System Approach Modelling Applied to the Eluxyl Process

Modélisation du procédé Eluxyl par approche système

Institut Français du Pétrole

Corresponding author: didier. pavone@ifp. fr

Abstract

The Eluxyl process achieves paraxylene separation to other xylenes and ethylbenzene. Eluxyl is a simulated moving bed process that requires a fine tuning to produce paraxylene at a very high level of purity, up to 99. 90%. A numerical model has been developed in parallel with the process. Objectives are to help tuning, to help design of additional equipment such as valves and mixing chambers and to test the so-called what if cases . According to these objectives, the model is planned to be modified many times in order to test different equipment, to evaluate what if casesor even to choose among different configurations. To match these requirements the numerical model has been developed under system approach. This paper presents the Eluxyl process and its mathematical model. Then, the ability of such a model to represent real units is illustrated through four examples. At first, the paper describes how slow opening and closing valves were modelled. The objective was to evaluate the requirement valves should meet about their time spent before total opening. Secondly, to emphasise the advantage of system approach modelling, the paper presents how a missing (under maintaining) valve could be modelled. In a third example, it is shown how a system approach model can help the design of real units. This paper explains how the different designs for the mixing chambers that equip the Eluxyl process have been modelled and tested. The key point is that the best design is selected on the simulated resulting performances of the unit-purity and yield. Finally a what if caseis presented. Here, a leaking valve is assumed and the net effect on purity and yield shows that requirement about valve leaking should be severe. All along this paper, we show how system approach modelling is powerful, fast, convenient and almost bug free compared with standard language programming.

Résumé

Le procédé Eluxyl a pour objectif de séparer le paraxylène des autres xylènes et de l'éthylbenzène. L'Eluxyl utilise la technique du lit mobile simulé qui requiert un réglage particulièrement fin pour obtenir un paraxylène de très haute pureté (supérieure à 99,90 %). Un modèle numérique a été développé simultanément avec la mise au point du procédé. Le but est de faciliter le réglage et d'aider au design, tout en offrant la possibilité d'analyser différentes configurations. Les objectifs du modèle laissant prévoir de nombreuses évolutions ou modifications du code numérique, le modèle a été développé selon une approche système. Cet article présente le procédé Eluxyl et le modèle mathématique retenu. Ensuite, la capacité du modèle à prendre en compte les particularités des unités réelles est illustrée par quatre exemples. Dans un premier exemple, nous décrivons comment la dynamique des vannes a été intégrée dans le simulateur. Le but était d'évaluer une durée maximale d'ouverture et de fermeture des vannes qui ne nuirait pas à la qualité du paraxylène produit. Le deuxième exemple illustre la flexibilité de l'approche système par la possibilité de modéliser simplement l'impact d'une vanne retirée pour raison de maintenance. Le troisième exemple montre comment l'approche système peut aider au design des unités. On expose comment différents designs des chambres de mélange équipant le procédé Eluxyl ont été modélisés et testés. Le point clé est que la sélection des designs a pu être faite par comparaison de leur impact respectif direct sur la qualité du paraxylène produit, et non pas sur des considérations secondaires (minimisation des volumes, etc. ). Finalement, nous montrons comment une fuite de vanne a été modélisée et examinons son impact sur la qualité du paraxylène produit. Cette simulation démontre le haut niveau de spécification requis sur la qualité des vannes. Tout au long de l'exposé, nous montrons la puissance et l'efficacité de la modélisation par approche système.