Optimized Coker Unit Design Integrating Heat Exchange Network And Exergy Analysis / By Ahmed Essam Hamed Mohamed Ali Keshta ; Under the Supervision of Prof. Dr. Mahmoud A. El-Rifai, Prof. Dr. Reem S. Ettouney, Dr. Ayat O. Ghallab.

Thesis (Ph.D)-Cairo University, 2023.

Bibliography: pages 75-79.

The Delayed Coker Unit is one of the most common thermal cracking methods used
to convert the low value vacuum residue into lighter higher value hydrocarbon
products. Since delayed coking is a heavy energy consumer, the present thesis is
directed to study two approaches towards optimization of energy consumption in
this process. Pinch analysis is applied with a view to optimize the pinch temperature
approach and structure of the existing seven heat exchangers’ network. This resulted
in about 27% reduction of the total annual cost corresponding to an annual saving of
about US$1.9 million. Exergy analysis is also conducted on other main process plant
equipment which revealed a possible annual saving of US$ 0.75 million through
generation of medium pressure steam in the blowdown tower. To this end, a process
simulation model constructed in Aspen HYSYS was built to simulate all streams
and equipment involved in the Delayed Coker Unit.

تعتبر وحدة التفحيم المؤجل واحدة من أهم طرق التكسير الحراري المستخدمة في تحويل متبقي المازوت ذي القيمة الاقتصادية المنخفضة الي مواد هيدروكربونية خفيفة مرتفعة القيمة. وتتعرض هذه الرسالة لاستخدام طريقتين لترشيد استهلاك الطاقة في وحدة حديثة لعملية التفحيم المؤجل. هذا وقد تم تخفيض التكلفة الاجمالية لشبكة التبادل الحراري الخاصة بالوحدة عن طريق استخدام برنامج تحليل شبكات الحرارة Pinch Anlaysis وقد تبين انه أمكن تخفيض التكلفة السنوية الإجمالية بمقدار 27% وهو ما يكافئ 1.9 مليون دولار أمريكي.
كما تعرضت الرسالة لتحقيق ترشيد إضافي في المنظومة الحرارية لوحدة التفحيم باستخدام طريقة تحليل الإكسرجي لإستجلاء إمكانية تحقيق وفر في الطاقة في معدات المنظومة. هذا وقد أظهرت نتائج حسابات الإكسرجي الكيميائية والفيزيائية ان وعاء التفحيم وفرن التفحيم وبرج التصريف هي المعدات التي يتم فيها أكبر فقد في الإكسرجي. وقد تبين ان برج التصريف هو المعدة الأكثر إهداراً للإكسرجي، وإزاء ذلك فقد تم اختياره لإدخال التعديل المناسب لتحقيق الترشيد الأمثل لمنظومة الطاقة. وفي هذا الصدد تم إقتراح استغلال برج التصريف في إنتاج بخار متوسط الضغط. وقد أظهرت النتائج أن هذا المقترح يحقق زيادة في كفاءة الإكسرجي لبرج التصريف لتصل الي 99.2 % بدلاً من 58.2 % وهذا يمثل خفضاً في تشتت الإكسرجي يصل إلي حوالي 1.8 جيجا جول لكل ساعة عوضا عن 113.7 جيجا جول في ساعة وهو ما يكافئ حوالي 0.75 مليون دولار سنوياً.
هذا وقد تمت محاكاة المعدات وحسابات الإكسرجي الفيزيائية باستخدام برنامج ASPEN HYSYS. وقد تم تطبيق دراسة Pinch Analysis باستخدام برنامج شركة أسبن لتحليل الطاقة بينما تم استخدام برنامج أسبن لتقيم التكاليف في تحديد تكلفة التعديلات المقترحة في البحث.

Issued also as CD

Text in English and abstract in Arabic & English.