AspenPlus

AspenPlus（共6篇）

AspenPlus 篇1

前言

精馏是化工行业中应用很广的一种工艺操作。影响精馏效果的因素的是多方面的, 主要包括分离物的组成和性质、操作过程和设备的物理参数等等。往往一个因素发生变化时, 会牵扯到一些其他因素发生变化。由于这些影响因素多呈非线性变化, 使精馏过程变得颇为灵活和复杂, 如何有效的对精馏操作进行全面详细的分析一直是技术人员的研究难点和重点。

1 精馏塔的分类和原理简介

精馏塔又名蒸馏塔, 是一种进行蒸馏的气液塔式接触装置, 主要有填料塔和板式塔两种类型, 根据操作方式的不同又可以分为间隙精馏塔和连续精馏塔。整个物料变化过程就是气相物质和液相物质相互作用的过程, 首先气相从塔底进入塔内, 与塔内下降的液相接触, 气相中难挥发的物质源源不断的向液相转化, 与此同时, 液相中容易挥发的物质也会转化到气相中去, 随着工序的继续, 重组分在塔底积聚, 轻组分流向塔顶, 逐步实现轻重组分的分离。分离出的气相进入冷凝器, 液相组分一部分作为蒸馏的液体取出, 另一部分继续返回塔顶进入蒸馏塔中。塔底流出的液体, 部分送入再沸器加热蒸发成气相, 其它的液体作为釜残液取出。

2 Aspen Plus软件简介

Aspen是由美国麻省理工学院 (MIT) 主持、多个部门共同参与联合开发的。它是一款用于模拟化工生产工艺的模拟软件。Aspen Plus拥有最完善的物性数据库, 包含六千多种纯组分的物性数据。其次, 它还具有超强的热力学计算系统, 以及各种单元操作模块。Aspen Plu在整个化工工艺装置的研发、设计和安置中都发挥着巨大的作用。它和其他软件方便的组合在一起, 将模型功能带到工程桌面上来, 为企业发展和工业生产带来了巨大的经济效益。

Aspen Plus可以方便准确的模拟化工生产流程, 能为精馏操作型问题提供一种有效的分析途径。在实际生产中, 它已经广泛应用于工艺方法设计和比较、工厂设计、设备装置的标定、方案可行性分析、技术人员的操作培训等, 有效帮助生产企业降低了生产成本和操作费用、优化了设备装置和实现了节能降耗的新途径等。

3 Aspen的具体使用方法

Aspen Plus软件的使用方法通常分为四个步骤, 分别是定义模拟流程、设置模拟参数、模拟分析和输出结果, 具体过程如下:

3.1 定义模拟流程。

模拟流程的定义主要是选择合理的单元过程模块, 并设置合理有效的能流和物料流, 并将各模块连接起来。当在实际生产中, 工艺流程并非和模拟流程完全相同, 但模拟流程要尽可能的接近实际生产过程, 建立合理有效的数学模型。

3.2 设置模拟参数。

整个模拟过程比较复杂, 要设置的参数也比较多。总的来看, 这部分主要模拟热力学方法、化学组分、模块参数、流股信息和计算方法等等。整个设置过程都能在软件导航键NEXT的提示下操作完成, 设置简单方便。要想模拟出与实际生产相符的工艺过程, 其中选择合理适宜的热力学方法和工艺参数也是至关重要的。

3.3 模拟分析。

设置完模拟流程和模拟参数之后, 就可以借用软件的分析工具进行分析。如设备灵敏度分析、系统优化设计、操作性能定性分析和经济优化分析等等。

3.4 模拟结果的输出。

模拟分析完成后, 就可以将分析结果以各种不同的方式输出给技术人员, 针对不同目的的模拟, 可以采用不同的输出方式, 如数表、图形、分析报告等等多种形式。

4 Aspen Plus在精馏操作分析中的具体应用

Rad Frac模块是Aspen Plus软件中非常重要的一个模块。它应用十分广泛, 能够模拟不同类型的多级气液分离操作。对气液两相混合存在, 具备强非理想非线性的物系都能实现良好的模拟。灵敏度分析模块也是不可缺少的一个重要模块, 它能分析一个或多个参数对其他操作流程变量的影响大小。

现利用Aspen Plus软件, 对某公司的精馏操作过程进行模拟和分析。此精馏塔共有13块理论板, 其中包括塔顶冷凝器和塔釜再沸器, 用于分离甲苯和苯的混合液体。具体操作过程为:首先泡点进料, 进料点设置在第6块理论板, 进料量为110kmol/h;进料苯的摩尔分数为40%;塔顶得到96%的苯;塔釜液中苯含量低于4%。具体工艺流程如图1所示。

在正常工况下, 为了达到分离的目标, 采用软件的设计规定功能进行模拟计算。设置回流比HL=3;塔顶采出D=40kmol/h, 再沸器热负荷QW=1459kw。

下面来分析基于Aspen Plus软件下, 回流比和进料位置的变化对精馏操作性能的影响。

(1) 回流比的影响。保持其他操作条件不变, 仅改变回流比的大小。模拟结果如图2、图3所示。从图中可以明显看出, 随着回流比依次增大, 塔釜和塔顶产品纯度也变大了, 同时, 加热蒸汽用量和冷却水用量也提高。

(2) 进料位置的影响。设置回流比HL=3, 塔顶采出D=38kmol/h, 仅改变进料位置进行模拟分析。模拟结果如图4、图5所示。从图中可以明显看出, 进料位置对产品分离程度影响比较明显。进料位置偏移最优值时, 都会降低产品分离效果, 同时增加塔釜蒸汽的用量。

5 结束语

本文简要介绍了Aspen Plus软件, 并详细探讨了它在精馏操作分析中的实际应用。通过分析可以得出结论:在满足产品生产质量的前提下, 可以改变回流比和进料位置来模拟操作, 以便实现更经济、更稳定的操作。

摘要：精馏是化工行业中应用很广的一种工艺操作。影响精馏效果的因素很多, 往往一个因素发生变化时, 会牵扯到一些其他因素发生变化。这使得精馏过程变得颇为灵活和复杂。如何有效的对精馏操作进行全面详细的分析一直是技术人员的研究难点和重点。本文简要介绍了Aspen Plus软件, 并详细探讨了它在精馏操作分析中的实际应用, 供大家学习交流。

关键词：Aspen Plus,精馏操作,分析,应用

参考文献

[1]郭小涛.间歇精馏过程模拟的发展与应用[J].应用化工, 2012 (11) .[1]郭小涛.间歇精馏过程模拟的发展与应用[J].应用化工, 2012 (11) .

[2]颜贤仔.精馏原理与流程的课堂教学设计[J].化学工程与装备, 2012 (4) .[2]颜贤仔.精馏原理与流程的课堂教学设计[J].化学工程与装备, 2012 (4) .

[3]吴微, 师佳.基于变增益迭代学习算法的多元间歇精馏控制[J].厦门大学学报 (自然科学版) , 2012 (3) .[3]吴微, 师佳.基于变增益迭代学习算法的多元间歇精馏控制[J].厦门大学学报 (自然科学版) , 2012 (3) .

AspenPlus 篇2

1 Aspen Plus软件工功能的介绍

Aspen Plus化工模拟软件系统是从美国本土兴起的, 这是一种功能强大的大型化工模拟软件, 该软件已经经过二十多年的发展, 逐渐成熟起来, 并广泛地运用到化学工业领域。受到行业内人士的一致认可。其中, 这种软件通过严格和最新的计算方法, 可以进行单元和全过程的计算, 进而为化工企业提供准确的单元操作模型。另外, 还可以在工艺计算的同时, 改建相应装置的优化设计, 同时估算基建费用和操作费用。

化工软件系统一般是包括模拟、优化、灵敏度分析和系统综合来进行使用, 其中, 最为重要的就是模拟系统。Aspen Plus在工业发展过程中是最适用并且是最为完备的物性系统, 同时, 作为计算机辅助的操作性软件, 能够进一步精确出化工过程而得到广泛的使用。Aspen Plus的特点如下:其一, 具备科学完整的单元操作模型, 在用于模型的模拟过程中, Aspen Plus是从个体的操作到整个工艺流程的模拟。其二, 可以有效的回归任何类型的数据。能够通过输入分子结构和易测性质来估算短缺的物性参数。其三, 能够准确提供模拟功能所需的各种功能, 这样就方便人员进行相应的流程优化设计, 这样就能够从生产过程的研发、设计、工厂的建设到工厂的具体操作等。

2 模拟软件在化工设计中的运用分析

2.1 在煤化工中的运用分析

Aspen Plus作为一项全新的模拟软件在化学领域占据着非常重要的作用。其中Aspen Plus的平台建设与传统的煤气化过程中, 可以实现快速编制模拟煤气化的过程, 并能够将气化过程与整体的煤气化联合循环发电系统的优化设计进行整合。并且利用输入语句和计算模块的灵活性, 这样就能够对化工煤种进行计算。有关计算结果表明, 该计算方法可以比较好地干预加压气流床的气化性能, 从而为气化炉的性能模拟提供良好的基础。

同样的, Aspen Plus可以对大型化工流程进行模拟, 如Aspen Plus能够对火电厂烟气湿法脱硫工艺进行模拟, 这样就能够在建立更加科学合理的模型打下坚实的基础。在另外一方面, 可以利用Aspen Plus对煤热解过程进行详细计算, 并能够将得出的模拟值与实际的数值之间进行比较, 这样就能够更好地为煤热解过程的工艺开发和工艺优化提供科学的依据。

2.2 Aspen Plus在化工设计中的应用

我们可以利用Aspen Plus软件对气相分离系统进行严格的模拟, 并能够初步研究如何有效进行系统的优化升级, 进而能够指导设计和生产。对于闪蒸、节流技术, 能够灵活运用Aspen Plus软件对各个环节进行优化, 进而能够得出最佳的分离流程及操作条件, 在项目的实施条件上, 可以为各项技术经济指标提供全程的模拟服务。此外, Aspen Plus软件可以灵敏地分析出影响产品质量和气液相负荷的因素, 从而提供良好的操作优化方案。

化工设计中的实际应用, 如下图:100kmol/h气相物流 (氢气:甲烷:乙烷=0.01:068:0.31, 摩尔比) 经冷凝器COOLER进入两级闪蒸器FLASH1、FLASH2, 途经节流阀VALVE实现气相分离操作。

各股物流的模拟计算结果见下图:

此外, Aspen Plus软件可以对重油催化装置针对主分馏搭进行流程模拟计算, 进而能够找出存在的问题, 同时还能够寻找到最佳的工艺条件, 达到节能、降耗的目标。或者是可以依靠Aspen Plus软件建立某个原油常减压蒸馏装置的稳态模拟流程, 在建立的过程中, 采取对装置流程进行简单处理, 这样才能更好地处理好总效率, 使得模拟流程的工艺参数为实际生产提供平台和依据。更好推动Aspen Plus软件在化工领域中的运用。

2.3 在优化设计中的运用

比如, Aspen Plus软件可以对某个化工厂的苯乙烯精馏过程中进行多元化的模拟, 并能够将模拟结果和实践生产过程中的数据进行详细对比, 进而发现设备在实际化工中存在的问题, 可以为设备改进参数调整提供良好的数据, 这样能极大减少由依靠经验带来的操作波动, 进一步节约了运行的成本。

另外, 在运用Aspen Plus软件对气体分离装置的操作模拟过程中, 可以对丙烯精馏塔进行模拟计算, 进而能够找出丙烯塔高负荷运行状态下存在的瓶颈问题。并且要能够通过改造设备和优化的操作条件, 使丙烯塔在高负荷运行状态下能够适应扩能的现实要求。从而实现在保证产品质量和产量的前提下, 有效降低能耗。

化工设计中Aspen Plus流程模拟软件的使用, 可以在某种程度上极大提升结构上的合理性, 将会在化学工业领域发挥着极其重要的作用。因此, 设计机构应在设计初期就加强对设计合理性的分析, 更好地推动Aspen Plus软件在化工设计领域中的全面运用。

3 结语

在当前的化学工业领域当中, 我们要能熟悉Aspen Plus软件的操作流程, 并对其优势特点进行掌握, 这样才能更好地将其应用于化学工业设计。Aspen Plus软件的使用能在常规的单元操作装置设计开发和应用上取得显著的成果, 并能够用其解决化学领域中的诸多问题, 同时能够为优化设计提供便利。Aspen Plus软件将装置设计、工艺操作和基础建设成本投资等方面有机结合在一起, 从而使得Aspen Plus软件在工程应用中更能发挥其优势特色。

参考文献

[1]陈娟, 张伟.聚异丁烯的应用[J].河北化工.2011 (08) :1-2.

[2]金学坤, 马凤云, 刘景梅, 等.以加氢抽余油为原料生产工业级正己烷过程节能模拟研究[J].石油炼制与化工, 2011 (06) :2-4.

AspenPlus 篇3

“Aspen Plus”是一大型通用化工流程模拟软件[1]。“Aspen”是“Advanced system for Process engineering”的英文简称, 中文意思是指“先进过程工程系统”。它起源于美国能源部于七十年代后期组织开发的一大型流程模拟系统。2001年, 中石化总公司从Aspen Tech公司将此软件以5年的租期租赁下来, 在整个集团公司范围内进行推广使用, 目的就是要让广大石油化工专业技术人员把模拟优化技术用好, 用出效益。实践证明, 此软件在生产设计过程中发挥了十分重要的作用, 产生了巨大的经济效益。但生产厂的工程技术人员认为这类软件只是给设计单位用的, 原因是他们不知道“Aspen Plus”软件的功能和用途。为了加快“Aspen Plus”软件在生产厂的推广使用, 提高生产装置技术管理水平和经济效益, 现将“Aspen Plus”软件的主要功能及成功应用实例介绍如下。

2“Aspen Plus”软件的功能及用途[2]

2.1 故障诊断

生产装置在开车和生产中经常会出现异常故障, 过去遇到此类问题, 就要凭借技术人员及操作人员的经验及对现象的分析, 找出可能的原因并制定相应的对策, 再逐一进行调试, 验证。有时甚至需要多次、多方面查证, 费事、费工又费力, 严重影响装置的安稳长满优运行。使用“Aspen Plus”软件进行模拟诊断, 则可以安全、快捷、准确地找到问题的症结所在, 模拟出多套解决方案, 择优选用, 使装置恢复正常运行。

2.2 消除瓶颈

过去要标定一套生产装置, 可能要耗资上百万元, 耗时半到一个月, 这是生产车间最“头痛”的工作。现在我们可以利用“Aspen Plus”软件对装置中的大部分设备进行快速、准确的模拟标定, 找出“瓶颈”部位, 充分利用原有设备, 制定合理的改造方案。

2.3 优化生产, 提高效益

“Aspen Plus”软件有几种优化功能, 可以利用它来优化生产装置的操作工况。例如:我们可以以经济效益、产品产量、投资为目标函数, 应用“Aspen Plus”软件, 进行模拟计算, 找出生产装置的最优操作参数。

当然, “Aspen Plus”软件的功能和用途远远不止这些, 在此不一一详述。

3“Aspen Plus”软件的成功应用实例

3.1 应用“Aspen Plus”软件优化生产

某厂[3]二氯甲烷溶剂回收系统有两个绝热闪蒸塔, 压力分别为135.831KPa和128.936KPa, 其中第一个塔的进料中含有63506Kg/hr的CH2Cl2和44764.4Kg/hr的水, 进料温度为373℃, 压力为165.48KPa。另外, 有两股压力都为1379KPa的饱和蒸汽分别进入第一和第二个绝热闪蒸塔, 那么当这两股蒸气的质量流量分别为多少时, 正好使它们的总用量最少 (这两股蒸气的流量变化范围为454Kg/hr～9080Kg/hr) , 并要求第二个塔的塔底流出物中的CH2Cl2含量不超过150mg/Kg。

若没有“Aspen Plus”软件, 而通过人工计算来解决上述优化问题, 将会耗费大量的时间、人力和物力, 而有了“Aspen Plus”软件, 我们只需将此流程的已知条件输入到计算机中, 利用“Aspen Plus”软件进行模拟计算, 很快就可以得到计算结果。结果是当第一股蒸汽和第二股蒸汽的流量分别为5315.5Kg/hr、933.8Kg/hr时, 正好能满足上述要求。将计算结果应用于实际生产后, 大大降低了蒸汽的用量, 产生了巨大的经济效益。

3.2 应用“Aspen Plus”软件对塔的操作条件影响情况进行分析

某厂氯乙烯生产装置氯乙烯精制单元中的脱氯化氢塔所含物系的沸程较宽, 塔内温度变化大 (塔顶到塔底从-24.0℃到110℃) , 因此塔内加有中间换热器。下面是应用“Aspen Plus”软件对回流比的影响情况进行模拟分析的实例。固定进料条件和中间再沸器的热负荷, 通过改变回流比可计算出塔釜氯化氢含量、塔顶冷凝器的热负荷以及塔釜再沸器的热负荷随回流比的变化规律, 如图1所示。

从回流比的影响规律可以看出, 随着回流比的减小, 塔釜氯化氢的含量增加很快, 而冷凝器和再沸器的热负荷变化则较慢。而当回流比增大到0.7时, 回流比的增大对塔釜氯化氢的含量的影响已比较缓慢。因此合理的回流比应在0.6～0.7之间。

应用“Aspen Plus”软件不仅可以对过程中的某个设备进行模拟分析, 还可以对过程中的子系统及整套装置进行模拟, 通过对模拟结果的分析可以得出有益生产的结论, 从而提高了生产装置技术管理水平和经济效益。

4 结束语

4.1“Aspen Plus”是一大型通用化工流程模拟软件，在科研、设计及生产过程中都有广泛的应用，应用“Aspen Plus”软件优化生产可以节省大量的人力、物力和财力，产生了巨大的经济效益。

4.2 应用实例表明，在化工生产过程中应用“Aspen Plus”软件不仅可以优化生产，而且还可以对某设备和整套生产装置的操作参数进行模拟分析，提高了生产装置技术管理水平，产生了巨大的经济效益，故应尽快在化工厂广大工程技术人员中推广使用“AspenPlus”软件。

摘要：文章介绍了化工流程模拟软件“Aspen Plus”的主要功能及成功应用实例, 应用实例表明, 在化工生产中应用“Aspen Plus”软件不仅可以优化生产, 而且还可以对某设备和整套生产装置的操作参数进行模拟分析, 提高生产装置技术管理水平, 从而产生巨大的经济效益, 故应尽快在化工厂广大工程技术人员中推广使用“Aspen Plus”软件。

关键词：“Aspen Plus”软件,应用,经济效益

参考文献

[1]通用流程模拟软件“Aspen Plus” (第十版) 简介.美国Aspen Tech公司北京代表处.1998, 10, 1.

[2]姜际魁, 流程模拟技术在燕山石化集团的应用情况《, Aspen Tech技术应用论文选》, 1998, 11, 10～12.

AspenPlus 篇4

随着煤、石油、天然气等常规能源的日益枯竭, 可再生能源的开发与利用已受到世界各国的高度重视。生物质能以其产量巨大、可储存和清洁性等优点成为最有发展前景的可再生能源, 专家认为, 生物质能源将成为未来可持续能源的重要组成部分, 到2015年, 全球总能耗将有40%来自生物质能源, 我国生物质能源极为丰富, 现在每年农村中的秸秆量约7.26×108吨, 相当于5×108吨标煤, 有着巨大的开发利用空间。生物质气化过程及其复杂, 模拟通常从热力学和化学平衡进行考虑, Philippe Mathieu[1]等则利用ASPEN PLUS软件模拟了生物质气化过程, 并且对不同参数的变化进行了灵敏度分析。Mehrdokht Behnam Nikoo[2]利用ASPEN PLUS软件建立了流化床气化模型, 模拟了温度、原料粒径、ER等因素对气化结果的影响, 发现模拟结果与实验值相吻合。赵向富[3]利用ASPEN PLUS软件建立了流化床气化模型, 空气-水蒸气气化时, 随着S/B增加, H2含量增加;当用水蒸气气化时, H2含量可高达55%, 热值为11 MJ/m3。本文利用大型流程模拟软件ASPEN PLUS中的Gibbs自由能最小化法建立了生物质气化反应器模型, 以空气为气化剂, 对气化过程进行了模拟分析。探讨不同原料、气化温度和压力对气化结果的影响, 为生物质气化方面的研究提供一定的理论依据。

1 生物质气化模型及气化条件

1.1 气化模型

基于大型流程模拟软件ASPEN PLUS中的Gibbs自由能最小化法建立了生物质气化反应器模型, 用高的主要反应器模块为Ryield和RGibbs[4]。本文模型利用热解 (Ryield) 、燃烧 (RGibbs) 和气化 (RGibbs) 三个反应器对生物质气化过程进行模拟, 流程图如图1所示。

流程图的基本思路是:生物质原料进入到RYIELD模块 (DECOMP) 中进行裂解, 裂解的产物包括气体部分和固体部分两大部分, 由SEP模块进行分离。固体部分与空气一同进入第一个RGIBBS反应器模块 (COMBUST) 中进行燃烧。气体部分和第一个RGIBBS反应器模块燃烧的产物及部分燃烧放热同进入第二个RGIBBS反应器模块 (GASIFY) 中进行气化。气化产物由SEPATATE模块分离出气体和固体, 气体流经SEPH2O模块, 得到干燥气体和水蒸气。裂解中的热量进入第一个RGIBBS反应器模块中, 并有部分热量损失流入第一个RGIBBS反应器模块中 (当热量为负值时, 表示反向流向) 。

生物质气化一般分为干燥过程、热解过程、氧化反应和还原反应四个阶段, 发生的反应主要有:

1.2 气化条件

为了研究不同参数对生物质气化产气结果的影响, 本文采用稻壳为气化原料, 该原料来自某生物质气化燃烧供热系统所用的原料。原料的成分分析如下表1所示:

气化剂选用空气, 空气温度为20℃, 压力为常压, 原料加料量为75 kg/h。热量损失按生物质地位热值的2%计算。

2 温度对气化结果的影响

由图2可以看出, 一氧化碳的体积分数随气化温度的升高先增大后减小, 700℃时最高为18.86%;氢气、二氧化碳和甲烷体积分数一直减少, 600℃时分别为22.07%、17.42%和1.91%, 900℃时分别为14.43%、11.81%和0.0026%。氮气的体积分数一直增加, 由气化温度为600℃时的45.78%增加到气化温度为900℃时的55.46%, 因为温度升高是以增大ER来实现的, 因此, 氮气的体积分数增加。气体热值随气化温度的升高而降低, 由600℃时的5.1867 MJ/m3降低到900℃时的4.1461 MJ/m3。原因是, 氢气和甲烷两者的减少直接导致气体热值的减少。

从图3可以看出, 气化温度升高, 气体产率也随之升高, 由600℃时的1.608 m3/kg升高到900℃时的2.296 m3/kg。原因主要是, 空气量增多使反应更加充分, 产气率随之增多;另一方面, 空气量的增多, 本身也导致了气体量的增多。气化效率随气化温度的先升高后降低, 700℃时最高为74.8%, 这是由气体热值与气体产率两者共同影响导致的。

3 结论

通过使用ASPEN PLUS流程模拟软件, 对生物质气化过程进行了模拟研究, 主要考察了气化温度对气体成分、气体热值、气体产率和气化效率的影响, 主要结论如下:

(1) 分析工艺流程的基础上, 建立了生物质气化模型, 结果表明模型是可行的。

(2) 气化温度由600℃升高到900℃的过程中, 气体产率由1.608 m3/kg升高到2.296 m3/kg, 气体热值由5.1867 MJ/m3降低到4.1461 MJ/m3, 700℃气化效率最高为74.8%。

摘要：基于大型流程模拟软件ASPEN PLUS中的Gibbs自由能最小化法建立了生物质气化反就器模型, 对气化过程进行了模拟分析。以空气为气化剂, 探讨了气化温度对气体成分、气体热值、气体产率和气化效率的影响, 模拟计算结果表明:在气化温度变化范围内, 700℃时气化效率最高为74.8%。

关键词：生物质气化,ASPEN PLUS,模拟

参考文献

[1]Mathieu P, Dubuisson R.Performance analysis of a biomassgasifier[J].Energy Conversion and Management, 2002, 43 (9-12) :1291-1299.

[2]Mehrdokht Behnam Nikoo.Simulation of biomass gasificationusing Aspen Plus.Dissertation for the Master Degree in En鄄gineering.University of Regina.2007.

[3]赵向富.生物质流化床气化实验研究与模拟[D].华中科技大学硕士学位论文, 2006.

AspenPlus 篇5

在化工企业能源利用中, 换热网络是能量回收利用的重要子系统[1]。换热网络就是将生产过程中需冷却和加热的物流通过换热器进行匹配, 形成交换网络, 实现能源的回收利用, 减少外部提供的公用工程量[2]。在换热网络中, 最小传热温差 (ΔTmin) 决定最大的热量回收和最少的冷、热公用工程。用ASPEN PLUS软件建立装置工艺模型并在此基础上进行工况研究和运用窄点技术, 确定换热网络的ΔTmin, 从而确定窄点位置及公用工程量。再优化原油股数, 进行冷端网络合成, 以减少冷公用工程量。为满足中东原油深拔轻油目的, 热端需分段匹配。

2 改造方案

依据换热物料以设计出口温度、不跨窄点换热、垂直匹配、热回收量最大、公用工程量消耗最小为目标, 以设备利旧率高、改动量小、总投资省为原则, 对装置进行改造[3]。同时, 根据换热过程有效能量利用原理, 尽量多次利用高温热源, 减少能量损失。

3 具体实施

首先利用ASPEN PLUS软件, 对已有换热网络进行模拟, 找出问题:由于原油性质变化, 使原换热器匹配不合理, 并存在跨越夹点操作, 因此造成装置能耗高、热源利用率降低。然后运用窄点技术, 在一定温度范围内, 计算多个窄点位置, 权衡利弊, 从中确定最小传热温差ΔTmin。最后依据窄点问题表, 合成最优换热网络图。

3.1 调整换热网络

3.1.1 增加渣油换热流程

经原油电脱盐后的换热段, 新增两台换热器, 用于提高高温热源的利用率, 同时使渣油出口温度由172 ℃降至150 ℃。优化常压塔中段取热比例, 可使回流负荷增加[4], 为此增设一台换热器, 以减少跨越窄点的操作。

3.1.2 调整管、壳程走向不合理的换热器

以不增加换热网络总面积为前提, 经软件模拟, 找出原油脱盐前常压一线两台换热器 (E1011, E1019) 和减压二线两台换热器 (E1006, E1007) 的管、壳程物料走向不合理, 总传热系数低, 导致换热器效率低。对这四台换热器的管、壳程物料走向分别进行调整, 将管、壳程物料走向对调, 结果见表1。

由表1可知, 调整后四台换热器的总传热系数由266.52 W/℃增加到604.73 W/℃, 压降减小, 说明换热器的换热效果有所改善。原油脱盐前温度达到135 ℃, 较调整前提高8 ℃;原油脱盐后温度达到248 ℃, 较调整前提高18 ℃;换热终温达到298 ℃, 较调整前提高19 ℃;常压一线和减压二线出口温度分别由86 ℃降至78 ℃, 由97 ℃降至90 ℃。

3.2 确定窄点位置

在换热网络中, ΔTmin是有待优化的决策变量, ΔTmin与费用关系如图1所示。

由图1可知, 公用工程费用随ΔTmin的增加而直线增加, 设备费先随ΔTmin上升而快速下降, 当ΔTmin继续增加时, 设备费用反而上升, 这是由于设备费用是操作费和投资费合成的;作为公用工程与设备费用的总费用, 是一条上凹曲线, 存在一个最佳的ΔTmin, 使总费用最小[5]。因此在一定温度范围内, 计算多个窄点位置, 权衡利弊, 从中选出最合理的传热温差, 进而确定窄点位置及相应公用工程量。为确定最适宜的ΔTmin, 根据经验选取五个ΔTmin值作为计算基准, 从中得出最优的ΔTmin。这五个初值是:25 ℃、20 ℃、15 ℃、10 ℃和5 ℃。分别做出窄点问题表, 将五个不同的窄点位置和冷、热公用工程量进行对比, 其对比结果如表2所示。

从表2可知:当ΔTmin值减小时, 窄点处冷端的温度上升, 但热端温度相同, 则原油换后终温上升;同时, 冷、热公用工程量也随ΔTmin值减小而减小;另外由传热学原理A=Q/ (K·ΔT) 可知, ΔTmin越小, 换热面积越大, 设备费增加[6]。综合考虑操作费用、设备费用和公用工程费用, 我们采用ΔTmin为15 ℃, 即窄点位置为热端温度240 ℃, 冷端温度225 ℃, 冷、热公用工程量分别为22 765.73 kW和45 304.28 kW。

3.3 换热网络合成

3.3.1 冷端合成 (图2)

注:每一物流所在横线上方及两端数字为温度, ℃;下方数字为该换热单元热负荷, kW

如图2, 在冷端, 冷流有C1 (原油) 和C2 (脱盐油) 两股, 热流19股, 符合Nh﹥Nc (热流股数大于冷流股数) 及CpFh>CpFc (热端热熔流率大于冷端热熔流率) 的条件。但增加原油分流股数, 可提高低温位热量利用率, 降低冷公用工程量。在可操作范围内, 将C1、C2分为四股、六股和八股分别进行冷端合成, 冷公用工程量分别为26 871.35 kW, 24 394.61 kW和22 765.73 kW, 所以, 在冷端C1和C2均采用八股分流。

3.3.2 热端合成

如图3, 由于中东原油轻油含量高, 在初馏塔设置两侧线, 要求进初馏塔原油温度为248 ℃。因此, 在热端有C2 (脱盐油, 从225 ℃→248 ℃) 和C3 (初底油, 从243 ℃→常压炉) 两股冷流的匹配。C2处均为窄点换热器, 应符合Nh≤Nc原则。因Nh为9, Nc为2, 不符合窄点设计规则。C2应分流9股以上, 但冷端C2为8股, 考虑工程可操作性, 将热端C2也分为8股。C3流股大部分为非窄点换热器, 可以不遵循窄点匹配原则, 同时C2已匹配, 提供给C3的热量基本是定值, 无论怎样分流都不影响换后终温, 为减少管线施工安装的难度, 将C3分为四股, 最后得出换后终温为298 ℃。

4 结 论

利用ASPEN PLUS软件模拟原换热网络工况, 找出网络不足和欠缺之处;窄点问题表确定最优传热温差ΔTmin为15 ℃;冷端合成时, 原油分流股数为8, 低温热量利用率提高, 冷公用工程量降低;热端分段合成, 满足了中东油轻油深拔要求, 得出换后终温为298 ℃, 比原装置在同等条件下提高19 ℃。

参考文献

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AspenPlus 篇6

关于C4炔烃选择性加氢, 有前加氢和后加氢2种工艺。前加氢工艺具有代表性的是UOP公司C4烃选择加氢脱炔烃工艺 (即KLP工艺) , 该工艺可省去第二萃取精馏系统, 避免了常规抽提工艺和处理高浓度炔烃的复杂性, 且丁二烯的纯度高, 炔烃含量可控制在5μg·g-1以下[1], 但是丁二烯损失率较高, 目前已经有10套丁二烯抽提装置采用KLP技术。国内的C4炔烃选择性加氢制丁二烯还处于研究阶段, 有代表性的后加氢工艺主要是在2001年北京化工研究院徐立英等对碳四馏分选择性加氢工艺及催化剂进行过研究[2]和中国石油石油化工研究院开发的碳四炔烃选择性加氢催化剂[3], 该催化剂具有较好的炔烃加氢活性及选择性, 可将丁二烯抽提装置尾气中的乙烯基乙炔加氢转化为1, 3-丁二烯和1-丁烯, 转化后可将生成的1, 3-丁二烯与尾气中夹带的1, 3-丁二烯一起回收利用。可见, 在国内C4炔烃选择性加氢回收丁二烯技术已经具备了工业试验的条件。

1 模拟对象

大庆石化公司丁二烯抽提装置采用的是DMF法, 富含乙烯基乙炔 (VA) 的尾气在第二汽提塔和溶剂精制塔处分离, 并且VA的稀释是通过在第二汽提塔塔顶处通入甲烷来进行实现的, 而石化院开发的C4炔烃选择性加氢回收丁二烯技术使用的催化剂为Pd基催化剂, 适用于低温液相加氢反应, 因此需将第二汽提塔塔顶稀释剂甲烷替换为抽余碳四, 满足液相加氢的要求。因此, 我们有必要对丁二烯抽提装置第二汽提塔和溶剂精制塔原设计进行模拟, 找出这2个塔合适的物性方法后, 才能确定采用抽余碳四作为稀释剂后的尾气组成。因此, 本次模拟以大庆石化公司丁二烯抽提装置第二汽提塔进料为原料来模拟第二汽提塔和溶剂精制塔。第二汽提塔进料组成见表1, 第二汽提及溶剂精制系统工艺流程图见图1。

T-1203:第二汽提塔;T-1401:溶剂精制塔;V-1202:第二汽提塔回流罐;V-1401:溶剂精制塔回流罐;V-1405:排出气鼓风机吸入罐

2 模拟软件版本

本次模拟采用的是ASPEN PLUS流程模拟计算软件V7.0版本。

3 工艺流程建立

3.1 建立模型

根据第二汽提及溶剂精制系统工艺流程建立ASPEN PLUS模型流程图如图2所示。

3.2 组分输入

进入components页面, 输入所要添加组分的化学式或者英文名, 可以查找出所需的组分, 然后将该组分加入模拟流程中[4]。

3.3 物性选择

丁二烯抽提装置第二汽提及溶剂精制系统涉及溶剂DMF-C4、DMF-二聚物-C4物系, 为了使模拟计算结果准确, 选择可靠的溶剂DMF-C4、DMF-二聚物-C4物系热力学方法, 我们采用不同热力学方法模拟计算第二汽提塔T-1203和溶剂精制塔T-1401, 将不同方法计算的结果与原设计塔分离数据比较, 以选取合适热力学模型。

由于溶剂DMF-C4、DMF-二聚物-C4物系中以溶剂DMF为主, 溶剂DMF为极性物系, 因此选用的热力学方法主要以活度系数法为主。分别以WILSON、NRTL和UNIFAC三种热力学方法来模拟第二汽提塔T-1203和溶剂精制塔T-1401。

3.4 物流及单元操作模块的输入

规定好组分和物性模型以后, 按照装置的原设计参数数据, 输入各进料物流变量, 然后再输入塔、闪蒸罐、混合器、换热器等模块的参数变量, 就大致完成了整个流程的输入, 可以进行模拟。打开Control pannel, 点击运行按钮, 即可运行该流程。

3.5 结果查看

点击快捷图表中Check results按钮, 可以查看在设定条件下, 不同物性方法的流程模拟运行结果。模拟结果与原设计参数进行对比, 结果如表2所示。

4 结果与讨论

用WILSON、NRTL和UNIFAC三种热力学模型计算塔T-1203和T-1401, 塔顶和塔底产品组成的模拟结果与原设计相近, 满足模拟计算要求。WILSON物性方法的模拟结果虽然与原设计最为接近, 但是模拟时, 对于T-1401塔顶回流罐没有产生丁二烯二聚物-水的两相体系, 因此不选用WILSON物性方法。NRTL和UNIFAC两种物性方法都可以产生丁二烯二聚物-水的两相体系, 从模拟结果来看, NRTL物性方法更接近原设计。因此, 选择NRTL热力学方法模拟计算T-1203使用抽余碳四替代甲烷作为稀释剂后尾气的组成。

5 结论

采用不同的物性方法对DMF法的丁二烯抽提装置第二汽提塔及溶剂精制塔进行模拟计算, 从模拟结果来看, NRTL物性方法与原设计更为接近, 因此, 选择NRTL热力学方法模拟计算第二汽提塔及溶剂精制塔。

摘要：运用流程模拟软件ASPEN PLUS, 模拟了丁二烯抽提装置第二汽提及溶剂精制系统, 介绍了建立模型过程中的模块选取和工艺参数等的输入。采用WILSON、NRTL和UNIFAC三种热力学模型对DMF-C4、DMF-二聚物-C4物系进行模拟计算, 并将计算的结果与原设计值进行对比, 从对比结果来看, 选择NRTL物性方法进行模拟计算的结果与原设计更为接近。

关键词：ASPEN PLUS,丁二烯抽提装置,第二汽提塔,溶剂精制塔,NRTL

参考文献

[1]李玉芳, 李明.二烯生产技术进展与市场分析[J].化学工业, 2007, 25 (12) :24-33.

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