Modelowanie procesów o różnych skalach czasowych na przykładzie instalacji Clausa do odzysku siarki

• Autorzy: Jaworski M. , Kujawa M. , Piotrowski R. , Duzinkiewicz K.

Warianty tytułu

EN

Different time scale processes modelling on the ex ample of Claus sulfur recovery unit (SRU)

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W przemyśle petrochemicznym odzyskiwanie siarki stanowi jeden z ważniejszych procesów towarzyszących kompleksowemu przetwarzaniu ropy naftowej i substancji pochodnych. W artykule przedstawiono matematyczny model instalacji odsiarczania gazów Clausa wraz z układem sterowania. Wnikliwa analiza procesów zachodzących w obiekcie pozwoliła zaproponować metodykę budowy i strukturę modelu adekwatną do potrzeb syntezy układu sterowania. Model ujmuje odwzorowanie procesów chemicznych i pozwala badać zmiany ich przebiegu w wyniku działania układu sterowania. Ze względu na różne skale czasowe dynamiki modelowanych procesów zachodzących w instalacji i elementów układu sterowania, zaproponowano model w części statyczny, a w części dynamiczny. Przedstawiono inżynierską metodę optymalizującej estymacji parametrów modeli. Zaprezentowane zostały wyniki weryfikacji modeli na podstawie danych obiektowych. Opracowane modele stanowią proste, użyteczne narzędzie analizy, pozwalające na badanie przebiegu zmiennych procesów fizykochemicznych oraz sygnałów związanych ze sterowaniem instalacją. Wskazano na ich przydatność przy wykrywaniu nieprawidłowości pracy elementów wykonawczych układu sterowania. W analizowanym obiekcie niezgodnie z założeniami pracował jeden z zaworów doprowadzających powietrze do instalacji. Po zdiagnozowaniu i usunięciu nieprawidłowości uzyskano poprawę jakości działania całego obiektu.

EN

Sulfur recovery is one of the most important processes accompanying crude oil refining and derivative substances processing in petrochemical industry. In the paper a mathematical model of Claus Sulfur Recovery Unit (SRU) together with its control system has been presented. Model formulation has been preceded by the thorough research on a real object which allowed to create an adequate, for the purpose of synthesis of control system, representation of chemical phenomena and their changes as a result of the control system functioning. Due to different time scales of dynamics of modeled processes, partially dynamic and static models have been proposed. An engineering optimizing method for model parameters estimation has been presented. Results of models verification were also presented. They were based on the data collected from object. Developed models provide a simple and useful analysis tool which allows to examine physicochemical processes and signals associated with the control of the installation. The paper pointed out models usefulness in detection of abnormalities in the Claus’ installation operationas well as in improvement of their performance.

Słowa kluczowe

PL

odsiarczanie gazów; instalacja Clausa; modelowanie matematyczne; odzysk siarki

EN

gas desulfurization; Claus reactor; mathematical modelIing; sulfur recovery

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej. Oddział Gliwice
• Czasopismo: Modelowanie Inżynierskie
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 14, nr 45
• Strony: 161--170
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz.

Twórcy

autor

Jaworski M.

• Wydział Elektrotechniki i Automatyki, Politechnika Gdańska

autor

Kujawa M.

• Wydział Elektrotechniki i Automatyki, Politechnika Gdańska

autor

Piotrowski R.

• Wydział Elektrotechniki i Automatyki, Politechnika Gdańska

autor

Duzinkiewicz K.

• Wydział Elektrotechniki i Automatyki, Politechnika Gdańska

Bibliografia

• 1. Bondaruk F.: Poradnik fizykochemiczny. Warszawa: WNT, 1974.
• 2. Clark P.D., Dowling N.I., Huang M.: Reversible deactivation of TiO2 in CS2 conversion associated with Claus reaction. Applied Catalysis A: General, 2008, Vol. 343, No. 1–2, p. 104–108.
• 3. El-Bishtawi R., Haimour N.: Claus recycle with double combustion process. “Fuel Processing Technology” 2004, Vol. 86, No. 3, p. 245–260.
• 4. Findeisen W., Szymanowski J., Wierzbicki J.: Teoria i metody obliczeniowe optymalizacji. Warszawa: PWN, 1980.
• 5. Hawbolt K.A.: Kinetic modeling of key reactions in the modified Claus plant front end furnace. PhD thesis. University of Calgary, 1998.
• 6. Luyben W.: Modelowanie, symulacja i sterowanie procesów przemysłu chemicznego. Warszawa: WNT, 1976.
• 7. Michałowski S., Wańkowicz K.: Termodynamika procesowa. Warszawa: WNT, 1999.
• 8. Ordys A.W., Uduehi D., Johnson M.A. (Eds.): Process control performance assessment: from theory to implementation. London: Springer-Verlag, 2007.
• 9. Park N.K., Han D.Ch., Lee T.J., Ryu S.O.: A study on the reactivity of Ce-based Claus catalysts and the mechanism of its catalysis for removal of H2S contained in coal gas. “Fuel” 2011, Vol. 90, No. 1, p. 288–293.
• 10. Surygała J.: Vademecum rafinera. Warszawa: WNT, 2006.
• 11. Zagoruiko A.N., Matros Yu.Sh.: Mathematical modeling of Claus reactors undergoing sulfur condensation and evaporation. “Chemical Engineering Journal” 2002, Vol. 87, No. 1, p. 73–88.
• 12. ZareNezhad B., Hosseinpour N.: Evaluation of different alternatives for increasing the reaction furnace temperature of Claus SRU by chemical equilibrium calculations. “Applied Thermal Engineering” 2008, Vol. 28, No. 7, p. 738–744.