Modelling and planning of the Turkis petrochemical industry

Abstract

ÖZET TÜRKİYE PETROKlMYA SANAYİİNİN MODELLENMESİ VE PLANLANMASI KARTAL, Nurten Kimya Mühendisliğinde Y. Lisans Tez Yöneticisi : Doç. Dr. Türker GÜRKAN Şubat 1988, 153 Sayfa Petrokimya sanayiinin bahse değer önemli özellikleri, büyük lüğü, karmaşıklığı ve esnekliğidir. Böyle büyük ve iç etkileşimi çok olan bir sistemin sadece bir bölümündeki bir iyileştirme bütün sis temde- iyileşmeye neden olmayabilir. Bu nedenle, tüm endüstri alanı bir bütün olarak dikkate alınmalıdır. Türk Petrokimya Sanayiini tarif eden bir matematiksel model Rudd et al. (1981) çalışmasına dayanarak ortaya konmuştur. Petrokimya sanayii bir kimyasal tepkimeler sistemi olarak ele alınmış ve kimyasal lar arasındaki ilişkilerin lineer olduğu varsayılmıştır. Model yardımıyla kimyasal maddeler talebini karşılayacak sanayiinin toplam maliyetini en aza indirecek proses kapasiteleri belirlenmektedir. Lineer amaç fonk siyonu ve lineer kısıtlamalar bir lineer programlama problemini oluştur maktadır. Bu problem standart bir paket program olan TEMPO yardı mıyla çözülmüştür. Türk Petrokimya Sanayiinin optimum yapısı çeşitli durumlar için belirlenmiştir. Model yardımıyla endüstriyel gelişmenin yönü çeşitli eko nomik ve teknolojik senaryolara göre tahmin edilmiştir. Hammadde kay naklarındaki ve ürün taleblerindeki değişmelerin, yeni teknolojilerin cazibesinin ve hammadde fiyatlarındaki oynamaların etkileri araştırıl mıştır. -vi-Bütün hammaddeler kısıtsız olarak dikkate alındığında model n-butan, n-butilenler, etan, metan, naftalin, rafineri çıkışlı propilen ve tolueni petrokimyasal ürün talebini karşılamak için ana hammaddeler olarak tercih etmektedir. Kısıtlılıkları nedeniyle bu hammaddeler kul lanılamadığında nafta ana hammadde olmaktadır. Nafta diğer hammad deler yerine kullanıldığında sanayiinin toplam maliyeti % 27 artmaktadır. Nafta fiyatı iki misline çıktığında toplam maliyet % 25 artmaktadır. Mevcut proses kapasitelerinin tümü kullanılarak modele proses kapasite kısıtlılıkları eklendiğinde, toplam maliyet % 24 artmaktadır. Bu durum mevcut sanayide bazı geri teknolojilerin kullanıldığının işaretidir. Hammadde kısıtlamaları sözkonusu olmadığı durumda dikkate alınan dört yeni prosesin tümü optimal yapıda yer almaktadır. Bu durumda toplam maliyet % 16 azalmaktadır. Proseslerin yatırım maliyetleri kapasiteleri ile `power-law` ilişkisine göre nonlinear bir biçimde değiştiğinde, toplam maliyet % 16 oranında artmaktadır. Bunun temel nedeni, kimyasal maddelere olan talebin nisbeten küçük olması ve optimal yapı içinde belirlenen proses kapasitelerinin genellikle referans kapasitelerden küçük olmasındandır. Anahtar kelimeler: Petrokimya sanayii, sanayiinin makroskopik model lenmesi, sanayiinin planlanması. -vıı-

ABSTRACT MODELLING AND PLANNING OF THE TURKISH PETROCHEMICAL INDUSTRY KARTAL, Nurten M.S. in Chemical Engineering Supervisor: Doç. Dr. Türker GÜRKAN February 1988, 153 Pages Important characteristics of the petrochemical industry are its large size, complexity and flexibility. In such a large, interactive system, the whole industry can not be made more efficient if one particular part is improved. As a result, the industry must be considered as a whole. A mathematical model of the Turkish Petrochemical Industry has been formulated by using the integrated model developed by Rudd et ak (1981). The petrochemical industry is regarded as a system of chemical reactions, and interactions between chemicals are assumed to be linear. The model identifies process capacities such that the product demands are satisfied at a minimum total production cost to the industry. Linear constraints with a linear objective function form a linear programming problem. This problem has been solved by using TEMPO which is a standard computer library package. -in-The optimum structure of the Turkish intermediate petrochemical industry has been determined under a set of conditions. The model has been used to project the future industrial development for a variety of economic and technological scenarios, such as; testing impacts of changes in feed supply, product demand, testing relative attractiveness of new technologies and studying the impact of price fluctuations of the raw materials. If all the feedstocks are taken unlimited, the model prefers to use n-butane, n-butylenes, ethane, methane, naphthalene, refinery grade propylene and toluene as the main feedstocks to meet the demand of petrochemicals. Naphtha becomes the major feedstock if the above chemicals are limited due to their non-availability. The total production cost of the industry is 27 %. larger, when naphtha is used as the main feedstock rather than other feedstoks. When naphtha price is doubled, the total cost of the industry is increased by 25 %. Addition of process capacity limitations to the model by considering existing process capacities increases the objective function value by 24% at 100% U.F. (When existing capacities are fully utilized. )That means current industry is using some inferior technology. Four new processes are accepted by the optimal industry structure and this causes a 16% reduction in the total production cost when all the feedstocks are unlimited. Production cost of the industry is found to be 16% larger when the investment cost of the plants are allowed to vary with the plant capacities nonlinearly in the form of a power law function This is due to -iv-the fact that demand values are relatively small and process capacities established by the optimal structure are in most cases smaller than the reference capacities. Key Words : Petrochemical industry, macroscopic modelling of industry, planning of industry. -v-