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2012,22(2)许斌AspenPlus在深冷净化合成氨工艺模拟中的应用3

AspenPlus在深冷净化合成氨工艺模拟中的应用许斌*中国成达工程有限公司成都610041

摘要以AspenPlus为工具对深冷净化工艺中冷箱内的气液相平衡进行预测计算。计算选用Peng-Robinson状态方程，通过对二元交互作用参数的回归和修正，获得了满意结果。在此基础上，对采用深冷净化工艺的合成氨装置进行全流程模拟，研究工艺参数改变对冷箱及其下游氨合成系统的影响。

关键词深冷净化流程模拟冷箱氢氮比惰气含量

1AspenPlus简介

AspenTech公司的AspenPlus是通用型稳态工艺流程模拟软件。该软件源于上世纪70年代后期美国能源部在麻省理工学院组织的第三代流程模拟软件开发项目“过程工程的先进系统”(Ad-vancedSystemforProcessEngineering简称Aspen)。经过近30年的发展，AspenPlus已经成为拥有18840种纯组分、近110个物性模型、约50种单元操作模型的大型标准模拟软件。其应用范围涵盖了石油、化工、冶金、制药等多个行业。AspenPlus的功能包括：①针对工艺过程进行严格的能量平衡及质量平衡计算；②预测操作条件，包括物流的流率、组成及性质；③预测设备尺寸；④帮助进行多方案的比较及设计或操作的优化。

2深冷净化工艺

深冷净化工艺在上世纪60年代由BrownRoot公司1开发并应用于气头合成氨装置的设计。世界上首套采用深冷净化工艺的合成氨装置于1966年在美国Unocal氨厂投入使用。国内从上世纪90年代引进该技术，到2011年，已有6套采用深冷净化工艺的气头合成氨装置投入运行，详见表1。

深冷净化工艺的基本原理：在流程中设置冷箱，以移除合成补充气中的大部分惰性气体和多余氮气。由于流程中设置了冷箱，因此二段转化炉中添加过量的空气，一段转化的部分负荷被移往二段转化炉，一段转化炉的操作温度降低，同时也降低了二段转化炉出口的温度，使整个转化工序的操作更加温和，系统的可靠性更高。由于冷箱出口的合成补充气中惰性气体含量很低，气体

表1国内采用深冷净化工艺的合成氨装置

装置名称

开车生产规模时间(MTPD)

锦西天然气化工厂合成氨装置1993中国核工业建峰化工总厂合成氨装置(一化肥)1993

四川天华股份有限公司合成氨装置1995乌鲁木齐石化公司化肥厂合成氨装置(二化肥)997中海石油化学股份有限公司合成氨装置(二化肥)2003中国核工业建峰化工总厂合成氨装置(二化肥)2010

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成分更加纯净，使氨合成回路的效率更高。工艺流程见图1。

过量空气

过量空气

原料天然气

一段转化二段转化-变换与脱酸废气做燃料

压缩冷箱甲烧化、干燥

弛放气

燕汽氦产品

合成

图1深冷净化工艺流程框图

在采用深冷净化工艺的合成氨装置中，冷箱作为深冷净化工艺中的核心设备，起着移除惰性组分、调整合成氢氮比、保证合成效率的关键作用。生产实践表明，冷箱操作稳定是合成系统获得高效率的关键。本文借助AspenPlus软件对深冷净化工艺进行模拟，并在此基础上研究工艺条件改变后对冷箱及下游氨合成系统操作的影响。

3物性模型的选择及参数修正

在深冷净化工艺中，冷箱处于中压(2.5~3.0MPa)、深冷(-182～-178℃)的操作条件，工艺介质中的成分包括H?、N?、CH?、Ar,均为非极性物质。文献1,2,3中推荐采用Peng-Rob-inson状态方程(以下简称PR方程)计算类似条件下的气液相平衡。PR方程属于立方型状态方程，

*许斌：高级工程师，总经理助理。1999年毕业于浙江大学化学工程专业。现从事工艺设计及管理工作。联系电话：(028

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4CHEMICALENGINEERINGDESIGN化工设计2012,22(2)

其基本形式为：

α(T)=[1+m(1-T·5)]2

m=