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1、华东理工大学20152016学年第1学期油气工程软件应用课程论文 2005.4班级：油气122班 学号：10120679 姓名：钟夏昕开课学院：化工学院 任课教师：赵晓军 成绩_论文题目：化工模拟软件应用与发展论文要求：1. 通过查阅大量文献，对目前国内外炼油化工行业软件应用的最新进展归纳总结； 或 2. 自命题对某套装置进行模拟研究分析（所有结果是自己做的，而不是抄袭得到），涵盖所模拟装置目前国内外模拟的进展情况。 第一种情况必须独立完成，第二种情况可最多三人合作完成。教师评语：教师签字： 年 月 日化工模拟软件应用与发展摘要：化工过程模拟与实验研究的结合是最有效和最廉价的化工过程研究方 法
2、.可以大大节约实验成本,加快新产品和新工艺的开发过程.文中综述了化工模拟软件的发展过程,应用领域与开发.对当前流行的国际国内商业化化工过程模拟 软件AspenPlus、ChemCAD、PRO/、HYSYS、Design 、ESCC等进行了全面的介绍.综述了化工模拟软件的研究开发现状及以后的发展方向.根据化工模拟软件的现状对化工模拟软件的发展趋势进行展望。关键词：Aspen Plus；流程模拟；炼油1.前言化工模拟系统又称工艺流程模拟系统，指的是一种计算机辅助工艺设计软件，这种软件接受有关化工流程的输入信息，进行对过程开发、设计或操作有用的系统分析计算1。它是化学工程、化工热力学、系统工程、计算
3、方法以及计算机应用技术的结合产物，是近几十年发展起来的一门新技术，这一技术已成为化学工程设计、原有工程改造优化的强有力工具，得到世界各国重视，特别是在当今能源紧张、自然资源短缺和市场竞争激烈的背景下，人们对化工流程模拟软件的进展、应用和发展趋势的关注更是与日俱增。应用化工流程模拟软件可以节省过去由试验（小试与中试）探索最佳工艺工况条件所消耗的大量资金、时间和人力，该技术能够使我们从整个系统的角度来认识、分析和预测生产中深层次的问题，进行装置调优、流程剖析和过程综合，达到优化生产、节约资源、环境友好和提高经济效益的目的2当今。化工过程模拟软件已经广泛地被应用于炼油，化工，制药，化学等诸多领域。在
4、炼油化工方面常用的化工模拟软件有Aspen Plus，hysys,Pro，ChemCAD，Design等，详情见表1.1表1.1常用的炼油化工模拟软件3软件名公司网址Aspen PlusAspen Techhttp:/Pro Invensys Process Systemshttp:/www.simsci- CADChemStationshttp:/Design WinSimhttp:/ Plus软件介绍、特点及其应用2.1 Aspen Plus软件介绍Aspen plus是AspenTech公司开发的化工模拟软件，由MIT于70年代后期研制开发，1982年由AspenTech公司将其市场化，
5、到目前为止已经有30年的发展历史。先后推出多个版本，不算提高和完善该软件经过20多年来不断地改进、扩充和提高，已先后推出了十多个版本，成为举世公认的标准大型流程模拟软件，应用案例数以百万计。全球各大化工、石化、炼油等过程工业制造企业及著名的工程公司都是Aspen Plus的用户。Aspen Plus提供了单元操作模型到装置流程模拟。这些模型的可靠性和增强功能已经经过20多年经验的验证和数以百万计例子的证实。在整个工艺装置的从研发、工程到生产生命周期中，提供了经过验证的巨大的经济效益。它将稳态模型的功能带到工程桌面，传递着无与伦比的模型功能和方便使用的组合。利用Aspen Plus，公司可以设计
6、、模拟、瓶颈诊断和管理有效益的生产装置。2.2 Aspen Plus特点Aspen具有以下特点：(1)拥有一套完整的单元操作模型，用于模拟各种操作过程，从单个操作单元到整个工艺流程的模拟。(2)具有工业上最适用而完备的物性系统。同时还提供灵活的数据回归系统，使用实验数据来求物性参数，可以回归实际应用中的任何类型的数据，计算任何模型参数。同时物性常数估算系统(PCES)能够通过输入分子结构和易测性质来估算短缺的物性参数，对于模拟流程中含有的新产品往往运用此功能非常有用4。利用Aspen Plus软件提供的物性估算功能，计算发酵液中低浓度1,3-丙二醇分离的中间产物2-甲基-1,3-二噁烷(2MD
7、)的物性，从而模拟分离过程，确定工艺条件，得到理想的产物结果。(3)提供流程模拟所需的多种功能，快速而可靠地收敛流程，便于快速准确的进行流程优化计算。(4)作工艺计算的同时进行经济评价，用户能够估算基建费用和操作费用，进行过程的技术经济评价。经济评价可以应用于任何阶段，从工艺过程的研究开发、设计、工厂建设以及工厂操作过程等。2.3 Aspen Plus在石油化工中的应用 AspenPlus在炼油工艺设计中的应用十分广泛，可以对生产过程各个单元模块进行模拟，基于Aspen Plus的家族产品还能对炼厂运营，油品供应、贸易与分配、区域性规划和成品油销售提供炼厂智能整体解决方案。目前已经在炼油工艺设
8、计中应用 AspenPlus的有5：酮苯脱蜡装置溶剂回收系 统，加氢精制装置流程模拟，加氢裂化装置流程模拟，催化裂化装置分馏、吸收稳定系统，气体分馏装置流程模拟，油田气回收、稳油稳定装置流程模拟，酸水汽提单塔流程，酸水汽提双塔流程，延迟焦化装置主分馏塔系统，催化重整装置预分馏系统，催化重整装置芳烃分离系统，催化重整装置萃取汽提和回收系统，原油脱水及油气回收等。常减压装置常压蒸馏系统等。以Aspen Plus的严格模拟为基础、形成了许多针对炼油化工生产AspenTech家族软件 ,如1998年 AspenTech推出的炼厂智能整体解决方案包括了五个部分6，可全面提升石油企业的盈利能力 ：1) 用
9、于油气生产的 Aspen Upstr；2) 用于炼厂运营的 Aspen Plantelligence；3) 用于油品供应、贸易与分配的 Aspen PetroVantage ；4) 用于区域性规划的 Aspen Regional Planning ；5) 用于成品油销售的 Aspen Retail；杜彬6曾利用 AspenPlus软件模拟扬子石化炼油 LP 和二甲基硫体系的筛板塔精馏过程通建立模型，初步分析了利用该厂低品质蒸汽精馏脱除过程脱除 LP G( 液化石油气 )中二甲基硫的可行性为实际工业化打下了良好础。纪明山7用夹点技术,通过Aspen energy analyzer,对抚顺石化公司
10、石油三厂催化重整装置中预加氢段和预分馏段的换热网络进行了能量分析,找出了用能瓶颈,并优化设计换热网络。优化后,预加氢和预分馏段的公用工程降低3757kW,节能23.5%,达到了降低公用工程用量、增加经济效益的目的。堵祖荫8利用Aspen Plus软件对汽油分馏系统(包括油淬冷、汽油分馏塔、裂解柴油汽提塔和裂解燃料油汽提塔)进行严格的模拟，并初步研究了汽油分馏塔操作条件对塔顶、柴油抽出和塔釜温度影响，它可以作为进行该系统优化，指导设计和生产实践的基础。 陈强等9以乙烯裂解汽油加氢抽提后的C8芳烃为原料，采用超精馏技术，运用Aspen Plus流程模拟软件，通过模拟计算及优化，得出最佳的分离流程及
11、操作条件，项目的各项技术经济指标较好，表明C8芳烃分离工艺采用超精馏技术在技术经济上是可行的。 AspenTech的炼厂智能工简略模型见图2.1 图 2.1 AspenTech的炼厂智能工厂简略模型3.Hysys特点及其应用Hysys软件是世界著名油气加工模拟软件工程公司加拿大Hyprotech公司开发的大型专家系统软件。该软件分动态和稳态两大部分。其动态和稳态主要用于油田地面工程建设设计和石油石化炼油工程设计计算分析10。其动态部分可用于指挥原油生产和储运系统的运行。Hysys在油气工程领域具有极高的精度和准确性。它在世界范围内石油化工模拟、仿真技术领域占主导地位。Hyprotech已有17
12、000多家用户，遍布80多个国家，其注册用户数目超过世界上任何一家过程模拟软件公司。目前世界各大主要石油化工公司都在使用Hyprotech的产品，包括世界上名列前茅的前15家石油和天然气公司，前15家石油炼制公司中的14家和前15家化学制品公司中的13家。2002年美国AspenTech公司将Hyprotech公司收购，Hysys就是AspenTech公司旗下产品了，2004美国Honeywell公司从AspenTech公司买下Hysys软件的产权。Hysys2004为AspenOne的一部分，是Aspen买了Hysys后推出的第一个版本。3.1 Hysys特点 （1）最先进的集成式工程环境：
13、Hysys使用了面向目标的新一代编程工具，使其成为一款集成式工程模拟软件，集成式的工程环境使人们能在一个模拟环境中将流程分为若干个子流程，可大可小。这种集成环境的独到之处是子流程、主流程之间的数据是相互共享的，不须传递 。 （2）强大的动态模拟功能：根据化工流程模拟结果的不同，可以将流程模拟分为稳态模拟和动态模拟。化工流程模拟开发最早是从稳态模拟开始的，稳态模拟的过程对象是输入输出关系，不随时间的推移而变化，而实际生产过程中不可能出现理想的稳态，在实际生产过程中，过程参数会不停地产生波动，最理想的状态也是一种动态的平衡，因此，动态模拟就需要被开发出来以描述这种动态状况。Hysys最大的优势便是
14、动态模拟功能，Hysys的动态模拟是建立在原有稳态流程模拟收敛的基础上，首先定义单元操作的动态数据(如分离器的几何尺寸、液位高度等)并且安装控制仪表，然后就可以进入动态模拟。在动态模拟过程中，可以随时调整温度、压力等各种工艺变量，观察它们对产品的影响以及变化规律。还可以随时停下来，转回静态。由于动态和静态是相同对象的共享，所以动静之间的转换非常容易。HYSYS提供PI控制器、传递函数发生器、数控开关、变量计算表等进行动态模拟的控制单元。PID控制器可完成对任何变量的控制。 （3）DCS接口。HYSYS通过动态链接库DLL与DCS控制系统链接。装置的DCS数据可以进入HYSYS，而HYSYS的工
15、艺参数也可以传回装置。通过这种技术可以实现;在线优化控制;生产指导;生产培训;仪表设计系统的离线调试。3.2 Hysys在炼油化工方面的应用： 1）常减压系统设计、优化；2）FCC主分馏塔设计、优化；3）气体装置设计与优化；4）汽油稳定、石脑油分离和气提、反应精馏、变换和甲烷化反应器、酸水分离器、硫和氢氟酸烷基化、脱异丁烷塔等设计与优化；5）在气体处理方面：可完成：胺脱硫、多级冷冻、压缩机组、脱乙烷塔和脱甲烷塔、膨胀装置、气体脱氢、水合物生成/ 抑制、多级、平台操作、冷冻回路、透平膨胀机优化。4.ChemCAD的特点及应用 ChemCAD是美国Chemstations公司开发的全流程化工流程模拟软件，主要用于对化学和石油工业、炼油、油气加工等领域中的工艺过程进行计算机模拟11，化工过程的工艺开发、工程设计、优化操作和技术改造模拟12,是工程技术人员用来对连续操作单元
