UniSim在石油化工领域中的应用.ppt

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 naphtha Atmosphericgasoil Vacuumgasoil Vacuumresidue 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 paraffin naphthene aromatics olefine 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 Crude Assay 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 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 issometimesestablished CrudeOilCharacterizationforSimulation Impossibilitytoidentifyallthechemicalcomponentspresent decompositionofcutsandcrudeintopseudo components Takingintoaccounttheavailable light ends analysis lightcomponents C1tobutanesandpentaneshaverelativelyfewisomersandareeasilyseparatedfromeachotherandfromthecrude CrudeOilCharacterizationforSimulation DetermineaverageNBP SPGRandMWforeachpseudo componentOncethepseudo componentshavebeengeneratedwithalltheirphysico chemicalproperties theyaretreatedbythesimulatorinexactlythesamewayas conventional components CrudeOilCharacterizationforSimulation DetermineaverageNBP SPGRandMWforeachpseudo componentNBP basedontheTBPcurveSPGR ifnospecificgravitycurveisavailable theSPGRofeachcutiscomputedbyassumingthattheWATSONKfactor measureoftheparaffinicityofastock ofeachcutisequalandequaltothatofthecrudeMW 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 BulkPropertiesAssayDataTypeTBPLightEnds UniSim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 29API60 UniSim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RawCrude 预处理流程 AddingaStream 名称 Water15 C 21600kg h 100 water 或者 59 F 47600lb hr 进入基础环境 添加H2O组分 AddingaMixer AddingaHeater 类型 Heater出口 65 C 149 F 压降 50kPa 7 25psi AddingaStream 组成复制与RawCrude 1 在PFD添加MaterialStream 2 改名HotPumparound 3 点击DefinefromOtherStream4 点RawCrude5 只勾选Composition 其它全部不勾选6 点OK 返回 输入HotPumpAround的温度 压力 流量 Temperature180CPressure200kPaStdIdealLiqVolFlowof175m3 h 356 F 30psiaand2 6e 04barrel day AddingtheHeatExchanger 类型 HeatExchanger出口温度 算出压降 Tube 35kPa 5psi Shell 5kPa 0 7psi AddingtheHeatExchanger AddingtheHeatExchanger 点Add 输入右侧参数 AddingtheHeatExchanger AddingtheDesalter 类型 Three PhaseSeparator AddingtheFirstHeater 类型 Heater AddingthePreFlash 类型 Separator AddingtheLastHeater 类型 Heater AddingtheBalance 产生一个物流BubbleTemperature 但只有组成指定BubbleTemperature压力 915kPa 133psia 给定BubbleTemperature的VapourFraction以计算泡点温度 DeSalter进料应为液相 但有时可能会出现两相 因此增加Balance处理为液相 平衡 Balance 单元 类型 Logical功能 提供一个通用的热量和物料平衡的平衡设备 AddingtheAdjust 在AdjustedVariable点击SelectVar 从VariableList弹出列表选择ToPreflash Temperature 优化预闪蒸塔蒸发量 AddingtheAdjust 在TargetVariable点击SelectVar 从VariableList弹出列表选择LightProd MolarFlow AddingtheAdjust 输入数据 200kgmole h 440lbmole hr 点击Start 开始计算 如果计算出现问题 可试着调整MaximumIterations 第3节常压蒸馏 常压蒸馏流程 常压塔流程 第3节常压蒸馏 返回基础环境 在Oil管理器下填好下表 估算侧线物流收率Cut Blend View Tables OilDistributions StraightRun AddingtheColumnSteamFeed 组分 H2O 塔底气体蒸汽 AddtheAtmosphericCrudeColumn 类型 RefluxedAbsorber AddtheAtmosphericCrudeColumn 勾选 WaterDraw AddtheAtmosphericCrudeColumn 在输入专家系统中 AddtheAtmosphericCrudeColumn 在输入专家系统中 AddtheAtmosphericCrudeColumn 改变specs specsSummary DistillateRate 150m3 h 22 500bbl day 激活VapProdRate 流率为0使RefluxRatio失效可以算出结果 AddingtheSideStrippers SideOps SideOpsInputExpert steamstrippedsidestripper AddSideStripper AddingthePumpArounds SideOps SideOpsInputExpert pumparoundsidestripper AddPumparoundStripper 关闭SideOpsInputExpert进入常压塔性质视图 Design Monitor设置 WorkSheet下设置AGOSteam条件 AddingtheDieselSide Ops AddingthePumpArounds WorkSheet下设置DieselSteam条件 AddingtheKeroseneSide Ops AddingthePumpArounds AddinganEnergyStreamtotheColumn 给再沸汽提塔安装加热能量流在parent的PFD下 增加一个能量流TrimDuty 在塔的InletStreams项中 添加TrimDuty 进料位置28 新增一个自由度 在Monitor页面下 增加一个ColumnLiquidFlow设计规定 再将KeroseneSSBoilUpRatio规定失效 改为估计 结果如下 AddinganEnergyStreamtotheColumn 再增加一个ColumnDuty规定激活 返回Monitor 检查自由度完成计算 第4节催化裂化吸收稳定系统模拟 催化裂化系统流程 烧焦罐 再生器 提升管反应器 原料油 350 550 产物油气 催化剂 结焦 主分馏塔 富气 粗汽油 轻柴油 重柴油 重循环油 再吸收塔 干气 解吸塔 稳定塔 吸收塔 稳定汽油 液化气 富吸收油 催化裂化吸收稳定系统流程 已知分析数据 已知工艺数据 工艺要求 液化气中C2浓度 2 液化气中C5浓度 3 稳定汽油总C4浓度 4 补充吸收剂流量 40000kg hr 40 吸收塔一中流量 50000kg hr 返塔温度35 吸收塔二中流量 50000kg hr 返塔温度35 解题步骤 输入已分析出组成的轻端组分 选择流体包常减压系统 PR或者GSUniSim推荐使用 PR 输入粗汽油及轻柴油的总体性质及蒸馏曲线 Simulation环境下 输入粗汽油 轻柴油及压缩富气工艺参数 Simulation环境下 输入粗汽油 轻柴油及压缩富气工艺参数 添加混合器单元 单元类型 Mixer单元名称 MIXER 1进料物流 YSFQ JXQ R出料物流 FGJXQ能量流 说明 JXQ R为解吸塔顶气相 是循环物流 需迭代其组成 目前可设定其组成 温度 压力与压缩富气YSFQ相同 但质量流量为0 添加富气冷却器单元 单元类型 cooler单元名称 E305进料物流 FGJXQ出料物流 FGJXQ1能量流 QC E305压降 0规定 出口温度55 添加混合器单元 单元类型 Mixer单元名称 MIXER 2进料物流 FGJXQ1 XSTDY R出料物流 FGJXQ2能量流 说明 XSTDY R为吸收塔底油料 是循环物流 需迭代其组成 目前可设定其组成 温度 压力与粗汽油CQY相同 但质量流量为0 添加富气冷却器单元 单元类型 cooler单元名称 E306进料物流 FGJXQ2出料物流 FedGas1能量流 QC E306压降 0规定 出口温度40 添加平衡罐单元 单元类型 Separator单元名称 D301进料物流 FedGas1出料物流 气相FQ 液相NSY能量流 绝热压降 0 添加吸收塔单元 单元类型 Absorber单元名称 C301塔板数 30 进料物流 稳定汽油WDQY S1 粗汽油CQY10 富气FQ30 出料物流 顶 吸收气XSQ 底 吸收塔底油 XSTDY压力 塔顶 1370kPa 塔底 1380kPa总塔效率 0 3能量流 说明 稳定汽油WDQY S为循环物流 需现作假设其条件 再进行迭代现假设其组成与粗汽油相同 其它条件如下 40 1370kPa 40000kg h 添加吸收塔单元 点击 RUN 程序应能进行收敛计算 添加C301第1中段循环单元 单元类型 PumpAround单元名称 PA1 C301抽出板 返回板 14 15流量 50000kg hr 返塔温度35 添加C301第2中段循环单元 单元类型 PumpAround单元名称 PA2 C301抽出板 返回板 21 22流量 50000kg hr 返塔温度35 添加吸收油循环单元 单元类型 Recycle单元名称 RCY XSY进料物流 XSTDY出料物流 XSTDY R说明 程序应该能自动完成RCY XSY的收敛计算 使得吸收塔底油收敛 添加再吸收塔单元 单元类型 Absorber单元名称 C303进料物流 塔底 XSQ 塔顶 轻柴油QCY出料物流 塔顶 FCCGas 塔底 富柴油FCY压力 塔顶 1350kPa塔底 1370kPa塔板数 30全塔效率 0 3收敛方法改为 ModifiedInside Outside能量流 添加凝缩油泵单元 单元类型 Pump单元名称 P1进料物流 NSY出料物流 NSY2效率 50 出口增压 500kPa能量流 PW P1 添加凝缩油换热器单元 单元类型