PRO、II和石油化工工艺过程模拟计算(doc 23页)完美版

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

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：

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：

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：

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。

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。

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。

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。

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。

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。

溶剂再生塔

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。

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。

溶剂再生塔

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。

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。

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）

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

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

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。

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

●TEMPERATURE=40

●PRESSURE=2

6.1.2、模拟计算流程简述

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。

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。