【流程模拟分享集】PRO/II与石油化工工艺过程模拟计算

科技   2024-11-15 19:06   上海  
首先说明一点,由于本人并没有PRO/II软件的合法许可,所以在这里就无法进行相应的演示。但在这份材料里,其所说明的大部分内容我在AspenHysys、AspenPlus以及VMGSim的建模过程中确实也是这样处理的,说明了其可靠性。需要说明两点:①这份资料是来源于海川论坛,具体作者不详;②它虽然是特定于PRO/II软件而言的,但对于市面上常见的商业化流程模拟软件而言其内在的技术方法都差不多,因此可以进行同类参考。这里所涉及到的装置我基本都模拟计算过,所以如果您在参考使用它的过程中有任何的疑问或者问题,也可以与我进行交流探讨。
注意:材料中说明的软件版本较低,在最新版本中这些内容可能会有所差异。此外,材料中所说明的物性方法,例如PR,SRK等,在其它模拟软件中也是同样的叫法,但其计算公式或参数可能会有所不同,不同的模拟软件对某些物性方法的修正可能各不相同,会存在一定的差异,这点一定要注意!

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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

序号模块名称主要功能
一、常用模块
1FLASH/闪蒸进料计算、气液分离、多相分离计算。
2DISTILLATION/精馏精馏、吸收、萃取等分离过程的严格法计算。
3SIDE COLUMN/侧线汽提用于复杂塔的侧线汽提塔计算。
4MIXER/混合器用于物流混合过程计算,拟混合的物流数不限。
5SPLITTER/分流器物流分流计算。
6SIMPLE HX/简单换热器无结构参数限制的换热器计算。
7RIGOROUS HX/严格换热器含结构校核的换热器计算。
8COMPRESSOR/压缩机气体提高压力计算。
9EXPANDOR/膨胀机气体膨胀制冷计算。
10PUMP/泵液体输送计算。
11VALVE/阀减压或液体节流计算。
12CONTROLLER/控制器控制工艺参数值计算,如:进料温度等。
13OPTIMIZER/优化器优化工艺参数,如进料位置等。
14CALCULATOR/计算器物流、工艺参数的分布和分配计算。
15STREAM CALCULATOR/物流计算器物流中组份分布和分配计算。
16CON. REACTOR/转化反应器按照计量系数完成反应的摩尔数变化量计算。
二、其它模块
17EQU. REACTOR/平衡反应器,按照平衡常数、反应热等完成反应计算。
18FLASH WITH SOLID/含固体闪蒸计算单元。
19PIPE/管线计算(如:压降、流速等)。
20DEPRESSOR/减压阀(减压计算)。
21MULTIVARIABLE CONTROLLER/多变量控制器。
22PLUG FLOW REACTOR/平推流反应器。
23GIBBS REACTOR/GIBBS 反应器。
24POLYMER 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:
热力学方程适用领域
SRK气体、炼油过程的烃类物系
SRKKD炼油过程的烃水物系,尤其高温、高压的气液液过程
SRKM烃/醇等极性/非极性物系
SRKH酮/水等极性和高压物系
PR气体、炼油过程的烃类物系
PRM烃/醇等极性/非极性物系的气液液过程
PRH酮/水等极性和高压物系
BWRS气体、炼油过程的烃类物系
GS常压以上的炼油物系
IGS炼油体系的气液液过程
BK10原油常压、减压蒸馏过程

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:
热力学方程适用领域
NRTL有液相活度系数可以利用的化工、石油化工极性物系
UNIQUAC没有提供气液、液液平衡数据的化工、石油化工极性物系
WILSON极性物系的气液过程
UNIFAC任何已知组分结构的物系
VANLAAR化工、石油化工极性物系的气液、液液过程
FLORY化工、石油化工极性物系的气液、液液过程
MARGULES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:
专用数据包适用领域
GLYCOL

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

SOUR WATER

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)

ALCOHOL

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

AMINE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
常减压装置初馏塔GSSIMSCI
常压塔GSSIMSCI
常压汽提塔GSSIMSCI
减压塔BK10SIMSCI
催化裂化装置分馏塔BK10SIMSCI
柴油汽提塔BK10SIMSCI
吸收塔SRK、GSSIMSCI
解吸塔SRK、GSSIMSCI
再吸收塔SRK、GSSIMSCI
稳定塔SRK/GSSIMSCI
催化重整装置脱轻塔SRK、PRSIMSCI
脱重塔SRK、PRSIMSCI
芳烃抽提装置抽提塔NRTLALCOHOL仅限环丁砜为溶剂
非芳水洗塔NRTLALCOHOL提供Kij
汽提塔NRTLALCOHOL提供Kij
溶剂回收塔NRTLALCOHOL提供Kij
水汽提塔NRTLALCOHOL提供Kij
溶剂再生塔NRTLALCOHOL提供Kij
芳烃分离苯塔BK10SIMSCI
甲苯塔BK10SIMSCI
二甲苯塔BK10SIMSCI
延迟焦化装置分馏塔BK10SIMSCI
柴油吸收塔BK10、GSSIMSCI
吸收塔SRK、GSSIMSCI
解吸塔SRK、GSSIMSCI
再吸收塔SRK、GSSIMSCI
稳定塔SRK/GSSIMSCI
加氢裂化装置分馏塔BK10、GSSIMSCI
脱乙烷塔SRK、PRSIMSCI
脱丁烷塔BK10、GSSIMSCI
石脑油汽提塔BK10、GSSIMSCI
加氢装置汽提塔SRKSIMSCI
稳定塔SRKSIMSCI
MTBE装置催化蒸馏塔NRTLSIMSCI催化精馏流程
碳四分离塔NRTLSIMSCI两器四塔流程
甲醇萃取塔NRTLALCOHOL
甲醇回收塔NRTLALCOHOL
酸水汽提装置酸水汽提塔SOURSIMSCI
脱硫装置干气脱硫塔AMINE&SRKSIMSCI
液化气脱硫塔AMINE&SRKSIMSCI
溶剂再生塔AMINE&SRK

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。
装置名称塔名称热力学方法数据包备注
乙烯装置油洗塔SRK、PRSIMSCI
水洗塔SRK、PRSIMSCI
脱甲烷塔SRK、PRSIMSCI
脱乙烷塔SRK、PRSIMSCI提供Kij
乙烯塔SRK、PRSIMSCI提供Kij
脱丙烷塔SRK、PRSIMSCI提供Kij
丙烯塔SRK、PRSIMSCI提供Kij
脱丁烷塔SRK、PRSIMSCI
裂解汽油加氢装置脱碳五塔SRK、PRSIMSCI
脱碳十塔SRK、PRSIMSCI
环氧乙烷装置吸收塔NRTLSIMSCI
解吸塔NRTLSIMSCI
回收塔NRTLSIMSCI
精制塔NRTLSIMSCI
乙二醇装置脱水塔NRTLALCOHOL
乙二醇塔NRTLALCOHOL
二甘醇塔NRTLALCOHOL
三甘醇塔NRTLALCOHOL
乙苯装置吸收塔SRKSIMSCI
稳定塔SRKSIMSCI
循环苯塔BK10、SRKSIMSCI
脱甲苯塔BK10、SRKSIMSCI
乙苯精馏塔BK10、SRKSIMSCI
多乙苯塔BK10、SRKSIMSCI
苯乙烯装置苯-甲苯塔BK10、SRKSIMSCI
乙苯回收塔BK10、SRKSIMSCI
苯乙烯精馏塔BK10、SRKSIMSCI
残液精制塔BK10、SRKSIMSCI
丁二烯抽提装置第一萃取精馏塔NRTLSIMSCI提供Kij
第一解吸塔NRTLSIMSCI
第一水洗塔NRTLSIMSCI
第二萃取精馏塔NRTLSIMSCI
第二解吸塔NRTLSIMSCI
第二水洗塔NRTLSIMSCI
脱水塔SRKSIMSCI
精制塔SRKSIMSCI
醋酸乙烯装置醋酸吸收塔NRTL、SRKMSIMSCI
洗涤塔NRTL、SRKMSIMSCI
二氧化碳吸收塔NRTL、SRKMSIMSCI
二氧化碳再生塔NRTL、SRKMSIMSCI
初馏塔NRTL、SRKMSIMSCI
脱水塔NRTL、SRKMSIMSCI
脱轻塔NRTL、SRKMSIMSCI
脱重塔NRTL、SRKMSIMSCI

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。
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备注
初馏塔
热力学GS或GS+SRK轻烃含量高时,顶部4层塔板应用SRK
设定值回流罐温度塔顶1#理论板温度
初顶油干点根据生产方案设定,如160℃重整料馏份
煤油馏份初侧油干点根据煤油干点设定,一般比煤油干点高10℃
进料以上塔板液相流量设定抽出板液相流量为极小值,如0.01kg/h
变量塔顶冷凝器取热量通过计算得到
初顶油流量通过计算得到
煤油初侧油流量通过计算得到
柴油馏份流量通过计算得到
常压塔
热力学GS或SRK+GS轻烃含量高时,顶部4曾塔板应用SRK
设定值回流罐温度塔顶1#理论板温度
常顶油干点根据生产方案设定,如170℃汽油馏份
一线油蒸馏温度根据生产方案设定,如D86 EP点235℃航煤馏份
二线油蒸馏温度根据生产方案设定,如D86 EP点305℃灯油馏份
三线油蒸馏温度根据生产方案设定,如D86 95%点360℃
四线抽出板上液相流量设定抽出板液相流量为极小值,如0.01kg/h
变量塔顶冷凝器取热量通过计算得到
常顶油流量通过计算得到
一线抽出量通过计算得到
二线抽出量通过计算得到
三线抽出量通过计算得到
四线抽出量通过计算得到
中段循环顶循环按照总取热量的25%左右设置,根据全塔负荷调整
常一中按照总取热量的30%左右设置,根据全塔负荷调整
常二中按照总取热量的35%左右设置,根据全塔负荷调整
汽提蒸汽常一线根据产品的初馏点要求调整
常二线根据产品的初馏点要求调整
常三线根据产品的初馏点要求调整
常底按照塔底的柴油馏份要求调整
减压塔
热力学BK10
设定值减一线抽出板液相流量设定抽出板液相流量为极小值,如0.01kg/h
减二线抽出板液相流量设定抽出板液相流量为极小值,如0.01kg/h
减三线抽出板液相流量设定抽出板液相流量为极小值,如0.01kg/h
减四线抽出板液相流量设定抽出板液相流量为极小值,如0.01kg/h
减五线抽出板液相流量设定抽出板液相流量为极小值,如0.01kg/h
变量减一线流量通过计算得到
减二线流量通过计算得到
减三线流量通过计算得到
减四线流量通过计算得到
减五线流量通过计算得到
中段循环减顶循环按照总取热量的30%左右设置,根据全塔负荷调整
减一中按照总取热量的35%左右设置,根据全塔负荷调整
减二中按照总取热量的35%左右设置,根据全塔负荷调整
汽提蒸汽减一线根据产品的馏程要求调整
减二线根据产品的馏程要求调整
减三线根据产品的馏程要求调整
减四线根据产品的馏程要求调整
减底按照塔底温度要求调整
脱丁烷塔
热力学SRK
设定值根据工艺要求设定一般为塔顶和塔底关键组份含量
变量根据工艺要求设定一般为塔顶冷凝取热量和塔底加热量
脱乙烷塔
热力学SRK
设定值根据工艺要求设定一般为塔顶和塔底关键组份含量
变量根据工艺要求设定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。
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备注
分馏塔和柴油汽提塔
热力学BK10轻烃含量高时,顶部4层塔板应用GS
设定值回流罐温度塔顶1#理论板温度
塔顶粗汽油干点根据生产方案设定,如170℃汽油馏份
柴油馏份油干点或95%点根据柴油质量要求设定,如:95%点355℃等
外甩油浆流量根据回炼比确定
塔底温度根据工艺要求确定
变量塔顶冷凝器取热量通过计算得到
塔底油浆取热量通过计算得到
分馏塔柴油馏份抽出流量通过计算得到
塔顶富气流量通过计算得到
吸收塔
热力学GS或SRK+GS轻烃含量高时,顶部4层塔板应用SRK
中段循环一中循环返回温度规定返回温度,如:40℃
二中循环返回温度规定返回温度,如:40℃
解吸塔
热力学GS或GS+SRK
设定值塔顶温度根据塔底C2含量要求设定,如:75℃
塔底C2含量于塔顶温度设定取之一
变量塔底再沸器热量通过计算得到
稳定塔
热力学GS+SRK
设定值塔底C4含量根据工艺要求设定,如:1%
塔顶C5和C2含量根据工艺要求设定C5含量,如:0.3%
变量根据工艺要求设定一般为塔顶冷凝取热量和塔底加热量
再吸收塔
热力学GS
设定值根据工艺要求设定一般根据干气中C3含量
变量根据工艺要求设定调整吸收柴油用量

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%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备注
分馏塔和柴油汽提塔
热力学BK10轻烃含量高时,顶部4层塔板应用GS
设定值回流罐温度塔顶1#理论板温度
塔顶粗汽油干点根据生产方案设定,如170℃汽油馏份
柴油馏份干点或95%点根据柴油质量要求设定,如:95%点355℃等
蜡油馏份质量指标根据蜡油质量要求设定
塔底温度根据工艺要求确定
变量塔顶冷凝器取热量通过计算得到
塔底油浆取热量通过计算得到
柴油馏份抽出流量通过计算得到
蜡油馏份抽出流量通过计算得到
塔顶富气流量通过计算得到

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备注
抽提塔
热力学NRTL提供各组份对环丁砜的二元交互作用参数
汽提塔
热力学NRTL提供各组份对环丁砜的二元交互作用参数
设定值塔顶馏出量根据塔底非芳烃含量要求设定馏出重量流量
变量塔底再沸器热量通过计算得到
溶剂再生塔
热力学NRTL提供各组份对环丁砜的二元交互作用参数
设定值塔底水含量两者取其一
回流比或塔底芳烃含量
变量塔底再沸器加热量通过计算得到
塔顶冷凝器取热量通过计算得到
水汽提塔
热力学NRTL提供各组份对环丁砜的二元交互作用参数
设定值塔顶馏出量
变量塔底再沸器热量通过计算得到

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备注
加氢反应器
热力学SRK、GS
设定值反应器进料温度根据加工原料和生产目的确定
杂质转化率根据生产要求确定
汽提塔
热力学GS或SRK+GS轻烃含量高时,进料以上塔板应用SRK
设定值塔顶回流温度如:40℃
塔顶汽油馏份干点等例如:D86 95%点170℃
塔底柴油初馏点等例如:D86 1%点175℃
变量塔底再沸器加热量通过计算得到
塔顶冷凝器取热量通过计算得到
汽油馏份馏出量通过计算得到
分馏塔
热力学GS+SRK
设定值塔顶回流温度如:40℃
塔顶汽油馏份干点等例如:D86 95%点170℃,与汽提塔结合确定
塔底柴油初馏点等例如:D86 1%点175℃
变量塔底再沸器加热量通过计算得到
塔顶冷凝器取热量通过计算得到
汽油馏份馏出量通过计算得到

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备注
干气脱硫塔
热力学AMINE专用数据包
设定值净化干气含硫量根据国家标准和内控标准确定
变量贫溶剂量通过计算得到
液化气脱硫塔
热力学AMINE专用数据包
设定值净化液化气含硫量根据国家标准和内控标准确定
变量贫溶剂量通过计算得到
富液闪蒸罐
热力学AMINE专用数据包
设定值富液中烃含量根据生产实际确定
变量富液进闪蒸罐温度通过计算得到
溶剂再生塔
热力学AMINE专用数据包
设定值贫液硫化氢含量根据生产实际确定
回流罐温度根据生产实际确定
变量塔顶冷凝器取热量通过计算得到
塔底再沸器加热量通过计算得到

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备注
脱丙烷塔
热力学SRK或PR通用数据包
设定值塔顶碳四含量根据生产实际确定
塔底碳三含量根据生产实际确定
变量塔顶冷凝器取热量通过计算得到
塔底再沸器加热量通过计算得到
脱乙烷塔
热力学SRK或PR通用数据包
设定值塔顶碳三或丙烯含量根据生产实际确定
塔底碳二含量根据生产实际确定
变量塔顶冷凝器取热量通过计算得到
塔底再沸器加热量通过计算得到
丙烯塔
热力学PR增加丙烯、丙烷组份二元交互作用参数
设定值塔顶丙烯纯度根据生产实际确定
塔底丙烯含量或丙烷纯度根据生产实际确定
变量塔顶冷凝器取热量通过计算得到
塔底再沸器加热量通过计算得到
脱轻碳四塔
热力学SRK或PR通用数据包
设定值塔顶轻碳四纯度根据生产实际确定
塔底轻碳四含量根据生产实际确定
变量塔顶冷凝器取热量通过计算得到
塔底再沸器加热量通过计算得到

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备注
反应器
热力学SRK
异丁烯生成MTBE转化率必须提供
异丁烯生成TBA转化率必须提供
异丁烯二聚转化率必须提供
共沸精馏塔
热力学NRTL通用数据包
设定值塔顶MTBE含量根据生产实际确定
塔底MTBE纯度根据相关指标确定
变量塔顶冷凝器取热量通过计算得到
塔底再沸器加热量通过计算得到
甲醇萃取塔
热力学NRTL,ALCOHOL通用数据包,专用数据包
设定值塔顶甲醇含量根据生产实际确定
变量萃取剂用量通过计算得到
甲醇回收塔
热力学NRTL,ALCOHOL通用数据包,专用数据包
设定值塔顶甲醇纯度根据生产实际确定
塔底甲醇含量根据生产实际确定
变量塔顶冷凝器取热量通过计算得到
塔底再沸器加热量通过计算得到

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备注
1、碱洗塔
热力学NRTL提供二元交互作用参数
设定值各段碱液流量根据生产实际确定
塔顶净化气中碱含量根据生产实际确定
变量强碱流量通过计算得到
水洗水流量通过计算得到
2、其它精馏塔
热力学SRK或PR通用数据包
设定值塔顶关键组份含量根据产品质量要求确定
塔底关键组份含量根据产品质量要求确定
变量塔顶冷凝器取热量通过计算得到
塔底再沸器加热量通过计算得到

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。

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。

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。

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。

    来源:流程模拟技术分享

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