Development and verification of an integrated furnace and reactor model for an industrial steam methane reformer
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Boğaziçi Üniversitesi, FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ, FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2015
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: EMRE CAN BİLİR
Danışman: AHMET KERİM AVCI
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Rafinerilerin hidrojen ihtiyacı, artan yakıt talebini karşılamak için daha ağır ham petrol işleme ve daha yüksek kaliteli taşıt yakıtı üretme çabaları nedeniyle sürekli artmaktadır. Bu sebeple rafineriler hidrotemizleme ve hidroişleme ünitelerine yatırım yapmakta ve sürekli olarak kar marjlarını ucuz ancak güvenilir hidrojen kaynaklarıyla yükseltmenin yollarını aramaktadırlar. Mevcut durumda, hidrojen üretimi için ekonomik olarak en uygun yöntem buharın metanla reformlanmasıdır (SMR). SMR geleneksel olarak fırın içerisine yerleştirilen tüp tipi reaktörlerde metanın su buharı ile katalitik olarak reaksiyona girdiği ve toplamda endotermik reaksiyonlar için gerekli ısının fırında yakılan yakıt ile sağlandığı buhar reformlayıcılarda gerçekleştirilmektedir. TÜPRAŞ İzmit Rafinerisi'nde, reformlayıcı fırınlarının çeşitli türleri arasından Foster Wheeler'ın Teras-DuvarTM tipi reformlayıcı fırını kullanılmaktadır. Reformlayıcı tüplerinin metalürjik özellikleri nedeniyle beklenen ömürlerini çok azaltacağı için tüp cidar sıcaklıkları tasarım değerlerini aşmamalıdır. Bu bağlamda, en yüksek tüp cidar sıcaklıklarıyla beraber çeşitli operasyon koşullarında ürün kompozisyonu, basınç kaybı gibi süreç çıktılarının tahmin edilmesi önemli konular haline gelmektedir. Bu amaç doğrultusunda, fırındaki yanmayı ve tüplerin içinde gerçekleşen reformlama reaksiyonlarını birleştiren bir matematik model geliştirilmiş ve saha verileriyle test edilmiştir. Simülasyon sonuçlarına göre; reformlayıcı çıkış kompozisyonu, özellikle hidrojen ve metanın çıkış kompozisyonları sırasıyla en çok %4.3 ve %7.2 sapmayla iyi bir şekilde tahmin edilebilmektedir. Buna rağmen diğer bileşenler, büyük ihtimalle endüstriyel kinetik parametrelerden ötürü önemli sapmalar gösterebilmektedir. Sabit yatakta gerçekleşen basınç düşüşü en fazla %0.37 sapma ile başarılı bir şekilde tahmin edilmiştir. Sistemde gerçekleşen tüp dış cidar sıcaklıkları da tüp boyunca lokasyona bağlı olarak en fazla %1 sapma ile tahmin edilebilmiştir. Model varsayımlarından ve literatür parametrelerinden ötürü ürün kompozisyonu düzgün tahmin edilse dahi reaktör çıkış sıcaklığı %1.9-3.3 aralığında önemli sayılabilecek bir sapma göstermiştir. Simülasyon sonuçları, doğru sonuçlara ulaşabilmek için doğru parametre kullanımının önemini ortaya koymaktadır.