The M.Sc. thesis work focuses on the dynamic simulation and plant-wide process control of the Combined Heating, Power, and Chemical (CHPC) BigSquidTM process plant developed by the SuPER (Sustainable Process Engineering Research) team in the Department of Chemistry, Materials, and Chemical Engineering “Giulio Natta” at the Politecnico di Milano. Special attention was given to the creation of a digital twin to study the inlet section, the reformer with associated burner, and the methanol reactor of the process. Through a combination of simulation, spreadsheet, and coding tools, an adequate digital twin was constructed to model the process. The study continued to show the digital twin’s application to startup procedures for the CHPC plant, yet could also be used for analyzing the effects of disturbances. The final product created thus pushes the design of the BigSquidTM process towards further implementation through its ability to evaluate the transient conditions of the actual system. The development required the ideation and application of a proper process control configuration with effective tuning parameters to achieve the desired steady state. Multiple iterations were performed to attain a scheme which most accurately modeled the physical process plant as well as limited the oscillatory response to speedily reach the equilibrium condition.

Il presente lavoro di tesi magistrale si concentra sulla simulazione dinamica e sul controllo plantwide di un impianto BigSquidTM di Combined Heating, Power, and Chemical (CHPC) sviluppato dal SuPER team (Sustainable Process Engineering Research) del Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “Giulio Natta” al Politecnico di Milano. Particolare attenzione è stata dedicata alla creazione di un gemello digitale (Digital Twin) per studiare la sezione di alimentazione, il reformer con bruciatore associato e il reattore di metanolo del processo. Attraverso una combinazione di strumenti di simulazione, foglio di calcolo e programmazione, è stato costruito un digital twin adeguato per modellare il processo. Lo studio mostra l'applicazione del modello alle procedure di startup dell'impianto CHPC, ma potrebbe anche essere utilizzato per analizzare gli effetti delle perturbazioni esterne. Il prodotto finale ottenuto porta quindi la progettazione del processo BigSquidTM verso un'ulteriore implementazione attraverso la sua capacità di valutare le condizioni transitorie del sistema reale. Lo sviluppo ha richiesto l'ideazione e l'applicazione di una corretta configurazione di controllo del processo con parametri di regolazione efficaci per ottenere lo stato stazionario desiderato. Sono state eseguite più iterazioni per ottenere uno schema che modellasse in modo più accurato l'impianto di processo fisico, oltre a limitare la risposta oscillatoria per raggiungere rapidamente la condizione di equilibrio.

Dynamic simulation and plant-wide process control of a biogas to liquid (BigSquidTM) plant : digital twin development on reforming furnace and methanol reactor

Kleiman, Jeremy
2019/2020

Abstract

The M.Sc. thesis work focuses on the dynamic simulation and plant-wide process control of the Combined Heating, Power, and Chemical (CHPC) BigSquidTM process plant developed by the SuPER (Sustainable Process Engineering Research) team in the Department of Chemistry, Materials, and Chemical Engineering “Giulio Natta” at the Politecnico di Milano. Special attention was given to the creation of a digital twin to study the inlet section, the reformer with associated burner, and the methanol reactor of the process. Through a combination of simulation, spreadsheet, and coding tools, an adequate digital twin was constructed to model the process. The study continued to show the digital twin’s application to startup procedures for the CHPC plant, yet could also be used for analyzing the effects of disturbances. The final product created thus pushes the design of the BigSquidTM process towards further implementation through its ability to evaluate the transient conditions of the actual system. The development required the ideation and application of a proper process control configuration with effective tuning parameters to achieve the desired steady state. Multiple iterations were performed to attain a scheme which most accurately modeled the physical process plant as well as limited the oscillatory response to speedily reach the equilibrium condition.
DI PRETORO, ALESSANDRO
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
2-ott-2020
2019/2020
Il presente lavoro di tesi magistrale si concentra sulla simulazione dinamica e sul controllo plantwide di un impianto BigSquidTM di Combined Heating, Power, and Chemical (CHPC) sviluppato dal SuPER team (Sustainable Process Engineering Research) del Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “Giulio Natta” al Politecnico di Milano. Particolare attenzione è stata dedicata alla creazione di un gemello digitale (Digital Twin) per studiare la sezione di alimentazione, il reformer con bruciatore associato e il reattore di metanolo del processo. Attraverso una combinazione di strumenti di simulazione, foglio di calcolo e programmazione, è stato costruito un digital twin adeguato per modellare il processo. Lo studio mostra l'applicazione del modello alle procedure di startup dell'impianto CHPC, ma potrebbe anche essere utilizzato per analizzare gli effetti delle perturbazioni esterne. Il prodotto finale ottenuto porta quindi la progettazione del processo BigSquidTM verso un'ulteriore implementazione attraverso la sua capacità di valutare le condizioni transitorie del sistema reale. Lo sviluppo ha richiesto l'ideazione e l'applicazione di una corretta configurazione di controllo del processo con parametri di regolazione efficaci per ottenere lo stato stazionario desiderato. Sono state eseguite più iterazioni per ottenere uno schema che modellasse in modo più accurato l'impianto di processo fisico, oltre a limitare la risposta oscillatoria per raggiungere rapidamente la condizione di equilibrio.
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/166943