第7章Hysys在石油化工領(lǐng)域中的應用

1、1lBoiling point analysis : TBP Curve (True Boiling Point)lAlternate methods : ASTM D86 (atmospheric batch distillation, liquid volume basis) ASTM D1160 (vacuum batch distillation, liquid volume basis) ASTM D2887 (chromatography, liquid weight basis)Crude Assay石油的餾分組成石油的餾分組成1.1.餾分餾分 ：是指用分餾方法把原油分成的：是指

2、用分餾方法把原油分成的不同沸點范圍不同沸點范圍的的 組分組分 石油是一個多組分的復雜混合物，每個組分有其各自石油是一個多組分的復雜混合物，每個組分有其各自不同不同 的沸點的沸點 用用分餾分餾的方法，可以把石油餾分分成不同的方法，可以把石油餾分分成不同溫度段溫度段，如，如200200、200200350350等，稱為石油的一個等，稱為石油的一個餾分餾分 餾分餾分不等同于不等同于產(chǎn)品產(chǎn)品 2.2.餾分與產(chǎn)品的餾分與產(chǎn)品的區(qū)別區(qū)別：石油產(chǎn)品是石油的一個餾分，但餾分：石油產(chǎn)品是石油的一個餾分，但餾分并不等同于產(chǎn)品。石油產(chǎn)品要滿足油品的并不等同于產(chǎn)品。石油產(chǎn)品要滿足油品的規(guī)格要求規(guī)格要求，餾分，餾分要變

3、成產(chǎn)品還必須對其要變成產(chǎn)品還必須對其進一步加工進一步加工 3.3.直餾餾分：從原油直餾餾分：從原油直接分餾直接分餾得到的餾分。它基本保留了得到的餾分。它基本保留了石油化學組成的石油化學組成的本來面目本來面目，如：，如：不含不飽和烴不含不飽和烴，在化學組，在化學組成中含有成中含有烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴等等 4.4.石油中含有的餾分，一般規(guī)定：石油中含有的餾分，一般規(guī)定： 小于小于180180的餾分為的餾分為汽油餾分汽油餾分（也稱為低沸點餾分，輕油或（也稱為低沸點餾分，輕油或 石腦油餾分）石腦油餾分） 180180350350的餾分為的餾分為煤、柴油餾分煤、柴油餾分（也稱中間餾分

4、，（也稱中間餾分，AGOAGO） 350350500500的餾分為的餾分為減壓餾分減壓餾分( (也稱高沸點餾分或潤滑油也稱高沸點餾分或潤滑油,VGO) ,VGO) 大于大于500500的餾分為的餾分為減渣餾分減渣餾分(VR) (VR) naphthanaphthaAtmospheric Atmospheric gas oilgas oilVacuum gas oilVacuum gas oilVacuum residueVacuum residue石油餾分的烴類組成石油餾分的烴類組成 含有含有碳和氫碳和氫兩種元素的化合物稱為碳氫化合兩種元素的化合物稱為碳氫化合物，簡稱為烴物，簡稱為烴(Hydr

5、ocarbon)(Hydrocarbon)石油中烴類的類型及分布規(guī)律石油中烴類的類型及分布規(guī)律 石油中的烴類主要有石油中的烴類主要有烷烴、環(huán)烷烴和芳烴烷烴、環(huán)烷烴和芳烴 原油中一般原油中一般不含烯烴不含烯烴，炔烴更少炔烴更少 paraffinnaphthenearomaticsolefine石油組分分析方法 蒸餾或精餾按體積或質(zhì)量采集液體樣品記錄對應溫度分析各個收集餾出樣品（餾分）性質(zhì) l實沸點（TBP）使用多級間歇精餾設(shè)備在相對較高的回流比下操作而得(體積分數(shù))lASTM D86使用沒有回流的蒽氏燒瓶進行的間歇精餾，通常適用于輕到中等的石油流體(體積分數(shù))lD1160 精餾使用沒有回流的蒽氏

6、燒瓶進行的間歇精餾，通常適用于較重的石油流體曲線可以是常壓的或是校正的減壓條件(體積分數(shù))lD86_D1160結(jié)合了D86 和D1160 精餾數(shù)據(jù)可以校正熱裂化，也能對低于大氣壓力的條件進行減壓精餾(體積分數(shù))lASTM D2887從色譜數(shù)據(jù)分析得來的模擬精餾(質(zhì)量分數(shù))l平衡閃蒸汽化（EFV）恒定大氣壓力條件下，一系列總的氣相與未汽化的液相成平衡實驗數(shù)據(jù)l色譜分析對少量完全汽化的油樣進行色譜分析得來，分析從C6 到C30 的直鏈烷烴、芳香烴和環(huán)烷烴族組成(體積分數(shù)，質(zhì)量分數(shù)，摩爾分數(shù))石油組分復雜，無法完全分析清楚具體組分怎么辦？Oil Characterization將油品實驗分析數(shù)據(jù)近似

7、成一系列不連續(xù)的烴類假組分，由假組分提供軟件流體包（property package）預測油品物性所需的基本數(shù)據(jù)兩個重要參數(shù)： Specific gravity is normally presented in units of oAPI, which is defined as follows: A specific gravity curve, as a function of % distilled, is sometimes establishedlImpossibility to identify all the chemical components present decompo

8、sition of cuts and crude into pseudo-componentslTaking into account the available light-ends analysis : light components (C1 to butanes and pentanes have relatively few isomers and are easily separated from each other and from the crude)lDetermine average NBP, SPGR and MW for each pseudo-componentlO

9、nce the pseudo-components have been generated with all their physico-chemical properties, they are treated by the simulator in exactly the same way as conventional componentslDetermine average NBP, SPGR and MW for each pseudo-componentNBP : based on the TBP curveSPGR : if no specific gravity curve i

10、s available, the SPGR of each cut is computed by assuming that the WATSON K factor (measure of the paraffinicity of a stock) of each cut is equal and equal to that of the crudeMW : based on correlation (NBP, SPGR) if no data available l所需最少信息：l實驗室精餾曲線(任意一種，至少有5點)實沸點（TBP）ASTM D86D1160 精餾D86_D1160ASTM

11、 D2887平衡閃蒸汽化（EFV）色譜分析輕組分(Light End)組成分析數(shù)據(jù)（一般C2 n-C5 ）物性曲線總體性質(zhì)(2/3)分子量、密度、特性因子Kl提供的關(guān)于樣品的信息越多，表征得越精確。原油TBP分析數(shù)據(jù)（Liquid Volume） 輕端分析數(shù)據(jù)主體性質(zhì) Standard Density 29 API Gravity l原油名稱：原油名稱：Raw Crudel油品切割時：選油品切割時：選User Ranges. 切割溫度分布：切割溫度分布： 到 425C (800F)，取，取 20點點 到到 620C (1150F)，取，取5點點 到 720C (1328F)，取2點l定義石油步

12、驟：定義化驗分析提供的信息越多，石油表征越精確提供任何或者所有的總體總體分子量、總體密度、總體特性因子K 都將增加虛擬組分性質(zhì)的精確度還可提供分子量、密度和/或粘度的實驗室曲線實驗室曲線，那會更精確生成虛擬組分在流程中安裝石油定義化驗分析l定義Oil具體步驟：1. 在基礎(chǔ)環(huán)境下定義輕端組分、及原油中存在的其它組分 2. 選擇流體包 （如P-R） 3. 進入Oil 環(huán)境管理器給本次表征（assay name）命名：如Crudel選擇已有的分析數(shù)據(jù)，輸入對應數(shù)據(jù)選擇已有的分析數(shù)據(jù)，輸入對應數(shù)據(jù)（注意單位）（注意單位）Bulk Properties Assay Data Type TBPLight

13、Ends1）輸入輕端組分數(shù)據(jù)l輕端被定義為低沸點純組分，通常涉及那些沸點在C2 和n-C5 之間的組分lHysys輕端有三個選項：忽略忽略：把樣品中的輕端部分作為虛擬組分定義。這是最不準確的方法，所以，不推薦使用。自動計算自動計算：當沒有單獨的輕端分析數(shù)據(jù)，但還想把樣品中的低沸點部分用純組分表示時，選擇此選項。Hysys 只使用在流體包中已經(jīng)選擇的純組分。輸入組成輸入組成：當有單獨的輕端分析數(shù)據(jù)，且石油分析樣品中也含有輕端時選擇此選項。Hysys 會提供一個表格，列出你在流體包中選擇的純組分。這是最精確的表述方法。l輕端組分必須在流體包中定義這些輕端組分，才可以在這里使用必須在流體包中定義這些

14、輕端組分，才可以在這里使用2）輸入總體性質(zhì)（如果提供了樣品的精餾曲線或色譜分析數(shù)據(jù)，總體性質(zhì)可選）摩爾分子量：樣品總體摩爾分子量。該值必須大于16質(zhì)量密度質(zhì)：量密度必須在250 和2000kg/m3之間特性因子K（UOP）必須在8和15 之間總體粘度：兩個參照溫度下，典型值37.78和98.89(100 和210 )密度：單位可以是質(zhì)量密度，API，或規(guī)定重度特性因子K：直鏈烷烴含量的大概指數(shù)。K=(平均沸點)1/3/(sp gr 60F/60F水)總體性質(zhì)質(zhì)量密度質(zhì)：29 API603）輸入物性曲線lHysys 接受不同類型物性曲線：摩爾分子量曲線密度曲線粘度曲線一般使用以下兩種報告之一：獨

15、立分析基準: 物性曲線與精餾曲線并不使用一套共用的化驗分析分數(shù)相關(guān)分析基準: 物性曲線與精餾曲線使用一套共用的化驗分析分數(shù)TBP物性曲線(Distillation)注意單位！注意單位！Liq. Vol.！4. 點擊 Calculate，完成，完成assay計算計算l定義石油步驟：2. 生成虛擬組分生成虛擬組分/調(diào)和油（Cut/Blend）Hysys中的切割/調(diào)和特性是把一個或更多個化驗的內(nèi)部工作曲線分割成虛擬組分。石油表征窗口的調(diào)和表頁提供了兩個功能，把石油切割成虛擬組分并把兩個或更多個化驗調(diào)和成一套虛擬組分。l定義石油步驟：2. 生成虛擬組分生成虛擬組分/調(diào)和油l切割范圍自動切割l定義石油步

16、驟：2. 生成虛擬組分生成虛擬組分/調(diào)和油l切割范圍自定義點 規(guī)定所需的虛擬組分個數(shù)，根據(jù)內(nèi)部權(quán)重方案分配切割比例l定義石油步驟：2. 生成虛擬組分生成虛擬組分/調(diào)和油l切割范圍自定義范圍 規(guī)定沸點范圍和每個范圍的切割數(shù)l定義石油步驟：2. 生成虛擬組分生成虛擬組分/調(diào)和油l切割化驗（Cutting the Assay）化驗計算完后，你就可以把化驗切割成單獨的虛擬組分。1）移到石油表征窗口的切割/調(diào)和表頁。點擊添加按鈕，創(chuàng)建一個新的Blend2）在名稱框中，把名稱從缺省的Blend-1改為Crude。3）從可應用的化驗列表（應該只有一個）中，選擇Crude 并點擊添加按鈕。 （調(diào)和是使用缺省的

17、切割選項，自動切割、計算）4）不使用缺省的自動切割選項，把切割選項改為自定義點數(shù)，修改切割數(shù)為5。l油品切割時：油品切割時：addadd，選，選User Ranges. 切割溫度分布：切割溫度分布： 到 425C (800F)，取，取 20點點 到到 620C (1150F)，取，取5點點 到 720C (1328F)，取2點l3. 在流程中安裝石油關(guān)閉Blend/Cut，返回characterization點Install Oil在在Stream Name列，輸入原料物流名稱：Raw Crude點點Return to Basis環(huán)境環(huán)境, 關(guān)閉窗口，回到關(guān)閉窗口，回到Basis環(huán)境環(huán)境在在c

18、omponents選項卡中已可看到所生成假組分l例1 數(shù)據(jù)要保存好，在后面計算原油加工流程時要用原油分析數(shù)據(jù)輕端分析數(shù)據(jù)-主體性質(zhì) Dependent 餾分切割率與蒸餾曲線相同Independent 餾分切割率與獨立輸入要一次定義好，切換后將清除已輸入數(shù)據(jù)！選擇輸入的曲線，條件在右側(cè)選擇是用1條曲線還是2條曲線進行計算l原油加工流程：預處理換熱常壓爐常壓蒸餾塔減壓爐減壓蒸餾塔l預處理流程：預熱電脫鹽、脫水升溫預閃蒸l原油：例1所表征Raw Crudel名稱：Water 15C， 21600 kg/h (100% water)或者：59F ，47600 lb/hr.l（進入基礎(chǔ)環(huán)境，添加H2O組

19、分）l類型：Heaterl出口：65C (149F)l壓降：50 kPa (7.25 psi) （組成復制與Raw Crude）1. 在PFD添加 Material Stream.2. 改名 Hot Pumparound.3. 點擊 Define from Other Stream 4. 點 Raw Crude5. 只勾選Composition，其它全部 不勾選6. 點 OK，返回，輸入，返回，輸入Hot Pump Around 的溫度、壓力、流量: Temperature 180C，Pressure 200 kPa ，Std Ideal Liq Vol Flow of 175 m3/h. (

20、356F,30 psia and 2.6e+04 barrel/day )從Raw Crude物流復制組成，用于模擬一股高溫油品l類型：Heat Exchangerl出口溫度：算出l壓降：Tube:35 kPa (5 psi) Shell: 5 kPa (0.7 psi)l用于模擬原油與熱油換熱以回收熱量，提高換熱溫度設(shè)定換熱器的設(shè)計規(guī)定：設(shè)定換熱器的設(shè)計規(guī)定： 點點Add，輸入右側(cè)參數(shù)，輸入右側(cè)參數(shù)l模擬電脫鹽罐 類型：Three-Phase Separatorl類型：Heaterl模擬預閃蒸塔（初餾塔）類型：Separatorl模擬常壓塔加熱爐類型：Heatern產(chǎn)生一個物流BubbleT

21、emperature，但只有組成，但只有組成指定BubbleTemperature壓力：壓力： 915 kPa (133 psia) .l給定BubbleTemperature的的Vapour Fraction 以計算 泡點溫泡點溫度度.DeSalter進料應為液相，但有時可能會出現(xiàn)兩進料應為液相，但有時可能會出現(xiàn)兩相，因此增加相，因此增加Balance處理為液相處理為液相l(xiāng)類型：Logicall功能：提供一個通用的熱量和物料平衡的平衡設(shè)備l優(yōu)化預閃蒸塔蒸發(fā)量：優(yōu)化預閃蒸塔蒸發(fā)量：在在Adjusted Variable點擊點擊Select Var，從Variable List彈出列表選擇 To

22、 Preflash Temperature在在Target Variable點擊點擊Select Var，從Variable List彈出列表選擇 Light Prod Molar Flowl通過調(diào)整原油如初餾塔溫度，控制塔頂餾出量輸入數(shù)據(jù)：輸入數(shù)據(jù)：200 kgmole/h (440 lbmole/hr)如果計算出現(xiàn)問題，可試著調(diào)整如果計算出現(xiàn)問題，可試著調(diào)整Maximum Iterationsl模擬的全流程l常壓塔的塔環(huán)境l返回基礎(chǔ)環(huán)境，在Oil管理器下填好下表，估算側(cè)線物流收率lCut/BlendViewTablesOil Distributions Straight Runl輸入常壓塔

23、塔底汽提蒸汽參數(shù)：組分：H2O塔底汽提蒸汽塔底汽提蒸汽Mass Flowl模擬常壓蒸餾塔:類型：Refluxed Absorberl模擬塔頂冷凝器的氣油水三相分離勾選：Water Drawl輸入常壓塔操作壓力：在輸入專家系統(tǒng)中l(wèi)輸入常壓塔的一些初始設(shè)計規(guī)定在輸入專家系統(tǒng)中：只規(guī)定塔頂冷凝器氣相量為0l修改塔的默認設(shè)計規(guī)定：餾出液量（ Distillate Rate ）為150 m3/hl點specs 或monitor或 specs Summary：Distillate Rate： 150 m3/h (22,500 bbl/day !)請注意物流的相態(tài)是液相! 要調(diào)整流率單位！激活 Vap Pr

24、od Rate，流率為0 （這是氣相?。┦筊eflux Ratio失效需確保有效的設(shè)計規(guī)定是： Distillate Rate和Vap Prod Rate點擊Run，可以算出結(jié)果l增加增加AGO SS（常壓抽出油）側(cè)線汽提塔（常壓抽出油）側(cè)線汽提塔：（一定要注意側(cè)線抽出的處理類型一定要注意側(cè)線抽出的處理類型）lSide OpsSide Ops Input Expertsteam stripped side stripperAdd Side Stripperl增加中段循環(huán)取熱增加中段循環(huán)取熱 （AGO PA）：）：Side OpsSide Ops Input Expertpump around

25、side stripperAdd Pump around Stripperl輸入AGO SS和AGO PA的抽出參數(shù)l關(guān)閉Side Ops Input Expertl 進入常壓塔性質(zhì)視圖，DesignMonitorl設(shè)置：設(shè)置：l常壓側(cè)線抽出油：流量常壓側(cè)線抽出油：流量l常壓中段取熱：流量、取熱負荷常壓中段取熱：流量、取熱負荷lAGO汽提蒸汽條件：汽提蒸汽條件：lWork Sheet下設(shè)置下設(shè)置AGO Steam條件：條件：l還要注意輸入組成！組成水為1.0l點擊Run，可收斂！Adding the Diesel Side-Opsl增加柴油Diesel側(cè)線抽出l增加柴油中段取熱l輸入汽提蒸汽參

26、數(shù)輸入汽提蒸汽參數(shù)lWork Sheet下設(shè)置下設(shè)置Diesel Steam條件：條件：l增加煤油側(cè)線再沸汽提塔l增加煤油中段取熱l點擊 Run，完成計算燒焦罐(再生器)提升管反應器原料油(350550)產(chǎn)物油氣催化劑(結(jié)焦)主分餾塔富氣粗汽油輕柴油重柴油重循環(huán)油再吸收塔干氣(H2,C1,C2)解吸塔穩(wěn)定塔吸收塔穩(wěn)定汽油液化氣富吸收油(C3,C4)l液化氣中C2濃度： 2%l液化氣中C5濃度： 3%l穩(wěn)定汽油總C4濃度：4l補充吸收劑流量：40000 kg/hr，40l吸收塔一中流量：50000 kg/hr，返塔溫度35l吸收塔二中流量：50000 kg/hr，返塔溫度35解題步驟解題步驟l輸

27、入已分析出組成的輕端組分l選擇流體包常減壓系統(tǒng)，PR或者GSHysys推薦使用：PRl單元類型：Mixerl單元名稱：MIXER-1l進料物流：YSFQ, JXQ-Rl出料物流：FGJXQl能量流：l說明：JXQ-R為解吸塔頂氣相，是循環(huán)物流，需迭代其組成，目前可設(shè)定其組成、溫度、l壓力與壓縮富氣YSFQ相同，但質(zhì)量流量為0l單元類型：coolerl單元名稱：E305l進料物流：FGJXQl出料物流：FGJXQ1l能量流：QC-E305l壓降：0l規(guī)定：出口溫度 55l單元類型：Mixerl單元名稱：MIXER-2l進料物流：FGJXQ1, XSTDY-Rl出料物流：FGJXQ2l能量流：l說

28、明：XSTDY-R為吸收塔底油料，是循環(huán)物流，需迭代其組成，目前可設(shè)定其組成、溫度、壓力與粗汽油CQY相同，但質(zhì)量流量為0l單元類型：coolerl單元名稱：E306l進料物流：FGJXQ2l出料物流：FedGas1l能量流：QC-E306l壓降：0l規(guī)定：出口溫度 40l單元類型：Separatorl單元名稱：D301l進料物流：FedGas1l出料物流：氣相FQ;液相 NSYl能量流：絕熱l壓降：0l單元類型：Absorberl單元名稱：C301l塔板數(shù)：30；l進料物流： 穩(wěn)定汽油WDQY-S 1; 粗汽油CQY 10; 富氣FQ 30；l出料物流： 頂：吸收氣XSQ；底：吸收塔底油：X

29、STDYl壓力：塔頂：1370 kPa, 塔底：1380 kPal總塔效率：0.3l能量流：l說明：穩(wěn)定汽油WDQY-S為循環(huán)物流，需現(xiàn)作假設(shè)其條件，再進行迭代 現(xiàn)假設(shè)其組成與粗汽油相同，其它條件如下：40，1370 kPa, 40000kg/h點擊 “RUN”，程序應能計算收斂l單元類型：Pump Aroundl單元名稱：PA1-C301l抽出板/返回板: 14/15l流量：50000 kg/hr，返塔溫度35l單元類型：Pump Aroundl單元名稱：PA2-C301l抽出板/返回板: 21/22l流量：50000 kg/hr，返塔溫度35 l單元類型：Recyclel單元名稱：RCY-XSYl進料物流：XSTDYl出料物流：XSTDY-Rl說明：程序應該能自動完成RCY-XSY的收斂計算，使得吸收塔底油收斂l單元類型：Absorberl單元名稱：C303l進料物流： 塔底：XSQ；塔頂：輕柴油QCYl出料物流： 塔頂：FCCGas; 塔底：富柴油FCYl壓力：塔頂：1350 kPa 塔底：1370 kPal塔板數(shù)：30l全塔效率： 0.3l收斂方法改為：Modified Inside/Outsidel能量流：l單元類型：Pumpl單元名稱：P1l進料物流：NSYl出料物流：NSY2l效率： 50%l出口