Software evaluation for modeling of liquefied waste plastic pretreatment

Abstract

While the amount of plastic waste keeps growing each year, new solutions to recycle and utilize waste are needed. Chemical recycling of plastic waste can degrade it into liquid oils, gas and char. The liquid oils, also known as liquefied waste plastic, can be used as a raw material within the petroleum industry and in many other applications. Before liquefied waste plastic can be used as a feedstock, it needs to be purified. The focus of this thesis is on the modeling of pretreatment of liquefied waste plastic.

In the first part of this thesis a literature review is done where research about the composition and properties of liquefied waste plastic is carried out and compared to the traditionally used feedstock, crude oil. The second part of the thesis is an applied part where software evaluation was done. ProsDS and another commercial dynamic simulation software were compared. The main criteria in software evaluation was usability, accuracy of the model and speed of work. Based on these, it could be concluded which software would be the most ready to model liquefied waste plastic in a possible operator training simulator. As liquefied waste plastic has not been modeled in ProsDS before, the component properties need to be adjusted in the software. The stream results of ProsDS model were compared to a heat and material balance from a steady state simulation model to study the fit of component properties between software.

It was observed that the performance of ProsDS was better as the comparable software crashed or froze quite often even if the models were small. In comparable software the configuration of new equipment was easier, the dynamic assistant gave suggestions to make the model better before running and reaction modeling was much easier and less time consuming. All properties of ProsDS model outlet flows were close to the steady state simulation model outflow properties except one, which deviated more. Tuning of component properties is still needed to achieve more accurate results.

Muovin määrä kasvaa vuosi vuodelta, jolloin uusia ratkaisuja kierrättää ja hyötykäyttää jätettä tarvitaan. Muovijätteen kemiallinen kierrätys pystyy hajottamaan muovin nestemäiseksi öljyksi, kaasuksi sekä hiileksi. Nestemäisiä öljyjä eli nesteytettyä muovia voidaan käyttää raaka-aineena öljynjalostuksessa sekä muissa sovelluksissa. Ennen kuin nestemäistä muovia voidaan käyttää raaka-aineena se pitää puhdistaa. Tämä työ keskittyy nestemäisen muovin esikäsittelyn mallinnukseen.

Työn ensimmäisessä osassa tehtiin kirjallisuusselvitys nestemäisen muovin koostumuksesta ja ominaisuuksista verrattuna tyypillisesti käytettyyn raaka-aineeseen, raakaöljyyn. Työn toinen osa on kokeellinen osa, jossa tehtiin ohjelmistovertailu. ProsDS:ää ja erästä toista dynaamista simulointiohjelmistoa verrattiin. Pääkriteerit vertailussa olivat käytettävyys, mallin tarkkuus ja työn nopeus. Näiden perusteella arvioitiin, kumpi ohjelmisto olisi valmiimpi mallintamaan nestemäistä muovia mahdollisessa operaattorikoulutussimulaattorissa. Nestemäistä muovia ei ole mallinnettu ProsDS:llä ennen, joten komponenttien ominaisuuksia täytyy säätää ohjelmistossa. ProsDS mallin virtojen tuloksia verrattiin steady state simulointimallin lämpö- ja ainetaseeseen, jotta komponenttien ominaisuuksia voitiin vertailla.

Huomattiin, että ProsDS:än suorituskyky oli parempi, sillä dynaaminen simulointiohjelmisto kaatui tai jumiutui melko usein pienistä malleista huolimatta. Dynaamisessa simulointiohjelmistossa uusien laitteiden konfigurointi oli helpompaa, dynaaminen avustaja antoi ehdotuksia mallin parantamiseksi ennen sen ajamista ja reaktiomallinnus oli paljon helpompaa sekä vähemmän aikaa vievää. Kaikki ProsDS mallin ulostulovirtojen ominaisuudet olivat lähellä steady state simulointimallin tuloksia, paitsi yksi ominaisuus, joka erosi enemmän. Komponenttien ominaisuuksien sovittamista vaaditaan vielä, jotta saadaan tarkempia tuloksia.