Modeling of an industrial hydrocracker reactor

Abstract

Bu çalışmanın amacı, endüstriyel bir Hidrokraker reaktörünü modellemektir. Ön çalışma olarak, endüstriyel Hidrokraker reaktörü Aspen HYSYS Hydrocracker kullanılarak simule edilmiştir. Daha sonra, kesikli gruplama yaklaşımının uygulanması ile model geliştirilmiştir. Model aynı anda çözülmesi gereken bir dizi diferansiyel ve cebirsel denklemlerden oluştuğu için, MATLAB kullanılarak bir kod yazılmıştır. Parametre tahmini gerçek veri ile model tahminlerini eşleştirmek için yapılmıştır. Sabit dönüşümlü operasyon koşulları altında, model tahminleri gerçek veriyle yakın bir şekilde örtüşmüştür. Sabit dönüşümlü model, kataliz deaktivasyonunun parametreler üzerindeki etkisini gözlemlemek için farklı kataliz aktivitesi olan operasyon günlerinin verileri kullanılarak güncellenmiştir. Ürün dağılım parametreleri ile reaksiyon ısısı parametrelerinde önemli değişiklikler gözlenmezken, reaksiyon hız sabiti parametreleri kataliz deaktivasyonu ile ilişkilidir. Rektör giriş sıcaklıkları bağımsız ve ayarlanabilir majör değişkenler oldukları için, onların ürünler ve dönüşüm üzerindeki etkileri de çalışılmıştır. Model, sabit dönüşüm verisi için, reaktör giriş sıcaklıklarına düşük dönüşüm hassasiyeti göstermiştir. Daha sonra, iki farklı dönüşüm verisi kullanılarak tahmin edilen parametrelerle yeni bir model geliştirilmiştir. Simulasyonlar reaktör boyunca giriş sıcaklıklarındaki toplam 3.1 °C lik artışın dönüşümü % 0.75 etkilediğini göstermiştir ki bu değer hidrokraker ünitesi için dikkat çekicidir. Son olarak, modelin öngörü kabiliyeti ünite verileri analiz edilerek sorgulanmıştır. Bazı operasyon günleri için giriş sıcaklıklarındaki artışların aynı dönüşümle sonuçlandığı gözlemlenmiştir. Bu, dönüşümü sabit tutabilmek için, reaktör giriş sıcaklıklarının ileri kontrol sistemi tarafından besleme özellikleri, kataliz deaktivasyonu yada diğer operasyon koşulları gibi bozan etkenleri elimine etmek için ayarlandığı anlamına gelir. Geliştirilmiş model bu değişiklikleri tahmin edemez. Bununla beraber, modelin parametreleri bozan etkenleri içeren farklı ünite verilerini eşleştirmek üzere güncellenebilir. Ya da, proses davranışını tahmin edebilmek için geliştirilmiş modele bir bozan etken modeli entegre edilebilir. ?

The aim of this study is to model an industrial hydrocracker reactor. As preliminary work, the industrial hydrocracker reactor was simulated by the Aspen HYSYS Hydrocracker. Next, a first principle model was developed in which the discrete lumping approach was adopted. Since the model consists of a set of ordinary differential equations and algebraic equations which have to be solved simultaneously, a code was written by using MATLAB. Parameter estimation was performed to match model predictions with real plant data. Under constant conversion operating conditions model estimates matched the plant data closely. In order to investigate the effect of catalyst deactivation on parameters, the constant-conversion model was updated using data corresponding to operating days with different catalyst activity. While significant changes in the product distribution parameters and heat of reaction parameters were not observed, rate constant parameters correlated well with catalyst deactivation. Since the reactor inlet temperatures are the major independent and adjustable process variables, their effect on plant products and conversion was also studied. For the constant conversion training data, the model showed low sensitivity of conversion to reactor inlet temperatures. Next, a new model was developed by estimating the parameters using operating data at two different conversion levels. Simulations showed that an overall 3.1 °C increase in inlet temperatures along the reactor affected the conversion by 0.75 % which is a remarkable value for an Hydrocracker unit. Finally, the predictive ability of the model was questioned by analyzing the plant data. It was observed that increase in inlet temperatures resulted in the same conversion for some days of operation. This means that in order to keep conversion constant the reactor inlet temperatures are adjusted by the existing advanced control system to reject disturbances such as feed properties, catalyst deactivation or other operation conditions. The developed model cannot predict such changes. However its parameters can be updated on-line to match different plant data that includes disturbance effects. Alternatively, a fundamental or empirical disturbance model can be integrated into the developed model in order to predict the behavior of the process under realistic disturbances.