Aspen Plus在深冷净化合成氨工艺模拟中的应十大玩
栏目:行业动态 发布时间:2020-05-06 05:02
许 斌 Aspen Plus正在深冷净化合成氨工艺模仿中的行使 3 Aspen Plus正在深冷净化合成氨工艺模仿中的行使 许 斌 中邦成达工程有限公司 成都 610041 摘要 以Aspen Plus为器械对深冷净化工艺中冷...

  许 斌 Aspen Plus正在深冷净化合成氨工艺模仿中的行使 3 Aspen Plus正在深冷净化合成氨工艺模仿中的行使 许 斌 中邦成达工程有限公司 成都 610041 摘要 以Aspen Plus为器械对深冷净化工艺中冷箱内的气液相平均实行预测算计。算计选用Peng.Robinson 状况方程,通过对二元交互感化参数的回归和改良,取得了合意结果。正在此根蒂上,对采用深冷净化工艺的合 成氨装配实行全流程模仿,琢磨工艺参数蜕化对冷箱及其下逛氨合成编制的影响。 闭头词 深冷净化 流程模仿 冷箱 氢氮比 惰气含量 1 Aspen Plus简 介 Aspen Tech公司的 Aspen Plus是通用型稳态工 艺流程模仿软件。该...

  许 斌 Aspen Plus正在深冷净化合成氨工艺模仿中的行使 3 Aspen Plus正在深冷净化合成氨工艺模仿中的行使 许 斌 中邦成达工程有限公司 成都 610041 摘要 以Aspen Plus为器械对深冷净化工艺中冷箱内的气液相平均实行预测算计。算计选用Peng.Robinson 状况方程,通过对二元交互感化参数的回归和改良,取得了合意结果。正在此根蒂上,对采用深冷净化工艺的合 成氨装配实行全流程模仿,琢磨工艺参数蜕化对冷箱及其下逛氨合成编制的影响。 闭头词 深冷净化 流程模仿 冷箱 氢氮比 惰气含量 1 Aspen Plus简 介 Aspen Tech公司的 Aspen Plus是通用型稳态工 艺流程模仿软件。该软件源于上世 纪 7O年代后期 美邦能源部正在麻省理工学 院机闭 的第三代 流程模 拟软件拓荒 项 目 “流程 工 程 的先 进 编制 ” (Ad. vaneed System for Process Engineering简称 Aspen)o 历程近 30年 的发 展 ,Aspen Plus曾经 成 为拥 有 18840种纯组分、近 1l0个 物性 模子、约 50种单 元操作模子的大型准则模仿软件 。其行使范 围涵 盖了石油、化工、冶金、制药等众个行业。Aspen Plus的性能网罗:①针对工艺流程实行庄重的能量 平均及质料平均算计;②预测操作条款,网罗物 流的流率、构成及本质;③预测设置尺寸;④助 助实行众计划 的比力及策画或操作 的优化 。 2 深冷净化工艺 深冷净化工艺正在上世纪 6o年代 由 Brown&Root 公司⋯拓荒并行使于气头合成氨装配的策画。天下 上首套采用深冷净化工艺 的合成氨装配于 1966年正在 美邦 Unocal氨厂进入操纵。邦内从上世纪 9o年代 引进该技能 ,到 2011年,已有 6套采用深冷净化工 艺的气头合成氨装配进入运转 ,详睹外 1。 深冷净化工艺 的基础原 理 :正在 流程 中设 置冷 箱,以移除合成填充气中的大局限惰性气体和众 余 氮气。因为流程 中筑设 了冷箱 ,以是二段转 化 炉中增加过量 的氛围 ,一段转化 的局限负荷被 移 往二段转化炉 ,一段 转化炉 的操作 温度消重 ,同 时也消重了二段转化炉出口的温度,使扫数转化 工序的操作愈加温和,编制的牢靠性更高。因为 冷箱出口的合成填充气中惰性气体含量很低,气体 外 1 邦内采用深冷净化工艺的合成氨装配 装配名称 蚕高 筹 锦 西自然气化工场合成氨装配 1993 lOOO 中邦核工业筑峰化工总厂合成氨装配 (一化肥) 1993 1000 四川天华股 份有限公司合成 氨装配 1995 1000 乌鲁木齐石化 公司化肥厂合成氨装配 (二化肥) 1997 1000 中海石油化学股份有限公司合成氨装配 (二化肥)2003 1500 中邦核工业筑 峰化工 总厂合成氨装配 (二化肥) 2010 1500 因素愈加纯净 ,使氨合成 回道 的效劳更 高。工艺 流程睹图 1。 过量氛围] 原料自然气 一段转化H 二段转化H 变换与脱碳 l 弛放气 l 图 1 深冷 净化工艺流程框图 正在采用深冷净化工艺 的合成 氨装配 中,冷箱 动作深冷净化工艺 中的主旨设置 ,起 着移除惰性 组分、调节合 成氢氮 比、保障合 成绩劳 的闭头作 用 。分娩实验外 明,冷箱操作 安靖是合 成编制获 得高效劳的闭头。本文借助 Aspen Plus软件对深冷 净化工艺进 行模仿 ,并正在此根蒂上琢磨 工艺条款 蜕化后对冷箱及下逛氨合成编制操作 的影响。 3 物性模子的遴选及参数改良 正在深冷净 化工 艺 中,冷箱 处 于 中压 (2.5 3.0MPa)、深冷 (⋯182 178℃) 的操作条款 , 工艺介 质 中的因素网罗 H 、N 、CH 、Ar,均为 非极性物质。文献 1,2,3中保举采用 PengRob inson状况方程 (以下简称 PR方程)算计仿佛条 件下 的气液相平均。PR方程属于立方型状况方程 , $ 许 斌:高级工程师,总司理助理。1999年结业于浙江大学化学工程专业。现从事工艺策画及处置职业。闭系电线 CI] MICAL ENGI~ ERING DESIGN 化 工策画 2012,22(2) 其基础情势为 : P= 一 裔 b= 0.10778R~ 0.45724a(T)R _ ( )=[1+m(1一 )] m =0.37464 +1.54226w 一0.26992w 搀和端正 : b= b 口= f(口口 )u (1一K ) 式中 ,P为压力 ;V为摩尔体积 ;T为温度 ;T 为 临界温度 ;T 为对 比温 度;P。为fl缶界压力 ;R为 气体 常数 ;K;i为二 元 交互 作 用 参 数 ;(1)为偏 心 因子 。 公式中的二元交互感化参数 K 反应物质之间 的彼此感化程 度 ,是预测二 元 以及 众元体 系气 液 相平均 的闭头参数 。正在 Aspen Plus软件 自带的物性 数据库 中,用 PR状况方程模仿冷箱工况时所需求 的二元交互感化参数不完美,同时软件数据库中 已有的几组 二元交互感化参数 均设 定为 与温度无 闭的参数 ,通过试算剖明,正在深冷工况下其算计 差错较大 ,算计 结果 不行精确 地反 映该 工况下 的 气液相平均情状,以是需求对二元交互感化参数 实行改良和填充 。 本文通过文献 2,4~6网罗了众套二元组分正在 低温下 的的气液 相平均数 据 ,并 以此 为根蒂 ,利 用 Aspen Plus自带的数据 回归器械 ,回归获得需求 的二元交互感化 参数 ,回归 的二元 交互感化参 数 采用温度 函数 的情势。本文正在 Aspen Plus中行使这 些二元交互感化参数对气液相平均弧线实行 预测, 并与参考文献 2,46中测验获得的深冷工况下气 液相平均数据实行对 比,详睹图 2一图 6。 一 钿 嫡 罂 / l、 .. 一 一 / , -~~ 一 . / 、 \ .,l/ / 一,、 、\ / 。 。 。 \ ,/ \ 。 / . 。/ / 、 / ,、 / / 一 :. / / ⋯ 、 2 ÷ ⋯/ 。 / / / // 液相氢含量 图2 H -N 气液平均预测 弧线及测验数据 喇 如 橱 r,1=■ h I . = 兰三:- J r_ __==:=: 广:_一=:: 广_ !=. ::= I 1 \ /E== ⋯ \ ⋯⋯ / 。1 /. 翻 赴 橱 罂 / / / ■ l I : /. - _ _ _ - . . , _ - . ● - . , - 液相氲含量 图 3 H Ar气液平均预测 弧线及测验数据 液相氩含量 图4 N:-Ar气液平均预测弧线及测验数据 亡= 露零 / /l / / / / / } / / / / / / / // / 液榴甲烷含量 图5 N -CH 气液平均预测弧线及测验数据 一 一 , J1 1.、. 嘲舡 许 斌 Aspen Plus正在深冷净化合成氨工艺模仿中的行使 5 叫 箍 娶 结果剖明,遴选 PR状况方程算计二元编制的 气液相平均时,通过改良二元交互感化参数,其 预测算计 的结果与测验数据基 本吻合 ,改良后 的 PR方程模子实用于深冷工况的模仿算计。 4 流程模仿及工况理解 完满物性模子后 ,先 后对 邦内两套采 用深冷 净化工艺 的合成 氨装 置实行模仿算计 ,并 将合成 氨装配 A、B冷箱模仿结果与原策画值实行对 比, 结果详睹外 2、外 3。 从外 2、外 3可能看 出,Aspen Plus的算计结 图6 Ar.CH 气液平均预测弧线及测验数据 果与专利商 的原策画值分歧很小。 外 2 合成氨装配 A冷箱模仿 结果与原策画值 的对 比 外 3 合成 氨装配 B冷箱模仿结果与原策画值的比照 正在告捷模 拟冷箱的根蒂上 ,对 合成氨装 置进 行全流程模仿 ,要点理解冷箱人 语气氢氮 比对 冷 箱和下逛合成编制的影响。 为便于比力,正在模仿流程中起初做如下假定: ①除冷箱 (及前编制)的操作压力差别外,两套装 置的其余工 艺操作条款 (包 括原 料气流量、成 分 等)均不异;②工艺氛围流量消重后,原料自然气、 合成轮回气的流量均不蜕化,一段转化炉出口操作 温度稳定;③合成填充气 (冷箱出语气)的氢氮比 永远管制正在约 3.0;④假定氨合成回道的策画有足 够的余量 ,能适合高惰性气体含量的操作。 模仿结果睹外 4、外 5。 图7和图8永诀示意冷箱出语气中的惰性气体 含量 以及装配氨产量与冷箱人 口氢氮比的闭联 。 从模仿结果可能看出: (1)工艺氛围 的加 入量省略后 ,跟着 冷箱人 语气氢氮 比的弥补 ,冷箱 出 语气 中的惰 性气 体含 量升高 ,从 而直接变成 合成 回道 中惰性气体 的积 累 ,使合成绩劳消重 ,装配的氨产量降落。 (2)人 口氢氮 比相 同,十大玩彩信誉平台正在 27.1bar(A)压力 下操作的冷箱出语气中的惰性气体含量更低。 (3)冷箱出语气中惰性气体含量随人丁氢氮 比增大而升高的趋向瑕瑜线性的。当人 口氢氮比 升高到 2.05以上 ,冷箱 出 口惰性气体含量增 长的 速率极疾。操作时应防备,压力较高时,这种趋 势愈加明白 。 6 CHE ⅡCAL ENGINEERING DESIGN 化 工 设 计 2012. 22(2) 外 4 32.1bar(A)压力下冷箱入 口氢氮 比弥补对装 置产 量的影响 0.750 0.650 0.550 托 0.450 差 0.350 0.250 0.150 =:==嗍 P- 2 7 lhaⅢ r( A) // 一 . . j / } / / - 口. 一 一 1.95 2.O0 2.05 2.08 2.10 2.15 冷箱 入语气氢氮 比 图7 合成填充气中惰性气体含量与冷箱入语气 氢氮比的闭联 64.0 63. 63.0 62.5 《 62.0 61. 61.0 60.5 60.0 59.5 . . . 一P=32.1bar(A) - 、、 ~ 一 l3b r(^l \\ \ \ 1.95 2.00 2.05 2.08 2.10 2.i5 冷箱 入 语气氧 氮比 图 8 液氨产量与冷箱入语气氢氮比的闭联 5 结语 历程物性参数改良,Aspen Plus可较好地行使 于深冷净化 流程 的模 拟。流 程模仿 结果外 明:人 口氢氮比直接影 响冷箱 出 语气 中的惰性气 体含量 及合成编制 的效劳 。冷箱人 口氢 氮 比越高 ,出 口 气中的惰性气体含量就越高,且惰性气体含量随 人 口氢氮 比增 大而升高 的趋 势瑕瑜线性 的。对 于 采用深冷净化工艺的合成氨装配,其合成编制的 策画才具有限,正在现实操作中冷箱人 语气的氢氮 比不宜高于 2.05。 参 考 文 献 l Aspen用户手册 ,Aspen Physical Property System. 2 Vaporliquid equilibrium in binary and ternary mixtures of nitro- gen,argon,andmethane,Zhangli Jin,KunyuanLiu,Wangwang Sheng,J.Chem.Eng.Data,1993,38(3):353355. 3 徐福根等,以PR方程为根蒂的氧 一氮 一氩编制气液平均 算计及正在空分操作中的行使 [J].气体离别 ,2006 (6). 4 Liq u idvapour equilibrium for hydrogen + nitrogen at tempera tur es from 63 to l10 K and p~ssur es to 57 MPa.The Jour nal o f ChemieM Thermodynamics,Volume 10, Issue l1, November 1978,Pages 10891100,W.B.Streett,J.C.G.CMado. 5 Liquid- - vapour equilibria research O11 systems o f interest in cryo- genics a survey,Cryogen i cs,Volume 13,Issue 10,October 1973, Pages 575-599, J.Kidnay,M.J.Hiza,R C Miller. 6 Liq uid- - vapor equilibr ium in the system H2一Ar at temp e ratures fr om 83 to141 K and pr essur esto52 MPa,Fluid PhaseEq u ilib ria,Volume2,Issue4,1979,Pages275282,J.C.G.Cal ado,W .B. Streett. 7 Vap our-liq uid equilibria for cryogenic mixtures, Cr yogenics, Volume l 1,Issue 2, Apr i l 1971, Pages l 14 119, E.R Ba面a.工 M.Prausnitz. (收稿 日期 20120111)