深度好文‖Aspen Plus在炼油中的应用，值得收藏！

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一、油品建模分析

Aspen Plus作为一款超大型工艺计算软件神一般的存在于化工生产中，通过软件的使用可以对化工过程的研发、设计到生产装置中的过程控制、优化生产方案等各个方面所产生的问题进行解答。

下面，我们将初步带领大家认识其在油品建模分析中的应用。

油品的建模分析

1、Aspen Plus软件自带多种计算模板，在应用于不同领域时可以根据需要选取相关计算单位制及计算模式。在炼油计算时，本次选择Petroleum with Metric Units模板进行工程计算。

2、Aspen Plus拥有巨大的组分模型库，其中包含了各种化学组分的热力学、物化数据。Aspen Plus拥有对组分物性缺失估算的能力，同时还具有非纯组分物质的数据拟合功能。通过在组分说明书中键入所需要的组分对原油组分进行建模。

3、通过对油品的TBP、轻端组分、API以及UOP K等数据的键入，Aspen Plus可以对油品数据进行联立方程对油品参数进行初步估算，同时Aspen Plus还可以对TBP、ASTM D86以及ASTM D1160曲线进行换算生成在生产过程中所需要的不同蒸馏曲线。根据轻端组分数据的键入，Aspen Plus可以估算出油品在10%点前的相应蒸馏曲线数据。通过模拟，可以对原油各馏程的收率进行估算。

4、Aspen Plus可以通过将油品中微量组分的特性曲线的键入估算模块中对其所存在含量及其馏程分布进行相应的估算。

例如硫、氢、氧、金属、芳烃、蜡等特性曲线分布。

5、Aspen Plus采用典型热力学性质模型进行估算，通过正确选择热力学估算模型对PVT关系、组分逸度、摩尔体积、密度等热力学性质进行计算，只有选择正确的状态方程计算模块才能将化工馏程模拟的计算结果更贴切于实际生产。本次计算为油品性质估算，因此选用BK10模型进行油品的计算。

6、通过上述的数据键入，我们可以对油品进行初步的估算，通过估算我们可以得出一条完整的蒸馏曲线，同时我们可以对每段馏程的收率进行分析。如下所生成为经Aspen Plus估算后的完整TBP曲线及硫分布曲线，通过与实际生产数据对比，其符合实际生产数据。

使用意义

通过对原油数据的分析、建模以及估算，可以在连续生产过程中遇到原料发生变化时在最短时间内作出工艺参数的调整。同时对原油蒸馏曲线的切割可以得到个产品组分的馏程范围，因此具有对原油蒸馏工艺进行建模设计的可操作性，将生产工艺数字化，提高生产效率。同时在大修过程中对原装置的生产方案优化起到引导作用。

二、常压蒸馏

常减压蒸馏装置被称为炼化企业的龙头装置在企业中占有不可替代的位置。通过使用Aspen Plus的数据化验分析和虚拟组分系统可得出相关原油数据，通过对原油的切割进一步得到相关产品。

本文将简述如何通过Aspen Plus建立常压塔模型的相关方法。

单元操作模型建立

1、通过对原油的性质估算后得出相应TBP蒸馏曲线，在此基础上对常压塔模型进行建立。在模型库（Model Palette）选取塔器模型中石油模块（PetroFrac）。

2、该模块可以设置一至多股进料物流，同时可以设置塔顶气、液及水相分离流股，同时可以设置蒸汽气提采出及中段回流系统，模拟生产装置的实际生产状态。

3、常压塔模型中可以输入理论板数、冷凝器类型、有效相态、塔内压力分布、加热炉类型及可变操作参数的设置。通过调整这些参数，可以得到相应VLE状态，对常压塔进行初步的建模设计。

4、同时常压塔可以通过设置Pumparounds来设计中段回流的操作情况，可以对采出/回流板、流量、热功等进行设置，维持全塔热平衡分布。通过 Strippers设置汽提塔的相关操作参数，对所进行的采出进行定义

5、当上述操作参数输入完成后就可以进行常压塔计算。然而所得出的油品参数并不能满足实际生产的要求，这时我们就需要对相关操作参数进行约束及优化。以常顶汽油为例，我们要求其干点为180℃，因此可以在约束中设置ASTM D86中设置其干点温度为180℃，同时在优化中选择采出率，这样就可以命令软件智能化得出在干点为180℃时的相关生产参数。

6、经过计算最终我们可以得到常压塔各采出流股的TPM等流股信息，同时也可以得到常压塔能耗、塔高、塔径等相关设备参数，在今后的讲解中将逐步为大家列举。

使用意义

通过对常压塔模型的建立可以智能化、准确化以及高速化计算出相应生产数据，预估产品的理化性质，替代原有手算物料平衡的方式。同时通过对常压塔模型的优化可以在有理论数据支撑的条件下对工艺进行改造，告别原有仅依靠生产经验进行操作优化的老方法，科学的降低生产成本，提高产品的产量与质量。

三、萃取精馏

当欲分离组分的相对挥发度较小时可以通过加入一种溶剂使得原有组分的相对挥发度按照所希望的方向进行改变。当被分离物系的强非理想性较大时，可以通过加入另外一种溶剂，降低原有溶剂的浓度，进而降低相互作用力，就可以实现相互的分离，而这种分离手段被称为萃取精馏。

下面，我们将建立以DMF作为夹带剂来分离混合碳四中的单烯烃与二烯烃。

混合碳四的萃取精馏

1、萃取精馏与普通精馏的区别在于精馏时向精馏塔顶连续加入高沸点添加剂，改变料液中组分的相对挥发度，使其更容易进行分离。因此本次设计主旨为RadFrac模块的计算。在Model  Palette中选取相应模块，进行物性系统的建立。

2、在 Components-> specification中输入所涉及到的所有组分，对有争议的组分可以使用Find及 Review进行查验。

3、对于萃取精馏的过程，其液相活度系数使用NRTL模型，而气象组分使用RK方程，因此在物性选择上我们选用NRTL-RK模型。

4、在对组分及物性建立后，就可以对原料进料进行定义，对于原料状态可以在温度、压力及气相分率中选择其中两个进行定义。

5、对萃取精馏塔全局变量、进料及压降进行定义，收敛方式选择强非理想性液体，同时选择板上进料。

6、在进行单元操作模拟时不仅可以进行物料平衡计算，同时可以对精馏塔水力学进行计算及及校核，可以得出塔高、塔径、降液管、溢流堰等相关参数。

使用意义

在进行板式塔校核的时候，设计者一般关注三个参数：最大液泛因子（Maximum flooding factor）、塔段压降（Section pressure drop）及降液管液位间距（Maximum backup/Tray spacing）这三个参数直接影响着精馏塔的操作稳定性，可以通过改变塔径或其他变量对其进行修改。

四、污水气提

在炼厂加工装置生产过程中，都会排放一定量的污水，在这些污水中会混有硫化氢、二氧化碳、氨气等酸性气体。因此，这些污水不能直接排入污水处理厂，炼厂需要对这些污水进行气提，似的其中污染物含量符合要求。

本次内容为通过Aspen Plus对污水气提进行简要模拟。

污水气提建模分析

1、在选择适当的设计模板后，本次设计为强非理想过程，同时设计电解质反应，因此在定义组分时应输入相应电解质组分：NH4+、H+、OH-、HS-、S--等。

2、硫化氢、二氧化碳及氨气等酸性气体的气提过程为强非理想过程，普通热力学方程对该过程的计算结果的正确性并不理想，因此在Aspen Plus中可以选用专用的理想方程APISOUR进行模拟计算。

选用合理物性后，在Chemistry->Global中对相应电离方程进行输入、确认及校正。

3、组分及物性确立后，进行单元操作的选取，在Model Palette中选用相应的分离器、换热器、精馏塔等模型进行流程建模。

4、对精馏塔的设计参数进行设定，理论板数设置为26块，选取热虹吸再沸器不设置冷凝，选取其收敛方式为强非理想型液体，有助于迭代过程收敛。

设置进料方式及进料板位置，同时对精馏塔侧线采出进行定义。

在压力分布中设置全塔的压力分布情况。

5、在进行模拟计算后对精馏塔水力学进行设计及校核，在设定相应的塔板类型、板间距等参数后可以对塔水力学性质进行设计分析。

在得到设计结果后可以对相应参数进行设计校核，校核其压降及最大液泛因子等相关参数。

6、通过计算我们得出相应的组分计算结果，可以通过设计规定取得更精确的设计参数及设计模型。

使用意义

在进行电解质模型建立时，可以使用Aspen Plus自带电解质模型库。通过对库的调用，我们可以直接取得相关电解方程，节省对电解质方程输入的繁琐过程。

本文来源于中国石化天津石化，石化缘整理发布。