石油化工工艺过程模拟.docx

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石油化工工艺过程模拟

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V4.13WITHPROVISIONV2.0以上版本是比较常用的。

PRO/II软件是很多炼油、化工等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

1

FLASH/闪蒸

进料计算、气液分离、多相分离计算。

2

DISTILLATION/精馏

精馏、吸收、萃取等分离过程的严格法计算。

3

SIDECOLUMN/侧线汽提

用于复杂塔的侧线汽提塔计算。

4

MIXER/混合器

用于物流混合过程计算，拟混合的物流数不限。

5

SPLITTER/分流器

物流分流计算。

6

SIMPLEHX/简单换热器

无结构参数限制的换热器计算。

7

RIGOROUSHX/严格换热器

含结构校核的换热器计算。

8

COMPRESSOR/压缩机

气体提高压力计算。

9

EXPANDOR/膨胀机

气体膨胀制冷计算。

10

PUMP/泵

液体输送计算。

11

VALVE/阀

减压或液体节流计算。

12

CONTROLLER/控制器

控制工艺参数值计算，如：

进料温度等。

13

OPTIMIZER/优化器

优化工艺参数，如进料位置等。

14

CALCULATOR/计算器

物流、工艺参数的分布和分配计算。

15

STREAMCALCULATOR/物流计算器

物流中组份分布和分配计算。

16

CON.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

17

EQU.REACTOR/平衡反应器，按照平衡常数、反应热等完成反应计算。

18

FLASHWITHSOLID/含固体闪蒸计算单元。

19

PIPE/管线计算（如：

压降、流速等）。

20

DEPRESSOR/减压阀（减压计算）。

21

MULTIVARIABLECONTROLLER/多变量控制器。

22

PLUGFLOWREACTOR/平推流反应器。

23

GIBBSREACTOR/GIBBS反应器。

24

POLYMERREACTOR/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-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

SOURWATER

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≤10.2MPa

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

GS

SIMSCI

常压塔

GS

SIMSCI

常压汽提塔

GS

SIMSCI

减压塔

BK10

SIMSCI

催化裂化装置

分馏塔

BK10

SIMSCI

柴油汽提塔

BK10

SIMSCI

吸收塔

SRK、GS

SIMSCI

解吸塔

SRK、GS

SIMSCI

再吸收塔

SRK、GS

SIMSCI

稳定塔

SRK/GS

SIMSCI

催化重整装置

脱轻塔

SRK、PR

SIMSCI

脱重塔

SRK、PR

SIMSCI

芳烃抽提装置

抽提塔

NRTL

ALCOHOL

仅限环丁砜为溶剂

非芳水洗塔

NRTL

ALCOHOL

提供Kij

汽提塔

NRTL

ALCOHOL

提供Kij

溶剂回收塔

NRTL

ALCOHOL

提供Kij

水汽提塔

NRTL

ALCOHOL

提供Kij

溶剂再生塔

NRTL

ALCOHOL

提供Kij

芳烃分离

苯塔

BK10

SIMSCI

甲苯塔

BK10

SIMSCI

二甲苯塔

BK10

SIMSCI

延迟焦化装置

分馏塔

BK10

SIMSCI

柴油吸收塔

BK10、GS

SIMSCI

吸收塔

SRK、GS

SIMSCI

解吸塔

SRK、GS

SIMSCI

再吸收塔

SRK、GS

SIMSCI

稳定塔

SRK/GS

SIMSCI

加氢裂化装置

分馏塔

BK10、GS

SIMSCI

脱乙烷塔

SRK、PR

SIMSCI

脱丁烷塔

BK10、GS

SIMSCI

石脑油汽提塔

BK10、GS

SIMSCI

加氢装置

汽提塔

SRK

SIMSCI

稳定塔

SRK

SIMSCI

MTBE装置

催化蒸馏塔

NRTL

SIMSCI

催化精馏流程

碳四分离塔

NRTL

SIMSCI

两器四塔流程

甲醇萃取塔

NRTL

ALCOHOL

甲醇回收塔

NRTL

ALCOHOL

酸水汽提装置

酸水汽提塔

SOUR

SIMSCI

脱硫装置

干气脱硫塔

AMINE&SRK

SIMSCI

液化气脱硫塔

AMINE&SRK

SIMSCI

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、PR

SIMSCI

水洗塔

SRK、PR

SIMSCI

脱甲烷塔

SRK、PR

SIMSCI

脱乙烷塔

SRK、PR

SIMSCI

提供Kij

乙烯塔

SRK、PR

SIMSCI

提供Kij

脱丙烷塔

SRK、PR

SIMSCI

提供Kij

丙烯塔

SRK、PR

SIMSCI

提供Kij

脱丁烷塔

SRK、PR

SIMSCI

裂解汽油加氢装置

脱碳五塔

SRK、PR

SIMSCI

脱碳十塔

SRK、PR

SIMSCI

环氧乙烷装置

吸收塔

NRTL

SIMSCI

解吸塔

NRTL

SIMSCI

回收塔

NRTL

SIMSCI

精制塔

NRTL

SIMSCI

乙二醇装置

脱水塔

NRTL

ALCOHOL

乙二醇塔

NRTL

ALCOHOL

二甘醇塔

NRTL

ALCOHOL

三甘醇塔

NRTL

ALCOHOL

乙苯装置

吸收塔

SRK

SIMSCI

稳定塔

SRK

SIMSCI

循环苯塔

BK10、SRK

SIMSCI

脱甲苯塔

BK10、SRK

SIMSCI

乙苯精馏塔

BK10、SRK

SIMSCI

多乙苯塔

BK10、SRK

SIMSCI

苯乙烯装置

苯-甲苯塔

BK10、SRK

SIMSCI

乙苯回收塔

BK10、SRK

SIMSCI

苯乙烯精馏塔

BK10、SRK

SIMSCI

残液精制塔

BK10、SRK

SIMSCI

丁二烯抽提装置

第一萃取精馏塔

NRTL

SIMSCI

提供Kij

第一解吸塔

NRTL

SIMSCI

第一水洗塔

NRTL

SIMSCI

第二萃取精馏塔

NRTL

SIMSCI

第二解吸塔

NRTL

SIMSCI

第二水洗塔

NRTL

SIMSCI

脱水塔

SRK

SIMSCI

精制塔

SRK

SIMSCI

醋酸乙烯装置

醋酸吸收塔

NRTL、SRKM

SIMSCI

洗涤塔

NRTL、SRKM

SIMSCI

二氧化碳吸收塔

NRTL、SRKM

SIMSCI

二氧化碳再生塔

NRTL、SRKM

SIMSCI

初馏塔

NRTL、SRKM

SIMSCI

脱水塔

NRTL、SRKM

SIMSCI

脱轻塔

NRTL、SRKM

SIMSCI

脱重塔

NRTL、SRKM

SIMSCI

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

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

回流比或塔底芳烃含量

两者取其一

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、ASPENPLUS、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：

D8695%点170℃

塔底柴油初馏点等

例如：

D861%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：

D8695%点170℃，与汽提塔结合确定

塔底柴油初馏点等

例如：

D861%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。

HYSI