Çeşitli ham petrolleri işleyebilen mevcut ham petrol ünitelerinin optimum çalışma koşullarının belirlenmesi
Determination of optimum operating conditions of an existing crude distillation unit processing various crude oil types
Yazar: ZİYA GÜRÜN
Danışman: PROF. DR. OSMAN BOZDAĞ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Simpleks Yöntemi ile çalışan doğrusal olmayan bir optimizasyon yöntemi, tanımlanmış proses kısıtlamalarına, ürün spesifikasyonlarına ve güncel piyasa koşullarına tabi olan bir proses ünitesinin optimum çalışma koşullarını bulmak için geliştirildi. Çalışma için farklı tasarım ve kapasitelere sahip dört ham petrol damıtma ünitesi seçildi. İlk olarak, bu ham petrol üniteleri Aspen Hysys V12.1 proses simülasyon yazılımı kullanılarak modellendi. Daha sonra simülasyon modellerinin sonuçları, bu ham petrol ünitelerinin üç farklı güne ait günlük çalışma koşulları verileriyle karşılaştırıldı. Optimizasyon yöntemi, minimum benzin talebi, maksimum benzin talebi ve düşük Ural ham petrol fiyatı olarak belirlenen üç farklı piyasa senaryosu için ham petrol ünitelerine uygulandı. Modellerde Ağır Basra, Hafif İran ve Ural ham petrol türleri kullanıldı. Modelin, gazyağı ve dizel ürünlerinin fiyatının nafta ürününden daha yüksek olduğu minimum benzin talebi senaryosu için nafta üretimini en aza indirdiği ve orta distilat üretimini maksimize ettiği bulundu. Benzer şekilde, modelin, nafta fiyatının orta distilat ürün fiyatını aştığı maksimum benzin talebi senaryosu için nafta ürün verimini maksimize ettiği görüldü. Bu çalışmada geliştirilen optimizasyon yönteminin ham petrol ünitelerinde önemli kar artışı sağlayabileceği sonucuna varıldı. Her bir ham petrol ünitesi için optimum çalışma koşullarının, optimizasyon için tanımlanan bir amaç fonksiyonu için, ünite tasarımına, piyasa verilerine bağlı olduğu bulundu. Geliştirilen model, uygulamayı farklı bir örnekte denemek amacıyla başka bir rafineriye maksimum benzin ve minimum benzin senaryoları için uygulandı. Modelin rafinerilerde enerji santrallerindeki uygulanmasına örnek olması amacıyla, bir enerji santrali tasarlandı ve değişen rafineri koşullarına göre üç farklı senaryoda rafinerinin ihtiyacı olan 40 bar buhar, 10 bar buhar ve elektrik enerjisini sağlayacak şekilde optimize edildi. Bu senaryolar normal rafineri ihtiyacı, artan elektrik talebi ve artan buhar talebi olarak tanımlandı.

Abstract:
A nonlinear optimization method working with the Simplex Method was developed to find optimum operating conditions of a process unit subject to defined process constraints, product specifications and prevailing market conditions. Four crude distillation units with different configurations and capacities were selected for the study. First, these crude unit were modeled using Aspen Hysys V12.1 process simulation software. Then the results of the simulation models were compared to daily operating conditions data of these crude units for three different days. The optimization method was applied to the crude units for three sets of market scenarios designated as minimum gasoline demand, maximum gasoline demand and reduced Ural crude oil price. Heavy Basra, Light Iran and Ural crude oil types were used in models. It was found that the model minimized naphtha production and maximized mid distillate production for minimum gasoline demand scenario where the price of kerosene and diesel products were higher than naphtha product. Similarly, the model maximized the naphtha product yield for the maximum gasoline demand scenario where the naphtha price exceeds the mid distillate product price. It was observed that the optimization scheme developed in this study could generate significant profit increase in crude units. It was found that the optimum operating conditions for each crude unit depended on the unit configuration, set market data used for an objective function defined for the optimization. The developed model was applied to another refinery for maximum gasoline and minimum gasoline scenarios in order to test the application in a different example. In order to set an example for the application of the model in power plants in refineries, a power plant was designed and optimized to provide 40 bar steam, 10 bar steam and electrical energy required by the refinery in three different scenarios according to changing refinery conditions. These scenarios were designated as normal refinery demand, increased electricity demand, and increased steam demand.