Process dynamic simulation and plant-wide process control of a biogas to liquid (BIG SQUID) plant

This M.Sc. thesis work deals with the dynamic simulation and plantwide control of a biogas to liquid process, BIGSQUID. Mainly foccused on biogas to syngas production, for a syngas with properties suitable for pruduction of methanol, on a further stage of the process. The process has been studied and developed by SUPER (Sustainable Process Engineering Research) group of the Department of Chemistry, Materials and Chemical Engineering “Giulio Nata” of Politecnico di Milano. The scope of this work was developing its dynamic simulation, plantwide control and the Start-up procedure for the plant. The control scheme was proposed, the controllers were tuned and the sequences of operation for the start-up were shown to be effective and stable in its transition state, reaching steady state without difficulties. Finally, the plant wide control was validated successfully by perturbating the inlet flow rate of the biogas on ± 20% from the set point, reaching as a result, a temperature control with a maximum variation of 30 degrees Celsius from the set point on the furnace outlet temperature, hence, having imperceptible variations on the outlet product compositions.

Lo scopo del presente lavoro è lo studio della simulazione dinamica e del controllo a livello di impianto del un processo BIG SQUID™ (Biogas to liquid). Il processo studiato e sviluppato dal gruppo SUPER (Sustainable Process Engineering Research) del Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica "Giulio Nata" del Politecnico di Milano permette la conversione di biogas in prodotti chimici ad alto valore aggiunto (metanolo e/o DME e derivati). Nel presente lavoro si è sviluppata la simulazione dinamica, il controllo a livello di impianto e messa a punto la start-up del processo. È stato proposto lo schema di controllo, i controller sono stati sintonizzati e le sequenze di funzionamento per l'avvio si sono dimostrate efficaci e stabili nel suo stato di transizione, raggiungendo uno stato stabile senza difficoltà. Infine, il controllo a livello di impianto è stato validato con successo perturbando la portata di ingresso del biogas su ± 20% dal setpoint, raggiungendo di conseguenza un controllo della temperatura con una variazione massima di 30 gradi Celsius dal setpoint sul forno temperatura di uscita, quindi, con variazioni impercettibili sulle composizioni del prodotto di uscita.