Nonlinear model predictive control of a multi-absorber CO2 capture plant

I et etterforbrenning karbonfangstanlegg blir det brukt en aminløsning for å absorbere CO2. Aminløsningen blir regenerert i desorberkolonnen gjennom varme tilført i omkokeren. En stor driftskostnad ved et karbonfangstanlegg er energitilførselen i omkokeren. Det ble i denne masteroppgaven utviklet en kontrollkonfigurasjon for et karbonfangstanlegg med multiple absorbere, basert på ulineær modellbasert prediktiv regulering (NMPC). Målfunksjonen ble formulert på et vis som styrer anlegget mot minimalt energiforbruk samtidig som settpunkt på fansgtgrad opprettholdes. En modell av et karbonfangstanlegg mottatt fra Cybernetica AS ble utvidet til å inkludere multiple absorberkolonner. Modellen ble delt i to deler, en med absorberkolonnene og en med desorberkolonnen og de andre enhetsoperasjonene. Flere enkle absorbermodeller ble utviklet og kombinert med desorberhalvdelen av modellen i to-NMPC kontrollkonfigurasjoner. Konfigurasjonene ble testet og utviklet til en endelig kontrollstruktur ble ferdigstilt. De utviklede to-NMPC konfigurasjonene ble testet og sammenlignet med en referansekonfigurasjon. Referansekonfigurasjonen bestod av én NMPC som bruker den originale modellen. Den originale modellen ble benyttet som anleggerstatningsmodell i Cybernetica RealSim i alle simuleringer. I motsetning til to-NMPC konfigurasjonene hadde ikke referansekonfigurasjonen modellavvik fra anlegget. To-NMPC konfigurasjonene hadde varierende ytelse, men den endelige konfigurasjonen hadde sammenlignbar ytelse med referansekonfigurasjonen med en 73.6 % reduksjon i gjennomsnittlig beregningstid per sampel. Det ble også utviklet en annen konfigurasjon med en individuell NMPC for hver absorberkolonne som reduserte den gjennomsnittlige beregningstiden med 83.1 %. Resultatene viste at de utviklede kontrollkonfigurasjonene kunne levere akseptabel ytelse med redusert beregningstid. Reduksjonen i beregningstid blir enda viktigere jo flere absorberkolonner som blir lagt til i anlegget.