤΜΗΣΕΙΣ – ΑΡΚΤΙΚΟΛΕΞΑ – ΑΚΡΩΝΥΜΙΑ

ΑΚΡΩΝΥΜΙΑ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΟΥΣ

VHPS Vapor High Pressure Stream

HRF Heavy Reformer

LRF Light Reformer

CCR Continuous Cracking Reformer

Page 87: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 87 - ΈΤΟΣ: 2013

8. ΑΝΑΦΟΡΕΣ

1. World Wide Simulation – Experts in Chemical Simulation, History of Chemical

Simulation, February 2012; http://www.worldwidesimulation.com/content/history-

chemical-simulation

2. University of Houston, Introduction to Modeling and Simulation Systems, July

2012; http://www.uh.edu/~lcr3600/simulation/historical.html

3. Wikipedia, the free encyclopedia, Process Simulation, June 2012;

http://en.wikipedia.org/wiki/Process_simulation

4. Ν. Κ. Κόκκινος, Προσομοιώσεις Χημικών Διεργασιών, Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό

Ίδρυμα Καβάλας, 2004.

5. Wikipedia, the free encyclopedia, List of chemical process simulators, September

2012; https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_chemical_process_simulators

6. Aspen HYSYS Simulation Basis v.7.0, Aspen Hysys Thermodynamics, 2008.

7. Aspen HYSYS Property Package - Overview and Best Practices for Optimum

Simulation, Aspen Process Engineering Webinar, October 2012;

http://sites.poli.usp.br/d/pqi2408/BestPracticesOptimumSimulationsHYSYSPrope

rtyPackages.pdf

8. Aspentech’s Hysys: Fluid Package (Thermodynamics) Notes, December 2012;

http://smartprocessdesign.com/aspentechs-hysys-fluid-package-

thermodynamics-notes/

9. Wikipedia, the free encyclopedia, Hydroskimming, October 2012;

http://en.wikipedia.org/wiki/Hydroskimming

10. Σχολή Χημικών Μηχανικών, Τεχνολογία Πετρελάιου και Φυσικού Αερίου,

Υδρογονοκατεργασία, February 2013;

http://www.chemeng.ntua.gr/courses/pngtech/files/Hydroprocessing.pdf

11. Wikipedia, the free encyclopedia, Naptha, March 2013;

http://el.wikipedia.org/wiki/%CE%9D%CE%AC%CF%86%CE%B8%CE%B1

12. Scientific Industrial Enterprise on Development and Introduction of Petrochemical

Processes, Development and Introduction of catalytic processes, Isomerization

Process, February 2013 ; http://www.nefthim.com/manual/slot4/

Page 88: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 88 - ΈΤΟΣ: 2013

13. Wikipedia, the free encyclopedia, Isomerization, March 2013;

http://en.wikipedia.org/wiki/Isomerization

14. Wikipedia, the free encyclopedia, Catalytic Reforming, April 2013;

http://en.wikipedia.org/wiki/Catalytic_reforming

15. WiseGeek, What is Catalytic Reforming, February 2013;

http://www.wisegeek.com/what-is-catalytic-reforming.htm

16. Axens.net, Increasing Semi-Regenerative Reformer Performance through

Catalytic Solutions, February 2013;

http://www.axens.net/document/848/operations-training---semi-reg-

reforming/english.html

17. what-when-how, Fundamentals of Catalytic Reforming, February 2013;

http://what-when-how.com/petroleum-refining/fundamentals-of-catalytic-

reforming/

18. Σχολή Χημικών Μηχανικών, Τεχνολογία Πετρελάιου και Φυσικού Αερίου,

Αναμόρφωση – Ισομερισμός, February 2013;

http://www.chemeng.ntua.gr/courses/pngtech/files/

Reforming%20Isomerization.pdf

19. Σχολή Χημικών Μηχανικών, Καταλυτική Υδρογονοπυρόλυση, February 2013;

http://www.chemeng.ntua.gr/courses/pngtech/news_files/webdoc_11_15_6_2007

.pdf

20. Answers.com, What is Continuous Catalytic Reformer?, February 2013;

http://wiki.answers.com/Q/What_is_Continuous_Catalytic_Reformer

21. Παπαστάθη Κυριακή, Πετρέλαιο - Διύλιση και Προϊόντα, pp. 34-35, 2004.

22. ΕΛΔΑ, Βασικές Αρχές Λειτουργίας Διυλιστηρίων και Κύριος Εξοπλισμός, Τόμος ΙΙ

23. Ελληνικά Πετρέλαια Θεσσαλονίκης, Προδιαγραφές Προϊόντων Πετρελαίου,

Θεσσαλονίκη, 2002.

24. Ελληνικά Πετρέλαια Ελευσίνας, Λειτουργία Απόσταξης Αργού, Αναθεώρηση

Διαδικασίας ΓΤΔ-102, Ελευσίνα, 2005.

25. Τραντάκη Αναστασία, Χημεία και Τεχνολογία Προϊόντων Πετρελαίου ι, Διδακτικές

σημειώσεις Σχολής Τεχνολογικών Εφαρμογών, Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου,

Καβάλα, 2005.

26. Ν.Α. Νικολάου, Χημεία και Τεχνολογία Πετρελαίου, Καβάλα 2009.

27. ΕΛΔΑ, Βασικές Αρχές Λειτουργίας Διυλιστηρίων και Κύριος Εξοπλισμός, Τόμος Ι

Page 89: προσομοιωση μοναδας διαχωρισμου αναμορφωματος

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΖΑΧΟΠΟΥΛΟΣ ΦΩΤΙΟΣ - 89 - ΈΤΟΣ: 2013

28. Ελληνικά Πετρέλαια Θεσσαλονίκης, Βιβλίο Εκπαίδευσης Χειριστών Μονάδων

Διυλιστηρίου, pp126-135, 2005.

29. Χημεία και Χημική Τεχνολογία, Το σύγχρονο διυλιστήριο πετρελαίου, February

2013; http://technology.catalysis.gr/ChemicalTechnology/Refine.htm

30. Πράσινη Χημεία, Καταλύτες, February 2013;

http://www.gcex.gr/wp-

content/uploads/2012/01/%CE%9A%CE%B1%CF%84%CE%B1%CE%BB%CF

%8D%CF%84%CE%B5%CF%82.pdf