Plant-wide modeling, optimization and control of an industrial diesel hydroprocessing plant

Dizel hidro-işlemesi, içinde sülfür giderimi için hidrodesülfürizasyon ve istenen dizel ürünün elde edilmesi için hidrokraking ve ayrıştırma işlemlerini bulunduran önemli bir rafineri sürecidir. Hava kirliliği ve küresel ısınma etkilerinin azaltılması yönünde belirlenen yeni salınım kuralları ile birlikte, çok düşük kükürt seviyeli dizel üretimine duyulan ilgi artmıştır. Bu tezin ilk kısmında, çok düşük kükürt seviyeli dizel üretilen rafinerilerin, dinamik süreçlerinin modellemesi için kullanılabilecek güvenilir modellerin elde edilme çalışması yapılmıştır. Çalışmanın yapıldığı rafineri ünitesinde, iki adet hidrodesülfürizasyon ve bir adet hidrokraker reaktörleri birbirine seri bağlı şekilde çalıştırılmaktadır. Tasarlanan modeller dinamik, eş-ısıl olmayan, sözde-homojen, integro-diferansiyel ve tapa akış reaktör modelleridir. Reaksiyon kinetikleri sürekli kümeleme yöntemi kullanılarak modellenmiştir. Sürkeli kümeleme yönteminde, tepkin karışımların tepkime özellikleri gerçek kaynama noktalarına göre tayin edilir. Önemli model değişkenleri, gerçek ünite ölçümleri kullanılarak belirlenmiştir. Değişken ve yatışkan haldeki sıcaklık, sülfür giderimi ve dizel üretimi model öngörü sonuçları ünite ile yakın derecede uyumludur. Endüstriyel dizel hidro-işleme üniteleri yüksek derecede değişkenlik gösteren beslemeler ve yüksek akış hızlı ürün çıktıları ile çalıştırılmaktadır. Ayrıca, pazardaki değişkenlikler dizel ürünü gereklilikleri üzerinde önemli etkilere sahiptir. Bu nedenle, dizel hidro-işleme ünitelerinin güvenli, kısıtları aşmayaca ve karlılık oranı en yüksek şekilde sürdürülmesi büyük önem arz etmektedir. Bu tezin ikinci kısmında, elde edilen ünite modelleri kullanılarak, endüstriyel dizel hidro-işleme üniteleri için eş-zamanlı en-iyileme ve kademeli kontrol sistemi tasarlanmıştır. Tasarlanan kontrol sistemi iki katmanlı ve kademelidir. Bu kontrol sisteminin üst kademesi karlılık hedefli çalışırken, alt kademesi bağımsız kontrol yapılarını koordine eder. Tasarlanan kontrol sisteminin performansı, kapalı döngü hedef değere ulaşma ve bozucu etki giderme simülasyonları ile denetlenmiştir.