Sonneborn: pH-regeling op drie afgas-scrubbers

pH-oscillatie op drie afgas-scrubbers

Sonneborn maakt witte oliën, vaselines en microkristallijne was uit basisolie en aardoliedestillaat. Drie gepakte-kolomscrubbers reinigen de SO2- en SO3-houdende afgasstromen van de sulfonzuurfabriek (D924), de witte-oliefabriek (D701) en de zwavelzuurfabriek (D3015). Elke kolom wordt vanaf de top gespoeld met natronloog van 25 procent en onthard water. Het spoelwater wordt verzameld in een buffervat, gerecirculeerd en overgestort naar een oxidatietank die uiteindelijk op het riool loost. De pH-regeling op het buffervat doseert natronloog via een toerentalgeregelde pomp, om de pH binnen het milieubereik te houden.

De zwaarste loop is D924. Het buffervat is klein ten opzichte van het natronloog-debiet, en samen met de titratiecurve van een fosfaat-gebufferd alkalisch systeem levert dat een sterk niet-lineaire reactie van pH op dosering op: bij pH 8 reageert de loop traag, bij pH 10 scherp, en daarboven gaat hij overzwiepen. Het bestaande algoritme was een PI-regelaar met een snelle, niet-lineaire P-actie en een trage I-actie, aangevuld met een feedforward-term op de oleumflow en de statusbit van een pomp, om de vrachtstoot SO2 bij het aanslaan van die pomp op te vangen.

Het echte probleem zat niet in de regelaar maar in wat eromheen gebeurde. Operators tilden de pH-setpoint na verstoringen routinematig op, van 10 naar 10,5 of hoger, om alarmen te vermijden, en lieten hem daar staan. Daarmee bleef het natronloog-verbruik systematisch hoger dan nodig en bleef de besparingsruimte ongebruikt.

DotX-APC Audit en aansluitende monitoring

Het traject is geleverd als DotX-APC Audit op de drie loops, gevolgd door een DotX-APC Monitor-retainer voor 24/7 stabiliteits- en setpointbewaking. De audit volgt de vier DotX-fasen; de monitor begint waar implementatie eindigt en houdt het resultaat operationeel vast.

1. Procesanalyse. DCS-historian-exports van pH-meting, gewenste en gemeten loogflow, motortoerental, de oleumflow als feedforward-ingang en de pompstatussen, over meerdere weken met natuurlijke verstoringen erin. De sampling op de meetkanalen die snelle pH-dynamica dragen is van vijf seconden naar één seconde gebracht. Daarop de relevante niet-lineariteit geïdentificeerd (de titratiecurve), de effectieve dode tijd tussen loogflow en pH-respons, en de mengkarakteristiek van het buffervat.
2. Digital twin. Een massabalansmodel uit eerste principes van het buffervat, met natronloog-injectie als ingang en spoelwater-pH als uitgang, gekoppeld aan een titratiecurve-conversie die de regeling effectief in het concentratiedomein laat werken in plaats van direct op pH. Daarnaast een verstoringsmodel voor de pompstap en voor variaties in oleumflow, afgeleid op dezelfde data en gekruist gecheckt tegen langere historische runs.
3. Optimalisatie. PI-instellingen en feedforward-gains opnieuw bepaald in closed-loop simulatie op de twin, met de pH-alarmgrenzen als harde randvoorwaarden. Op locatie vervolgens per scrubber minimaal vijftig setpoint-stapjes geautomatiseerd doorlopen, om de kans op overschrijding van de pH-onder- en bovengrens empirisch te kwantificeren als functie van de setpointwaarde. Daarmee ligt per loop een laagst-veilig setpoint vast dat gemeten is, niet geschat.
4. Implementatie. Nieuwe PI-parameters en feedforward-gains uitgerold op de klant-DCS. Setpoint stapsgewijs verlaagd op D701 en D3015; op D924 het PI-regime herzien zodat de gemiddelde loogdosering onder de oude baseline uitkomt. Vanaf go-live neemt DotX-APC Monitor de 24/7 bewaking over: bij drift in de gefitte loop-karakteristiek of bij een setpointverhoging zonder onderbouwing genereert het systeem een actiesignaal aan DotX, die opvolgt naar productie.

Variantiereductie en setpointverlaging

Het hoofdresultaat is een aantoonbaar gereduceerde pH-variantie op alle drie scrubbers, plus de setpoint-verlaging die die variantiereductie omzet in een meetbare reductie in natronloog-verbruik.

• D924, sulfonzuurfabriek. Substantiële reductie in gemiddelde natronloog-dosering ten opzichte van de baseline, geleverd via een herzien PI-regime in plaats van een setpoint-verlaging.
• D3015, zwavelzuurfabriek. pH-setpoint verlaagd met één pH-eenheid, met een verbruiksreductie die daarmee evenredig is.
• D701, witte-oliefabriek. Idem, setpoint verlaagd met één pH-eenheid.

De audit op de drie loops samen verdient zich naar verwachting binnen het eerste exploitatiejaar terug uit natronloog-besparing alleen. De monitor die erop volgt wordt elk jaar opnieuw terugverdiend uit het vasthouden van die setpoint-verlaging. Dat is geen bijzaak: operators tilden de setpoint eerder routinematig op na verstoringen, wat de besparing zonder bewaking binnen weken zou wegerosseren. De monitor signaleert iedere ongerechtvaardigde verhoging binnen één historian-batch.

De wettelijke pH-grenzen op het verzamelde spoelwater en de emissie-eisen aan de scrubber-uitlaat blijven binnen specificatie; de monitor levert daarvan continu logging-bewijs per loop.

Tunen in het domein waar de lus lineair is

Dit is geen chemiekennis maar een patroon. Identificeer waar de loop niet-lineair is, transformeer het probleem naar het domein waar hij wél lineair is (hier: concentratie in plaats van pH, via de titratiecurve), tune in dat domein, en gebruik vervolgens setpoint-stapjes onder operationele condities om de werkelijke kans op grensoverschrijding te meten in plaats van te schatten. Daarmee verschuift de claim van “we denken dat het setpoint omlaag kan” naar “we weten op basis van vijftig testen hoe vaak we de bovengrens raken bij setpoint X”.

De pH-loop op een SO2-scrubber draait op hetzelfde inverse probleem als de damping-monitor op een Enercon-toren: een lineair tijdinvariant model op operationele data, plus een kwantificering van wanneer de schatting niet meer klopt. De fysica verschilt, de gereedschapskist niet.

Net als bij Enercon levert DotX hier niet alleen de betere regeling maar ook de bewaking die zegt wanneer de setpoint-verlaging niet langer veilig is. Daarmee verandert het werk van eenmalige tuning naar continu beheer, en verschuift het risico van de operator, die defensief het setpoint optilde, naar een gemeten kansgrens. Dat is precies de logica achter de ladder van audit naar monitor: een audit zonder monitor erodeert binnen weken weg, en een monitor zonder audit kan niets meten omdat er geen referentie-baseline is. De twee horen bij elkaar.