Kinetic modeling and simulation of an industrial diesel hydroprocessing plant

Abstract

Hidro-işleme, rafinerilerde petrolün kalitesini iyileştimek için kullanılan çok önemli bir teknolojidir. Örneğin, hidrojenle muamele teknolojisi besleme akımındaki kükürt, azot ve metaller gibi safsızlıkları gidermek için kullanılırken, hidrokraking büyük molekülleri kırınıma uğratıp daha değerli ürünlerin oluşturulması için kullanılır.Petrol ürünlerinin yanması sonucu oluşan SOx hava kirliliğine sebep olduğundan düşük kükürt içerikli yakıtların kullanımı şart koşulmaktadır, bu yüzden kükürt giderimi çok önem taşıyan bir konudur. Bu çalışma içinde hidrojenle kükürt giderme ve hidrokraking işlemlerinin gerçekleştiği üç katalitik reaktör yatağından oluşan endüstriyel dizel hidro işleme prosesinin kinetik olarak modellenmesi üzerine odaklanmıştır. Katalitik hidrojenle kükürt giderme ve hidrokraking reaktörleri için yatışkın durumda izotermal olmayan, sözde homojen tapa akış modelleri ayrı ayrı geliştirilmiştir. Kompleks reaksiyon karışımını karakterize etmek için sürekli yığılma yaklaşımı kullanılmıştır. Üç ayarlanabilir hidrojenle kükürt giderme modeli parametreleri ve bir ayarlanabilir hidrokraking modeli parametresi mevcut endüstriyel veriler kullanılarak ince ayarlanmıştır. Reaktör modellerinin geliştirlmesinin başlıca amacı farklı senaryolar altında simülasyonlar yapabilmek ve dizel hidro-işleme prosesi için en iyi işletme koşullarını tahmine edebilmektir.Yapılan simülasyonlar, geliştirilmiş olan modelin her bir yataktaki sıcaklık profillerini, ürünün içindeki kükürt içeriğini ve hidrokrakerdeki ürün dağılımını doğru olarak öngördüğünü göstermiştir.

In refineries, hydroprocessing is a vital technology for upgrading the quality of petroleum. For example hydrotreating is used to remove impurities like sulfur, nitrogen and metals from feedstocks and hydrocracking is used to crack the larger molecules into valuable products. Sulfur removal is a very important issue since governments mandate lower sulfur content fuels because of air pollution by SOx which is produced during combustion of petroleum products. This study focuses on kinetic modeling of an industrial diesel hydroprocessing (DHP) process which consists of three catalytic reactor beds that carry out hydrodesulfurization and hydrocracking. Steady-state non-isothermal, pseudo-homogeneous plug flow models for the catalytic hydrodesulfurization and hydrocracking reactors are separately developed. Continuous lumping approach is used to characterize the complex reaction mixture. Three adjustable hydrodesulfurization parameters and one adjustable hydrocracking parameter are fine-tuned using available industrial data. The main purpose of developing the reactor models is to be able to do simulations under different scenarios and to predict the best operating conditions for the DHP process. Simulations show that the developed model is able to accurately predict temperature profiles in each bed, sulfur content of the product and the product distribution in the hydrocracker.