Krakkausyksikön katalyytin käyttöiän monitorointi
Aaltovirta, Juuso (2020)
Diplomityö
Aaltovirta, Juuso
2020
School of Engineering Science, Kemiantekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020062445658
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020062445658
Tiivistelmä
Tämän diplomityön tavoitteena on tutkia Nesteen Porvoon jalostamon vetykrakkaus-yksikön (VK) reaktorien katalyyttien aktiivisuutta ja deaktivoitumista käyttämällä hyödyksi yksiköstä kerättyä tasedataa. Katalyytti on kriittinen osa yksikön operoinnin kannalta, joten sen jäljellä olevasta aktiivisuudesta on tärkeää olla tietoinen koko käyntijakson ajan. Jotta tämä on mahdollista, yksiköstä kerätään säännöllisesti tasedataa sitä varten, koska katalyytistä itsestään ei voida ottaa näytteitä kesken käyntijakson.
Työn kirjallisessa osassa on esitelty VK-yksikön toiminta yksikössä tapahtuvien reaktioiden kanssa. Tämän lisäksi tutkittiin katalyytin deaktivoitumista ja siihen vaikuttavia tekijöitä, kuten syötön mukana tulevia epäpuhtauksia. Työssä käytettiin yksiköstä aiemmin tehtyä Petro-SIM simulointimallia.
Soveltavassa osassa käytiin läpi kuinka yksiköstä kerättyä tasedataa on tuotettu. Yksiköstä kerättyä tasedataa hyödynnettiin yksikön simulointimallissa, jonka avulla viritettiin katalyytin deaktivoituminen vastaamaan reaktoreissa tapahtuvaa katalyytin todellista deaktivoitumista. Katalyytin käyttöiän arvioimista varten etsittiin tarkastelluille ajanjaksoille optimaaliset deaktivoitumisnopeuden arvot. Deaktivoitumisen virittämiseen käytettiin kahta erilaista menetelmää, jossa toisessa huomioitiin tasedatan laatu mukaan.
Katalyytin deaktivoituminen saatiin simulointiohjelman luomien ennusteiden perusteella vastaamaan hyvin katalyytin todellista deaktivoitumista, sekä löydettiin työn kirjallisuusosan pohjalta syitä katalyytin deaktivoitumisnopeuden arvon vaihteluihin.
Työn tuloksena todettiin, että simulointimallin avulla on mahdollista hyvinkin tarkasti seurata katalyytin aktiivisuutta ja siinä tapahtuvaa deaktivoitumista. Tämä vaatii kuitenkin säännöllistä tasedatan keräämistä yksiköstä, sekä etenkin tarkkuutta näytteiden ottamisessa ja sen ajoituksessa. Työssä käytettyä menetelmää on mahdollista käyttää tuotannonsuunnittelun apuna suunniteltaessa pidempiä tai lyhyempiä operointijaksoja yksikössä. Tätä menetelmää voidaan kuitenkin kehittää vielä entisestään, jolloin saadaan yksityiskohtaisempaa tietoa katalyytin aktiivisuudesta, deaktivoitumisesta sekä katalyytin eliniästä. The aim of this Master’s Thesis is to study the activity and deactivation of the catalyst in the hydrocracking unit reactors at Neste Porvoo refinery by using data collected from the unit. The catalyst plays a critical part of the operation of the unit, so it is important to be aware of its remaining activity throughout the operation cycle. In order to accurately assess the activity of the catalyst, data is collected regularly from the unit, as it is not possible to take samples of the catalyst during the operating cycle.
In the literature part of this study the hydrocracking unit is introduced with the reactions taking place in the unit. In addition catalyst deactivation and factors affecting it, such as feed impurities, were studied. The Petro-SIM simulation model made for the unit was used in this study.
In the experimental part of this study it is reviewed how the data has been collected. The collected data were utilized in a simulation model to tune the catalyst deactivation to correspond to the actual catalyst deactivation in the reactors by finding the optimal deactivation rate for the time periods considered to estimate the catalyst life. Two different methods were used to tune deactivation, one taking into account the quality of the data.
Catalyst deactivation based on the predictions created by the simulation program, corresponds well to the actual catalyst deactivation, and based on plant data reasons were found for changes of the catalyst deactivation rate.
As a result, it was found that using tuned simulation model it is possible to monitor the activity and deactivation of the catalyst very accurately. However, this requires regular collection of data from the unit, and in particular better accuracy and timing collecting samples. The method used in this study can be used as a tool when planning longer or shorter operating cycles for the unit. However, this method can be further developed to provide more detailed information on catalyst activity, deactivation and catalyst lifetime.
Työn kirjallisessa osassa on esitelty VK-yksikön toiminta yksikössä tapahtuvien reaktioiden kanssa. Tämän lisäksi tutkittiin katalyytin deaktivoitumista ja siihen vaikuttavia tekijöitä, kuten syötön mukana tulevia epäpuhtauksia. Työssä käytettiin yksiköstä aiemmin tehtyä Petro-SIM simulointimallia.
Soveltavassa osassa käytiin läpi kuinka yksiköstä kerättyä tasedataa on tuotettu. Yksiköstä kerättyä tasedataa hyödynnettiin yksikön simulointimallissa, jonka avulla viritettiin katalyytin deaktivoituminen vastaamaan reaktoreissa tapahtuvaa katalyytin todellista deaktivoitumista. Katalyytin käyttöiän arvioimista varten etsittiin tarkastelluille ajanjaksoille optimaaliset deaktivoitumisnopeuden arvot. Deaktivoitumisen virittämiseen käytettiin kahta erilaista menetelmää, jossa toisessa huomioitiin tasedatan laatu mukaan.
Katalyytin deaktivoituminen saatiin simulointiohjelman luomien ennusteiden perusteella vastaamaan hyvin katalyytin todellista deaktivoitumista, sekä löydettiin työn kirjallisuusosan pohjalta syitä katalyytin deaktivoitumisnopeuden arvon vaihteluihin.
Työn tuloksena todettiin, että simulointimallin avulla on mahdollista hyvinkin tarkasti seurata katalyytin aktiivisuutta ja siinä tapahtuvaa deaktivoitumista. Tämä vaatii kuitenkin säännöllistä tasedatan keräämistä yksiköstä, sekä etenkin tarkkuutta näytteiden ottamisessa ja sen ajoituksessa. Työssä käytettyä menetelmää on mahdollista käyttää tuotannonsuunnittelun apuna suunniteltaessa pidempiä tai lyhyempiä operointijaksoja yksikössä. Tätä menetelmää voidaan kuitenkin kehittää vielä entisestään, jolloin saadaan yksityiskohtaisempaa tietoa katalyytin aktiivisuudesta, deaktivoitumisesta sekä katalyytin eliniästä.
In the literature part of this study the hydrocracking unit is introduced with the reactions taking place in the unit. In addition catalyst deactivation and factors affecting it, such as feed impurities, were studied. The Petro-SIM simulation model made for the unit was used in this study.
In the experimental part of this study it is reviewed how the data has been collected. The collected data were utilized in a simulation model to tune the catalyst deactivation to correspond to the actual catalyst deactivation in the reactors by finding the optimal deactivation rate for the time periods considered to estimate the catalyst life. Two different methods were used to tune deactivation, one taking into account the quality of the data.
Catalyst deactivation based on the predictions created by the simulation program, corresponds well to the actual catalyst deactivation, and based on plant data reasons were found for changes of the catalyst deactivation rate.
As a result, it was found that using tuned simulation model it is possible to monitor the activity and deactivation of the catalyst very accurately. However, this requires regular collection of data from the unit, and in particular better accuracy and timing collecting samples. The method used in this study can be used as a tool when planning longer or shorter operating cycles for the unit. However, this method can be further developed to provide more detailed information on catalyst activity, deactivation and catalyst lifetime.