Techno-economic assessment of the removal of benzene impurities

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Date
2016-08-23
Department
Major/Subject
Prosessit ja tuotteet
Mcode
KE3003
Degree programme
KEM - Kemian tekniikan koulutusohjelma
Language
en
Pages
66+9
Series
Abstract
In Borealis’ aromatics production site benzene is produced as well as imported for further processing to cumene by catalytic alkylation. Objective of this thesis is to find more feasible way to process benzene at Borealis’ benzene unit. Three factors are aspired: possibility to source benzene with higher toluene content, avoid distilling on-spec benzene, and allow alkylation catalyst run length match turnaround interval of five years. Three processing scenarios are compared in this thesis: I) distillation of all used benzene, II) distillation of only imported benzene, and III) bypassing the benzene distillation column completely. Techno-economic assessment of these three scenarios is conducted. Capacity of the benzene distillation column is studied by Aspen Plus simulation. Clay treating as benzene purification method is studied by laboratory tests. Investment needs as well as operating costs are determined for all the scenarios. Net present value (NPV), internal rate of return, and payback time are calculated for the scenarios. Also sensitivity analysis is done for the scenarios and some risks and other factors are compared. Simulations show that capacity of the distillation column is enough for maximum feed in scenario I. However, some changes to the reboiler of the column must be done so that minimum capacity of scenario II can feasibly be met. In laboratory, three different acid activated bentonite clays are tested for N-formylmorpholine removal by adsorption capability and capacity tests. Operating costs are estimated with steam, catalyst and clay costs. Benefit gained from price difference of benzene with higher toluene content is also taken into account. NPV of the scenario II is calculated to be the best. NPVs are most sensitive for steam price change and change in benzene price difference. Other factors imply also that the scenario II would be the best alternative. In this scenario, there is a possibility to purchase lower quality benzene, no benzene that is on specifications is unnecessarily distilled over, and the catalyst run length should match the turnaround period with efficient operation of the clay treaters. According to these factors and financial indicators, the scenario II is recommended as processing method of benzene.

Borealiksen aromaattien tuotantolaitoksella bentseeniä tuotetaan sekä tuodaan. Bentseenistä valmistetaan kumeenia katalyyttisella alkyloinnilla. Tämän työn tarkoituksena on etsiä kannattavampi menetelmä prosessoida bentseeniä Borealiksen bentseeniyksikössä. Kolmea tekijää tavoitellaan: mahdollisuutta ostaa korkeamman tolueenipitoisuuden bentseeniä, spesifikaatiot täyttävän bentseenin tislauksen välttämistä, ja alkylointikatalyytin toiminnan säilyttämistä viiden vuoden seisokkivälin. Työssä vertaillaan kolmea prosessointiskenaariota: I) kaiken käytetyn bentseenin tislaus, II) vain tuontibentseenin tislaus, III) bentseenin tislauskolonnin ohitus kokonaan. Näille vaihtoehdoille tehdään teknis-taloudellinen arvio. Bentseenin tislauskolonnin kapasiteettia tutkitaan simuloimalla Aspen Plus -ohjelmalla. Bentseenin puhdistusta savikäsittelyllä tutkitaan laboratoriokokeilla. Kaikille kolmelle skenaarioille kartoitetaan investointitarpeet sekä määritetään käyttökustannukset. Skenaarioille lasketaan nettonykyarvo, sisäinen korkokanta sekä takaisinmaksuaika. Skenaarioille tehdään myös herkkyysanalyysi ja joitakin riskejä sekä muita tekijöitä vertaillaan. Simulointien perusteella tislauskolonnin kapasiteetti riittää skenaario I:n maksimisyöttömäärälle. Jotta skenaarion II minimisyöttö voidaan toteuttaa, kolonnin pohjan kiehuttimeen on kuitenkin tehtävä muutoksia. Laboratoriokokeissa testataan kolmea happoaktivoitua bentoniittisavea N-formyylimorfoliinin poistamisessa adsorptiokyky- sekä kapasiteettikokeilla. Käyttökustannukset arvioidaan höyrylle sekä katalyytti- ja savikustannuksille. Tolueenipitoisella bentseenillä saavutettava kustannushyöty huomioidaan myös. Skenaarion II nettonykyarvo on paras. Nettonykyarvot ovat kaikkein herkimpiä höyryn hintavaihtelulle ja bentseenin hintaeron vaihtelulle. Muidenkin tekijöiden perusteella skenaario II on paras vaihtoehto. Tässä skenaariossa on mahdollisuus ostaa alemman laadun bentseeniä, spesifikaatiot täyttävää bentseeniä ei tislata turhaan ja katalyytin käyttöiän pitäisi kestää huoltoseisokkivälin tehokkaan savitornien operoinnin avulla. Näiden tekijöiden sekä talouslaskelmien perusteella skenaariota II suositellaan bentseenin operoinnille.
Description
Supervisor
Oinas, Pekka
Thesis advisor
Ouni, Tuomas
Sarwar, Golam
Keywords
benzene purification, clay treating, bentonite clay, techno-economic assessment
Other note
Citation