promax 软件在硫磺回收联合装置的应用

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ProMax软件在硫磺回收联合装置的应用王占顶中国石化集团洛阳石油化工工程公司，河南省洛阳市471003摘要本文使用ProMax软件对酸性水汽提、溶剂再生和硫磺回收等单元进行了模拟计算，通过不同模拟软件模拟结果之间以及模拟结果与标定数据之间的对比表明，ProMax软件在硫磺回收联合装置中可以代替目前使用的Pro/II、ASPEN、Amsim和Sulsim等软件。使用ProMax可以将酸性水汽提、溶剂再生和硫磺回收等单元组合计算，实现全流程的模拟与优化，提高收敛速度及计算的准确性。关键词：ProMax软件硫磺回收全流程模拟优化作者简介：王占顶，工程师，2001年毕业于抚顺石油学院化工工艺专业，现从事脱硫和硫磺回收装置的工艺设计工作。联系电话：0379-64887330，E-mail：wangzd.lpec@sinopec.com。随着中国加工进口高硫原油的持续增长和日渐严格的环保要求，各大炼油企业相继新建或改扩建了硫磺回收联合装置，该联合装置通常包括酸性水汽提、溶剂再生和硫磺回收，用于模拟计算的软件较多，酸性水汽提采用美国模拟科学公司(SimSci)开发的Pro/II软件或AspenTech公司开发的AspenPlus软件，溶剂再生和硫磺回收采用加拿大DBR公司开发的Amsim和Sulsim软件，这些软件虽然基本满足工程设计的需求，但不能组合计算，不能实现全流程的模拟与优化，而美国布莱恩研究与工程公司（BR&E）开发的ProMax软件是基于稳态化工模拟、优化和灵敏度分析的全流程化工模拟软件，提供了一整套的单元操作模型，可将气体脱硫、酸性水汽提、溶剂再生、硫磺回收和尾气处理整合到一个流程文件中模拟计算，提高了收敛速度及计算的准确性。1硫磺回收联合装置组成及特点1.1酸性水和酸性气分散处理的缺点目前，除新建的硫磺回收联合装置将酸性水汽提和溶剂再生与硫磺回收联合布置外，国内大部分脱硫溶剂再生和酸性水汽提分散在主体装置内，这样的设置方式，存在以下主要问题：⑴原料酸性气的质量无法保证脱硫溶剂多点再生，因溶剂使用类型、使用浓度、再生条件等不同，使得酸性气的质量无法保证，主要表现在H2S浓度、烃含量等组分的大幅度变化，严重影响硫磺回收酸性气燃烧炉的正常运转。第10页共10页 ⑵酸性气压力无法保证对于有尾气处理（采用还原－吸收工艺）的硫磺回收装置而言，系统压降一般在0.05~0.06MPa之间，溶剂分散再生，酸性气在输送过程中，由于上游各分散排放点的酸性气操作条件不同，带液量无法控制，而且系统管道存在多个低点，造成集液，使酸性气流动不畅，无法保证硫磺回收对酸性气压力的要求。⑶存在安全的隐患工艺生产装置的脱硫溶剂再生及酸性水汽提分散建于主体装置内，以酸性气的形式输送到硫磺回收装置，整个工艺装置区及系统管带都存在高浓度H2S泄露的安全隐患，由于系统酸性气管道排放集液引起H2S泄露造成的人身伤亡事故时有发生。1.2酸性水和酸性气集中处理的优点酸性水和酸性气集中处理具有下列优点：⑴满足生产需要和环境保护的要求。⑵节省投资和占地。⑶公用工程及溶剂消耗显著降低。⑷系统流程简化。⑸硫磺回收装置及系统可靠性增加。⑹不易发生H2S泄露，工厂系统更安全。⑺联合操作，可统一协调管理。本着污染集中治理、节省投资与占地、综合利用、节能降耗、合理优化等原则，新建炼厂脱硫富溶剂均采用集中再生，全厂酸性水采用集中处理，与硫磺回收联合布置、统一管理，实现全厂酸性气、酸性水处理的安全、稳定、优化、长效。这就需要能将酸性水汽提、溶剂再生和硫磺回收等单元组合起来的软件来模拟计算。2硫磺回收联合装置电算化现状2.1酸性水汽提炼厂含硫污水的主要来源是原油蒸馏装置或二次加工装置各油品分馏塔顶回流罐的排水、油气分离器的冷凝水或洗涤水。它除了含有硫化氢、二氧化碳和氨以外，还含有油、酚、氰等物质，毒性较大，不能直接排至污水处理场，以免影响生化处理的正常操作。目前用来模拟酸性水汽提工艺的主要软件为美国模拟科学公司(SimSci)开发的Pro/II软件和美国AspenTech公司开发的AspenPlus软件，前者采用专用热力学方法包（SOUR酸水系统），后者根据炼厂含硫污水的组成及其理化性质，第10页共10页 将酸性水简化为一种含H2S－CO2－NH3－H2O的四元溶液，H2S－CO2－NH3都是挥发性弱电解质并能以不同程度溶解于水，构成H2S－CO2－NH3－H2O挥发性弱电解质水溶液的化学、电离和相平衡共存体系。AspenPlus软件引入了该体系模型，即酸性水电解质工艺包。以国内某炼厂硫磺回收联合装置酸性水汽提单元为例，用Pro/II8.1模拟计算，酸性水原料性质及净化水产品指标见表-1和表-2，计算数据见表-3。表-1酸性水汽提单元原料性质Table1SourWaterStrippingUnitFeedProperties项目设计指标酸性水流量，t/h120H2S含量，ppm11000NH3含量，ppm5600表-2酸性水汽提单元产品指标Table2ProductStandardofSourWaterStrippingUnit项目设计指标净化水中H2S含量，ppm20净化水中NH3含量，ppm50表-3酸性水汽提单元模拟计算结果Table3OutputofSourWaterStrippingUnitSimulation项目计算值蒸汽单耗，kg/t酸性水157.9净化水中NH3含量，ppm47.3净化水中H2S含量，ppm5.7出塔酸性气流量，kg/h13701.7原料水-净化水换热器热负荷，Mkcal/h7.142净化水空冷器热负荷，Mkcal/h1.651净化水冷却器热负荷，Mkcal/h1.761重沸器热负荷，Mkcal/h9.476塔顶冷凝器热负荷，Mkcal/h5.5366用Pro/II模拟计算酸性水汽提，数据与实际运行基本一致，存在主要问题为：第10页共10页 ⑴计算不出酸性水脱气罐闪蒸气量。⑵没有硫磺回收模块，不能与其组合计算。2.2溶剂再生溶剂再生主要处理各装置干气、液化石油气脱硫以及加氢装置循环氢脱硫产生的脱硫富溶剂，集中再生后贫溶剂返回上述脱硫单元循环使用。目前用来模拟气体脱硫和溶剂再生工艺的主要软件为加拿大DBR公司开发的Amsim软件，但该软件难以建立气体脱硫和溶剂再生完整的循环体系，收敛性有待提高，目前只能进行单体设备的计算，以国内某炼厂硫磺回收联合装置溶剂再生单元为例，富溶剂原料性质及贫溶剂产品指标见表-4和表-5，计算数据见表-6。表-4溶剂再生单元原料性质Table4AmineRegenerationUnitFeedProperties项目设计指标富溶剂流量，t/h233.515MDEA含量，wt%30H2S含量，wt%2.7烃（以C3计）含量，wt%0.11表-5溶剂再生单元产品指标Table5ProductStandardofAmineRegenerationUnit项目设计指标贫溶剂中H2S含量，g/l1.0表-6溶剂再生单元模拟计算结果Table6OutputofAmineRegenerationUnitSimulation项目计算值蒸汽单耗，kg/t富溶剂125贫溶剂中H2S含量，g/l1.0出塔酸性气流量，kg/h17621重沸器热负荷，Mkcal/h14.789塔顶冷凝器热负荷，Mkcal/h6.938第10页共10页 2.3硫磺回收硫磺回收主要处理上述酸性水汽提和溶剂再生产生的酸性气。目前用来模拟硫磺回收工艺的主要软件为加拿大DBR公司开发的Sulsim软件。由于该软件不能兼容气体脱硫、溶剂再生、酸性水汽提等单元的模拟计算，通常只能输入原料酸性气的流量及组成进行计算，也不能计算尾气处理配套的溶剂再生。以国内某炼厂硫磺回收联合装置硫磺回收单元为例，硫磺回收采用“两头一尾”工艺方案，酸性气原料性质及产品指标见表-7和表-8，计算数据见表-9。表-7硫磺回收单元原料性质Table7SulphurRecoveryUnitFeedProperties项目设计指标酸性气流量，kg/h8660.4H2S含量，mol%75NH3含量，mol%14烃（以C3计）含量，mol%2NH3含量，mol%9表-8硫磺回收单元产品指标Table8ProductStandardofSulphurRecoveryUnit项目设计指标备注硫磺回收率，%99.8固体硫磺纯度≥99.5满足GB2449-2006标准中一等品质量标准烟气中SO2浓度为，mg/Nm3≯960满足国家大气污染物综合排放标准（GB16297-1996）表-9硫磺回收单元模拟计算结果Table9OutputofSulphurRecoveryUnitSimulation项目计算值硫磺回收率，%99.9烟气中SO2浓度为，mg/Nm3610酸性气燃烧炉废热锅炉热负荷，kW5754一级冷凝冷却器热负荷，kW1133.7二级冷凝冷却器热负荷，kW626.3第10页共10页 三级冷凝冷却器热负荷，kW342.2一级过程气加热器热负荷，kW300.2二级过程气加热器热负荷，kW248.3尾气处理废热锅炉热负荷，kW1361.7急冷水外排量，kg/h4750蒸汽过热器热负荷，kW2101.6尾气焚烧炉废热锅炉热负荷，kW1191.9一级反应器温升，℃37.1二级反应器温升，℃15.2加氢反应器温升，℃44.23ProMax软件在硫磺回收联合装置中的应用采用ProMax软件对某炼厂硫磺回收联合装置中的酸性水汽提、溶剂再生和硫磺回收组合，酸性水和富溶剂流量及组成相同的情况下，进行模拟计算。计算结果见表-10、表-11和表-12。表-10酸性水汽提单元模拟计算结果Table10OutputofSourWaterStrippingUnitSimulation项目计算值蒸汽单耗，kg/t酸性水161.6净化水中NH3含量，ppm46.3净化水中H2S含量，ppm1出塔酸性气流量，kg/h13684.4原料水-净化水换热器热负荷，Mkcal/h7.39净化水空冷器热负荷，Mkcal/h1.586净化水冷却器热负荷，Mkcal/h1.788重沸器热负荷，Mkcal/h10.536塔顶冷凝器热负荷，Mkcal/h6.137表-11溶剂再生单元模拟计算结果Table11OutputofAmineRegenerationUnitSimulation第10页共10页 项目计算值蒸汽单耗，kg/t富溶剂125贫溶剂中H2S含量，g/l0.8出塔酸性气流量，kg/h11074.2重沸器热负荷，Mkcal/h14.942塔顶冷凝器热负荷，Mkcal/h2.994表-12硫磺回收单元模拟计算结果Table12OutputofSulphurRecoveryUnitSimulation项目计算值硫磺回收率，%99.93烟气中SO2浓度为，mg/Nm3425酸性气燃烧炉废热锅炉热负荷，kW6497.6一级冷凝冷却器热负荷，kW1116.4二级冷凝冷却器热负荷，kW718.1三级冷凝冷却器热负荷，kW368一级过程气加热器热负荷，kW304.4二级过程气加热器热负荷，kW251.6尾气处理废热锅炉热负荷，kW1410.8急冷水外排量，kg/h5304蒸汽过热器热负荷，kW2055.1尾气焚烧炉废热锅炉热负荷，kW1135.4一级反应器温升，℃60.1二级反应器温升，℃19加氢反应器温升，℃48.24模拟数据对比对某炼厂硫磺回收联合装置中的酸性水汽提、溶剂再生和硫磺回收，在酸性水和富溶剂流量及组成相同的情况下，采用不同软件进行模拟计算并对比。4.1酸性水汽提第10页共10页 表-13酸性水汽提单元数据比较Table13ComparisonbetweenPro/IIandProMaxSWSsimulationoutput项目Pro/IIProMax差值绝对差值％蒸汽单耗，kg/t酸性水157.9161.6-3.70-2.34净化水中NH3含量，ppm47.346.31.002.11净化水中H2S含量，ppm5.714.7082.46出塔酸性气流量，kg/h13701.713684.417.300.13原料水-净化水换热器热负荷，Mkcal/h7.1427.39-0.25-3.47净化水空冷器热负荷，Mkcal/h1.6511.5860.063.94净化水冷却器热负荷，Mkcal/h1.7611.788-0.03-1.53重沸器热负荷，Mkcal/h9.47610.536-1.06-11.19塔顶冷凝器热负荷，Mkcal/h5.53666.137-0.60-10.844.2溶剂再生表-14溶剂再生单元数据比较Table14ComparisonbetweenAmsimandProMaxARUsimulationoutput项目AmsimProMax差值绝对差值％蒸汽单耗，kg/t富溶剂1251250.000.00贫溶剂中H2S含量，g/l10.80.2020.00出塔酸性气流量，kg/h1762111074.26546.8037.15重沸器热负荷，Mkcal/h14.78914.942-0.15-1.03塔顶冷凝器热负荷，Mkcal/h6.9382.9943.9456.854.3硫磺回收表-15硫磺回收单元数据比较Table15ComparisonbetweenSulsimandProMaxSRUsimulationoutput第10页共10页 项目SulsimProMax差值绝对差值％硫磺回收率，%99.999.93-0.03-0.03烟气中SO2浓度为，mg/Nm3610425185.0030.33酸性气燃烧炉废热锅炉热负荷，kW57546497.6-743.60-12.92一级冷凝冷却器热负荷，kW1133.71116.417.301.53二级冷凝冷却器热负荷，kW626.3718.1-91.80-14.66三级冷凝冷却器热负荷，kW342.2368-25.80-7.54一级过程气加热器热负荷，kW300.2304.4-4.20-1.40二级过程气加热器热负荷，kW248.3251.6-3.30-1.33尾气处理废热锅炉热负荷，kW1361.71410.8-49.10-3.61急冷水外排量，kg/h47505304-554.00-11.66蒸汽过热器热负荷，kW2101.62055.146.502.21尾气焚烧炉废热锅炉热负荷，kW1191.91135.456.504.74一级反应器温升，℃37.160.1-23.00-61.99二级反应器温升，℃15.219-3.80-25.00加氢反应器温升，℃44.248.2-4.00-9.055模拟数据与部分标定数据对比某炼厂硫磺回收联合装置于2009年11月建成，2010年1月份投产，2010年7月进行了标定。主要工艺参数的模拟数据与标定计算数据进行了对比。5.1酸性水汽提表-16酸性水汽提单元模拟数据与标定数据对比Table16ComparisonbetweenSWSsimulationdataandcalibrationdata项目Pro/II模拟值ProMax模拟值标定值进料酸性水流量，t/h120120115H2S含量，ppm11000110009650NH3含量，ppm560056004955蒸汽单耗，kg/t酸性水157.9161.6159净化水中NH3含量，ppm47.346.335净化水中H2S含量，ppm5.7655.2溶剂再生表-17溶剂再生单元模拟数据与标定数据对比第10页共10页 Table17ComparisonbetweenARUsimulationdataandcalibrationdata项目Amsim模拟值ProMax模拟值标定值进料富溶剂流量，t/h233.515233.515264.55蒸汽单耗，kg/t酸性水125124.6122贫溶剂中H2S含量，g/l1.00.80.75.3硫磺回收表-18硫磺回收单元模拟数据与标定数据对比Table18ComparisonbetweenSRUsimulationdataandcalibrationdata项目Sulsim模拟值ProMax模拟值标定值进料酸性气流量，kg/h8660.48798.18721H2S含量，mol%7574.472NH3含量，mol%1413.315烃（C3）含量，mol%20.50.4硫磺回收率，%99.999.9399.94烟气中SO2浓度为，mg/Nm3610425393急冷水外排量，kg/h475053045255一级反应器温升，℃37.160.162二级反应器温升，℃15.21918加氢反应器温升，℃44.248.251从上述数据对比来看，ProMax软件不仅能够可以将酸性水汽提、溶剂再生和硫磺回收等单元组合计算，而且计算结果与实际生产数据更为接近。6结论通过对比分析，ProMax软件在硫磺回收联合装置中可以代替目前使用的Pro/II、ASPEN、Amsim和Sulsim等软件，可以将酸性水汽提、溶剂再生和硫磺回收等单元组合计算，实现全流程的模拟与优化，提高了收敛速度及计算的准确性。其针对塔和换热器等设备能模拟出大部分工程设计中所需要的物流性质，能良好的兼容WORD、EXCEL等常用工具。针对换热器可关联HTRI等相关的专业软件，为下一步的设备核算、选型提供了充实的数据。此外该软件还用于气体脱硫、液化石油气脱硫醇、NaOH溶液吸收CO2等装置的模拟及优化，能绘制各种参数变化曲线图，给工程设计及实际操作提供了可靠的数据资料。第10页共10页