PRO_软件在硫磺回收中的二次开发应用

PRO/Ò软件在硫磺回收中的二次开发应用

曲晓廉1,邹德东2

(1、齐鲁石化胜利炼油设计院,山东淄博255434;2、中国石化股份公司齐鲁分公司胜利炼油厂,山东淄博255434)

摘要:硫磺回收装置的设备需要有较大的操作弹性。针对其过程气进口压力低,手工计算难于进行严格的全程压降计算,现以PRO/Ò软件为开发平台,通过扩充数据库和建立模拟流程,成功地将其用

于硫磺回收装置的设备选型和核算,为工程设计提供了先进的计算手段。

关键词:硫磺回收;专用软件;开发应用;设备选型

中图分类号:TP311.52:TQ125.116文献标识码:B文章编号:1009-1904(2004)01-0028-03

随着我国加工进口高硫原油量的逐年增加,各

大炼油企业为达到新环保法规的要求,均新建、扩建

改造了硫磺回收装置,这为硫磺回收新型工艺的开

发和新技术的引进,以及消化吸收和应用创造了有

利条件,也为硫磺回收装置设计水平的提高及其软

件的开发应用带来了良好的机遇。

1制硫原理和硫特性

1.1制硫原理

酸性气工业制硫分为制硫炉内高温热反应和转

化器内低温催化反应两部分。

1、高温热反应

酸性气在制硫炉内高温条件下,部分先被O2氧

化成SO2,其余的再与SO2反应生成元素硫,主要进

行的反应如下:

H2S+3

2

O2SO2+H2O+519.2kJ(1)

2H2S+SO23

2

S2+2H2O-42.1kJ(2)

高温条件下这两个反应的速度很快,一般可在1s内完成,H2S转化率可达60%~70%。

2、低温催化反应

低温催化反应是在转化器内的催化剂床层上进行,反应式如下:

2H2S+SO23

x S x+2H2O+93kJ(3)

由于该过程为放热反应,从理论上讲,反应温度越低,转化率越高。但是,反应温度低于硫露点时,会有大量液硫沉积在催化剂表面,使其失去活性,为此催化反应温度一般控制在170~350e。随着制硫技术水平的提高,催化反应也可在硫露点以下进行,如CB A法和MCRC法等。高温热反应和一级催化反应的硫回收率一般在75%~90%,为了提高硫回收率,工业上常采用增加转化器数量、转化器之间设置冷凝器分离液硫,以及逐级降低催化反应温度等措施。

1.2硫的特性

元素硫有其特殊的复杂性,如液态和气态中的硫都是不同硫组分的混合物。液态硫是S8环状和S n链状聚合物的混合物,n值可以达到相当大。硫蒸气是由S1至S8八种组分组成,温度高于700K时气体中主要是S2,700K以下时则以S6、S8为主[1]。在工程上以S2、S6、S8三种组分的含量来描述硫已能满足设计精度要求。各种硫组分间转化的反应热较大,见化学方程式(4)~(6)。

3S2S6+272.2kJ(4)

4S2S8+404.4kJ(5)

4S63S8+124.5kJ(6)液硫的黏度与硫的分子结构有关。如纯液硫在160e左右形成长链聚合物S n,其黏度会突然升高到近100Pa#s,而含有饱和硫化氢的液硫黏度最高仅为约0.2Pa#s。

2硫磺回收装置设备选型电算化现状

高温热反应的制硫过程气在冷凝冷却过程中,元素硫从S2逐渐变为S6、S8,其摩尔流量也随之变小。期间又有硫组分间转换的热量变化,低温部分

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硫磷设计与粉体工程

S P&B MH RELATED ENGINEERING2004年第1期

表1 模拟数据与设计数据的对比

名称

换热面积/m 2

热负荷/kW 硫冷凝量/kg #h -1设计模拟设计模拟

偏差/1

设计

模拟

偏差/1

废热锅炉7027121716017096-0.37%一级冷凝器49251431482974-5.53%67946774-0.29%二级冷凝器47048415691502-4.27%285228780.91%三级冷凝器4923391003990-1.30%851

852

0.12%

气-气换热器326

172

670

675

0.75%

合计

10497

10504

0.07%

注:偏差=(模拟数据-设计数据)/设计数据。

还有相变,整个过程非常复杂。目前国内用于该过程设备选型计算的软件,尚未见报道。Sulsim 流程模拟软件是加拿大SULPHUREXPE RTS AND DBROBI NSON 公司开发的用于硫磺回收过程模拟的专用软件,在我国新建的硫磺回收装置设计和装置标定考核中起着重要作用。但该软件没有设备选型及核算功能,因而使用范围受到了很大的限制。由于缺乏设备选型计算软件,目前硫磺回收装置设备选型计算还是依赖手工计算确定总传热系数,再由热负荷和温差计算换热面积。这样做带有较大的局限性:由于受上游装置负荷变化影响,硫磺回收装置的设备需要有较大的操作弹性,不管传热系数取值过大或过小,均难于满足这种负荷波动要求;再者,由于硫磺回收装置入口压力低(一般为0.05MPa),手工计算难于进行严格的全程压降计算。由此可见,开发硫磺回收装置设备选型计算软件已是当务之急。

3 开发平台和开发内容

3.1 开发平台

PRO/Ò软件是美国模拟科学公司(SimSci)开发的大型工艺流程模拟通用软件,主要用于新建装置设计、老装置的调优操作和技术改造,并为新工艺流程开发研究提供工艺包的主要内容。该软件有如下优点:¹数据库较齐全,软件的适用能力强,硫磺回收高温热反应温度在1200e 以上仍适用;º界面友好,数据库为开放式,用户可根据实际情况自行修改或添加数据库。经多方案比较,确认PRO/Ò软件为开发平台。

3.2 PRO/Ò软件二次开发简介

PRO/Ò软件在国内各大石化企业和设计单位均有较好的应用业绩和开发业绩,常规的开发工作是用户建立专用的单元操作模型如反应器模型等,并选用正确的热力学模型,即可通过流程模拟计算来满足工程需要。对于硫磺回收模拟计算来说,由于PRO/Ò软件中缺乏S 2、S 6及S 8的物性数据,还需建立完整的硫组分物性数据库,再做常规的开发工作。二次开发的内容如下。

1、扩充PRO/Ò数据库

为了满足模拟计算对物性数据的需要,先后建立了S 2、S 6及S 8的物化性质数据库和不同温度下的饱和蒸汽压数据库、气体和液体的热焓数据库、潜热数据库、密度数据库、气体和液体的黏度数据库、气体和液体的导热系数数据库等30多个数据库。其中为了满足热负荷计算的需要,根据硫组分随温度的变化而变化的特性,还建立了特殊的焓)温曲线模型,解决了热负荷计算不准确性等问题。

2、模拟流程的建立及调试

数据库扩充工作完成后,建立了专用的单元操作模型和流程模拟模型,并调试通过。

4 模拟数据与设计和标定数据的对比

4.1 与设计数据的对比

某80kt/a 硫磺回收装置采用一段高温热反应、两段催化反应硫回收工艺。该流程中采用高温搀和达到一级催化反应温度,利用一级转化器出口过程气换热方式达到二级催化反应温度,废热锅炉产生3.5MPa 中压蒸汽,一级、二级和三级冷凝器产生0.3MPa 低压蒸汽。主要工艺参数的模拟数据与设计数据对比见表1。

4.2 模拟数据与标定数据的对比

1、该80kt/a 硫磺回收装置采用了Sulsim 软件进行了标定,主要工艺参数的模拟数据与标定计算数据对比见表2。

2、某硫磺回收装置于1988年12月建成,1991年11月份投产。该装置采用一段高温热反应和两段催化反应工艺,采用两级高温搀和达到两级催化反应温度。该装置于1998年6月进行了标定(当时因故没有进行设备核算),硫冷凝量的模拟数据与

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