مدل سازی و بهینه‌سازی پویای راکتورهای هیدروژناسیون استیلن با ساختار بخش انتهایی در واحد تولید الفین

به دلیل تاثیر منفی استیلن بر کیفیت پلی اتیلن تولیدی و عمر کاتالیست فرآیند پلیمریزاسیون، حذف این ماده از جریان خروجی از واحدهای تولید اتیلن ضروری می باشد. لذا هدف اصلی از این پژوهش مدل سازی و بهینه‌سازی پویای راکتورهای هیدروژناسیون استیلن با ساختار بخش انتهایی با هدف کاهش استیلن در جریان خروجی می‌باشد. این فرآیند از دو راکتور کاتالیستی سری و یک مبدل خنک‌کننده در بین مراحل تشکیل شده است. در ابتدا، راکتورهای هیدروژناسیون استیلن بر اساس معادلات بقای جرم و انرژی و با در نظر گرفتن افت فعالیت کاتالیست در حالت پویا مدل سازی شد. با توجه به دقت بسیار پایین معادلات پیشنهاد شده جهت محاسبه فعالیت کاتالیست در منابع، رابطه‌ای جهت پیش‌بینی فعالیت کاتالیست پیشنهاد شده و ضرایب معادله با کمینه‌کردن انحراف بین نتایج مدل و داده‌های صنعتی به دست آمد. نتایج نشان داد افت فعالیت کاتالیست در راکتورها منجر به افزایش غلظت استیلن در خروجی از واحد تا 23 بخش در میلیون می شود. بر اساس نتایج شبیه سازی میزان تبدیل استیلن در راکتور از حدود 85% در ابتدای راه اندازی به 40% در انتهای دوره عملیاتی رسید. لذا با هدف کنترل غلظت استیلن خروجی از واحد در زیر مقدار مجاز 5 بخش در میلیون و بیشنه‌کردن نسبت اتیلن تولیدی به استیلن مصرفی، یک مسئله بهینه‌سازی پویا برنامه‌ریزی گردید. دمای خوراک و میزان هیدروژن تزریق شده به هر راکتور به عنوان متغیر‌های تصمیم‌گیری انتخاب شده و مقادیر بهینه این متغیرها در طول چرخه عملیاتی سالانه راکتورها با استفاده از روش ژنتیک الگوریتم مشخص به دست آمد. نتایج نشان داد با توجه به قیود عملیاتی موجود، تنها در 245 روز ابتدایی دوره امکان کنترل میزان استیلن خروجی در مقدار 5 بخش در میلیون وجود دارد.

modeling and dynamic optimization of acetylene hydrogenation reactors in tail-end configuration in an olefine plant

due to  negative effect of acetylene on the quality of produced polyethylene and activity of catalyst in the polymerization process, acetylene removal from ethylene stream is necessary. thus, the main object of this study is dynamic modeling and optimization of acetylene hydrogenation in a domestic olefin plant to minimize acetylene concentration in the product stream. the process consists of two catalytic reactors in series equipped by an inter stage cooler. in this regard, the dehydrogenation reactors are modeled based on the mass and energy balance equations considering catalyst decay at dynamic condition. due to low precision of presented decay models for acetylene hydrogenation catalyst in the literature, a decay model is presented to calculate the catalyst activity and the parameters of the proposed model are calculated by minimizing the deviation between plant data and simulation results. the results show that the catalyst decay increases the acetylene concentration in the outlet stream from acetylene hydrogenation process up to 23 ppm. based on the simulation results the acetylene conversion decreases from 85% to 40% during the process run time. thus, to control the acetylene concentration below a specified level and to maximize the ethylene production to acetylene conversion ratio, a dynamic optimization problem is formulated. the feed temperature and hydrogen injection rate are selected as the decision variables and the optimal value of decision variables are calculated by genetic algorithm during the process run time. the results show that based on the process constraints, the acetylene concentration could be controlled at desired level during 245 days of operation.