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第7章Hysys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,CrudeOilCharacterization,Boilingpointanalysis:TBPCurve(TrueBoilingPoint),Alternatemethods:ASTMD86(atmosphericbatchdistillation,liquidvolumebasis)ASTMD1160(vacuumbatchdistillation,liquidvolumebasis)ASTMD2887(chromatography,liquidweightbasis),CrudeAssay,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、200350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）180350的馏分为煤、柴油馏分（也称中间馏分，AGO）350500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,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,Impossibilitytoidentifyallthechemicalcomponentspresentdecompositionofcutsandcrudeintopseudo-components,Takingintoaccounttheavailablelight-endsanalysis:lightcomponents(C1tobutanesandpentaneshaverelativelyfewisomersandareeasilyseparatedfromeachotherandfromthecrude),CrudeOilCharacterizationforSimulation,DetermineaverageNBP,SPGRandMWforeachpseudo-componentOncethepseudo-componentshavebeengeneratedwithalltheirphysico-chemicalproperties,theyaretreatedbythesimulatorinexactlythesamewayasconventionalcomponents,CrudeOilCharacterizationforSimulation,DetermineaverageNBP,SPGRandMWforeachpseudo-componentNBP:basedontheTBPcurveSPGR:ifnospecificgravitycurveisavailable,theSPGRofeachcutiscomputedbyassumingthattheWATSONKfactor(measureoftheparaffinicityofastock)ofeachcutisequalandequaltothatofthecrudeMW:basedoncorrelation(NBP,SPGR)ifnodataavailable,表征系统参数结构,Hysys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）ASTMD86D1160精馏D86_D1160ASTMD2887平衡闪蒸汽化（EFV）色谱分析轻组分(LightEnd)组成分析数据（一般C2n-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425C(800F)，取20点到620C(1150F)，取5点到720C(1328F)，取2点,Hysys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,Hysys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,Hysys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Hysys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。Hysys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。Hysys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,Hysys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),Hysys油品表征,总体性质质量密度质：29API60,Hysys油品表征,3）输入物性曲线Hysys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,Hysys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,Hysys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）Hysys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。,Hysys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,Hysys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,Hysys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,Hysys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：addadd，选UserRanges.切割温度分布：到425C(800F)，取20点到620C(1150F)，取5点到720C(1328F)，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,物性曲线的输入,Dependent馏分切割率与蒸馏曲线相同Independent馏分切割率与独立输入要一次定义好，切换后将清除已输入数据！,选择输入的曲线，条件在右侧,选择是用1条曲线还是2条曲线进行计算,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：Water15C，21600kg/h(100%water)或者：59F，47600lb/hr.（进入基础环境，添加H2O组分）,AddingaMixer,AddingaHeater,类型：Heater出口：65C(149F)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:Temperature180C，Pressure200kPa，StdIdealLiqVolFlowof175m3/h.(356F,30psiaand2.6e+04barrel/day)从RawCrude物流复制组成，用于模拟一股高温油品,AddingtheHeatExchanger,类型：HeatExchanger出口温度：算出压降：Tube:35kPa(5psi)Shell:5kPa(0.7psi),AddingtheHeatExchanger,用于模拟原油与热油换热以回收热量，提高换热温度,AddingtheHeatExchanger,设定换热器的设计规定：点Add，输入右侧参数,AddingtheHeatExchanger,AddingtheDesalter,模拟电脱盐罐类型：Three-PhaseSeparator,AddingtheFirstHeater,类型：Heater,AddingthePreFlash,模拟预闪蒸塔（初馏塔）类型：Separator,AddingtheLastHeater,模拟常压塔加热炉类型：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,优化预闪蒸塔蒸发量：,在AdjustedVariable点击SelectVar，从VariableList弹出列表选择ToPreflashTemperature,AddingtheAdjust,在TargetVariable点击SelectVar，从VariableList弹出列表选择LightProdMolarFlow,AddingtheAdjust,通过调整原油如初馏塔温度，控制塔顶馏出量,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,模拟的全流程,常压塔流程,常压塔的塔环境,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/BlendViewTablesOilDistributionsStraightRun,AddingtheColumnSteamFeed,输入常压塔塔底汽提蒸汽参数：组分：H2O,塔底汽提蒸汽,MassFlow,AddtheAtmosphericCrudeColumn,模拟常压蒸馏塔:类型：RefluxedAbsorber,AddtheAtmosphericCrudeColumn,模拟塔顶冷凝器的气油水三相分离勾选：WaterDraw,AddtheAtmosphericCrudeColumn,输入常压塔操作压力：在输入专家系统中,AddtheAtmosphericCrudeColumn,输入常压塔的一些初始设计规定在输入专家系统中：只规定塔顶冷凝器气相量为0,AddtheAtmosphericCrudeColumn,修改塔的默认设计规定：馏出液量（DistillateRate）为150m3/h点specs或monitor或specsSummary：DistillateRate：150m3/h(22,500bbl/day!)请注意物流的相态是液相!要调整流率单位！激活VapProdRate，流率为0（这是气相！）使RefluxRatio失效需确保有效的设计规定是：DistillateRate和VapProdRate点击Run，可以算出结果,AddingtheSideStrippers,增加AGOSS（常压抽出油）侧线汽提塔：（一定要注意侧线抽出的处理类型）SideOpsSideOpsInputExpertsteamstrippedsidestripperAddSideStripper,AddingthePumpArounds,增加中段循环取热（AGOPA）：SideOpsSideOpsInputExpertpumparoundsidestripperAddPumparoundStripper,输入AGOSS和AGOPA的抽出参数关闭SideOpsInputExpert进入常压塔性质视图，DesignMonitor设置：常压侧线抽出油：流量常压中段取热：流量、取热负荷,AGO汽提蒸汽条件：WorkSheet下设置AGOSteam条件：还要注意输入组成！组成水为1.0点击Run，可收敛！,AddingtheDieselSide-Ops,增加柴油Diesel侧线抽出,AddingthePumpArounds,增加柴油中段取热,输入汽提蒸汽参数WorkSheet下设置DieselSteam条件：,AddingtheKeroseneSide-Ops,增加煤油侧线再沸汽提塔,AddingthePumpArounds,增加煤油中段取热点击Run，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(350550),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(H2,C1,C2),解吸塔,稳定塔,吸收塔,稳定汽油,液化气,富吸收油,(C3,C4),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GSHysys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”，程序应能计算收敛,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：HeatExchanger单元名称：E304进料物流：壳程：NSY2管程：WDQY2出料物流：NSY3WDQY3压降（kPa）：021凝缩油出口温度：70程序应能自动算出NSY2出口条件,添加凝缩油解吸塔单元,单元类型：ReboiledAbs