Claus prosesi reaksiyon fırını ve atık ısı kazanının modellenmesi ve optimizasyonu

Bu tez çalışmasının amacı, Claus proses termal basamağının iki ardışık reaktör olarak kinetik tabanlı modellenmesi ve bir bütün olarak optimize edilmesidir. Tez çalışmasında reaksiyon fırını ve atık ısı kazanı için ayrı ayrı basitleştirilmiş kinetik model çıkarılarak DSMOKE ortamında detaylı kinetik model verileriyle doğrulanmıştır. Doğrulanan kinetik modeller kullanılarak her iki ünite için matematiksel model çıkarılmış, atık ısı kazanı bir ısı değiştirici yerine ısı geçişli tıpa akış reaktörü olarak modellenmiş ve modeller MATLAB ortamında simüle edilmiştir. Simülasyon sonuçları literatürle karşılaştırılıp modeller doğrulandıktan sonra optimizasyon çalışmaları yapılmıştır. Reaksiyon fırını giriş sıcaklığı, havanın fırına besleme hızı, yakıtın fırına besleme hızı ve asidik gazın fırına giriş hızı karar değişkenleri olarak seçilmiştir. Termal basamak çıkışındaki elementel kükürt miktarının maksimize edilmesi temel amaç olarak belirlenmiş, ayrıca kazan içerisinde üretilen yüksek basınçlı buhar miktarının maksimize edilmesi ikinci bir amaç olarak eklenerek çok-amaçlı optimizasyon problemi de çözülmüştür. Optimizasyon çalışmaları MATLAB ortamında gerçekleştirilmiş olup, program içinde yer alan fmincon, ga, particleswarm ve gamultiobj çözücüleri kullanılarak karar değişkenleri için optimum değerler ve amaç fonksiyonu sonuçları elde edilmiştir. Ayrıca alternatif olarak bir deneysel tasarım yöntemi olan Taguchi metodu da optimizasyon çalışmaları için kullanılmış, Minitab programı yardımıyla varyasyon analizleri yapılmış ve optimum değerler belirlenmiştir. Yapılan optimizasyon çalışmaları neticesinde hem kazan çıkışındaki elementel kükürt miktarının, hem de kazanda üretilen yüksek basınçlı buhar miktarının arttığı belirlenmiştir.