第7章-UniSim在石油化工领域中的应用

MAPR21181第9章UniSim在石油化工领域中的应用石油加工原油脱盐脱水常减压蒸馏过程催化裂化石油加工第1节油品表征OilCharacterization石油的馏分组成1.馏分：是指用分馏方法把原油分成的不同沸点范围的组分石油是一个多组分的复杂混合物，每个组分有其各自不同的沸点用分馏的方法，可以把石油馏分分成不同温度段，如200℃、200～350℃等，称为石油的一个馏分馏分不等同于产品2.馏分与产品的区别：石油产品是石油的一个馏分，但馏分并不等同于产品。石油产品要满足油品的规格要求，馏分要变成产品还必须对其进一步加工3.直馏馏分：从原油直接分馏得到的馏分。它基本保留了石油化学组成的本来面目，如：不含不饱和烃，在化学组成中含有烷烃、环烷烃、芳香烃等4.石油中含有的馏分，一般规定：小于180℃的馏分为汽油馏分（也称为低沸点馏分，轻油或石脑油馏分）180～350℃的馏分为煤、柴油馏分（也称中间馏分，AGO）350～500℃的馏分为减压馏分(也称高沸点馏分或润滑油,VGO)大于500℃的馏分为减渣馏分(VR)naphthaAtmosphericgasoilVacuumgasoilVacuumresidue石油馏分的烃类组成含有碳和氢两种元素的化合物称为碳氢化合物，简称为烃(Hydrocarbon)石油中烃类的类型及分布规律石油中的烃类主要有烷烃、环烷烃和芳烃原油中一般不含烯烃，炔烃更少paraffinnaphthenearomaticsolefine第1节油品表征石油组分分析方法蒸馏或精馏→按体积或质量采集液体样品→记录对应温度→分析各个收集馏出样品（馏分）性质CrudeOilCharacterizationBoilingpointanalysis:TBPCurve(TrueBoilingPoint)Alternatemethods:ASTMD86(atmosphericbatchdistillation,liquidvolumebasis)ASTMD1160(vacuumbatchdistillation,liquidvolumebasis)ASTMD2887(chromatography,liquidweightbasis)CrudeAssay馏分分析标准实沸点（TBP）使用多级间歇精馏设备在相对较高的回流比下操作而得(体积分数)ASTMD86使用没有回流的蒽氏烧瓶进行的间歇精馏，通常适用于轻到中等的石油流体(体积分数)D1160精馏使用没有回流的蒽氏烧瓶进行的间歇精馏，通常适用于较重的石油流体曲线可以是常压的或是校正的减压条件(体积分数)D86_D1160结合了D86和D1160精馏数据可以校正热裂化，也能对低于大气压力的条件进行减压精馏(体积分数)ASTMD2887从色谱数据分析得来的模拟精馏(质量分数)平衡闪蒸汽化（EFV）恒定大气压力条件下，一系列总的气相与未汽化的液相成平衡实验数据色谱分析对少量完全汽化的油样进行色谱分析得来，分析从C6到C30的直链烷烃、芳香烃和环烷烃族组成(体积分数，质量分数，摩尔分数)恩氏蒸馏(ASTM)实沸点蒸馏(TBP)平衡气化(EFV)本质简单蒸馏间歇精馏平衡气化测定条件规格化的仪器和在规定的实验条件下规格化蒸馏设备(17块理论板)中和规定条件下在一定压力、温度下分离效果基本无精馏作用，不能显示各组分的沸点分离效果好，可大体反映各组分沸点的变化受气液相平衡限制,分离效果差,仅相当于一块塔板的分离能力用途用于计算其它物性参数主要用于原油评价第1节油品表征石油组分复杂，无法完全分析清楚具体组分怎么办？油品表征OilCharacterization将油品实验分析数据近似成一系列不连续的烃类假组分，由假组分提供软件流体包（propertypackage）预测油品物性所需的基本数据CrudeOilCharacterization两个重要参数：SpecificgravityisnormallypresentedinunitsofoAPI,whichisdefinedasfollows:Aspecificgravitycurve,asafunctionof%distilled,issometimesestablishedCrudeOilCharacterizationforSimulationImpossibilitytoidentifyallthechemicalcomponentspresentdecompositionofcutsandcrudeintopseudo-componentsTakingintoaccounttheavailablelight-endsanalysis:lightcomponents(C1tobutanesandpentaneshaverelativelyfewisomersandareeasilyseparatedfromeachotherandfromthecrude)CrudeOilCharacterizationforSimulationDetermineaverageNBP,SPGRandMWforeachpseudo-componentOncethepseudo-componentshavebeengeneratedwithalltheirphysico-chemicalproperties,theyaretreatedbythesimulatorinexactlythesamewayasconventionalcomponentsCrudeOilCharacterizationforSimulationDetermineaverageNBP,SPGRandMWforeachpseudo-componentNBP:basedontheTBPcurveSPGR:ifnospecificgravitycurveisavailable,theSPGRofeachcutiscomputedbyassumingthattheWATSONKfactor(measureoftheparaffinicityofastock)ofeachcutisequalandequaltothatofthecrudeMW:basedoncorrelation(NBP,SPGR)ifnodataavailable表征系统参数结构UniSim油品表征所需最少信息：实验室精馏曲线(任意一种，至少有5点)·实沸点（TBP）·ASTMD86·D1160精馏·D86_D1160·ASTMD2887·平衡闪蒸汽化（EFV）·色谱分析轻组分(LightEnd)组成分析数据（一般C2~n-C5）物性曲线总体性质(2/3)分子量、密度、特性因子K提供的关于样品的信息越多，表征得越精确。油品表征步骤例1.原油表征•原油TBP分析数据（LiquidVolume）•轻端分析数据•主体性质StandardDensity29APIGravity例1.原油表征原油名称：RawCrude油品切割时：选UserRanges.切割温度分布：到425°C(800°F)，取20点到620°C(1150°F)，取5点到720°C(1328°F)，取2点UniSim油品表征定义石油步骤：定义化验分析提供的信息越多，石油表征越精确提供任何或者所有的总体分子量、总体密度、总体特性因子K都将增加虚拟组分性质的精确度还可提供分子量、密度和/或粘度的实验室曲线，那会更精确生成虚拟组分在流程中安装石油UniSim油品表征定义化验分析定义Oil具体步骤：1.在基础环境下定义轻端组分、及原油中存在的其它组分2.选择流体包（如P-R）3.进入Oil环境管理器给本次表征（assayname）命名：如Crude选择已有的分析数据，输入对应数据（注意单位）–BulkProperties–AssayDataTypeTBP–LightEndsUniSim油品表征1）输入轻端组分数据轻端被定义为低沸点纯组分，通常涉及那些沸点在C2和n-C5之间的组分UniSim轻端有三个选项：·忽略：把样品中的轻端部分作为虚拟组分定义。这是最不准确的方法，所以，不推荐使用。·自动计算：当没有单独的轻端分析数据，但还想把样品中的低沸点部分用纯组分表示时，选择此选项。UniSim只使用在流体包中已经选择的纯组分。·输入组成：当有单独的轻端分析数据，且石油分析样品中也含有轻端时选择此选项。UniSim会提供一个表格，列出你在流体包中选择的纯组分。这是最精确的表述方法。轻端组分必须在流体包中定义这些轻端组分，才可以在这里使用UniSim油品表征2）输入总体性质（如果提供了样品的精馏曲线或色谱分析数据，总体性质可选）摩尔分子量：样品总体摩尔分子量。该值必须大于16质量密度质：量密度必须在250和2000kg/m3之间特性因子K（UOP）必须在8和15之间总体粘度：两个参照温度下，典型值37.78℃和98.89℃(100℉和210℉)密度：单位可以是质量密度，API，或规定重度特性因子K：直链烷烃含量的大概指数。K=(平均沸点)1/3/(spgr60F/60F水)UniSim油品表征总体性质质量密度质：29API60UniSim油品表征3）输入物性曲线UniSim接受不同类型物性曲线：摩尔分子量曲线密度曲线粘度曲线一般使用以下两种报告之一：独立分析基准:物性曲线与精馏曲线并不使用一套共用的化验分析分数相关分析基准:物性曲线与精馏曲线使用一套共用的化验分析分数UniSim油品表征TBP物性曲线(Distillation)注意单位！Liq.Vol.！4.点击Calculate，完成assay计算UniSim油品表征定义石油步骤：2.生成虚拟组分生成虚拟组分/调和油（Cut/Blend）UniSim中的切割/调和特性是把一个或更多个化验的内部工作曲线分割成虚拟组分。石油表征窗口的调和表页提供了两个功能，把石油切割成虚拟组分并把两个或更多个化验调和成一套虚拟组分。UniSim油品表征定义石油步骤：2.生成虚拟组分生成虚拟组分/调和油切割范围·自动切割UniSim油品表征定义石油步骤：2.生成虚拟组分生成虚拟组分/调和油切割范围·自定义点–规定所需的虚拟组分个数，根据内部权重方案分配切割比例UniSim油品表征定义石油步骤：2.生成虚拟组分生成虚拟组分/调和油切割范围·自定义范围–规定沸点范围和每个范围的切割数UniSim油品表征定义石油步骤：2.生成虚拟组分生成虚拟组分/调和油切割化验（CuttingtheAssay）化验计算完后，你就可以把化验切割成单独的虚拟组分。1）移到石油表征窗口的切割/调和表页。点击添加按钮，创建一个新的Blend2）在名称框中，把名称从缺省的Blend-1改为Crude。3）从可应用的化验列表（应该只有一个）中，选择Crude并点击添加按钮。（调和是使用缺省的切割选项，自动切割、计算）4）不使用缺省的自动切割选项，把切割选项改为自定义点数，修改切割数为5。例1.原油表征油品切割时：add→add，选UserRanges.切割温度分布：到425°C(800°F)，取20点到620°C(1150°F)，取5点到720°C(1328°F)，取2点3.在流程中安装石油关闭Blend/Cut，返回characterization点InstallOil在StreamName列，输入原料物流名称：RawCrude点ReturntoBasis环境,关闭窗口，回到Basis环境在components选项卡中已可看到所生成假组分例1数据要保存好，在后面计算原油加工流程时要用例2.重油表征•原油分析数据•轻端分析数据--•主体性质第2节原油预处理模拟第2节原油预处理原油加工流程：预处理→换热→常压炉→常压蒸馏塔→减压炉→减压蒸馏塔预处理流程：预热→电脱盐、脱水→升温→预闪蒸第2节原油预处理原油：例1所表征