催化裂化装置模拟设计实例(清晰版)
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
再沸器热负荷(GJ/h) 1 7 . 8 2 1 9 . 3 8 2 0 . 1 4 2 3 . 8 5 塔顶温度(℃) 7 4 . 3 5 9 . 4 5 9 . 3 6 3 . 4 塔釜温度(℃) 1 2 6 . 5 1 2 6 . 1 1 2 7 . 7 1 3 4 . 8 7 干气中 C3 浓度（mol%） 8 . 8 7 8 . 6 9 9 . 5 3 1 3 . 0 0
12
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
图 2-3 注意：LIST OF SELECTED COMPONENT（组份选择表）的框已变为蓝色， 表示为用户提供的数据。 这时没有表示仍需输入数据的红框，单击 OK 按钮退出此窗口。
13
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
三、定义热力学方法（必须）
对于计算烃类物质的首选方法是 SOAVE-REDLICK-KWONG 方程，但 SRK 方程对氢气计算误差大。 选择热力学方程的方法如下： z 在工具棒上单击图标 （初次选择前框为红色），你可以在普通
70.00
138.00
90.00
166.00
100.00
185.00
41200.千克/小时
42.00 ℃
12.000 千克/平方厘米
流量： 温度： 压力：
补充吸收剂
以真实沸点切割的馏分
0.00
177.00
10.00
197.00
50.00
228.00
90.00
304.00
100.00
343.00
11700.千克/小时
①塔釜 C2 浓度均设为 0.15％
②单股进料：温度 70℃ ，进料位置塔顶第一板
③双股进料：
第一股温度 36℃，流量为总进料量 1/3
第二股温度 70℃，流量为总进料量 2/3
第一股冷进料位置在塔顶第一板，第二股在不同位置变化
表 解吸塔单、双股进料比较
1
2
3
4
方
案 单股 70 ℃ 双
股双
股双
股
热 进 料 冷热进料 冷热进料 冷热进料
图 1-2 z 参照图 1-1，用鼠标在浮动 PFD 图板上点取相应的工艺装置，放
置在屏幕的适当位置。当在 PFD 图上放置蒸馏塔时将出现一个小 窗口，让你输入塔的层数，并确定是否加上冷凝器和再沸器。例 如定义吸收塔时不需加冷凝器和再沸器，我们就不选 Condenser 和 Reboiler 附选框，只在 Number of theoretical tray（理论层数） 处输入 9。见下图蒸馏塔配置窗口
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
催化裂化装置模拟设计实例
第一部分：问题描述：
本实例是一个用于催化裂化装置中的吸收稳定系统，吸收稳定系 统问题的徵结在于缺乏总体优化，工艺参数偏离最佳值。其中有以下 几个主要成因： 1. 补充吸收剂流量偏低 2. 对解吸塔釜温重要性认识不足，釜温波动过大，严重影响经济效 益 ¾该釜温有一最佳温度：
◆ 低于最佳温度－液化气中 C2 浓度不合格 ◆ 高于最佳温度－造成经济效益严重损失
对百万吨级催化装置，该温度每升高 1℃， 效益损失达 200 万 元/年左右 ¾解决办法：
◆ 根据液化气中 C2 浓度要求，确定最佳釜温 ◆ 对解吸塔釜液 C2 浓度进行分析、监控 3. 工艺控制指标落后
通常干气中 C3 浓度=3％时，对于百万吨级催化装置，干气中 C3= 损失量达：200 ~ 300 kg/h。
O2（氧气） 1．66 C2BUTENE
CO2（二氧 1．77 T2BUTENE
化碳）
5
MOLE % 4．11 2．99 2．75 3．62
METHANE
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
8．99 HEXANE
7．65
ETHYLENE 5．4 PENTANE
3．54
PROPANE 3．48 用标准沸点 NBP35、NBP58、NBP72、NBP86、
建议干气中 C3 浓度< 0.5%.
1
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
4. 关于解吸塔冷热双股进料
① 违反分离基本原理。
◆ 同样组成的物料，最佳进料位置只能在塔顶第 1 板
◆ 双股进料时，两股进料之间的塔板是浪费的
② 双进料方案既不能节能，也难以降低干气中 C3 浓度。
◆ 解吸塔单、双股进料比较的计算规定：
热力学方法、归纳相关系数、液体活性方法、特殊包、用户增加 方法、状态法方程表中进行选择。 z 或者在屏幕顶部单击 INPUT，在菜单中选择单击 THERMODYNAMIC DATA 选项。 PRO/II 允许你指定默认的热力学计算方法系统，例如，默认的 SRK 热力学系统使用 SRK 方程计算气液相平衡常数，液相、气相的热函和 熵，气相密度，以及用 API 方法计算液相密度。 在 THERMODYNAMIC DATA（热力学方法）窗口中选择默认的热力学方 法： z 在 Category（种类）表中选择 Most Commonly Used(通用)相。 z 在 Primary Method 表中选择 SRK 热力学系统，如图 3-1 所示：
5.关于吸收稳定系统塔板数的改造
¾塔板数确定必须以总体经济效益为依据，不能以单塔的优劣为准，
更不能盲目增加板数
¾各塔适宜板数：
◆ 吸收塔
35~45
◆ 8
◆ 稳定塔
35~45
表 再吸收塔板数对相关参数的影响
板数 干气 C3=浓度(mol％) 塔顶采出量(t/h) 塔釜采出量(t/h)
14
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
图 3-1 单击 ADD 按钮，为处理流程选择热力学方法。（见图 3-2）
图 3-2 在 THERMODYNAMIC DATA 窗口中单击 OK 退出。
15
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
四、指定工艺装置和物流数据（必须）
当需要输入每一个工艺装置或物流所需数据时，可以对其双击，出现 相应的数据输入窗口后进行数据的输入。 另一方法为： z 在选定的单元或物流上单击一次，使之变成高亮的绿色。 z 然后在菜单棒中单击 INPUT，打开 INPUT 菜单。 z 单击 DATA INPUT 选项，出现相应的数据输入菜单。 在流程图上的装置或物流的数据输入没有先后次序，你可以从任何一 流程装置开始。 物流数据 在红色的 YSFQ 物流标识框上双击鼠标，出现下图所示的 STREAM DATA(物流数据)窗口：
14 2.74 16.1 15.5
20 2.74 16.09 15.61
27 36 2.74 2.74 16.0 16.0 15.6 15.6
3
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
6. 影响干气中 C3 含量的主要因素表 影响干气中 C3 含量的主要因
工艺参数
素
干气中C3浓度下降(mol%)
补充吸收剂每增加10t/h
图 4-3
18
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
单击 Change Unit 按钮，返回 Stream Data-Flowrate and Composation 窗口。 z 将压缩富气表中物流成份的摩尔百分比，依次按图 4-4 所示进行 输入：
图 1-3
二、定义组份表
定义组份表用下述两种方式之一：
10
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
z 在工具条上单击苯分子图标 （初次输入前框为红色）进入选择 组份对话框。
z 在屏幕顶部的 INPUT 菜单中，单击 COMPONENT SELECT 选项，出现 SELECT COMPONENT（选择组份）窗口，这时可以输入组份，单击 ADD 或回车，将组份移入 LIST OF SELECTED COMPONENT（选择组 份表），如图 2-1 所示。
0.90
解吸塔进料温度每下降10 ℃
0.75
解吸塔釜温每下降1 ℃
0.52
再吸收油每增加10t/h
0.34
本实例采用双塔流程，工艺流程图如下图所示：
4
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
图 1-1
进口物流成份见下表
压缩富气
组份
MOLE % 组份
H2（氢气） 16．72 IBUTENE
N2（氮气） 10．31 1BUTENE
窗口，并输入 20581，如图（4-2）所示：
17
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
图 4-2 z 在上述窗口单击 UOM 按钮，出现 Convert Unit of Measure（改
变计量单位）窗口，选择气体体积流量单位 M3／hr（每秒立 方米），如图 4－3 所示。 z 在 Basis 数据域选择气体体积（Vap.Vol），在第二个表中选择 M3（立方米），在第三个表中选择 hr（小时）。
9
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
连上为止。再次单击 STREAM 或 ESC 键取消物流状态。（注意：所 有物流都连接好之后，只有流程的入口物流是红色显示） z 缺省情况下，程序自动给出工艺装置和物流的代号，当某装置或 物流（入口物流）未输入数据或输入数据不全，其代号及框为红 色。除入口物流外，其余物流代号及框均为黑色。建好的工艺流 程图见图 1-3。
8
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
整个装置图如图所示
z 在浮动 PFD 图板上单击 STREAM 按钮，在流程图上加上物流线（注 意：只要选择了 STREAM，所有单元图上可能的出口部分都将出现， 出口部分为红色，被连接后变为绿色）。
z 加物流线时，在起点处单击鼠标（装置出口或外部引入物流），然 后在终点处单击鼠标。连续上述操作，直到图上的所有物流线都
第二股进料位置
第一股进料下方板 塔 中 部 从塔釜计，塔高 1/3 处
塔顶 C3 浓度（mol%） 4 2 . 9 4 4 0 . 0 7 4 6 . 6 5 6 0 . 4 3
解吸气量（kg/h） 1 2 2 9 0
8177 9 5 7 3 1 6 2 5 2
2
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
28.00℃
12.000 千克/平方厘米
第二部分：流程建模分析
一、建立流程图
7
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
首先，我们建立一个新的流程： z 从 FILE 菜单中选择 NEW 选项建立视图 1 窗口，窗口如图 1-2 所示。
在这个窗口中，你可以一步步地在 PFD 上选取处理单元、物流线 等，建立一个工艺流程图。
石油馏分
流量（立方米/小时）
20581
温度（℃）
152
压力（PISA）
12
粗汽油
以真实沸点切割出的粗汽油馏分
Percent distillation
Temperature ℃
0.00
41.00
10.00
62.00
30.00
86.00
50.00
111.00
6
流量： 温度： 压力：
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
图 2-1 也可单击 SELECT FROM LISTS 按钮进入 PRO/II 组份数据库，选择所 需组份，如图 2-2 所示。
11
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
图 2-2 z 依次重复上述两步，键入以下组份： H2，N2， O2,CO2,METHANE,ETHANE,ETHYLENE,PROPANE,PROPENE,IBUT ANE,BUTANE,IBUTENE,1BUTENE,C2BUTENE,T2BUTENE,HEXANE,PENTANE, 石油馏分 NBP35、NBP58、NBP72、NBP86、NBP100、NBP114、NBP128、 NBP142、NBP156、NBP170、NBP183、NBP198、NBP212、NBP225、NBP238、 NBP266、NBP280、NBP294、NBP308、NBP322、NBP336、NBP350、NBP358。 输完上述组份后，窗口内容如图 2-3 所示：
PROPENE 16．01 NBP100、NBP114、NBP128、NBP142、NBP156、
IBUTENE 4．89 NBP170、NBP183、NBP198、NBP212、NBP225、
BUTANE 1.53 NBP238、NBP266、NBP280、NBP294、NBP308、
ETHANE 4.58 NBP322、NBP336、NBP350、NBP358 做切割点的
16
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
图 4-1 在 Description 文本框中可以输入物流的描述信息。 红框中是必须输入的数据域，蓝框代表输入好的数据，绿框是 PRO/II 默认的数据。 下面输入物流的流量和成份： z 单击 Flowrater and composition(流量和成份)按钮，出现图 4-2。 z 单击 Total Fluid Flowrate(流体总流量)附选框，激活流量输入
12
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
图 2-3 注意：LIST OF SELECTED COMPONENT（组份选择表）的框已变为蓝色， 表示为用户提供的数据。 这时没有表示仍需输入数据的红框，单击 OK 按钮退出此窗口。
13
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
三、定义热力学方法（必须）
对于计算烃类物质的首选方法是 SOAVE-REDLICK-KWONG 方程，但 SRK 方程对氢气计算误差大。 选择热力学方程的方法如下： z 在工具棒上单击图标 （初次选择前框为红色），你可以在普通
70.00
138.00
90.00
166.00
100.00
185.00
41200.千克/小时
42.00 ℃
12.000 千克/平方厘米
流量： 温度： 压力：
补充吸收剂
以真实沸点切割的馏分
0.00
177.00
10.00
197.00
50.00
228.00
90.00
304.00
100.00
343.00
11700.千克/小时
①塔釜 C2 浓度均设为 0.15％
②单股进料：温度 70℃ ，进料位置塔顶第一板
③双股进料：
第一股温度 36℃，流量为总进料量 1/3
第二股温度 70℃，流量为总进料量 2/3
第一股冷进料位置在塔顶第一板，第二股在不同位置变化
表 解吸塔单、双股进料比较
1
2
3
4
方
案 单股 70 ℃ 双
股双
股双
股
热 进 料 冷热进料 冷热进料 冷热进料
图 1-2 z 参照图 1-1，用鼠标在浮动 PFD 图板上点取相应的工艺装置，放
置在屏幕的适当位置。当在 PFD 图上放置蒸馏塔时将出现一个小 窗口，让你输入塔的层数，并确定是否加上冷凝器和再沸器。例 如定义吸收塔时不需加冷凝器和再沸器，我们就不选 Condenser 和 Reboiler 附选框，只在 Number of theoretical tray（理论层数） 处输入 9。见下图蒸馏塔配置窗口
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
催化裂化装置模拟设计实例
第一部分：问题描述：
本实例是一个用于催化裂化装置中的吸收稳定系统，吸收稳定系 统问题的徵结在于缺乏总体优化，工艺参数偏离最佳值。其中有以下 几个主要成因： 1. 补充吸收剂流量偏低 2. 对解吸塔釜温重要性认识不足，釜温波动过大，严重影响经济效 益 ¾该釜温有一最佳温度：
◆ 低于最佳温度－液化气中 C2 浓度不合格 ◆ 高于最佳温度－造成经济效益严重损失
对百万吨级催化装置，该温度每升高 1℃， 效益损失达 200 万 元/年左右 ¾解决办法：
◆ 根据液化气中 C2 浓度要求，确定最佳釜温 ◆ 对解吸塔釜液 C2 浓度进行分析、监控 3. 工艺控制指标落后
通常干气中 C3 浓度=3％时，对于百万吨级催化装置，干气中 C3= 损失量达：200 ~ 300 kg/h。
O2（氧气） 1．66 C2BUTENE
CO2（二氧 1．77 T2BUTENE
化碳）
5
MOLE % 4．11 2．99 2．75 3．62
METHANE
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
8．99 HEXANE
7．65
ETHYLENE 5．4 PENTANE
3．54
PROPANE 3．48 用标准沸点 NBP35、NBP58、NBP72、NBP86、
建议干气中 C3 浓度< 0.5%.
1
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
4. 关于解吸塔冷热双股进料
① 违反分离基本原理。
◆ 同样组成的物料，最佳进料位置只能在塔顶第 1 板
◆ 双股进料时，两股进料之间的塔板是浪费的
② 双进料方案既不能节能，也难以降低干气中 C3 浓度。
◆ 解吸塔单、双股进料比较的计算规定：
热力学方法、归纳相关系数、液体活性方法、特殊包、用户增加 方法、状态法方程表中进行选择。 z 或者在屏幕顶部单击 INPUT，在菜单中选择单击 THERMODYNAMIC DATA 选项。 PRO/II 允许你指定默认的热力学计算方法系统，例如，默认的 SRK 热力学系统使用 SRK 方程计算气液相平衡常数，液相、气相的热函和 熵，气相密度，以及用 API 方法计算液相密度。 在 THERMODYNAMIC DATA（热力学方法）窗口中选择默认的热力学方 法： z 在 Category（种类）表中选择 Most Commonly Used(通用)相。 z 在 Primary Method 表中选择 SRK 热力学系统，如图 3-1 所示：
5.关于吸收稳定系统塔板数的改造
¾塔板数确定必须以总体经济效益为依据，不能以单塔的优劣为准，
更不能盲目增加板数
¾各塔适宜板数：
◆ 吸收塔
35~45
◆ 8
◆ 稳定塔
35~45
表 再吸收塔板数对相关参数的影响
板数 干气 C3=浓度(mol％) 塔顶采出量(t/h) 塔釜采出量(t/h)
14
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
图 3-1 单击 ADD 按钮，为处理流程选择热力学方法。（见图 3-2）
图 3-2 在 THERMODYNAMIC DATA 窗口中单击 OK 退出。
15
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
四、指定工艺装置和物流数据（必须）
当需要输入每一个工艺装置或物流所需数据时，可以对其双击，出现 相应的数据输入窗口后进行数据的输入。 另一方法为： z 在选定的单元或物流上单击一次，使之变成高亮的绿色。 z 然后在菜单棒中单击 INPUT，打开 INPUT 菜单。 z 单击 DATA INPUT 选项，出现相应的数据输入菜单。 在流程图上的装置或物流的数据输入没有先后次序，你可以从任何一 流程装置开始。 物流数据 在红色的 YSFQ 物流标识框上双击鼠标，出现下图所示的 STREAM DATA(物流数据)窗口：
14 2.74 16.1 15.5
20 2.74 16.09 15.61
27 36 2.74 2.74 16.0 16.0 15.6 15.6
3
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
6. 影响干气中 C3 含量的主要因素表 影响干气中 C3 含量的主要因
工艺参数
素
干气中C3浓度下降(mol%)
补充吸收剂每增加10t/h
图 4-3
18
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
单击 Change Unit 按钮，返回 Stream Data-Flowrate and Composation 窗口。 z 将压缩富气表中物流成份的摩尔百分比，依次按图 4-4 所示进行 输入：
图 1-3
二、定义组份表
定义组份表用下述两种方式之一：
10
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
z 在工具条上单击苯分子图标 （初次输入前框为红色）进入选择 组份对话框。
z 在屏幕顶部的 INPUT 菜单中，单击 COMPONENT SELECT 选项，出现 SELECT COMPONENT（选择组份）窗口，这时可以输入组份，单击 ADD 或回车，将组份移入 LIST OF SELECTED COMPONENT（选择组 份表），如图 2-1 所示。
0.90
解吸塔进料温度每下降10 ℃
0.75
解吸塔釜温每下降1 ℃
0.52
再吸收油每增加10t/h
0.34
本实例采用双塔流程，工艺流程图如下图所示：
4
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
图 1-1
进口物流成份见下表
压缩富气
组份
MOLE % 组份
H2（氢气） 16．72 IBUTENE
N2（氮气） 10．31 1BUTENE
窗口，并输入 20581，如图（4-2）所示：
17
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
图 4-2 z 在上述窗口单击 UOM 按钮，出现 Convert Unit of Measure（改
变计量单位）窗口，选择气体体积流量单位 M3／hr（每秒立 方米），如图 4－3 所示。 z 在 Basis 数据域选择气体体积（Vap.Vol），在第二个表中选择 M3（立方米），在第三个表中选择 hr（小时）。
9
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
连上为止。再次单击 STREAM 或 ESC 键取消物流状态。（注意：所 有物流都连接好之后，只有流程的入口物流是红色显示） z 缺省情况下，程序自动给出工艺装置和物流的代号，当某装置或 物流（入口物流）未输入数据或输入数据不全，其代号及框为红 色。除入口物流外，其余物流代号及框均为黑色。建好的工艺流 程图见图 1-3。
8
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
整个装置图如图所示
z 在浮动 PFD 图板上单击 STREAM 按钮，在流程图上加上物流线（注 意：只要选择了 STREAM，所有单元图上可能的出口部分都将出现， 出口部分为红色，被连接后变为绿色）。
z 加物流线时，在起点处单击鼠标（装置出口或外部引入物流），然 后在终点处单击鼠标。连续上述操作，直到图上的所有物流线都
第二股进料位置
第一股进料下方板 塔 中 部 从塔釜计，塔高 1/3 处
塔顶 C3 浓度（mol%） 4 2 . 9 4 4 0 . 0 7 4 6 . 6 5 6 0 . 4 3
解吸气量（kg/h） 1 2 2 9 0
8177 9 5 7 3 1 6 2 5 2
2
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
28.00℃
12.000 千克/平方厘米
第二部分：流程建模分析
一、建立流程图
7
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
首先，我们建立一个新的流程： z 从 FILE 菜单中选择 NEW 选项建立视图 1 窗口，窗口如图 1-2 所示。
在这个窗口中，你可以一步步地在 PFD 上选取处理单元、物流线 等，建立一个工艺流程图。
石油馏分
流量（立方米/小时）
20581
温度（℃）
152
压力（PISA）
12
粗汽油
以真实沸点切割出的粗汽油馏分
Percent distillation
Temperature ℃
0.00
41.00
10.00
62.00
30.00
86.00
50.00
111.00
6
流量： 温度： 压力：
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
图 2-1 也可单击 SELECT FROM LISTS 按钮进入 PRO/II 组份数据库，选择所 需组份，如图 2-2 所示。
11
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
图 2-2 z 依次重复上述两步，键入以下组份： H2，N2， O2,CO2,METHANE,ETHANE,ETHYLENE,PROPANE,PROPENE,IBUT ANE,BUTANE,IBUTENE,1BUTENE,C2BUTENE,T2BUTENE,HEXANE,PENTANE, 石油馏分 NBP35、NBP58、NBP72、NBP86、NBP100、NBP114、NBP128、 NBP142、NBP156、NBP170、NBP183、NBP198、NBP212、NBP225、NBP238、 NBP266、NBP280、NBP294、NBP308、NBP322、NBP336、NBP350、NBP358。 输完上述组份后，窗口内容如图 2-3 所示：
PROPENE 16．01 NBP100、NBP114、NBP128、NBP142、NBP156、
IBUTENE 4．89 NBP170、NBP183、NBP198、NBP212、NBP225、
BUTANE 1.53 NBP238、NBP266、NBP280、NBP294、NBP308、
ETHANE 4.58 NBP322、NBP336、NBP350、NBP358 做切割点的
16
AOTO 北京中油奥特科技有限公司
图 4-1 在 Description 文本框中可以输入物流的描述信息。 红框中是必须输入的数据域，蓝框代表输入好的数据，绿框是 PRO/II 默认的数据。 下面输入物流的流量和成份： z 单击 Flowrater and composition(流量和成份)按钮，出现图 4-2。 z 单击 Total Fluid Flowrate(流体总流量)附选框，激活流量输入