当前位置:首页 >> 能源/化工 >>

PROII与石油化工工艺过程模拟计算


PRO/II 与石油化工工艺过程模拟计算
一、PRO/II 简介
1.1、概述
PRO/II 软件是美国 SIMSCI 公司推出的微机版本石油化工工艺流程模拟软件,该软 件具备有丰富的物性数据库和热力学方程供用户描述不同状态下的流体热力学过程, 对 多种炼油、化工工艺过程具有广泛的适应性。该软件不仅可以作为新设计炼油、化工工 艺装置的工艺流程模拟软件

,同时作为装置标定计算、设备核算的软件。 PRO/II 软件在我国的应用十分广泛,其中 DOS 系统的 V3.3、V4.02 版本和 WINDOWS 操作系统的 V4.13 WITH PROVISION V2.0 以上版本是比较常用的。PRO/II 软件是很多炼 油、化工等设计院进行工艺设计的首选工艺模拟软件之一,同时也是炼油、化工等生产 单位进行装置标定计算、设备核算的首选工艺模拟软件之一。 在实际工作中,有很多时候会遇到解决装置“瓶径”的问题,而塔设备往往是需要 进行标定或核算的重要设备之一,这时应用 PRO/II 软件提供的精馏、吸收、萃取等单 元操作过程的严格计算方法进行单塔模拟计算或全流程模拟计算是非常方便的。

1.2、主要计算模块或计算单元简介
序号 模块名称 一、常用模块 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 FLASH/闪蒸 DISTILLATION/精馏 SIDE COLUMN/侧线汽提 MIXER/混合器 SPLITTER/分流器 SIMPLE HX/简单换热器 RIGOROUS HX/严格换热器 COMPRESSOR/压缩机 EXPANDOR/膨胀机 PUMP/泵 VALVE/阀 CONTROLLER/控制器 OPTIMIZER/优化器 CALCULATOR/计算器 STREAM CALCULATOR/物流计算器 进料计算、气液分离、多相分离计算。 精馏、吸收、萃取等分离过程的严格法计算。 用于复杂塔的侧线汽提塔计算。 用于物流混合过程计算,拟混合的物流数不限。 物流分流计算。 无结构参数限制的换热器计算。 含结构校核的换热器计算。 气体提高压力计算。 气体膨胀制冷计算。 液体输送计算。 减压或液体节流计算。 控制工艺参数值计算,如:进料温度等。 优化工艺参数,如进料位置等。 物流、工艺参数的分布和分配计算。 物流中组份分布和分配计算。 主要功能

1

序号 16 17 18 19 20 21 22 23 24

模块名称 CON. REACTOR/转化反应器

主要功能 按照计量系数完成反应的摩尔数变化量计算。 二、其它模块

EQU. REACTOR/平衡反应器,按照平衡常数、反应热等完成反应计算。 FLASH WITH SOLID/含固体闪蒸计算单元。 PIPE/管线计算(如:压降、流速等) 。 DEPRESSOR/减压阀(减压计算) 。 MULTIVARIABLE CONTROLLER/多变量控制器。 PLUG FLOW REACTOR/平推流反应器。 GIBBS REACTOR/GIBBS 反应器。 POLYMER REACTOR/聚合物反应器。

二、PRO/II 热力学方法的初步分析
PRO/II 提供多种用于流体的气液平衡常数、液液平衡常数、焓、熵、密度和其他传 递性能参数等热力学计算方法, 由于每种热力学方法有一定的适用范围, 在应用 PRO/II 解决具体问题时,选择合适的热力学方法是能否正确模拟工艺过程的关键。 以下分类讨论 PRO/II 提供的主要的热力学方法。

2.1、普遍化方法
普遍化方法主要包括用于烃类物系计算的 SRK 方程、PR 方程、BWRS 方程、GS 方程、 IGS 方程、BK10 方程等,各方程的适用范围如下: 热力学方程 SRK SRKKD SRKM SRKH PR PRM PRH BWRS GS IGS BK10 适用领域 气体、炼油过程的烃类物系 炼油过程的烃水物系,尤其高温、高压的气液液过程 烃/醇等极性/非极性物系 酮/水等极性和高压物系 气体、炼油过程的烃类物系 烃/醇等极性/非极性物系的气液液过程 酮/水等极性和高压物系 气体、炼油过程的烃类物系 常压以上的炼油物系 炼油体系的气液液过程 原油常压、减压蒸馏过程

2

2.2、液相活度系数方法
液相活度系数方法主要包括用化工、石油化工物系气液、液液、气液液平衡及相关 物性参数计算的 NRTL(Non-Random Two Liquid)方程、UNIQUAC 方程、WILSON 方程、 UNIFAC 方程、VANLAAR 方程、FLORY 方程、MARGULES 方程等,各方程的适用范围如下: 热力学方程 NRTL UNIQUAC WILSON UNIFAC VANLAAR FLORY MARGULES 适用领域 有液相活度系数可以利用的化工、石油化工极性物系 没有提供气液、液液平衡数据的化工、石油化工极性物系 极性物系的气液过程 任何已知组分结构的物系 化工、石油化工极性物系的气液、液液过程 化工、石油化工极性物系的气液、液液过程 化工、石油化工极性物系的气液、液液过程

2.3、专用数据包方法
PRO/II 专用数据包用于计算指定物系的气液、 液液平衡及相关物性参数, 主要包括 GLYCOL 数据包、SOUR WATER 数据包、ALCOHOL 数据包、AMINE 数据包等,各专用数据包 的适用范围如下: 专用数据包 GLYCOL SOUR WATER ALCOHOL AMINE 适用领域 含有水、乙二醇、三甘醇和气体组分物系的脱水过程。 温度 26—204℃;压力≤13.6MPa 含有 H2S、NH3、CO2、H2O 物系的计算。温度 20—150℃;压力≤0.345MPa (原始关联式) ;压力≤19.3MPa(修正 Van Der Waals 方程计算气相逸度) 含有醇、H2O 和其他极性物系气液、液液、气液液过程。 温度 50—110℃;压力≤10.2MPa 含有 MEA、DEA、DGA、DIPA、MDEA 物系的相关计算

三、PRO/II 在石油化工装置塔模拟采用的热力学方法
石油化工装置种类繁多,以下将分类介绍 PRO/II 软件在部分装置塔模拟计算推荐 采用的平衡常数的热力学计算方法和相应的数据包。

3.1、炼油装置
常见炼油装置塔模拟计算推荐采用的平衡常数的热力学计算方法和相应的数据包 如下。 装置名称 塔名称 热力学方法 数据包 备注

3

装置名称 常减压装置

塔名称 初馏塔 常压塔 常压汽提塔 减压塔

热力学方法 GS GS GS BK10 BK10 BK10 SRK、GS SRK、GS SRK、GS SRK/GS SRK、PR SRK、PR NRTL NRTL NRTL NRTL NRTL NRTL BK10 BK10 BK10 BK10 BK10、GS SRK、GS SRK、GS SRK、GS SRK/GS BK10、GS SRK、PR BK10、GS BK10、GS SRK SRK

数据包 SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI ALCOHOL ALCOHOL ALCOHOL ALCOHOL ALCOHOL ALCOHOL SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI

备注

催化裂化装置

分馏塔 柴油汽提塔 吸收塔 解吸塔 再吸收塔 稳定塔

催化重整装置 芳烃抽提装置

脱轻塔 脱重塔 抽提塔 非芳水洗塔 汽提塔 溶剂回收塔 水汽提塔 溶剂再生塔

仅限环丁砜为溶剂 提供 Kij 提供 Kij 提供 Kij 提供 Kij 提供 Kij

芳烃分离

苯塔 甲苯塔 二甲苯塔

延迟焦化装置

分馏塔 柴油吸收塔 吸收塔 解吸塔 再吸收塔 稳定塔

加氢裂化装置

分馏塔 脱乙烷塔 脱丁烷塔 石脑油汽提塔

加氢装置

汽提塔 稳定塔

4

装置名称 MTBE 装置

塔名称 催化蒸馏塔 碳四分离塔 甲醇萃取塔 甲醇回收塔

热力学方法 NRTL NRTL NRTL NRTL SOUR AMINE&SRK AMINE&SRK AMINE&SRK

数据包 SIMSCI SIMSCI ALCOHOL ALCOHOL SIMSCI SIMSCI SIMSCI

备注 催化精馏流程 两器四塔流程

酸水汽提装置 脱硫装置

酸水汽提塔 干气脱硫塔 液化气脱硫塔 溶剂再生塔

3.2、石油化工装置
常见石油化工装置塔模拟计算推荐采用的平衡常数的热力学计算方法和相应的数 据包如下。 装置名称 乙烯装置 塔名称 油洗塔 水洗塔 脱甲烷塔 脱乙烷塔 乙烯塔 脱丙烷塔 丙烯塔 脱丁烷塔 裂解汽油加氢装置 环氧乙烷装置 脱碳五塔 脱碳十塔 吸收塔 解吸塔 回收塔 精制塔 乙二醇装置 脱水塔 乙二醇塔 二甘醇塔 三甘醇塔 乙苯装置 吸收塔 稳定塔 热力学方法 SRK、PR SRK、PR SRK、PR SRK、PR SRK、PR SRK、PR SRK、PR SRK、PR SRK、PR SRK、PR NRTL NRTL NRTL NRTL NRTL NRTL NRTL NRTL SRK SRK 数据包 SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI ALCOHOL ALCOHOL ALCOHOL ALCOHOL SIMSCI SIMSCI 提供 Kij 提供 Kij 提供 Kij 提供 Kij 备注

5

装置名称

塔名称 循环苯塔 脱甲苯塔 乙苯精馏塔 多乙苯塔

热力学方法 BK10、SRK BK10、SRK BK10、SRK BK10、SRK BK10、SRK BK10、SRK BK10、SRK BK10、SRK NRTL NRTL NRTL NRTL NRTL NRTL SRK SRK NRTL、SRKM NRTL、SRKM NRTL、SRKM NRTL、SRKM NRTL、SRKM NRTL、SRKM NRTL、SRKM NRTL、SRKM

数据包 SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI SIMSCI

备注

苯乙烯装置

苯-甲苯塔 乙苯回收塔 苯乙烯精馏塔 残液精制塔

丁二烯抽提装置

第一萃取精馏塔 第一解吸塔 第一水洗塔 第二萃取精馏塔 第二解吸塔 第二水洗塔 脱水塔 精制塔

提供 Kij

醋酸乙烯装置

醋酸吸收塔 洗涤塔 二氧化碳吸收塔 二氧化碳再生塔 初馏塔 脱水塔 脱轻塔 脱重塔

四、精馏研究室开发的精馏过程工艺包
4.1、炼油装置
4.1.1、燃料型和滑油型原油蒸馏装置全流程和单塔模拟计算工艺包。
常压塔、减压塔进料中的轻组分对于塔顶组分、组成、油品馏分等计算结果有明显 影响,尤其对于全流程计算,需要充分利用 SPLITTER 和 MIXER 计算模块对物流进行修 正。 减压塔的计算建议取常压渣油的 D1160 蒸馏数据单独计算。 与实际操作过程一样,初馏塔的计算是模拟计算的重点。

6

目前在国内流行的计算软件,如:ASPEN PLUS、PRO/II、HYSYS/HYSIM 等均可以对 常减压装置作出比较准确的描述。 PRO/II 推荐应用 GS 和 BK10 方程。 原油蒸馏计算主要关注以下工艺参数和工艺变量的设置。 工艺参数或工艺变量 初馏塔 热力学 设定值 GS 或 GS+SRK 回流罐温度 初顶油干点 煤油馏份初侧油干点 进料以上塔板液相流量 变量 塔顶冷凝器取热量 初顶油流量 煤油初侧油流量 柴油馏份流量 常压塔 热力学 设定值 GS 或 SRK+GS 回流罐温度 常顶油干点 一线油蒸馏温度 二线油蒸馏温度 三线油蒸馏温度 四线抽出板上液相流量 变量 塔顶冷凝器取热量 常顶油流量 一线抽出量 二线抽出量 三线抽出量 四线抽出量 中段循环 顶循环 常一中 常二中 汽提蒸汽 常一线 常二线 常三线 常底 轻烃含量高时,顶部 4 曾塔板应用 SRK 塔顶 1#理论板温度 根据生产方案设定,如 170℃汽油馏份 根据生产方案设定,如 D86 EP 点 235℃航煤馏份 根据生产方案设定,如 D86 EP 点 305℃灯油馏份 根据生产方案设定,如 D86 95%点 360℃ 设定抽出板液相流量为极小值,如 0.01kg/h 通过计算得到 通过计算得到 通过计算得到 通过计算得到 通过计算得到 通过计算得到 按照总取热量的 25%左右设置,根据全塔负荷调整 按照总取热量的 30%左右设置,根据全塔负荷调整 按照总取热量的 35%左右设置,根据全塔负荷调整 根据产品的初馏点要求调整 根据产品的初馏点要求调整 根据产品的初馏点要求调整 按照塔底的柴油馏份要求调整 轻烃含量高时,顶部 4 层塔板应用 SRK 塔顶 1#理论板温度 根据生产方案设定,如 160℃重整料馏份 根据煤油干点设定,一般比煤油干点高 10℃ 设定抽出板液相流量为极小值,如 0.01kg/h 通过计算得到 通过计算得到 通过计算得到 通过计算得到 备注

7

工艺参数或工艺变量 减压塔 热力学 设定值 BK10 减一线抽出板液相流量 减二线抽出板液相流量 减三线抽出板液相流量 减四线抽出板液相流量 减五线抽出板液相流量 变量 减一线流量 减二线流量 减三线流量 减四线流量 减五线流量 中段循环 减顶循环 减一中 减二中 汽提蒸汽 减一线 减二线 减三线 减四线 减底 脱丁烷塔 热力学 设定值 变量 脱乙烷塔 热力学 设定值 变量 SRK 根据工艺要求设定 根据工艺要求设定 SRK 根据工艺要求设定 根据工艺要求设定

备注

设定抽出板液相流量为极小值,如 0.01kg/h 设定抽出板液相流量为极小值,如 0.01kg/h 设定抽出板液相流量为极小值,如 0.01kg/h 设定抽出板液相流量为极小值,如 0.01kg/h 设定抽出板液相流量为极小值,如 0.01kg/h 通过计算得到 通过计算得到 通过计算得到 通过计算得到 通过计算得到 按照总取热量的 30%左右设置,根据全塔负荷调整 按照总取热量的 35%左右设置,根据全塔负荷调整 按照总取热量的 35%左右设置,根据全塔负荷调整 根据产品的馏程要求调整 根据产品的馏程要求调整 根据产品的馏程要求调整 根据产品的馏程要求调整 按照塔底温度要求调整

一般为塔顶和塔底关键组份含量 一般为塔顶冷凝取热量和塔底加热量

一般为塔顶和塔底关键组份含量 一般为塔顶冷凝取热量和塔底加热量

4.1.2、催化裂化装置分馏和吸收稳定部分全流程和单塔模拟计算工艺包。
分馏塔和解吸塔是模拟计算的重点。 分馏塔的计算直接关系到全塔取热、柴油质量能否满足工艺要求。建议计算时规定 油气进料以上塔板上的过汽化油流量(体积基)为进料流量的 3%以下; 对于吸收稳定四塔,解吸塔涉及到碳二、碳三组分的分离,提高解吸塔的分离效率 对于干气、液化气质量是最为关键的。稳定塔的分离则直接关系到稳定汽油的质量是否 满足工艺要求。

8

PRO/II 推荐应用 BK10 计算分馏塔;应用 GS 和 SRK 计算吸收稳定四塔。 分馏-吸收稳定计算主要关注以下工艺参数和工艺变量的设置。 工艺参数或工艺变量 分馏塔和柴油汽提塔 热力学 设定值 BK10 回流罐温度 塔顶粗汽油干点 柴油馏份油干点或 95%点 外甩油浆流量 塔底温度 变量 塔顶冷凝器取热量 塔底油浆取热量 分馏塔柴油馏份抽出流量 塔顶富气流量 吸收塔 热力学 中段循环 解吸塔 热力学 设定值 变量 稳定塔 热力学 设定值 变量 再吸收塔 热力学 设定值 变量 GS 根据工艺要求设定 根据工艺要求设定 一般根据干气中 C3 含量 调整吸收柴油用量 GS+SRK 塔底 C4 含量 塔顶 C5 和 C2 含量 根据工艺要求设定 根据工艺要求设定,如:1% 根据工艺要求设定 C5 含量,如:0.3% 一般为塔顶冷凝取热量和塔底加热量 GS 或 GS+SRK 塔顶温度 塔底 C2 含量 塔底再沸器热量 根据塔底 C2 含量要求设定,如:75℃ 于塔顶温度设定取之一 通过计算得到 GS 或 SRK+GS 一中循环返回温度 二中循环返回温度 轻烃含量高时,顶部 4 层塔板应用 SRK 规定返回温度,如:40℃ 规定返回温度,如:40℃ 轻烃含量高时,顶部 4 层塔板应用 GS 塔顶 1#理论板温度 根据生产方案设定,如 170℃汽油馏份 根据柴油质量要求设定,如:95%点 355℃等 根据回炼比确定 根据工艺要求确定 通过计算得到 通过计算得到 通过计算得到 通过计算得到 备注

4.1.3、延迟焦化装置主分馏塔模拟计算工艺包。
分馏塔是模拟计算的重点。计算结果直接关系到全塔取热、柴油质量能否满足工艺 要求。 建议计算时规定油气进料以上塔板上的过汽化油流量(体积基)为进料流量的 3%

9

以下;规定塔顶 MIXER 冷凝器的液相抽出量和馏程要求。 建议分馏塔(含柴油汽提塔)应用 PRO/II 计算。 PRO/II 推荐应用 BK10 计算分馏塔(含柴油汽提塔) 。 分馏塔计算主要涉及到以下工艺参数和工艺变量的设置。 工艺参数或工艺变量 分馏塔和柴油汽提塔 热力学 设定值 BK10 回流罐温度 塔顶粗汽油干点 柴油馏份干点或 95%点 蜡油馏份质量指标 塔底温度 变量 塔顶冷凝器取热量 塔底油浆取热量 柴油馏份抽出流量 蜡油馏份抽出流量 塔顶富气流量 轻烃含量高时,顶部 4 层塔板应用 GS 塔顶 1#理论板温度 根据生产方案设定,如 170℃汽油馏份 根据柴油质量要求设定,如:95%点 355℃等 根据蜡油质量要求设定 根据工艺要求确定 通过计算得到 通过计算得到 通过计算得到 通过计算得到 通过计算得到 备注

4.1.4、催化重整装置芳烃抽提(环丁砜为溶剂)模拟计算工艺包。
汽提塔和溶剂回收塔是模拟计算的重点。 其中需要提供各组分与溶剂的二元交互作 用参数,并规定回收塔塔底溶剂的含水量。 推荐应用已经获得相对准确二元交互作用参数的 PRO/II 计算芳烃抽提过程。 对于脱轻塔和脱重塔,推荐应用 SRK 和 GS 方程; 对于抽提塔、非芳水洗塔、汽提塔、溶剂回收塔推荐应用 NRTL 方程和 ALCOHOL 数 据包。 建议应用 FLASH 模块计算汽提塔顶的水分离问题。 溶剂回收塔塔底水含量推荐为 0.5-0.7%。 芳烃抽提主要计算涉及到以下工艺参数和工艺变量的设置。 工艺参数或工艺变量 抽提塔 热力学 汽提塔 热力学 设定值 变量 溶剂再生塔 NRTL 塔顶馏出量 塔底再沸器热量 提供各组份对环丁砜的二元交互作用参数 根据塔底非芳烃含量要求设定馏出重量流量 通过计算得到 NRTL 提供各组份对环丁砜的二元交互作用参数 备注

10

工艺参数或工艺变量 热力学 设定值 变量 水汽提塔 热力学 设定值 变量 NRTL 塔顶馏出量 塔底再沸器热量 NRTL 塔底水含量 回流比或塔底芳烃含量 塔底再沸器加热量 塔顶冷凝器取热量

备注 提供各组份对环丁砜的二元交互作用参数 两者取其一 通过计算得到 通过计算得到 提供各组份对环丁砜的二元交互作用参数 通过计算得到

4.1.5、加氢裂化装置分馏部分模拟计算工艺包。
分馏塔是模拟计算的重点。 建议计算时规定油气进料以上塔板上的过汽化油流量(体积基)为进料流量的 3% 以下;规定塔顶 MIXER 冷凝器的液相抽出量和馏程要求。 应用 PRO/II 计算分馏塔(含柴油汽提塔)时推荐应用 BK10 方程。 应用 PRO/II 计算其他塔(脱乙烷塔、脱丁烷塔等)时推荐应用 SRK 或 GS 方程。

4.1.6、加氢精制装置分馏部分模拟计算工艺包。
脱硫化氢塔和分馏塔是模拟计算的重点。 HYSYS/HYSIM、ASPEN PLUS、PRO/II 均能够比较准确地计算脱硫化氢塔和分馏塔。 其中分馏塔计算收敛的关键是规定塔顶汽油的馏程。 应用 PRO/II 计算分馏塔时推荐应用 BK10 和 GS 方程。 应用 PRO/II 计算脱硫化氢塔时推荐应用 GS 方程。 工艺计算主要关注以下工艺参数和工艺变量的设置。 工艺参数或工艺变量 加氢反应器 热力学 设定值 汽提塔 热力学 设定值 GS 或 SRK+GS 塔顶回流温度 塔顶汽油馏份干点等 塔底柴油初馏点等 变量 塔底再沸器加热量 轻烃含量高时,进料以上塔板应用 SRK 如:40℃ 例如:D86 95%点 170℃ 例如:D86 1%点 175℃ 通过计算得到 SRK、GS 反应器进料温度 杂质转化率 根据加工原料和生产目的确定 根据生产要求确定 备注

11

工艺参数或工艺变量 塔顶冷凝器取热量 汽油馏份馏出量 分馏塔 热力学 设定值 GS+SRK 塔顶回流温度 塔顶汽油馏份干点等 塔底柴油初馏点等 变量 塔底再沸器加热量 塔顶冷凝器取热量 汽油馏份馏出量 如:40℃ 通过计算得到 通过计算得到

备注

例如:D86 95%点 170℃,与汽提塔结合确定 例如:D86 1%点 175℃ 通过计算得到 通过计算得到 通过计算得到

4.1.7、炼厂干气、液化气脱硫装置模拟计算工艺包。
HYSIM/HYSYS(含胺包)和 PRO/II 均可以得到比较满意的结果。 计算的重点是溶剂再生塔。 对于干气和液化气脱硫过程,贫溶剂(再生后的溶剂)中的硫含量对脱硫效果的影 响是第一位的。 全流程计算收敛的关键是在计算流程中加入计算器模块,使全流程中的溶剂(包括 水组分)达到平衡。 推荐全装置应用 AMINE 热力学方程计算平衡常数和其他性能参数。 由于循环物流的存在,建议装置中任何设备计算均应以全流程计算结果为基础。 脱硫计算主要涉及到以下工艺参数和工艺变量的设置。 工艺参数或工艺变量 干气脱硫塔 热力学 设定值 变量 热力学 设定值 变量 富液闪蒸罐 热力学 设定值 变量 溶剂再生塔 AMINE 富液中烃含量 富液进闪蒸罐温度 专用数据包 根据生产实际确定 通过计算得到 AMINE 净化干气含硫量 贫溶剂量 AMINE 净化液化气含硫量 贫溶剂量 专用数据包 根据国家标准和内控标准确定 通过计算得到 专用数据包 根据国家标准和内控标准确定 通过计算得到 备注

液化气脱硫塔

12

工艺参数或工艺变量 热力学 设定值 变量 AMINE 贫液硫化氢含量 回流罐温度 塔顶冷凝器取热量 塔底再沸器加热量

备注 专用数据包 根据生产实际确定 根据生产实际确定 通过计算得到 通过计算得到

4.1.8、气体分馏装置五塔和三塔流程模拟计算工艺包
HYSIM/HYSYS、PRO/II 等多种软件均能够进行全流程模拟计算,但计算得到的回流 比均较实际操作时的回流比高。 脱丙烷塔和丙烯塔是流程计算的重点。 推荐计算时液相密度应用 COSTALD 或 LK 方法。 西方流行的 DESIGN II 模拟软件对于轻烃体系的计算接近实际操作过程,推荐平衡 常数按照 API SOAVE 方程计算。 应用 PRO/II 计算丙烯塔时,推荐加入丙烯-丙烷的 PR 平衡作用常数。 KVAL(VLE) PR 2,3,0.00663,0,0 工艺计算主要涉及到以下工艺参数和工艺变量的设置。 工艺参数或工艺变量 脱丙烷塔 热力学 设定值 变量 脱乙烷塔 热力学 设定值 变量 丙烯塔 热力学 设定值 变量 PR 塔顶丙烯纯度 塔底丙烯含量或丙烷纯度 塔顶冷凝器取热量 塔底再沸器加热量 增加丙烯、丙烷组份二元交互作用参数 根据生产实际确定 根据生产实际确定 通过计算得到 通过计算得到 SRK 或 PR 塔顶碳三或丙烯含量 塔底碳二含量 塔顶冷凝器取热量 塔底再沸器加热量 通用数据包 根据生产实际确定 根据生产实际确定 通过计算得到 通过计算得到 SRK 或 PR 塔顶碳四含量 塔底碳三含量 塔顶冷凝器取热量 塔底再沸器加热量 通用数据包 根据生产实际确定 根据生产实际确定 通过计算得到 通过计算得到 备注

13

工艺参数或工艺变量 脱轻碳四塔 热力学 设定值 变量 SRK 或 PR 塔顶轻碳四纯度 塔底轻碳四含量 塔顶冷凝器取热量 塔底再沸器加热量

备注 通用数据包 根据生产实际确定 根据生产实际确定 通过计算得到 通过计算得到

4.1.9、酸性水汽提装置模拟计算工艺包
推荐应用 PRO/II 和 ASPEN PLUS 软件进行模拟计算。 酸水汽提塔包括至少两股进料,并且装置的换热流程较多,塔的进料物流的换热终 温对于塔的汽液负荷有比较大的影响,所以对于酸水汽提塔的工艺计算,建议采用全流 程方式。 推荐应用 SOUR 专用数据包计算热力学平衡常数。

4.1.10、MTBE 装置模拟计算工艺包
MBTE 装置计算主要涉及到以下工艺参数和工艺变量的设置。 工艺参数或工艺变量 反应器 热力学 SRK 异丁烯生成 MTBE 转化率 异丁烯生成 TBA 转化率 异丁烯二聚转化率 共沸精馏塔 热力学 设定值 变量 甲醇萃取塔 热力学 设定值 变量 甲醇回收塔 热力学 设定值 NRTL,ALCOHOL 塔顶甲醇纯度 塔底甲醇含量 通用数据包,专用数据包 根据生产实际确定 根据生产实际确定 NRTL,ALCOHOL 塔顶甲醇含量 萃取剂用量 通用数据包,专用数据包 根据生产实际确定 通过计算得到 NRTL 塔顶 MTBE 含量 塔底 MTBE 纯度 塔顶冷凝器取热量 塔底再沸器加热量 通用数据包 根据生产实际确定 根据相关指标确定 通过计算得到 通过计算得到 必须提供 必须提供 必须提供 备注

14

工艺参数或工艺变量 变量 塔顶冷凝器取热量 塔底再沸器加热量

备注 通过计算得到 通过计算得到

4.2、其它装置模拟工艺包
4.2.1、乙烯装置部分过程(急冷、碱洗、脱甲烷、碳二精制、碳三精制等)
工艺参数或工艺变量 1、碱洗塔 热力学 设定值 变量 NRTL 各段碱液流量 塔顶净化气中碱含量 强碱流量 水洗水流量 2、其它精馏塔 热力学 设定值 变量 SRK 或 PR 塔顶关键组份含量 塔底关键组份含量 塔顶冷凝器取热量 塔底再沸器加热量 通用数据包 根据产品质量要求确定 根据产品质量要求确定 通过计算得到 通过计算得到 提供二元交互作用参数 根据生产实际确定 根据生产实际确定 通过计算得到 通过计算得到 备注

4.2.2、二氯乙烷装置(DEC)和氯乙烯单体装置(VCM) 4.2.3、丙烯腈装置
急冷塔和吸收塔是关键,二元交互作用参数由兰州设计院提供。

4.2.4、轻烃三甘醇脱水装置 4.2.5、DMT(对苯二甲酸二甲酯)装置
需要提供非库组份物性参数。

4.2.6、油田气脱硫醇装置 4.2.7、油田伴生气分离正丁烷装置(为顺酐装置提供原料) 4.2.8、丁辛醇装置 4.2.9、环己酮装置 4.2.10、合成氨装置脱碳、再生

15

4.2.11、滑油糠醛抽提装置抽提塔 4.2.12、醋酸乙烯装置 4.2.13、聚乙烯醇装置 4.2.14、偏三甲苯分离装置 4.2.15、乙烯汽油加氢装置 4.2.16、烷基苯装置 4.2.17、橡胶溶剂油回收装置 4.2.18、白油加轻装置 4.2.19、苯酚-丙酮装置 4.2.20、正戊烷装置(异戊烷、正戊烷、环戊烷三种目标产品) 4.2.21、烯直接水合法生产异丙醇装置 4.2.22、石脑油氧化生产醋酸装置 4.2.23、甲苯加氢生产苯装置 4.2.24、UOP 生产 PX 装置 4.2.25、甲苯歧化装置 4.2.26、PO 装置 4.2.27、苯加氢生产环己烷装置 4.2.28、三塔方法分离甲醇装置 4.2.29、甲烷氯化法生产甲烷氯化物装置 4.2.30、乙烯直接水合法生产乙醇装置 4.2.31、丁烯-1 和正丁醇装置 4.2.32、乙腈抽提法生产异戊二烯装置

16

五、部分计算模块讨论
5.1、RECYCLE 模块
多数装置模拟需要采用 RECYCLE 进行工艺计算,在具有循环物流的计算中,正确的 确定循环物流的初值、参考物流的温度或流量和循环加速对于模拟计算是必要的。 模拟中应用 RECYCLE 模块的装置很多。 例如:环丁砜抽提芳烃装置有六个循环物流;催化裂化的分馏—吸收稳定中有四个 循环物流等。

5.2、CALCULATOR 模块
对于有多股物流的工艺过程,PRO/II 提供的类似 FORTRAN 语言的 CALCULATOR 模块 能够方便地计算各物流的组合工况或物流性质,灵活运用 CALCULATOR 模块对于完成全 流程模拟计算是一个有效手段。 例如:丁二烯抽提、气体脱硫、甘醇脱水、MTBE 等装置的模拟需要应用 CALCULATOR 模块。

5.3、OPTIMIZER 模块
OPTIMIZER 模块是进行全流程或单元优化计算的有效工具。对于塔的模拟,可以进 行进料位置、进料温度、塔顶压力、热负荷等工艺参数的优化。 OPTIMIZER 模块几乎在全部塔的模拟中得到应用。 但在最终确定塔内流体负荷时,必须将 OPTIMIZER 模块从流程中删除。

5.4、CONTROLLERS
CONTROLLERS 模块广泛应用于需要精确控制过程参数的模拟计算,调节流程上游的 控制变量,以实现工艺单元或工艺物流所期望的结果。 CONTROLLERS 的使用范围广泛、应用灵活,在模拟中是否采用 CONTROLLERS 模块对 于模拟的精确程度有重要影响,例如:丙烯腈装置吸收塔底温度、HDS 装置进料中的 H2 含量、合成氨装置反应器的进料温度、环己烷装置反应器进料温度、乙烯装置油冷塔 和水冷塔的洗涤物流温度等需要应用 CONTROLLERS 计算模块。

5.5、FLASH 模块
通常在计算过程中,FLASH 模块被认为是一个简单计算模块,但 PRO/II 没有象 PROCESS 那样提供三相闪蒸的计算模块。例如:环丁砜芳烃抽提的模拟,需要计算汽提 塔和回收塔塔顶回流罐的游离水,采用 FLASH 模块并应用含有 VLLE 方法的热力学方程 可以较好地解决游离水的计算问题。

17

5.6、DISTILLATION 模块
蒸馏计算模块是模拟计算软件的核心计算模块。通过蒸馏计算模块,可以获得不同 组份的物流(产品) 。

5.7、REACTOR 模块
反应计算模块是模拟计算软件的核心计算模块。通过反应计算模块,可以使物流组 份发生变化,从而完成装置的全流程模拟计算。

六、工艺计算举例
6.1、油田伴生气深冷处理装置工艺计算(NG.INP)
6.1.1、原料条件
组成 组份
N2 CO2 C1 C2 C3 IC4 NC4 IC5 NC5 NC6 合计

进料组成,% 摩尔
1.9198 0.3800 86.5013 5.2095 2.7697 1.1399 1.1799 0.4100 0.3800 0.1100 100.0001
3

重量
2.7745 0.8627 71.5945 8.0816 6.3011 3.4181 3.5381 1.5260 1.4143 0.4890 99.9999 3603.3 100000

总流量,kg/h 总流量,Nm /d TEMPERATURE=40 PRESSURE=2

6.1.2、模拟计算流程简述

18

R-13 R-11 R-12 R-10 C102 H102 F104 P-10 S-1 R-14

R-30

R-23 R-24 R-20 M-10 R-22 J301

H301

F301 GAS

P-21

R-42

1

R-21

1

2 2

R-25 3 T-1

4

5 P-11 R-44 6 R-34 R-32 7 R-41 T-2 8 V-11 S-2 R-43 R-15 H402 H401 M-11 F401 R-40 R-37 R-36 C401 R-31

R-27

H302

P-22

1

2 3 4

P-31 R-35 R-33

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 R-50 15 16 17 18 19 T-3 H403 R-51 20 V-10 P401 P-32

原料气体与脱乙烷塔塔顶气体混合后进入压缩机。 加压后气体进入冷却器,冷后大约 35℃。 冷后物流进入气液分离罐。罐底分离出轻油;罐顶分离出气体。 气体(省去气体净化计算)分为两路。一路与低温富气换热至-50-60℃;另一路 与凝液换热至-50-60℃。 两路换热后气体混合进入气液分离罐。罐顶分离出气相去膨胀机;罐底分离出液相 去节流。 经过膨胀机绝热膨胀,气体冷却到-100℃后进入气液分离器上部。经过节流的液 相冷却到-70℃后进入气液分离器下部。 气液分离器顶部分离出的气相与一路净化原料 气换热后出系统(实际流程经过压缩机加压后出装置) ;气液分离器底部分离出的液相 与另一路净化原料气换热后进入气液分离罐。 气液分离罐顶部分离出气相经过压缩机加压、气液分离罐底部液相经过泵加压,两 股物流混合后进入冷却器冷却到 35-38℃。冷却后物流再进入冷却器。 冷却后物流分为两路,一路去脱乙烷塔;另一路节流降温后为冷却器作冷源,换热 后去压缩机前气液分离罐。

19

脱乙烷塔塔顶气相去原料气压缩机(实际为原料气缓冲罐) ;塔底液相与脱丁烷塔 塔底轻油换热后进入脱丁烷塔。 脱丁烷塔塔顶出液化气;塔底出轻油经与进料换热后出装置(实际需要再进行一次 冷却) 。

6.1.3、模拟计算过程
输入原料物流性质和名称,保存 INP 文件。 根据原则流程,逐步进行单元计算。 NO. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 计算单元名称 原料气压缩机 冷却器 闪蒸罐 分流器 换热器 换热器 混合器 闪蒸罐 膨胀机 节流阀 气液分离器 闪蒸罐 压缩机 泵 混合器 入方 名称 原料气 塔顶气体 加压后气体 冷后气体 罐顶气体 气体 低温气体 气体 低温凝液 冷后气体 冷后气体 混合气体 罐顶气体 罐底液体 降压气体 降压液体 复热凝液 复热物流 罐顶气体 罐底液体 加压气体 符号 S1 S30 S2 S3 S4 S6 S15 S7 S16 S8 S9 S10 S11 S12 S13 S14 S18 S29 S19 S20 S21 罐顶气体 罐底液体 降压气体 降压液体 低温气体 低温液体 罐顶气体 罐底液体 加压气体 加压液体 混合物流 S11 S12 S13 S14 S15 S16 S19 S20 S21 S22 S23 出口压力:13 出口温度:80 出口压力:13 出口压力:4.0 出口压力:4.0 两层理论板 压力:3.9,DP:0.02 绝热闪蒸 绝热闪蒸 冷后气体 罐顶气体 罐底液体 气体 气体 冷后气体 复热气体 冷后气体 复热凝液 混合气体 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S17 S9 S18 S10 冷后气体温度:-50 冷后气体温度:-50 估计为总量的 55% 名称 加压后气体 符号 S2 出方 限制条件 出口压力:15 出口温度:135 出口温度:35 绝热闪蒸

20

加压液体 16 17 18 19 20 21 22 冷却器 换热器 分流器 节流阀 脱乙烷塔 换热器 脱丁烷塔 混合物流 冷后物流 降压物流 再冷物流 冷物流 再冷物流 塔底液体 塔底轻油 加热液体

S22 S23 S24 S28 S25 S26 S25 S31 S34 S32 冷后物流 再冷物流 复热物流 冷物流 冷物流 降压物流 塔顶气体 塔底液体 加热液体 轻油产品 塔顶液化气 塔底轻油 S24 S25 S29 S26 S27 S28 S30 S31 S32 S35 S33 S34 塔顶碳五:0.08% 塔底碳四:0.8% 加热温度:72 出口压力:3.3 塔底乙烷含量: 0.02% 体积比:0.5 出口温度:35 再冷物流温度:8

保存计算文件,输出计算结果。 计算结果分析

6.2、其它工艺计算(可以选择)

七、PRO/II 的计算误区
7.1、碳五分离过程
由于高纯度环戊烷产品的附加值高,更多人拟采用精馏方法加以分离,对于含有 2,2-二甲基丁烷的原料,不能相信所计算的环戊烷纯度,以此计算结果所得到的设备涉 及结果将会严重的不适应性。

7.2、偏三甲苯分离过程
应用“拔头去尾”两塔精馏流程,可以从重芳烃中分离出高纯度的偏三甲苯。但当 原料中的特丁苯(叔丁苯)含量较高(超过 1%)时,计算的产品纯度的可信度降低,工 艺计算的回流比、回流量等工艺参数也不可信,不能以此计算结果进行设备计算。 工程上解决问题的方法是按照规定的回流比计算物流参数和工艺参数 (包括塔的负 荷) ,产品纯度在估计的较低值上下进行调整。

7.3、芳烃分离过程
对于苯-甲苯体系的分离, 应用 SRK 方程将使精馏计算的回流比大大高于实际回流 比,原因是该体系应应用 IDEAL 方程。

21

7.4、碳三体系分离过程
对于丙烯-丙烷体系的分离,应用 SRK 方程、PR 方程计算时,为了使模拟计算与实 际生产工况接近,往往将塔板效率考虑为 90%以上,有时甚至超过 100%,与板效率的定 义矛盾。 由于软件的物性表征的误差,尤其是液相密度、蒸汽压等物性参数的误差,导致碳 三体系精馏计算的误差较大。 采用给定二元交互作用参数的 PR 方程,可以对计算过程进行部分修正,但仍有误 差。 应用 BWRS 方程时,应注意板效率不能高于 80%,否则会使精馏塔的理论板数不足。

八、工艺计算的几点注意
对于沸点接近的组份分离,应注意比较关键组份的软件计算常压沸点和实际常压沸 点的误差、操作工况下沸点和实际沸点的误差。如果误差较大(相对误差超过 10% 以上)则应当考虑对计算结果的修正。 对于循环物流的计算,应考虑增加微量的计算参量,使计算能够正常进行。例如: 对于吸收-解吸过程,可以在吸收塔顶增加计算参量。 软件计算中的设备结构计算(如:严格换热器、浮阀塔板、规整填料、散堆填料等) 仅作为设备初步计算结果,实际设备结构的设计应通过专业计算过程完成。 对于新接受的计算任务,首先考虑对实际运行的相同或相近流程的装置进行工艺计 算,当计算的工艺参数与实际操作工艺参数一致时,所建立的计算流程可以作为新 接受任务的计算基础。

22


相关文章:
石油化工工艺过程模拟
石油化工工艺过程模拟_能源/化工_工程科技_专业资料。石油化工工艺过程模拟今日...PROII与石油化工工艺过程... 22页 1下载券 大锻件工艺过程模拟研究... 暂无评价...
石油化工工艺过程模拟[1]
石油化工工艺过程模拟[1]_工学_高等教育_教育专区。PROII的学习资料,用于石油化工模拟,很实用哦~~今日推荐 160份文档 2014年度细分行业报告汇集 ...
石油化工工艺流程模拟软件PROII
精细化工/制药 模拟应用:设计新工艺、评估改变的装 模拟应用:置配置、改进现有...PROII 5.55 的新功能-解说文档 7. PROII 5.55 的新功能-计算重序 8. ...
化工工艺模拟与计算
化工工艺模拟与计算_能源/化工_工程科技_专业资料。《化工工艺模拟与计算》气体...3 一 对先脱乙烷流程工艺的研究 1、工艺初始数据 原料组成(mol%):甲烷 2.0...
LW-PROII模拟计算中热力学方程的选择
LW-PROII模拟计算中热力学方程的选择_能源/化工_工程科技_专业资料。应用 PRO/...概述 PRO/II 软件是美国 SIMSCI 公司推出的微机版本石油化工工艺流程模拟软件,该...
化工分析过程与模拟
可以大大节约实验成本,加快 新产品工艺的开发过程稳态模拟软件的应用也已...随着科学技 术的进步,目前对于石油馏分烃类物质的计算已经相当准确、可靠,达到...
应用PROII进行塔模拟计算时热力学系统的选择
应用PROII进行塔模拟计算时热力学系统的选择_能源/化工_工程科技_专业资料。应用...概述 PRO/II 软件是美国 SIMSCI 公司推出的微机版本石油化工工艺流程模拟软件,该...
石油行业工艺流程模拟软件介绍大全
石油行业工艺流程模拟软件介绍大全_能源/化工_工程...于油田地面工程建设设计 石油石化炼油工程设计计算分析...PRO II PROII 软件自 80 年代进入中国后,在我国...
化工流程模拟软件大全
6. 从贴近工业实际看,proii>hysys>chemcad 四个都...动态模拟 系统 HYSYS 的推广及应用必将给石油化工...的效益,对复 杂的工艺流程往往要分成几个部分模拟...
石油化工流程模拟
石油化工流程模拟_能源/化工_工程科技_专业资料。叙述...是在现有的工艺 条件下,通过对过程对象的充分了解,...计算流体力学、计算分子科学、分 子模型等与过程模拟...
更多相关标签:
石油化工工艺 | 石油化工工艺学 | 石油化工废水处理工艺 | 石油化工工艺流程图 | 石油化工工艺计算图表 | 石油化工工艺流程 | 石油化工工艺设计手册 | 石油化工工艺 视频 |