TY - THES

T1 - Implementierung einer Regelung mit automatisierter Staupunktserkennung für eine Absorptionskolonne

AU - Stocker, Romana

N1 - nicht gesperrt

PY - 2023

Y1 - 2023

N2 - Für die Wirtschaftlichkeit von industriellen Absorptionskolonnen zur Abgasreinigung ist eine effiziente Betriebsweise von entscheidender Bedeutung. Der Betriebspunkt wird dabei in der Regel so gewählt, dass der Bereich des Flutens keinesfalls erreicht wird. Dadurch soll ein hoher Druckverlust über die Kolonne sowie eine Verringerung des Stoffaustausches und der damit verbundenen Abscheideleistung vermieden werden. Außerdem besteht beim Fluten die Gefahr, dass Lösungsmittel mit dem Gasstrom aus der Absorptionskolonne ausgetragen wird. Wird jedoch ein Betriebspunkt gewählt, der zu weit unterhalb des Flutpunktes liegt, kann die verfügbare Anlagenkapazität nicht vollständig ausgenutzt werden. Zur Gewährleistung eines möglichst kostenoptimierten und effizienten Betriebs durch die optimale Ausnutzung der Kolonnenkapazität, sollte die Anlage in der Nähe des Staupunktes betrieben werden.Vor diesem Hintergrund wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit die Implementierung eines intelligenten Regelalgorithmus mit automatisierter Staupunktserkennung für eine Absorptionskolonne untersucht. Dieser Algorithmus ist in der Lage, den optimalen Betriebspunkt der Anlage zu identifizieren und anzufahren. Bei der Implementierung sollte insbesondere sichergestellt werden, dass die Anlage diesen Betriebspunkt in der Praxis tatsächlich einregelt und ein Überschreiten der Flutgrenze in jedem Fall vermieden wird. Der implementierte Regelalgorithmus basiert dabei auf einer Fourier-Transformation des Messsignals für den Druckverlust über die Kolonne. Ein auf erhobenen Betriebsdaten beruhendes empirisches Modell berechnet darauf aufbauend die Berieselungsdichte am Staupunkt. Über eine Pumpe wird die tatsächliche Berieselungsdichte in der Absorptionskolonne anschließend auf den berechneten Modellwert eingeregelt. Zur Validierung der implementierten Regelung wurde diese anhand von Hydraulik- und Stoffaustausch-Versuchen hinsichtlich des Erreichens der Regelziele untersucht. Dabei konnte nachgewiesen werden, dass sowohl ein definierter Abscheidegrad als auch eine vorgegebene Abgaskonzentration bei variierenden Betriebsbedingungen – gegebenenfalls nach einer kurzen Einregelphase – erzielt werden kann.

AB - Für die Wirtschaftlichkeit von industriellen Absorptionskolonnen zur Abgasreinigung ist eine effiziente Betriebsweise von entscheidender Bedeutung. Der Betriebspunkt wird dabei in der Regel so gewählt, dass der Bereich des Flutens keinesfalls erreicht wird. Dadurch soll ein hoher Druckverlust über die Kolonne sowie eine Verringerung des Stoffaustausches und der damit verbundenen Abscheideleistung vermieden werden. Außerdem besteht beim Fluten die Gefahr, dass Lösungsmittel mit dem Gasstrom aus der Absorptionskolonne ausgetragen wird. Wird jedoch ein Betriebspunkt gewählt, der zu weit unterhalb des Flutpunktes liegt, kann die verfügbare Anlagenkapazität nicht vollständig ausgenutzt werden. Zur Gewährleistung eines möglichst kostenoptimierten und effizienten Betriebs durch die optimale Ausnutzung der Kolonnenkapazität, sollte die Anlage in der Nähe des Staupunktes betrieben werden.Vor diesem Hintergrund wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit die Implementierung eines intelligenten Regelalgorithmus mit automatisierter Staupunktserkennung für eine Absorptionskolonne untersucht. Dieser Algorithmus ist in der Lage, den optimalen Betriebspunkt der Anlage zu identifizieren und anzufahren. Bei der Implementierung sollte insbesondere sichergestellt werden, dass die Anlage diesen Betriebspunkt in der Praxis tatsächlich einregelt und ein Überschreiten der Flutgrenze in jedem Fall vermieden wird. Der implementierte Regelalgorithmus basiert dabei auf einer Fourier-Transformation des Messsignals für den Druckverlust über die Kolonne. Ein auf erhobenen Betriebsdaten beruhendes empirisches Modell berechnet darauf aufbauend die Berieselungsdichte am Staupunkt. Über eine Pumpe wird die tatsächliche Berieselungsdichte in der Absorptionskolonne anschließend auf den berechneten Modellwert eingeregelt. Zur Validierung der implementierten Regelung wurde diese anhand von Hydraulik- und Stoffaustausch-Versuchen hinsichtlich des Erreichens der Regelziele untersucht. Dabei konnte nachgewiesen werden, dass sowohl ein definierter Abscheidegrad als auch eine vorgegebene Abgaskonzentration bei variierenden Betriebsbedingungen – gegebenenfalls nach einer kurzen Einregelphase – erzielt werden kann.

KW - Regelalgorithmus

KW - Staupunktserkennung

KW - Absorptionskolonne

KW - Kolonnenregelung

KW - Betriebspunktoptimierung

KW - Control algorithm

KW - Loading point detection

KW - Absorption column

KW - Column control

KW - Operating point optimization

M3 - Masterarbeit

ER -