Development of a Model of Economical Optimization of Hydrogenation Processes

Abstract

Työn tarkoituksena oli kehittää tietokonemalli, jota voidaan käyttää iso-okteenin hydrausprosessin taloudelliseen optimointiin. Mallin avulla voidaan erilaisia olefiinien hydraukseen soveltuvia prosessiratkaisuja vertailla keskenään taloudellisesta näkökulmasta.

Yleisiä olefiinien hydrauksessa käytettyjä katalyyttimetalleja ovat nikkeli ja platina. Metallit eroavat toisistaan niin hinnan, käyttöiän kuin hydrausaktiivisuudenkin osalta. Työn kirjallisuusosassa on tutkittu nikkeli- ja platinakatalyyttien myrkyttymistä, deaktivoitumista ja mahdollisuuksia katalyyttien aktiivisuuden palauttamiseen. Nikkeli- ja platinakatalyyttien kannalta pahimmaksi myrkyksi osoittautui rikki, joten kirjallisuusosassa on myös tarkasteltu erilaisia rikinpoistoprosesseja joita voidaan käyttää hydrausprosessin syöttövirran puhdistamiseen. Työssä on lisäksi tarkasteltu katalyyttimetallien hintakehitystä.

Työn kokeellisessa osassa kehitettiin kaksiosainen optimointimalli hydrausprosessille. Prosessin simulointi suoritetaan FLOWBAT-simulointiohjelmalla tätä tarkoitusta varten kehitetyillä simulointimalleilla. Simuloinnin tuloksia hyödynnetään Microsoft Excel taulukkolaskentaohjelmalla toteutetussa kustannuslaskentamallissa. Kustannuslaskentamallilla on mahdollista laskea simuloidun prosessikonfiguraation likimääräinen hankintameno sekä likimääräiset katalyyttikustannukset, käyttökustannukset ja vuotuiset kustannukset. Mallin testausta varten suoritettiin sarja simulointeja kolmella erilaisella simulointimallilla. Simulointiajoissa käytettiin kahta erilaista katalyyttiä ja simuloinnin tavoitteena pidettiin kahta eri suuruista lopputuotteen olefiinipitoisuutta kunkin simulointimallin kohdalla.

Koeajojen perusteella pääteltiin, että tärkeimpiä hydrausprosessin kustannuksiin vaikuttavia muuttujia ovat katalyytin tyyppi ja käyttöikä, reaktorien alkulämpötila, haluttu lopputuotteen olefiinipitoisuus sekä lämmönsiirtimiltä talteen saatavan energian määrä. Lisäksi pääteltiin että prosessia suunniteltaessa on syytä keskittyä katalyytti- ja käyttökustannusten minimoimiseen hankintamenon minimoimisen sijasta, sillä hankintamenon vaikutus prosessin vuotuisiin kokonaiskustannuksiin on pieni.