Ammoniumsulfaattikiteyttämön ohjausparametrien optimointi

Abstract

Nikkelin vetypelkistyksessä tuotetaan nikkelipulveria, jolloin sivutuotteena syntyy ammoniumsulfaattia. Ammoniumsulfaattia käytetään kiteytettynä muun muassa lannoitteena. Lisäksi ammoniumsulfaattikidettä käytetään vetypelkistyksessä tarvittavan syöttöliuoksen valmistukseen.

Tämä diplomityö on tehty Norilsk Nickel Harjavalta Oy:n toimeksiannosta ja sen tavoitteena oli optimoida ammoniumsulfaattikiteyttämön ohjausparametreja erikoistilanteissa hyödyntäen prosessidiagnostiikasta saatavaa dataa ja sumeita logiikoita. Prosessidatan analysoinnissa hyödynnettiin massadatan ja prosessidatan analysointiin kehitettyä Wedge ohjelmistoa. Wedgessä voidaan simuloida eri prosessin vaiheita ja simuloinnin avulla voidaan etsiä parhaita mahdollisia ajotapoja. Prosessianalyysin avulla luotiin eri tilanteisiin sopivia kiteyttimien ajomalleja.

Työssä perehdytään ammoniumsulfaatin kiteytysprosessiin. Harjavallan nikkelijalostamolla kiteytyksessä käytetään neljää DTB-kiteytintä, jotka ovat alipainekiteyttimiä. Lisäksi selvitetään Norilsk Nickel Harjavalta Oy:n tehtaalla olevan pelkistämön eri säiliöiden ammoniumsulfaattipitoisuudet hyödyntäen prosessidiagnostiikkaa eli jatkuvasta prosessista kerättävää dataa. Säiliöiden ammoniumsulfaattipitoisuuksien avulla selvitetään pelkistämön kokonaissulfaattimäärä, joka on oleellinen tieto ohjausparametrien optimoinnin kannalta. Ammoniumsulfaatille tehdään liukoisuuslaskelmat, kahdessa eri tilanteessa; puhtaalle ammoniumsulfaattiliuokselle sekä ammoniumsulfaattiliuokselle, kun se sisältää epäpuhtautena natriumia. Liukoisuuksien avulla voidaan määrittää kylläiselle ammoniumsulfaattiliuokselle tiheys lämpötilan funktiona. Tämän avulla saadaan laskettua kiteyttimen tuottama todellinen kidemäärä. Lopuksi käydään läpi sumeiden logiikoiden teoriaa.

Yleisin erikoistilanne on kiteyttimen pesu, joka tehdään noin 13 vuorokauden välein. Tällöin yksi kiteytin otetaan pois ajosta, jolloin kiteyttimestä liuotetaan sinne kertyneitä kiteytymiä ja pestään linjoja. Pesun aikana on tärkeää, että saataisiin tuotetta mahdollisimmat paljon kidettä sekä syöttöliuoksen valmistukseen että tuotteeksi. Työssä analysoitiin aiempia kiteyttimien pesuja muutamien kuukausien ajalta ja niiden pohjalta lähdettiin luomaan optimaalisinta ajomallia pesujen tekemiseen sekä optimoimaan kiteyttimien ajoparametreja pesujen ajaksi, jotta saataisiin suurin mahdollinen hyöty kiteyttimistä. Kiteyttimien virtauksensäädöille tehtiin sumeat mallit, jotka helpottavat kiteyttimien operointia. Lopuksi ajomallien ja ajo-ohjeiden avulla suoritettiin kiteyttimille koeajoja ja koeajojen tuloksia analysointiin ja niistä tehtiin johtopäätökset ja kehitysehdotukset.