PRO/Ⅱ软件在硫磺回收中的二次开发应用曲晓廉1,邹德东2(1、齐鲁石化胜利炼油设计院,山东淄博 255434;2、中国石化股份公司齐鲁分公司胜利炼油厂,山东淄博 255434) 摘 要:硫磺回收装置的设备需要有较大的操作弹性。
针对其过程气进口压力低,手工计算难于进行严格的全程压降计算,现以PRO/Ⅱ软件为开发平台,通过扩充数据库和建立模拟流程,成功地将其用于硫磺回收装置的设备选型和核算,为工程设计提供了先进的计算手段。
关键词:硫磺回收;专用软件;开发应用;设备选型中图分类号:TP311.52:T Q125.116 文献标识码:B 文章编号:1009-1904(2004)01-0028-03 随着我国加工进口高硫原油量的逐年增加,各大炼油企业为达到新环保法规的要求,均新建、扩建改造了硫磺回收装置,这为硫磺回收新型工艺的开发和新技术的引进,以及消化吸收和应用创造了有利条件,也为硫磺回收装置设计水平的提高及其软件的开发应用带来了良好的机遇。
1 制硫原理和硫特性1.1 制硫原理酸性气工业制硫分为制硫炉内高温热反应和转化器内低温催化反应两部分。
1、高温热反应酸性气在制硫炉内高温条件下,部分先被O 2氧化成S O 2,其余的再与S O 2反应生成元素硫,主要进行的反应如下:H 2S +32O 2O 2+H 2O +519.2k J (1)2H 2S +S O 232S 2+2H 2O -42.1k J (2)高温条件下这两个反应的速度很快,一般可在1s 内完成,H 2S 转化率可达60%～70%。
2、低温催化反应低温催化反应是在转化器内的催化剂床层上进行,反应式如下:2H 2S +S O 23xS x +2H 2O +93k J (3)由于该过程为放热反应,从理论上讲,反应温度越低,转化率越高。
但是,反应温度低于硫露点时,会有大量液硫沉积在催化剂表面,使其失去活性,为此催化反应温度一般控制在170～350℃。
随着制硫技术水平的提高,催化反应也可在硫露点以下进行,如C BA 法和MCRC 法等。
高温热反应和一级催化反应的硫回收率一般在75%～90%,为了提高硫回收率,工业上常采用增加转化器数量、转化器之间设置冷凝器分离液硫,以及逐级降低催化反应温度等措施。
1.2 硫的特性元素硫有其特殊的复杂性,如液态和气态中的硫都是不同硫组分的混合物。
液态硫是S 8环状和S n 链状聚合物的混合物,n 值可以达到相当大。
硫蒸气是由S 1至S 8八种组分组成,温度高于700K 时气体中主要是S 2,700K 以下时则以S 6、S 8为主[1]。
在工程上以S 2、S 6、S 8三种组分的含量来描述硫已能满足设计精度要求。
各种硫组分间转化的反应热较大,见化学方程式(4)～(6)。
3S 26+272.2k J (4) 4S 28+404.4k J (5) 4S 68+124.5k J(6)液硫的黏度与硫的分子结构有关。
如纯液硫在160℃左右形成长链聚合物S n ,其黏度会突然升高到近100Pa ・s ,而含有饱和硫化氢的液硫黏度最高仅为约0.2Pa ・s 。
2 硫磺回收装置设备选型电算化现状高温热反应的制硫过程气在冷凝冷却过程中,元素硫从S 2逐渐变为S 6、S 8,其摩尔流量也随之变小。
期间又有硫组分间转换的热量变化,低温部分・82・硫磷设计与粉体工程S P &BMH RE LATE D E NGI NEERI NG2004年第1期表1 模拟数据与设计数据的对比名称换热面积/m 2热负荷/kW 硫冷凝量/kg ・h -1设计模拟设计模拟偏差/1设计模拟偏差/1废热锅炉7027121716017096-0.37%一级冷凝器49251431482974-5.53%67946774-0.29%二级冷凝器47048415691502-4.27%285228780.91%三级冷凝器4923391003990-1.30%8518520.12%气-气换热器3261726706750.75%合计10497105040.07% 注:偏差=(模拟数据-设计数据)/设计数据。
还有相变,整个过程非常复杂。
目前国内用于该过程设备选型计算的软件,尚未见报道。
Sulsim 流程模拟软件是加拿大S U LPH UREXPERTS AND DBROBI NS ON 公司开发的用于硫磺回收过程模拟的专用软件,在我国新建的硫磺回收装置设计和装置标定考核中起着重要作用。
但该软件没有设备选型及核算功能,因而使用范围受到了很大的限制。
由于缺乏设备选型计算软件,目前硫磺回收装置设备选型计算还是依赖手工计算确定总传热系数,再由热负荷和温差计算换热面积。
这样做带有较大的局限性:由于受上游装置负荷变化影响,硫磺回收装置的设备需要有较大的操作弹性,不管传热系数取值过大或过小,均难于满足这种负荷波动要求;再者,由于硫磺回收装置入口压力低(一般为0.05MPa ),手工计算难于进行严格的全程压降计算。
由此可见,开发硫磺回收装置设备选型计算软件已是当务之急。
3 开发平台和开发内容3.1 开发平台PRO/Ⅱ软件是美国模拟科学公司(SimSci )开发的大型工艺流程模拟通用软件,主要用于新建装置设计、老装置的调优操作和技术改造,并为新工艺流程开发研究提供工艺包的主要内容。
该软件有如下优点:①数据库较齐全,软件的适用能力强,硫磺回收高温热反应温度在1200℃以上仍适用;②界面友好,数据库为开放式,用户可根据实际情况自行修改或添加数据库。
经多方案比较,确认PRO/Ⅱ软件为开发平台。
3.2 PR O/Ⅱ软件二次开发简介PRO/Ⅱ软件在国内各大石化企业和设计单位均有较好的应用业绩和开发业绩,常规的开发工作是用户建立专用的单元操作模型如反应器模型等,并选用正确的热力学模型,即可通过流程模拟计算来满足工程需要。
对于硫磺回收模拟计算来说,由于PRO/Ⅱ软件中缺乏S 2、S 6及S 8的物性数据,还需建立完整的硫组分物性数据库,再做常规的开发工作。
二次开发的内容如下。
1、扩充PRO/Ⅱ数据库为了满足模拟计算对物性数据的需要,先后建立了S 2、S 6及S 8的物化性质数据库和不同温度下的饱和蒸汽压数据库、气体和液体的热焓数据库、潜热数据库、密度数据库、气体和液体的黏度数据库、气体和液体的导热系数数据库等30多个数据库。
其中为了满足热负荷计算的需要,根据硫组分随温度的变化而变化的特性,还建立了特殊的焓—温曲线模型,解决了热负荷计算不准确性等问题。
2、模拟流程的建立及调试数据库扩充工作完成后,建立了专用的单元操作模型和流程模拟模型,并调试通过。
4 模拟数据与设计和标定数据的对比4.1 与设计数据的对比某80kt/a 硫磺回收装置采用一段高温热反应、两段催化反应硫回收工艺。
该流程中采用高温搀和达到一级催化反应温度,利用一级转化器出口过程气换热方式达到二级催化反应温度,废热锅炉产生3.5MPa 中压蒸汽,一级、二级和三级冷凝器产生0.3MPa 低压蒸汽。
主要工艺参数的模拟数据与设计数据对比见表1。
4.2 模拟数据与标定数据的对比1、该80kt/a 硫磺回收装置采用了Sulsim 软件进行了标定,主要工艺参数的模拟数据与标定计算数据对比见表2。
2、某硫磺回收装置于1988年12月建成,1991年11月份投产。
该装置采用一段高温热反应和两段催化反应工艺,采用两级高温搀和达到两级催化反应温度。
该装置于1998年6月进行了标定(当时因故没有进行设备核算),硫冷凝量的模拟数据与・92・2004年第1期曲晓廉,等1PRO/Ⅱ软件在硫磺回收中的二次开发应用钢质硫酸容器防腐蚀的电化学阳极保护田玉林(天津大港油田集团公司设计院,天津 300280) 摘 要:腐蚀环境中电化学阳极保护的应用领域很窄,它对仪器设备、调试运行以及电流控制都有严格的要求。
介绍了电化学阳极保护的原理、主要参数的控制和适用范围等,建议有关部门制订技术规范。
关键词:防腐;阳极保护;硫酸;建议中图分类号:TG 174.451 文献标识码:B 文章编号:1009-1904(2004)01-0032-031 概述众所周知,硫酸、盐酸、硝酸及磷酸等无机酸对钢铁的腐蚀是强烈的。
根据试验数据,酸溶液对钢铁的腐蚀主要取决于其浓度及温度,现将硫酸、盐酸溶液随浓度变化对碳钢的腐蚀速率[1]列于表1。
酸液的储罐和输送管道采用耐腐蚀材料,常用的非金属材料有塑料、硅质材料、石墨和玻璃钢等。
就硫酸而言,稀硫酸和浓硫酸的腐蚀机理是截然不同的,酸温的高低对腐蚀速率的影响较敏感;在较低的温度下碳钢耐浓硫酸腐蚀,若温度稍高宜采用不锈钢(316L ),并应采用阳极保护;稀硫酸对碳钢的表2 80kt/a 硫磺回收装置模拟数据与标定数据对比名称换热面积/m 2热负荷/kW 硫冷凝量/kg ・h -1标定模拟标定模拟偏差/1标定模拟偏差/1废热锅炉7027121307513030-0.34%一级冷凝器49249620511937-5.56%53485340-0.15%二级冷凝器470406684656-4.09%180418080.22%三级冷凝器492416903877-2.88%379377-0.53%气-气换热器326346705688-2.41%合计75317525-0.08% 注:偏差=(模拟数据-标定数据)/标定数据。
设计数据的对比见表3。
从上述数据的对比可以看出,硫冷凝量最大偏差为-3.02%,热负荷最大偏差为-5.56%,说明所建硫组分的饱和蒸汽压数据库和焓—温模型是准确表3 某硫磺回收装置硫冷凝量的模拟数据与标定数据对比名称硫冷凝量/kg ・h -1标定模拟偏差/1一级冷凝器921944 2.50%二级冷凝器562545-3.02%三级冷凝器263262-0.38%合计17461751-0.29% 注:偏差=(模拟数据-标定数据)/标定数据。
的,可以满足工程设计中对设备选型计算的要求。
5 结论1、由上对比可见,开发的硫磺回收工艺流程模拟软件可以满足工艺包编制和工程设计的要求,达到了开发目的。
2、该软件开发应用成功,改变了硫磺回收装置设备选型采用手工计算的局面,其技术水平在国内居于领先。
3、我们拥有的这项专有技术,为提高硫磺回收装置设备选型的工效、优化设计方案、节省工程投资和满足生产需要提供了可靠的工程设计工具,为硫磺回收新工艺的开发提供了先进的模拟计算手段。
参考文献:[1] 朱利凯,主编.天然气处理与加工.北京:石油工业出版社,1997:173.作者简介:曲晓廉(1965-),女,山东莱州人,高级工程师,一直从事炼油设计和技术管理工作。
(收稿日期:2003-10-28)・03・硫磷设计与粉体工程S P &BMH RE LATE D E NGI NEERI NG2004年第1期Design of Pne umatic Conveyi ng Syst e m of M ela mi ne Pla nt MA Wei 2cang (China Hualu Engineering C om pany ,X i ’an 710054.China )Abstract : S ince the sale of melamine product is getting better both at home and abroad ,s ome domestic urea factories strive to be the first tobuild the melamine plant.C ombined with the plant design of melamine production technology of im proving gas phase quenching cooling method that is developed by Huaye Scientific Development Ltd.,C o.of Tsinghua University ,the pneumatic conveying systems of melamine product and catalyst as well as their main equipment are introduced.K ey w ords : melamine ;catalyst ;pneumatic conveying system +process +equipmentSecon da ry Develop me nt Ap p lication of PRO/I I Sof twa re f or S ulf ur Recove ryQU X iao 2lian 1,Z OU De 2dong 2(1、Shengli Oil Refining Design Institute of Qilu Petrochemical ,Z ibo 255434,China ;2、Shengli Oil Refining Factory of SI NOPEC Qilu Subsidiary C om pany ,Z ibo 255434,China )Abstract : The equipment for sulfur recovery requires a wide operating range.In view of low gas inlet pressure and the difficulty of using hand calculation to accurately calculate the pressure drop for the entire flow ,the PRO/II s oftware is success fully used as a development plat 2form in the equipment selection and calculation for sulfur recovery by expanding database and making simulate flow m odel ,which provides an advanced calculation means in the engineering calculation.K ey w ords : sulfur recovery ;special s oftware ;development application ;equipment selectionElect roc he mical A nodic Prot ection f or Cor rosion Prot ection of St eel S ulf uric Aci d Vess elT I AN Y u 2lin (Design Institute of T ianjin Dagang Oilfield G roup C o.,T ianjin 300280,China )Abstract : E lectrochemical anodic protection in corrosive environment is applied in a narrow field ,and it has strict requirements on equip 2ment ,testing and current control.The electrochemical anodic protection theory ,control of main parameters ,applicable area ,etc ,are intro 2duced.I t is suggested that technical codes should be stipulated by concerned authorities.K ey w ords : corrosion protection ;anodic protection ;sulfuric acid ;suggestionM atc hi ng of Phosp hat e Ore Air Swep t Mill L i ne rs a n d St eel B all M at e rialsLIU Y ou 2yi (Phosphate Fertilizer Factory of SI NOPEC Nanjing Chemical Industrial C o.,Ltd.,Nanjing 210048,China )Abstract : <2200mm ×4400mm air s wept mill is widely used in the phosphate fertilizer industry as a phosphate ore processing equipment ,which requires frequent maintenance and the liner and steel ball are subject to great wear.In order to minimize maintenance and achieve longer overhaul interval ,a test is done for the material matching between the liner and steel ball.The results show that the best matching is achieved between ZG Mn17Cr2M o liner (substituting ZG Mn13)and low chromium steel ball (substituting ZG 25).The air s wept mill overhaul interval is prolonged from 1a to 1.5a ,and the production capacity is increased from 10.32t/h to 12.13t/h ,steel ball wear is reduced by approximate 2ly 20%,and the economic benefit is obvious.K ey w ords : air s wept mill ;phosphate ore processing ;liner ;steel ball ;material matching ;effectOp e rati ng Practice of Aci d Pla nt wit h Wast e S ulf uric Aci d a n d S ulf ur Fee dsZE NG Y an ,X I A Li 2ping (Second Petroleum Factory of SI NOPEC Fushun Petrochemical Branch C om pany ,Fushun 113004,China )Abstract : The by 2product waste sulfuric acid from sulfuric acid alkylation is viscous and contains many im purities ,it must be treated forcom prehensive utilization.The process flow and operation of the acid plant based on such waste sulfuric acid and sulfur recovered in the sulfur recover unit ,especially the control of furnace gas process parameters are introduced.Existing problems in the production are analyzed and s o 2lutions are proposed.K ey w ords : sulfuric acid production ;waste sulfuric acid +sulfur ;operation ;summaryAp p lication of PB F B elt Vac u um Filt e r i n TA Resi d ue Dewat e ri ngHEJian 2zong ,Y IN Qing ,W ANG Zhe 2ming (Water Factory of Y angzi Petrochemical C o.,Ltd.,Nanjing 210048,China )Abstract : The application of P BF belt vacuum filter in T A residue dewatering is introduced.M odification measures and areas of im provementduring the operation of the equipment are proposed.I t is considered that the P BF belt vacuum filter provides a positive and effective means in the T A residue dewatering in PT A wastewater.K ey w ords : vacuum filter +belt ;T A residue ,dewatering ;application ;summarySelection of Comp osition A nalyze r i n S ulf ur Recove ry Pla ntMAO Qi (Nanjing Chemical Industrial G roup Design Institute ,Nanjing 210048,China )Abstract : F or the com position analysis requirement of the sulfur recovery process and with the selection and furnishing of com position analyz 2er in the sulfur recovery plant of an oil refinery ,the operating principle and features of tw o types of com position analyzers are introduced along with the selection and analysis control methods in the sulfur recovery plant.K ey w ords : com position analysis ;UV photometer ;gas chromatograph ;sulfur recovery ;selection ;controlS P &BMH RE LATE D ENGINEERING Bim onthly T otal N o.58,N o.12004;Published on Jan.31,2004ABSTRACTS (Initial Issue in Dec.of 1991)。
