Petrol distilasyonu simülasyonu: Proses parametrelerindeki değişimin ürün kompozisyonuna etkisinin incelenmesi
Petroleum distillation simulation: Investigation of the effect of process parameters on product composition
Yazar: YASEMİN PEKCOŞKUN
Danışman: PROF. DR. MEHMET FERDİ FELLAH
Bursa Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Günümüzde gelişen sanayi ve endüstri şartları ile enerji ihtiyacı gün geçtikçe artmaktadır. Bu sebeple endüstrinin her alanında açığa çıkan enerji gereksinimini karşılamak için ihtiyaç duyulan ürünlerin temelini oluşturan ham petrolün rafine edilmesi ve fraksiyonlarına ayrıştırılmasına dayalı işlemler günümüzde çok önemli bir konumdadır.
Ham petrolün rafine edilerek farklı bileşenlere dönüştürülmesi ve endüstriyel sahalarda yararlanılabilir ürünlere ayrıştırılması için kullanılan en yaygın ve etkili teknik distilasyon işlemidir. Distilasyon prosesi, temel anlamda bir karışımı oluşturan bileşenlerin kaynama noktalarının yani uçuculuklarının farklı olmasından faydalanılarak ayrıştırılması işlemidir. Ham petrol rafineri ürünlerine örnek olarak, benzin, fuel oil ve motorin, jet yakıtı, asfalt, kerosen, madeni yağlar gösterilebilir.
Ham petrol distilasyonu yapılan bir işletmede, en çok enerji tüketiminin olduğu ünitelerden biri ham petrolün fraksiyonlarına ayrıştırıldığı distilasyon kolonlarıdır. Bu sebeple rafinerilerde distilasyon kolonlarını optimum şartlar altında çalıştırmak, hem global enerji kaynaklarını korumak hem de işletme maliyetlerini minimum seviyede tutmak için oldukça önemli bir tasarım ve geliştirme konusudur.
Ham petrolün fraksiyonlarına ayrıldığı distilasyon kolonlarındaki operasyon şartları ürün eldesine ve ürün kompozisyonuna etki eden birçok parametreyi içerir. Bu çalışmada, bir atmosferik petrol distilasyonu ünitesi simüle edilmiş ve petrol distilasyon proses parametrelerinin değişiminin ürün kompozisyonuna ve kolon içi operasyon şartlarına etkisi incelenmiştir. Simülasyon, ASPEN Plus v8.6 yazılımından yararlanılarak oluşturulmuştur. Değişim parametreleri olarak besleme yeri, besleme sıcaklığı ve besleme debisi üzerinde durulmuştur.
Besleme debisinin artırılmasına rağmen, ürün debisinin azaldığı, dip miktarının arttığı gözlenmiştir. Bunun sebebi, sisteme ek ısı girdisi verilmeksizin artırılan besleme debisinin kolon randımanını düşürmesidir. Besleme hangi ürün çıkış noktasına yakın yapılırsa sıcaklıkla beraber o ürünün de çıkış debisini arttığı gözlenmiştir. Besleme debisi artırılmadan besleme sıcaklığının artırılması ürün debilerini değiştirmemekle birlikte ürün kompozisyonlarını değiştirmiştir. Besleme sıcaklığı artırıldıkça dipte daha ağır ürünlerin kaldığı ve genel olarak tüm ürünlerin daha ağır bileşenlerden oluştuğu anlaşılmıştır.

Abstract:
World need for energy has been on a continuous rise in parallel to the rapidly-growing industrial demand around the world. Consequently, distillation and fractionation of crude oil is of paramount importance today, as the crude oil is the basis of many fuels that are used as the main energy source in so many industries.
The most common and effective technique used today in separation of crude oil into its components and to fuels usable in the industry is distillation. Distillation in essence is a separation technique utilizing the different boiling points, evaporation tendencies, of a mixture's components. Among the final products from distillation of crude oil, gasoline, fuel oil, diesel, jet fuel, asphalt, kerosene and machine oils can be counted.
One of the most energy-intensive units in a crude oil refinery are the distillation columns, where the crude oil is distilled into its main fractions. It is therefore a major research and development task to ensure the optimal operation of these columns, serving to both minimizing the operational costs and safeguarding the world's energy resources.
The operating conditions in a distillation column is set by many parameters that affect the flowrate and composition of the products. In this work, a simulation has been created for an atmospheric distillation unit and the effects of varying process parameters on the column's operating conditions and the product compositions have been studied. The software used to create the simulation is ASPEN Plus V8.6 and the process parameters selected for study are feed location, feed temperature and feed flowrate.
It is observed that increasing the feed flowrate results in a decrease of the products' and dip flowrates, as the heat input is not increased in parallel, lowering the distillation performance. Another finding is that the feed increases the temperature and flowrates of the products drawn from stages close to the feed location. Finally, only increasing the feed temperature without any changes to feed flowrate affects the product compositions, while the flowrates remain essentially flat. The products and the dip are composed of heavier components, while more light components leave the column from the top stream.