石油化工工艺过程模拟

1PRO/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V4.13WITHPROVISIONV2.0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。3SIDECOLUMN/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。6SIMPLEHX/简单换热器无结构参数限制的换热器计算。7RIGOROUSHX/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。15STREAMCALCULATOR/物流计算器物流中组份分布和分配计算。2序号模块名称主要功能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。18FLASHWITHSOLID/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）。21MULTIVARIABLECONTROLLER/多变量控制器。22PLUGFLOWREACTOR/平推流反应器。23GIBBSREACTOR/GIBBS反应器。24POLYMERREACTOR/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32.2、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-RandomTwoLiquid）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、SOURWATER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≤13.6MPaSOURWATER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VanDerWaals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≤10.2MPaAMINE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4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SRKSIMSCI5装置名称塔名称热力学方法数据包备注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&SRK3.2、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SRKSIMSCI6装置名称塔名称热力学方法数据包备注循环苯塔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。7目前在国内流行的计算软件，如：ASPENPLUS、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D86EP点235℃航煤馏份二线油蒸馏温度根据生产方案设定，如D86EP点305℃灯油馏份三线油蒸馏温度根据生产方案设定，如D8695%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8工艺参数或工艺变量备注减压塔热力学BK10设定值减一线抽出板液相流量设定抽出板液相流量为