油品分子表征与常减压装置的建模

华歆

关于油品表征的方法目前最为常见的便是采用蒸馏集总的方式，将获得的蒸馏曲线、密度、粘度等数据输入到软件中，通过计算将油品切割成一组虚拟组分，其中的每一个虚拟组分所代表的是一段蒸馏组分的平均性质。在实际应用中，这对蒸馏的计算非常的成功，我曾计算过数套常减压装置，只要实验室给出的分析数据能够满足基本要求，计算获得的轻收、馏程、密度等均能够与实测值很好的吻合，对装置的实际生产作出了足够准确的预测和指导。

例如，下面便是根据某石化常减压装置给出的快评分析数据所建立的常减压模型：

该模型计算获得的结果与实测值具有很好的一致性：

实际上如果我们采用例如AspenPlus、Petrosim等其他模拟软件均能获得一致的计算结果。这是因为采用蒸馏集总的方法对计算蒸馏塔而言非常的成功，我们并不需要太关心其它性质对塔计算的影响，例如PIONA分布等。但是当我要进行炼化一体化（或全炼厂）建模时便遇到了挑战。

蒸馏集总固然对蒸馏塔计算很成功，但是当各侧线产品进入到二次加工装置的反应器或多或少便出现些比较棘手的问题。无论是FCC、CCR、HCU、DCU，还是加氢精制反应器，若要准确地计算反应情况，必须要将蒸馏集总转化成动力学集总方可。也就是说，原来我们可能将130-140℃这一段的馏分使用了一个虚拟组分“平均的”表示了它的整体性质——实沸点、密度、粘度、PIONA等，但是在进入到反应器之前需要将其进一步的细分，把130-140℃这一段的馏分再划分为P、I、O、N、A形式的虚拟组分，这时候将有五个虚拟组分来代表原来的一个虚拟组分。相应的，原来平均的粘度等性质也将被重新按照不同族组成进行计算。形象的说，就是将原来的竖切的萝卜条再横着切为萝卜丁。那这时候具有分子结构的虚拟组分便可以直接进入到反应器中，根据不同的反应网络结构进行相应的催化裂解、聚合、开环、脱氢、脱氮、环化等动力学反应了。在完成“竖切”的基础上再进行“横切”的这一过程便是油品的分子表征。当然了，要做的完全意义上的分子表征目前看来还是不太可能的，毕竟原油里面的烃组成太宽泛、太多了。

据我所知目前世界上已有多家技术公司在这个方面进行了研发，大家经常听到的艾斯本公司据说也在进行这方面的工作（但还没有眼见为实）。本人所接触到的VMG公司的VMGSim也是目前能够进行油品分子表征的其中一款模拟软件，该软件在油品表征方面提供了两种方法，一种便是目前主流采用的蒸馏集总切割法，另一种便是分子表征法。下图是它的表征示意图：

从上面便可以看到VMGSim是如何将“萝卜条”切成“萝卜丁”的。所以基于这一技术，将对建立炼化一体化（或全炼厂）模型变得更加有利（至少是从技术上来讲），以实现从原油到最终产品的模拟（需要说明一点的是目前我还尚未建立过一套VMGSim的全炼厂模型，所以具体效果我会在以后专门进行验证和分析）。

基于此，我将上述AspenHysys建立的常减压装置模型采用VMGSim的油品分子表征技术进行了重新建模，分析了“萝卜丁”在蒸馏方面的计算情况：

同样，在保证了与AspenHysys模型完全一致的中段取热、产品收率等的情况下对比了VMGSim的计算结果：

由上图可以看出，采用VMGSim的分子表征技术亦能够获得满意的计算结果，它与采用蒸馏集总的计算结果基本一致。而正如前文所述的，此时的集总组分不再只是根据实沸点所切割的蒸馏集总，而是带有PIONA分布的动力学集总：

这时候便可以使用一致的油品组分进行下游的计算。因为已经获知了每个馏分具体的PIONA值等，所以对于下游各个反应器便可以进行计算（因为具有了更多的细节信息），而不再需要额外的将蒸馏集总根据指纹数据转为集总组成，这也避免了上游产品性质可能会丢失、改变等问题（在我建立的多套AspenHYSYS全炼厂模型中这事就发生过）。

需要说明的是，在AspenHysys中，如果使用最新的油品表征方法（RefSYS）时，软件同样在内部给出了虚拟蒸馏组分的PIONA结果。例如对于160-170℃这一馏分，AspenHysys给出其PONA值分别为9.3 w%、0 w%、35.1 w%、55.6 w%。但是组分还是按照蒸馏集总表示，并没有按照族组成类型分开，这在计算反应器时需要先转为动力学集总方可。

遗憾的是，实验室并未给出该原油的PIONA分布、氢碳比等快评分析结果，所以在这里对于这些关键性质便无法做进一步的分析和比较。所以在此主要是讨论了分子表征技术对建立蒸馏模型时的情况。等以后有机会我会再用大量的原油评价报告数据对油品分子表征技术做进一步的分析和讨论，同时也将给出一套我自己的预测模型，来验证和分析它的准确性。

windows98

楼主讲的好专业呀！！！

化工草堂

不错，我也用Vmgsim试试看

saudi、典

太好了，正在研究这方面

whng

非常感谢楼主的分享

jingwan1999

感谢分享，虽然没用过VMGsim

wmqhxp696969

谢谢楼主分享

古道路风

楼主讲的挺好，我也学习提高了。我也说下我个人的使用观点
1、VMGSIM在PIONA的开发上确实有进步，但是我也发现一些问题，在物流的性质中无法表达具体碳数的PIONA。比如C6的  C6A  C6P  C6O  C6N，在组分表中能查到的C6A的性质与实际的BEN的性质也是有较大的差距。

古道路风

这是VMGSIM  PIONA生产的C6A的性质

古道路风

总体来说，个人认为对于石脑油这一段的PIONA表征，KBC petro SIM的表征技术还是最好的！同时VMGSIM的在油品表征技术上的进度，还是令人觉得有所突破的

华歆

古道路风 发表于 2018-8-21 09:23
总体来说，个人认为对于石脑油这一段的PIONA表征，KBC petro SIM的表征技术还是最好的！同时VMGSIM的在油品 ...

对于石脑油这一重要馏分的表征计算，我也考虑过您提到的这些问题。但是基于两个方面的原因我觉得VMGSim的计算结果还是可以满足要求的。其一是石脑油馏分一般可以做出全色谱分析。比如说对于乙烯装置而言便会分析出碳三到碳十二之间的P I O N A族组成。有了这些实验数据就可以很大程度的改善模型的计算能力，而不是一味地全靠推算获得。其次便是VMGSIM中对于纯组分与PIONA表征之间的关系处理的很好。比方说您提到的苯组分，如果在软件中已经输入了苯，那么在PIONA表征时软件不会再生成C6A虚拟组分，而是直接识别并采用了BENZENE，这对油品表征的准确度也有很大的改善。

所以说我觉得如果在一开始对组成定义的恰当合理，然后再进行虚拟组分的生成，则会显著提高模型的计算准确度。
纯属个人意见哈。

古道路风

恩！
1、在没有输入苯的时候，软件自动产生的C6 acomatic分子量，沸点、临界性质等的数据与实际的苯相差太大，我们都知道C6芳烃只有苯一种。其它的是甲苯也是一样.C8芳烃的同分异构体则比较多，在不知道具体组成的情况下，可以采用VMG这样的方法，但是个人认为分子量最好要能对的上。
2、你刚才说的这个，在输入苯的情况下，VMGSIM可以自动识别这一点确实挺好的。

fanbingqi

非常感谢楼主的分享

ztonghy

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