Dizel hidrotreater ve hafif hidrokraking proseslerinin ekserji analizi ve optimizasyonu
Exergy analysis and optimization of a diesel hydrotreater and mild hydrocracking unit in a petroleum refinery
Yazar: ÇAĞATAY YAYLACI
Danışman: PROF. DR. MAHMUT RAHİM BAYRAMOĞLU
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Dizel yakıtlar = Diesel fuels ; Ekserji = Exergy ; Hidrokraking = Hydrocracking ; Verim = Yield ; Yüksek fırın = Blast furnace

Özet:
Bu çalışmada Türkiye Petrol Rafinerileri Anonim Şirketi (TÜPRAŞ) İzmit Rafinerisi'nde bulunan dizel hidrotreater ve hafif hidrokraking ünitesinin ekserji verimi incelenmiştir. Bu amaçla, ilk olarak bahsi geçen prosesin simülasyon çalışması Aspen HYSYS programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Proseste bulunan ekipmanların ekserji verimi analizleri, simülasyon programından çıktı olarak alınan kütlesel ekserji değerleri kullanılarak hesaplanmıştır. Prosesin genel ekserji verimi %66 olarak hesaplanmıştır. Reaktör ve nafta splitter kolonlarının ekserji verimleri sırasıyla %20 ve %13 ile en düşük değerler olarak bulunmuştur. Dizel hidrotreater ve hafif hidrokraker ünitesindeki toplam ekserji kaybı 34808 kWh olarak hesaplanmış ve bu kayba en büyük etkinin 8579 kWh ile şarj fırını tarafından sağlandığı görülmüştür. Çalışmanın bir değer amacı ekserji kayıp noktalarının bulunması sonrası bu noktalara geliştirilecek iyileştirme önerileri ile sistemin ekserji veriminin optimize edilmesidir. Bu kapsamda, ekserji kaybının en yoğun olduğu ekipman olan şarj fırını özelinde incelemeler gerçekleştirilmiştir. Şarj fırınındaki ekserji kaybını azaltmak adına, fırından bir önceki proses olan ısı değiştirici ağında yapılabilecek iyileştirmeler gözden geçirilmiştir. Şarj fırınının ekserji performansı artırmak adına yapılabilecek bir iyileştirme baca gazı sıcaklığının düşürülmesi olarak değerlendirilmiştir. Bu amaçla, fırındaki yakıt kaynağının yakıt gazından doğalgaz olarak değiştirilmesi ve kazan besleme suyu sıcaklığının düşürülmesi opsiyonları üzerinde durulmuştur. Tez kapsamında önerilen iyileştirmelerin yapılması durumunda sistemin ekserji veriminin %66'dan %81.6'ya çıkarılabileceği görülmüştür.

Abstract:
In this work, the exergy efficiency of the Diesel Hydrotreater and Mild Hydrocracking unit of Turkish Petroleum Refineries Corporation Izmit Refinery (TUPRAS) is examined. For this purpose, the process is simulated by using Aspen HYSYS® simulation tool. The exergetic efficiency of each equipment is calculated by using the mass exergy values obtained from the simulation tool. The overall exergetic efficiency of the process is found to be %66. Exergy efficiencies of the reactor and the naphtha splitter column are found to be the lowest as %20 and %13 respectively. The total exergy destruction in the unit is calculated as 34808 kWh while the feed heater is the main contributor with 8579 kWh exergy destruction. The other aim of this work is to find improvement areas and solutions to optimize the exergetic effiency of the process. Since feed heater is the main contributor to exergy destruction, actions to increase the exergy efficiency of the heater are valuable. In order to decrease the exergy loss, alternatives to increase the performance of heat exchanger network are evaluated. Another way to increase the exergy efficiency of the feed heater is to decrease the flue gas temperature. For this purpose, changing the fuel source from fuel gas to natural gas and decreasing the boiler feed water temperature is required. It is seen that the overall exergy efficiency of the process increases from %66 to %81.6.