Aspen_Plus石油炼制过程的模拟解析
Aspen高级班石油炼制过程的模拟剖析
2021年3月29日
ASSAY组分的表征
• 输入蒸馏曲线 • 蒸馏曲线分割为很多个片段 (TBP Cut points) • 每一个片段生成一个虚拟组分每一个虚拟组分的性质
以下列参数的平均值为基础进行估算：
– 分子量 (MW) – 正常沸点 (NBP) – 密度或比重 (API or SG)
1) 油品馏程分析数据的处理； 2) 初馏塔的模拟计算； 3) 常压塔的模拟计算； 4) 减压塔的模拟计算； 5) 计算原油中所含杂质硫在各种产品中的分布。
2021年3月29日
掌握如下新的内容：
• 1) 石油炼制过程蒸馏单元的模拟步骤； • 2) 流程模拟软件中石油馏份的特殊处理方法； • 3) 掌握PETROFRAC单元操作模型的使用； • 4) 产品中杂质分布的计算。
2021年3月29日
复习：建立流程模拟模型的基本步骤
• 确定模拟范围，绘制模拟流程图； • 将已知条件输入相应表格：
– SETUP – COMPONENTS – PROPERTIES – STREAMS – BLOKS。
• 运行模拟计算 • 检查结果
2021年3月29日
油品分析和虚拟组分
目标:
学习输入石油分析数据, 创建调和组分(油品混合), 以及表征石油馏分
2. 在 Assay-Blend 目标管理器下, 创建一个 assay 并且提供一个名称(ID).
3. 在BasicData\DistCurve表中，输入蒸馏曲线 数据.
4. 在BasicData\DistCurve表中，输入油品重度 ，或者在BasicData\ Gravity/UOPK表中，输 入重度曲线或UOPK曲线数据.
(完整word版)Aspen-plus模拟甲苯脱烷基制苯过程
四川理工学院毕业论文Aspen-plus模拟甲苯脱烷基制苯过程学生:＊＊＊学号:1＊**＊专业：化学工程与工艺班级：＊＊＊**指导老师：＊*＊＊四川理工学院材料与化学工程学院二〇一五年六月摘要本文基于甲苯加氢热解法（HDA）脱烷基制苯工艺，建立了Aspen Plus全流程模拟模型。
模型包括混合器、预热器、反应器、精馏塔等模块。
设定操作参数后,通过灵敏度分析工具对操作参数进行优化，提高了产品质量，降低了能耗。
通过对全流程模拟分析，提出了增加变压吸附(PSA）过程来回收循环气中氢气。
采用该过程后,循环气中甲烷含量大大减少，循环气中氢气质量分数达95%，高于原料氢气质量分数。
苯塔是分离工段能耗最大的塔，通过对苯塔进行热泵精馏技术的模拟应用,考察了热泵精馏的节能效果。
采用以塔顶气相为换热介质的塔顶气相压缩式热泵节能效果达74%。
采用以循环水为换热介质的闭式热泵节能效果达68%.结果表明热泵精馏技术是很有应用前景的节能措施。
关键词：HDA；Aspen Plus;优化；流程改造AbstractBased on the pyrolysis (HDA) process， the establishment of Aspen Plus simulation model of the whole process. The model includes a mixer, a preheater, reactor, distillation and other modules。
After setting the operating parameters， sensitivity analysis tool to optimize the operating parameters, improve product quality and reduce energy consumption.Through the whole process simulation analysis, the increase in pressure swing adsorption (PSA) process to be recycled and the hydrogen gas。
炼油模拟技术 aspen应用
Assay(石油)数据库
软件内置的Assay 数据库，包含 194 种石油的分 析数据, 其中有： 来自Phillips 石油数据库的10 种石油 来自文献的184种石油
在 Component Specifications\Petroleum表，查 找Assay 库文件。 和Phillips Petroleum 石油分析数据库的接口，其 中收集了超过250种石油的数据 *
油品的切割
虚拟组分从油品分析数据生成.， 你可以规定切割温 度或切割片段(窄馏份)的宽度； Components\PetroCharacterization\Generation\Cuts 表上，规定切割温度等； 缺省值是40个切割点： 温度范围（F） 点数 增量（F）
100～800
800～1200
油品分析数据计算程序
Version 9 或更新的版本 Version 8 或更老的版本 恩氏蒸馏D86转换实沸点
蒸馏曲线转换方法：
Edmister Edmister-Okamota API187 API194
D2887转换实沸点
蒸馏曲线计算方法（续）
曲线处理选项
初馏点 (Initial boiling point)
原油的实验室蒸馏
平衡蒸发曲线 相当于油品在一定压力与温度条件下一次闪蒸 的汽化曲线，可用于确定油品在不同汽化率时 的温度和油品的泡点、露点温度。 试验温度≤370℃，否则有裂化产生。
蒸馏曲线
蒸馏曲线类型：
恩氏蒸馏ASTMD86、D1160、D2887 实沸点蒸馏曲线TBP（重量基准、液相体积基准） 真空蒸馏曲线Vacuum （重量基准、液相体积基准）
Aspen Plus精馏模拟(塔设计)
Aspen plus精馏模拟实例教程1. Aspen Plus 简介进入Aspen Plus后，出现图1所示的Aspen Plus软件操作界面.图1操作界面构成·标题条：在该栏目中显示运行标识. 在你给出运行名字之前，Simulation1是缺省的标识. ·拉式菜单：Aspen Plus的功能菜单. 这些下拉式菜单与Windows的标准菜单类似.·工艺流程窗口：在该窗口中可以建立及连接所要模拟的工艺流程.·模式选择按钮：按下此按钮你可以关闭插入对象的插入模式，并返回到选择模式.·模型库：在这里列出建立模型可用的任何单元操作的模型..·状态域：显示当前有关运行的状态信息.·快速访问按钮：快速执行Aspen Plus相应的命令。
这些快捷按钮与其它Windows程序的快速访问按钮类似.·Next按钮（N->）：设计过程的任意时刻点击它，系统都会自动跳转到当前应当进行的工作位置，这为我们输入数据提供了极大的方便.2 Aspen Plus模拟精馏简介（1）塔模型分类做塔新流程模拟分析必须先进行简捷塔计算--- 塔的初步设计. 计算结果为理论板数、进料位置、最小回流比、塔顶/釜热负荷. 然后进行塔精确模拟分析，简捷塔计算结果做为精确计算的输入依据. 本文以甲醇-水混合物系分离为例，首先介绍初步设计方法，然后介绍复杂塔模拟计算。
为初学者提供帮助。
Aspen Plus塔模型分类如下表.模型简捷蒸馏 DSTWU、 Distl 、SCFrac严格蒸馏 RadFrac、 MultiFrac、 PetroFrac、 RateFrac（2）精馏塔的模拟类型精馏塔的模拟类型可以分为设计式和操作式模拟计算. 可以通过定义模型的回流比进行设计型计算，又可以定义塔板数进行操作型计算. 本章我们进行设计计算，在下一章中进行操作型计算.（3）设计实例常压操作连续筛板精馏塔设计，设计参数如下[1]：进料组份：水63.2%、甲醇38.6%（质量分率）；处理量：水甲醇混合液55t/h；进料热状态：饱和液相进料；进料压力：125 kPa；操作压力：110 kPa；单板压降：≤0.7 kPa；塔顶馏出液：甲醇量大于99.5 %（质量分率）塔底釜液：水量大于99.5 %；（质量分率）.回流比：自选；全塔效率：E T=52%热源：低压饱和水蒸汽；我们通过这个实例学习Aspen Plus精馏模拟应用.3. 精馏塔的简捷计算·设计任务确定理论塔板数 确定合适的回流比·DSTWU 精馏模型简介本例选择DSTWU 简捷精馏计算模型.DSTWU 可对一个带有分凝器或全凝器一股进料和两种产品的蒸馏塔进行简捷精馏 计算. DSTWU 假设恒定的摩尔溢流量和恒定的相对挥发度·DSTWU 规定与估算内容规 定目 的其它结果轻重关键组分的回收率 最小回流比和最小理论级数 理论级数 必需回流比回流比必需理论级数进料位置、冷凝器、再沸器的热负荷·DSTWU 计算结果浏览汇总结果、物料和能量平衡结果、回流比对级数曲线.3.1 定义模拟流程本节任务：·创建精馏塔模型 ·绘制物流·模块和物流命名1）创建精馏塔模块在模型库中选择塔设备column 标签，如图3.1-1.图3.1-1点击该DSTWU 模型的下拉箭头，弹出三个等效的模块，任选其一如图3.1-2所示.图3.1-2在空白流程图上单击，即可绘出一个精馏塔模型如图3.1-3所示.图3.1-32）绘制物流单击流股单元下拉箭头，选择流股类型，在这里我们选择 material 类型. 选择后得到图3.1-4所示.图3.1-4在箭头提示下我们可以根据需要来绘制流股，其中红色箭头表示必须定义的流股，蓝色箭头表示可选定义的流股，不同的模型根据设计任务绘制. 本例一股进料、塔顶和塔底两股出料，如图3.1-5.图3.1-53）模块和物流命名选择中流股/模块（单击流股/模块），点击鼠标右键，在弹出的菜单中选择 rename stream 或 rename block，在对话框中输入改后的名称，即可改变名称.在这里我们将入料改为FEED；塔顶出料改为D；塔底出料改为L；改变名称后的流程图如图3.1-6所示.图3.1-6至此，本节创建模拟流程任务完成，我们将在N-> 快捷键引导下进入下一步操作.3.2 模拟设置单击N-> 快捷键，进入初始化设置页面，如图3.2-1. 用户可以对Aspen Plus做全局设置、定义数据输入输出单位等.·定义数据输入输出单位Aspen plus提供了英制、公斤米秒制、国际单位制三种单位制. 输入数据可以在输入时改变单位，输出报告则按在此选择的单位制输出.系统自身有一套默认的设置。
化工流程模拟实训：Aspen Plus教程 第10章工艺流程模拟课件
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1
目录
• 10.1 带循环的工艺流程 • 10.2 工艺流程模拟
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2
10.1 带循环的工艺流程模拟
化工流程中的循环回路
大多数化工流程模拟都存在循环回路，存在两种循环： • 组分循环（循环质量和能量） • 热量循环（仅仅循环能量）
Purge
Product
主流程处理顺序
S9
S10
U7
S1
S2
S3
S4
S6
S7
S8
U1
U2
U3
U4
U5
U6
S5
R1
Recycle Stream Guessed R1 S3 S4 S6
Calculation Sequence U1，(U2，U3，U4，U5)，U6 U1，(U3，U4，U5 ，U2)，U6 U1，(U4，U5 ，U2，U3)，U6 U1，(U5 ，U2，U3，U4)，U6
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11
10.1 带循环的工艺流程模拟
撕裂流与计算顺序的关系
在默认状态下，Aspen总是取撕裂流数为最小 时的计算顺序
最小切断物流数时的计算顺序并不一定是最佳 的计算顺序
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12
10.1 带循环的工艺流程模拟
循环工艺流程
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13
10.1 带循环的工艺流程模拟
循环回路流程模拟的解决方法
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19
10.1 带循环的工艺流程模拟
• 输入物流FEED1和FEED2进料条件，模块DIST1 和DIST2参数，运行模拟，控制面板显示错误，流 程不收敛。 在 Control Panel （ 控 制 面 板 ） 中 的 “Flowsheet Analysis（流程分析）”页面查看 默认撕裂流为RECY-H2O、RECYCLE。
ASPEN_PLUS_介绍及模拟实例
ASPEN PLUS的热力学模型（适用体系）
非理想体系——采用状态方程与活度系数相 结合的模型；
原油和调和馏分；
水相和非水相电解质溶液； 聚合物体系。
ASPEN PLUS的热力学模型（状态方程）
• • • • • • • • • • Benedict-Webb-Rubin-Lee-Starling（BWRS）； Hayden-O’Connell； 用于Hexamerization的氢-氟化物状态方程； 理想气体模型； Lee-Kesler（LK）； Lee-Kesler-Plocker； Peng-Robinson（PR）； 采用Wong-Sandler混合规则的SRK或PR； 采用修正的Huron-Vidal-2混合规则的SRK或PR； 用于聚合物的Sanchez-Lacombe模型。
• • • • • • API酸水方法； Braun K-10； Chao-Seader； Grayson-Streed； Kent-Eisenberg； 水蒸气表。
ASPEN PLUS的物性分析工具
• 物性常数估算方法：可用于分子结构或其他易测 量的物性常数（如正常沸点）估算其他物性计算 模型的常数。 • 数据回归系统：用于实验数据的分析和拟合。 • 物性分析系统：可以生成表格和曲线，如蒸汽压 曲线、相际线、t-p-x-y图等。 • 原油分析数据处理系统：用精馏曲线、相对密度 和其他物性曲线特征化原油物系。 • 电解质专家系统：对复杂的电解质体系可以自动 生成离子或相应的反应
目标：塔顶馏出物甲醇纯度>99.95wt%，塔 底水纯度>99.90wt%。
步骤
启动程序
选择单位制和运算类型
用户界面
1. Aspen Plus 的过程流程图
基于AspenPlus模拟的气体多级压缩过程(火用)分析
１１１ 犌犘犛犃 方法 结合多变 能量 头 计 算 式（２），
假定 压 缩 过 程 狆犞犽 的 值 为 常 数，即 多 变 压 缩 过 程
ＧＰＳＡ 方法的焓变计算式为：
狀ａｖ－１
（ ）［（ ） ］ Δ犎
＝
ＨＥＡＤ ηｐ
＝
犣ａｖ犚犜１ 狀ａｖ －１
ηｐ 狀ａｖ
狆２ 狀ａｖ －１ 狆１
（４）
犣ａｖ
＝
（３）
式中：Δ 为摩尔焓变；ＨＥＡＤ 为多变能量头；狀 为多
收 稿 日 期 ：２０１８０８０６；修 改 稿 收 到 日 期 ：２０１８１１１０。 作者简介：郭伟新，硕士 研 究 生，主 要 从 事 催 化 裂 化 装 置 节 能
优化研究工作。 通 讯 联 系 人 ：陈 清 林 ，Ｅｍａｉｌ：ｃｈｑｌｉｎ＠ｍａｉｌ．ｓｙｓｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。 基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （５１７７６２２８）。
的模拟模型选择对比、多级压缩各级间 流变化 分 析及各级间热 回收研究相对较少。
本研究基于 ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ模 拟，应 用 分 析 方 法，进行多级压缩过程 的 节 能 潜 力 分 析，借 助 狆犞 图直观展示多级压缩过程中的理想等温压缩与绝 热压缩出 现 的 压 力 体 积 差 异，定 量 揭 示 压 缩 级 数 增大对多级压缩过程能耗的影响。同时根据多变 压缩过程 模 拟 模 型，分 析 两 种 多 变 压 缩 过 程 模 拟 模型的特 点 及 应 用 前 提，并 基 于 模 拟 数 据 分 析 粗 裂解气多级压缩过程的 变化，揭示多级压缩过 程 中各级热 回收潜力并提出回收利用措施。
关键词：模拟 裂解气 多级压缩 热力学 分析
气体压缩 过 程 广 泛 应 用 于 石 化 工 业 重 点 耗 能 装 置 ，如 催 化 裂 化 和 延 迟 焦 化 富 气 压 缩 ，加 氢 装 置 新 氢 和 循 环 氢 压 缩 ，乙 烯 装 置 裂 解 气 压 缩 等 ，在 装 置 能 耗 构 成 中 压 缩 过 程 耗 能 通 常 占 有 较 大 比 重 ，如 何 有 效提高压缩过程效率对于降低装置能耗意义重大。 根 据 热 力 学 原 理 ，压 缩 过 程 效 率 可 以 通 过 两 类 理 想 的 压 缩 过 程 来 估 算 ，即 等 温 压 缩 和 绝 热 压 缩 ，实 际 过 程处于等温压缩与绝热压缩之间。对于高压缩比过 程 通 常 采 用 多 级 压 缩 ，使 得 压 缩 过 程 更 接 近 等 温 压 缩，以有效实现压缩过程 的 节 能［１］。考 虑 到 气 体 的 压 缩 升 温 ，通 常 设 置 级 间 冷 却 ，尽 可 能 降 低 每 一 级 压 缩的进气温度，提高压缩过程效率。若忽略 中 间冷 却 器 压 力 损 失 ，压 缩 级 数 越 多 ，压 缩 过 程 将 越 接 近 等 温压缩，压缩过程理论能耗也就越小［２３］。
炼油模拟技术 aspen应用
28
8
25
50
1200～1600
4
100
蒸馏曲线的切割
虚拟组分命名
Components\Petro Characterization\Generation 规定命名选项 自动命名：
计算的沸点NBP (如：PC864F） 沸程下限温度（如：PC800F） 沸程上限温度（如：PC900F） 用户选择顺序（如：PC1、PC2…）
通过规定blend 中每个assay 的百分数，由 assay创建blend； 调和基准可以是：摩尔、质量、体积； 需要提供混合分数； 要创建一个blend，至少规定2个assay组分； 一个blend中的 assay的数量没有上限； 报告的蒸馏曲线类型包括：
ASTMD86 ASTMD1160 Vacuum（液相体积基准）
原油的实验室蒸馏
平衡蒸发曲线 相当于油品在一定压力与温度条件下一次闪蒸 的汽化曲线，可用于确定油品在不同汽化率时 的温度和油品的泡点、露点温度。 试验温度≤370℃，否则有裂化产生。
蒸馏曲线
蒸馏曲线类型：
恩氏蒸馏ASTMD86、D1160、D2887 实沸点蒸馏曲线TBP（重量基准、液相体积基准） 真空蒸馏曲线Vacuum （重量基准、液相体积基准）
油品分析数据计算程序
Version 9 或更新的版本 Version 8 或更老的版本 恩氏蒸馏D86转换实沸点
பைடு நூலகம்
蒸馏曲线转换方法：
Edmister Edmister-Okamota API187 API194
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» 曲线处理选项在 Components\PetroCharacterization \AnalysisOptions \ AssayProcedure表上.
2018年10月7日
切割温度
• 虚拟组分从油品分析数据生成. 你可以规定切割温度或切 割片段(窄馏份)的宽度. • Components\PetroCharacterization\Generation\Cuts 表上，规定切割温度等. • 缺省值是40个切割点:
Aspen Plus高级班
石油炼制过程的模拟
2018年10月7日
高级精馏在化工领域的应用
• RADFRAC单元操作模型的应用、收敛方法和参数的 选取；
• 三相蒸馏、萃取蒸馏、共沸蒸馏和反应蒸馏等特殊蒸 馏过程的模拟； • 电解质过程的模拟等。
2018ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ10月7日
石油炼制过程的模拟方法 以一套典型的常减压装置为主线，讲授下列 5 部 分内容：
– 分子量(MW) – 正常沸点(TBP) – 重度或者 Watson UOP K
2018年10月7日
Assays 和 Blends 组分
输入 Assay Data (TBP, D86) 输出
Pseudocomponents
Assay-1 Blend Assay-2 Pseudocomponents
• Edmister-Okamota
• PML – D2887 至 True boiling point • API87
• API94
• TBPWT
2018年10月7日
蒸馏曲线计算方法 (续)
• 曲线处理选项
– 初馏点 (Initial boiling point) • 0.5% (缺省) – 终馏点 (Final boiling point) • 99% (default) – 外延方法 • Probability (缺省) • Quadratic – 锯齿段拟合方法 • Harwell (缺省) • Hermite
2018年10月7日
复习：建立流程模拟模型的基本步骤
• 确定模拟范围，绘制模拟流程图； • 将已知条件输入相应表格：
– SETUP – COMPONENTS – PROPERTIES – STREAMS – BLOKS。
• 运行模拟计算
• 检查结果
2018年10月7日
油品分析和虚拟组分
目标:
学习输入石油分析数据, 创建调和组分(油品混合), 以及表征石油馏分
2018年10月7日
输入油品馏程分析数据 1. 在 Data Browser下面, 选择Components, 然 后选 Assay-Blend. 2. 在 Assay-Blend 目标管理器下, 创建一个 assay 并且提供一个名称(ID). 3. 在BasicData\DistCurve表中，输入蒸馏曲线 数据. 4. 在BasicData\DistCurve表中，输入油品重度 ，或者在BasicData\ Gravity/UOPK表中，输 入重度曲线或UOPK曲线数据. » 虚拟组分将在模拟计算之初自动生成.
1) 油品馏程分析数据的处理； 2) 初馏塔的模拟计算； 3) 常压塔的模拟计算； 4) 减压塔的模拟计算； 5) 计算原油中所含杂质硫在各种产品中的分布。
2018年10月7日
掌握如下新的内容：
• 1) 石油炼制过程蒸馏单元的模拟步骤； • 2) 流程模拟软件中石油馏份的特殊处理方法； • 3) 掌握PETROFRAC单元操作模型的使用； • 4) 产品中杂质分布的计算。
– ASTM D86 – ASTM D1160
– Vacuum (liquid volume)
2018年10月7日
蒸馏曲线计算方法
• 油品分析数据计算程序
– Version 9 或更新的版本 – Version 8 或更老的版本
• 蒸馏曲线转换方法
– ASTM D86 至实沸点 (True boiling point) • Edmister
Aspen Plus 参考资料: • User Guide, Chapter 6, Specifying Components • User Guide, Chapter 32, Petroleum Assays and Pseudocomponents
本章概况 • 表征石油流体的挑战 • 油品馏程数据和性质数据的输入 • 蒸馏曲线的转换 • 生成虚拟组分
Assay组分BasicData \ Gravity/UOPK 表
2018年10月7日
蒸馏曲线 • 蒸馏曲线类型:
– ASTM D86, D1160, D2887 – 实沸点蒸馏曲线 (TBP) (重量或体积基准) – 真空蒸馏曲线 (重量或体积基准)
• 每一个蒸馏曲线至少需要输入4个点.
• 报告中的蒸馏曲线为:
2018年10月7日
Assay组分BasicData \ DistCurve 表
2018年10月7日
重度的规定 • 油品整体重度
– 比重 – API 重度
• 重度曲线
– 比重 – API 重度 API=141.5/SG-131.5
• Watson UOPK 曲线 NBP=(UOPK*SG)3
2018年10月7日
2018年10月7日
ASSAY组分的表征
• 输入蒸馏曲线 • 蒸馏曲线分割为很多个片段 (TBP Cut points) • 每一个片段生成一个虚拟组分每一个虚拟组分的性质 以下列参数的平均值为基础进行估算：
– 分子量 (MW) – 正常沸点 (NBP) – 密度或比重 (API or SG)
• 虚拟组分的流率在流股结果表中报告.
TBP Range (F) 100 - 800 800 - 1200 1200 - 1600
No. of Cuts
Increments (F) 25 50 100
• 油品调和
• 用户自定义的虚拟组分
2018年10月7日
石油的表征
• 石油是烃类化合物和杂质组成的宽沸程的混合物. • 石油或石油馏分的性质取决于它们的组成，但是 其组成难以定量分析 • 石油用虚拟组分(pseudocomponents)来表征, 虚 拟组分是蒸馏曲线上较小的片断. • 每一个虚拟组分的基本性质由下列关联式来计算: