文 献 综 述

摘要

在21世纪，能源危机已经成为了我国，甚至全世界所面临的一大难题,在不可再生能源储量日趋减少的今天，降低能耗显得尤为重要[1]。本文基于荆门石化128万吨/年常减压蒸馏装置的设计规程及装置现场运行数据，使用Aspen plus软件对其实际的生产流程进行模拟，核算各个流股的温度、流量等数据，方便进行的换热网络优化[2]。

1 炼油现状

现今，石油的炼制承担着我国国内各种燃料油及化工原料供给的任务。石油炼制工业在国民生活中起着不可或缺的作用。随着我国经济的飞速发展，我国的炼油行业已经具有一定的规模，并且随着炼油技术的不断更新，对其生产过程中节能的要求也是越来越高。而我国长期存在的外延式的经济增长模式，导致了整个炼油行业能耗巨大的现状。尽管近年来国内石油炼制行业的节能总体水平有所提升，但从总体上来说，仍旧与国外先进水平相比仍存在比较大的差距。炼油厂中的原油加工工序中，常减压蒸馏为原油炼制的第一次加工，很大程度上决定了原油的品质高低，同样，装置的能耗占整厂能耗的四分之一左右，常减压装置的节能水平对整个炼油厂的节能降耗以及经济效益的提升有着重要的意义，故对常减压装置以及其换热网络结构进行优化，从而最大程度的回收热量，显得尤为重要[3-5]。在荆门石化的原油常减压蒸馏装置的工艺流程及其工程设计的基础上，使用流程模拟软件Aspen plus对常减压蒸馏过程进行流程模拟，以便于进行换热网络优化。

2 流程模拟的发展

随着化学工程的发展与过程学科精细化的分类，使得人们对化工工艺流程、单元操作等方面的认识不断地深入，”化工流程模拟”这一概念就应运而生了。计算机以运算速度快、计算精度高、一定的逻辑运算判断功能等特点，常被应用于化工流程模拟领域。究其原因，主要有两个方面：一、目前流程模拟软件已广泛应用于化工工艺设计与优化中；二、随着越来越多的用户，计算机软件功能也在不断地更新，发展也逐渐完善。目前，在化工工艺设计中，采用模拟软件完成工艺过程模拟，并对模拟结果进行一系列优化已成为当前化工行业通用的研究手段[6]。

国外对于化工流程模拟的研究较国内相比起步较早，始于20世纪50年代。50年代中后期，美国Kellogg公司推出了世界上第一款化工流程模拟程序”适应性流程模拟系统(Flexible Floweet)”，主要用于对单个操作设备的流程进行模拟。随后，60年代，美国Houston大学开发出”CHESS(Chemical Engineering Simulation System)”通用性化工流程模拟系统。70 年代，Massachusetts Institute of Technology在美国能源部的资助下进行了新一代化工流程模拟软件ASPEN(Advanced System for Process Engineering)的开发。此时，化工模拟软件不再仅仅局限于单个的操作设备，而是逐渐向整体工艺流程模拟的方面进行转型。到了80 年代，化工模拟软件更加成熟，发展也变得更加迅速，美国Simsci模拟公司独立研发出了大型通用性流程模拟软件”Pro/II”，Aspen Tech公司推出了化工流程模拟系统”Aspen Plus”。90年代中后期，新型模拟软件HYSYS被加拿大Hyprotech公司开发出来。本世纪初，Aspen Tech公司与Hyprotech公司合并，随后，发布了”Aspen One”，其对于化工过程模拟计算中EO(联立方程)方面有了极大的改进。同时，兴起了以ANN（神经元网络）为基础，结合人工智能的化工模拟的方法，但如今仍处于探索阶段[7-10]。

而我国的化工过程模拟系统虽然起步比较晚，但也有取得了一定的进展。如，青岛化工大学独立研制出的”ECSS”通用模拟软件、北京石油化工研究院研发的再生流程模拟系统”CCSOS”。总体来说，在我国国内在过程模拟方面的发展并未达到国际领先水平。如今，国内使用得比较普遍的软件主要包括美国Simsci模拟公司研发的Pro/II，以及Aspen Tech公司的Aspen Plus、HYSYS等产品[11]。

3 流程模拟软件的应用

建立数学模型同时利用数学模型对问题进行求解是化工过程模拟的实质，这可以研究整个化工过程的稳定性，并了解到各个设备到整个系统工作结果，从而确定工艺工程的可行性，还可以从结果入手研究单个设备或整个系统的优化方案.化工软件模拟主要解决操作型、设计型和最优化这三大类问题：操作型问题是在已知输入系统的各个流股参数及各个设备具体情况的前提下进行模拟，从而得到流股输出的相关数据；设计型问题则是在仅有部分数据可用的情况下，按照一定的工艺要求（产品要求），经过计算机软件模拟，通过可调参数的改变，得到一个完整的模拟结果；最优化问题是指对工艺操作条件或参数进行优化，通过对于一定条件的限制，调整可调的部分参数，从而使得结果达到最优化[12-13]。

4 Aspen Plus

国内使用较多的流程模拟软件主要是Pro/II、Hysys和Aspen Plus。因为Pro/II的数据库中含有部分的经验数据，所以对于整个流程模拟可能产生一定误差，而Hysys更多地是用于动态模拟。故选择了使用计算更精准、数据库更全面、应用更广泛的Aspen Plus进行流程模拟。

Aspen Plus是一款综合了化工过程稳态模拟、操作条件优化、灵敏度分析和经济评价等多方面的化工过程模拟软件，它也是目前国际上最通用的化工流程模拟软件。Aspen Plus软件中拥有50余种单元操作模块，同时具有两个通用数据库（Aspen CD和DIPPR）及多个专用数据库。因为完备的物性数据及全面的物性方法和模型，所以Aspen Plus被广泛地应用于工业设计领域[14]。

可以利用Aspen Plus模拟软件建立一个完整的化工过程模型，同样，也可以通过物料平衡和能量平衡来得到各个设备及其对应流股的相关数据。Aspen Plus模拟的具体操作步骤如下[15]：