TÜPRAŞ HAM PETROL ÜNİTESİNDE ENERJİ ve EKSERJİ ANALİZİ

Transkript

1 TÜPRAŞ HAM PETROL ÜNİTESİNDE ENERJİ ve EKSERJİ ANALİZİ Başak BARUTÇU, Nüket YAPII, Zehra ÖZÇELİK Ege Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, Bornova İzmir e-posta: ÖZET Dünya nüfusunun artması ve ülkelerin sanayileşmesi ile birlikte enerji ihtiyacı hızla yükselmektedir. Bunun sonucunda enerji maliyetleri ve çevre problemleri de artmaktadır. Bundan dolayı temiz enerji kaynaklarının kullanımı ve halen kullanılan enerji sistemlerinde enerji tasarrufuna yönelik çalışmalar her geçen gün önem kazanmaktadır. Mühendislik sistemlerinin verimlilik çalışmalarında ekserjetik analiz önemli yer tutmaktadır. Bu çalışmada, TÜPRAŞ Ham Petrol Ünitesinde enerji ve ekserji analizi uygulaması gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar değerlendirilmiş ve akım şeması iyileştirme sonrasında yeniden çizilmiştir. Aynı zamanda ekipmanlar için ekserji kayıpları ve ekserjetik verimlilikler hesaplanarak grafiksel olarak gösterilmiştir. Anahtar Kelimeler: Destilasyon; Ekserji; Enerji; Ham Petrol; Pinch Yöntemi 1. GİRİŞ Isı bilimi ve tekniği ile ilgili, çok çeşitli uygulamalarda, ısı değiştirgeçleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Bugün ısı değiştirgeçlerinin tasarımında, Termodinamik in Birinci Yasası nın esasları, yeterli bulunmamaktadır. Bunun sebebi, ısı kaynaklarının ve sistemlerin etkin kullanılmaları, enerjinin niceliğine göre değil de, niteliği göz önünde tutularak sağlanabilir. Isı değiştirgeçlerindeki enerji dönüşümlerinin, ikinci yasa kapsamında incelenmesine yönelik yapılan çalışmalar, analizler için seçilen değişkenlere bağlı olarak 1. Entropi Esaslı Çalışmalar 2. Ekserji Esaslı Çalışmalar olarak gruplandırılır. KURAMSAL Herhangi bir enerji türünün ne kadarının işe yarayan enerji olduğunun belirlenmesi için ekserji şu şekilde tanımlanmıştır. Ekserji tersinir bir süreç sonucunda çevre ile denge sağlandığı taktirde, teorik olarak elde edilen maksimum iş miktarıdır. Bu tanıma uygun olarak ekserjinin hesaplanabilmesi için çevre şartlarının bilinmesi gerekir. Kararlı halde açık bir sistemde ekserji dengesi; [Sisteme Giren Toplam Ekserji] [Sistemden Çıkan Toplam Ekserji] + [Sistemde Üretilen Ekserji] = 0 (1) Ham petrol karbon ve hidrojen karışımından oluşan, kahverengi-yeşil renkteki sıvılardır. Binlerce özel bileşikten oluşan bu kompleks karışımın ayrıştırılma yöntemi destilasyondur.

2 Ham petrol destilasyon üniteleri rafineleme işleminin başlangıç noktasıdır. Amacı çeşitli hidrokarbon karışımından oluşan ham petrolü ortak kaynama noktalı değişik kısımlara ayırmaktır. Ünitede hafiften ağıra doğru Yakıt Gazı, LPG, Stabil Nafta, Gaz Yağı, Hafif Dizel, Ağır Dizel, Atmosferik Gaz Yağı, Atmosferik Rezidyum ürünleri elde edilmektedir. SONUÇLAR Bu projede TÜPRAŞ Ham Petrol Ünitesi nde enerji denkliği ve ekserji değerleri gösterilmiştir. Ekserji değerleri hesaplanırken Pinch Yöntemiyle ünitenin yeni İyileştirme Dizaynı çizilmiştir. Pinch Yöntemini kullanırken T min 20 alınmıştır, ayrıca Pinch noktası, Q c,min ve Q h,min değerleri hesaplanmıştır.(şekil 3. ve Şekil 4.) Akımların ekserjileri hesaplanırken, entalpi ve entropi konularını içeren ana ekserji formülü kullanılmıştır. Sistemde kimyasal tepkime olmadığı için sadece fiziksel ekserji bulunmaktadır. Bunlar hesaplanırken önce sistem sadece akımları göz önüne alınmıştır, sonradan bu değerler kullanılarak ısı değiştirgeçlerinin, ısıtıcının ve soğutucuların ekserji kayıpları bulunmuştur. Bu noktada proses için hiçbir problem bulunmamaktadır, kaybolan ekserji positiftir. En sonda ise bütün ekipmanlar için ekserjetik verimlilik hesaplanmış ve grafiksel olarakta gösterilmiştir. Bu grafiktede görüldüğü gibi ısı değiştirgeçlerinin ekserjetik verimliliği ısıtıcı ve soğutuculara göre daha yüksektir. (Şekil 2.) Tablo 1. Hesaplanan Ekserji Destruction ve Ekserjetik Verimlilik Değerleri Ekserji Destruction, E & D (MW) E & D % Ekserjetic Verimlilik, ε Isıtıcı Soğutucu Soğutucu Soğutucu Soğutucu Soğutucu Soğutucu Toplam

3 Yüzdelik Ekserji Kaybı 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 0,29 1,74 0,07 16,79 17,80 1,49 7,55 8,44 5, Soğutucu 1 Ekipman 2,87 3,07 1,41 Soğutucu 3 22,57 Soğutucu 5 9,94 Şekil 1. Yüzdelik Ekserji Kayıpları Ekserjetik Verimlilik 1,000 0,900 0,800 0,700 0,600 0,500 0,400 0,300 0,200 0,100 0, Ekipman Şekil 2. Ekserjetik Verimlilik Ancak bu projede kullanılan tüm değerler, TÜPRAŞ tan detaylı veri alınamaması yüzünden, yaklaşık olarak bulunmuştur. Bu yüzden de gerçek değerlerle hasaplanan değerler karşılaştırılamamış ve net kazanç bulunamamıştır. Ekserji kullanımı enerji temeline tamamen farklı bir bakış kazandırmaktadır. Bunun nedeni ise bu durumda enerjinin niteliği hesaba katılmaktadır. Ekserji kullanılarak sistemde nerede kayıplar olduğu gösterilmektedir. Bu bilgiden yola çıkılarak büyük ölçüde yakıt tasarrufu ve hammadde stoğu yapılabilir.

4 SEMBOLLER T Sıcaklık, H Entalpi, kj/h S Entropi, kj/kg K E Ekserji, kj/kg K Q Isıl Yük, kj/h E & D Ekserji Kaybı, kj/h ε Ekserjetic Verimlilik KAYNAKLAR 1. Bejan, A., Tsatsaronis, G., Moran, M., Thermal Design and Optimization, John Wiley & Sons Inc., New York, Yapıcı, N., Summer Training Report in Tüpraş, İzmir, İnternet:

5 4.81E05 kj/h H E05 kj/h H E05 kj/h H E05 kj/h H E 05 kj/h H E05 kj/h E 05 kj/h E 05 kj/h E05 kj/h E05 kj/h E05 kj/h 351 H E05 kj/h E05 kj/h E05 kj/h E05 kj/h H E05 kj/h E05 kj/h E05 kj/h E05 kj/h E05 kj/h E05 kj/h 4.81 E05 kj/h E05 kj/h E05 kj/h E 05 kj/h E05 kj/h E05 kj/h E05 kj/h 4.43 E05 kj/h Şekil 3. Pinch Yöntemiyle Yapılan İyileştirme Dizaynı

6 H H6 4 Drum 5 H5 Şekil 4. Ünitenin İyileştirme Dizaynından Sonra Çizilen Yeni Akım Şeması 3 H3 6 H Steam H1 H1 H4 H2 H3 H4 H5