Eetteröintiprosessien simulointivalmiuksien kehittäminen

Abstract

Diplomityön tarkoituksena oli tutkia ETBE-prosessien simulointimallin kehittämistä. Simulointia varten valittiin eetteröinnin syöttövirroiksi etanoli ja tyypillinen FCC-kolonnin hiilivetysyöttö.

Kirjallisuusosassa paneuduttiin tutkimaan syitä ETBE:n käytölle bensiinissä, valmistukseen tarvittavien raaka-aineiden lähteitä ja mahdollisia korvaavia raaka-aineita sekä mietittiin etanolissa olevien epäpuhtauksien vaikutusta prosessin tuotespesifikaatioihin. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin lisäksi eri valmistajien markkinoimia eetteröintiteknologioita. Eetteröintiteknlogiat jaettiin perinteiseen tislaukseen pohjautuviin prosesseihin, reaktiiviseen tislaukseen pohjautuviin prosesseihin sekä Neste Engineering:in markkinoimaan NExETHERS-teknologiaan.

Työn kokeellisessa osassa tutkittiin sekä etanolin epäpuhtauksien kulkeutumista prosessissa että kokeellisesti saadusta höyry-nestetasapainotiedosta määritettyjen Wilsonin yhtälön binääri-interaktioparametrien vaikutusta eetteröintiprosessin simulointituloksiin. Lopuksi simulointiin prosessia, jossa oli prosessin kannalta kriittiseksi havaitut etanolin epäpuhtaudet sekä hyviksi todetut binääri-interaktioparametrit etanolin ja FCC-syöttövirran C4-hiilivetyjen välillä. Uusilla binääriparametreilla saatuja simulointituloksia vertailtiin aikaisemmin samasta mallista vanhoilla binääriparametreilla saatuihin tuloksiin. Lopuksi tehtiin yhteenveto työn tuloksista ja annettiin ehdotukset jatkotutkimuksia varten.

The objectives of this Master’s Thesis were to investigate the improvement capabilities of the simulation model for ETBE-process. Ethanol and a typical hydrocarbon feed from FCC column were selected to be the raw materials of the studied etherification process.

Literature review was done to reveal the reasons for ETBE usage in motor gasoline, to explore the sources for etherification raw materials and to consider potential alternative raw materials for ETBE-processes and in addition to map the impacts of ethanol impurities to process and product quality specifications. Different etherification technologies were also introduced in the literature review. Etherification technologies were divided into conventional technology based processes using traditional distillation for product separation, to novel technology processes using reactive distillation for product separation and to NExETHERS-technology developed by Neste Engineering.

The experimental part of this Thesis was focused on both the distribution of ethanol impurities during the studied simulation process and the influences of new binary interaction parameters on simulation results. Binary interaction parameters for ethanol and certain C4 hydrocarbons were defined from experimental laboratory VLE-measurements. In order to study the combined influences of ethanol impurities and new binary interaction parameters a new simulation was conducted. This new simulation was done with selected critical ethanol impurities and new ethanol- C4 hydrocarbon interaction parameters. Results from original simulation model were compared to model, which had selected ethanol impurities and new binary interaction parameters for ethanol and C4 hydrocarbons. A summary and proposal for further studies were written as a closing for this report.