Geciktirmeli koklaşma ünitesi için ileri proseskontrol sistemi tasarımı

Abstract

It is essential for refineries to optimize the upgrading vacuum residue (VR) processes due to reducing of conventional light crude oil resources and increasing of fuel global demands. Delayed coking is a thermal cracking process used in refineries to upgrade and convert vacuum residuum into liquid and gas product streams including Light Coker Gas Oil (LCGO), Heavy Coker Gas Oil (HCGO), Sour Liquefied Petroleum Gas (LPG), Sour Coker Product Gas, Stabilized Naphtha and Petroleum Coke as a solid concentrated carbon material. Delayed coking is a semi-batch process where one or more pairs of coke drums are used for the thermal cracking and coking process. Simultaneously in each pair of coke drums, the feed stream is switched between two drums and one drum is online for the coking process while the other drum is offline undergoing decoking. The switching of the coke drums severely destabilizes the operation of the main fractionator and downstream process units. Applying advanced control concepts minimizes the disturbances and improves product quality and unit stability. Delayed coking is one of the most difficult refinery units to operate and control due to disturbances. Industrial chemical processes must operate at maximum efficiency and one of the ways to save energy and still obtain high quality product by using Advanced Process Control (APC) systems. The objective of thesis is to design an advanced process control system for main fractionator column of the delayed coker unit using Honeywell RMPCT. The aim of the APC is to decrease standard deviation of LCGO Final Boiling Point (FBP) quality in main fractionator column during steady state operation. The methods used in this thesis are the determination of the controller matrix and the application of pre-step and main tests to obtain process models for the advanced process control. According to obtained results, standard deviation for the LCGO FBP quality results are compared before and after APC implementation. It is shown that when the APC is turned on, the standard deviation of the LCGO product FBP quality is decreased by 3 ℃.

Rafinerilerin, geleneksel hafif ham petrol kaynaklarının azalması ve global yakıt talebinin artması nedeniyle, vakum distilasyon kolonu dip ürünü olan vakum kalıntısı (VR) işlemlerini optimize etmeleri gereklidir. Gecikmeli koklaşma ünitesi, rafinerilerde vakum kalıntısını değerli ürün olan, Hafif Koklaşma Gaz Yağı (LCGO), Ağır Koklaşma Gaz Yağı (HCGO), Sıvılaştırılmış Petrol Gazı (LPG), Kok Ürün Gazı, Stabilize Nafta gibi sıvı ve gaz ürün akışlarına dönüştürmektedir, ilave olarak da katı yoğun karbon malzemesi olan petrol kok ürününe dönüştürmektedir. Gecikmeli koklaştırma, termal parçalama ve koklaştırma işlemi için bir veya daha fazla kok tamburunun kullanıldığı yarı-sürekli bir işlemdir. Eş zamanlı olarak her bir kok tamburu çiftinde, besleme akışı iki tambur arasında değiştirilir ve bir tambur koklaştırma işlemi için çevrim içi iken diğer tambur çevrimdışı olup kok giderme işlemine tabi tutulur. Kok dramlarının değiştirilmesi, ana fraksiyon kolonunun işleyişinde ve aşağı akım proses ünitelerinde bozulma etkisi yaparak, ünite proseslerini ciddi şekilde etkilemektedir. İleri proses kontrol kavramlarının uygulanması, bu tür bozulmaları en aza indirir ve ürün kalitesini ve ünite stabilizasyonunu artırır. Gecikmeli koklaşma ünitesi, bozulmalardan dolayı işletilmesi ve kontrol edilmesi en zor olan rafineri ünitelerinden biridir. Endüstriyel kimyasal işlemler en yüksek verimlilikte çalışmalıdır ve enerji tasarrufu yapmanın ve yüksek kaliteli ürünler elde etmenin yollarından biri İleri Proses Kontrol (APC) methodlarını kullanmaktır. Tez çalışmasının amacı, Honeywell RMPCT kullanarak gecikmeli koklaşma ünitesinin ana fraksiyon kolonunda ileri proses kontrol sistemi tasarlamaktır. APC'nin amacı, stabil operasyon sırasında ana fraksiyonlandırma kolonunda LCGO Son Kaynama Noktası kalitesinin standart sapmasını azaltmaktır. Bu tezde kullanılan yöntemler, ileri süreç kontrolüne yönelik süreç modellerinin elde edilmesi için kontrolör matrisinin belirlenmesi ve ön adım ve ana testlerin uygulanmasıdır. Elde edilen sonuçlara göre LCGO FBP kalite sonuçlarının standart sapması APC uygulamasından önce ve sonra karşılaştırılmıştır. APC devrede olduğunda LCGO ürününün FBP kalitesinin standart sapmasının 3 °C azaldığı gösterilmiştir.