肖榮鴿 方維軍 周加明 王永紅

1西安石油大學石油工程學院 2中國石油天然氣管道局 3陜西延長石油（集團）管道運輸公司

基于修正PR模型的油氣回收過程模擬*

肖榮鴿1 方維軍2 周加明3 王永紅1

1西安石油大學石油工程學院 2中國石油天然氣管道局 3陜西延長石油（集團）管道運輸公司

在油氣回收過程中，常用的熱力學模型是PR（Peng—Robinson）模型，基礎參數(shù)為吸收塔氣相進料組成。儲油庫大氣污染物排放標準規(guī)定，排放氣中限定限值有兩類，一類是非甲烷烴類含量小于25 g/m3；另一類是油氣回收系統(tǒng)回收效率大于95%。根據(jù)PR熱力學模型和修正熱力學模型，利用有機溶劑吸收法原理進行油氣回收工藝流程模擬。根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，對油氣回收工藝流程進行了操作參數(shù)設置，并對工藝過程進行模擬計算。針對吸收后尾氣排放濃度和裝置處理效率兩個控制指標對計算結果進行考察，發(fā)現(xiàn)采用修正后的熱力學模型進行模擬計算與實際工藝過程較為吻合。

油氣回收；PR模型；相平衡；尾氣排放；效率

輕質油品在生產(chǎn)、儲存、運輸、銷售以及使用過程中，由于油品容易揮發(fā)而產(chǎn)生蒸發(fā)損耗，不僅造成油品的數(shù)量損失和質量下降，而且高濃度油氣大量排入大氣，嚴重地污染了大氣環(huán)境并留下火災隱患；因此進行油氣回收一直是儲運和環(huán)境保護工作者一個重要的研究課題[1]。隨著計算機技術的發(fā)展，以有機溶劑吸收法為原理的油氣回收工藝模擬在化工領域應用很普遍，但不同的模型得到的結果有較大差別，直接影響模擬效果。其理論原因主要在于熱力學模型的選取，而熱力學模型往往依賴于基礎數(shù)據(jù)的準確性，即相平衡基礎數(shù)據(jù)。為了更好地研究油氣回收工藝方法，開展相平衡實驗研究是必要的。探討熱力學模型的修正方法，用修正的熱力學模型模擬油氣回收過程具有重要的意義。

1 PR熱力學模型的修正

在油氣回收過程中，常用的熱力學模型是PR（Peng—Robinson）模型。PR模型是1976年由Peng和Robinson在RK狀態(tài)方程基礎上建立的模型[2-3]，該模型的標準形式如下

式中TCi為溫度（℃）；ωi為偏心因子，無因次量； pCi為壓力（MPa）；kij為第i組分和 j組分交互參數(shù)。

用PR熱力學模型分析混合物性質，第一步是進行組分偏心因子的調(diào)整；第二步是在預測蒸汽壓的基礎上，通過二元物系實驗數(shù)據(jù)確定出交互作用參數(shù)，最終預測相平衡基礎數(shù)據(jù)。大型化工軟件PRO II，包含大量物質的基本性質以及熱力學模型，而PR熱力學模型適用于非極性烴類。根據(jù)圖1所示的流程對PR模型進行數(shù)據(jù)回歸修正[4]。

圖1 PR模型回歸修正框圖

圖2 實驗值與計算預測值對比

利用文獻數(shù)據(jù)，通過回歸過程得到PR模型參數(shù)為：kija=-9，kijb=8.639和kijc=-1.61911×106。將擬合得到的PR模型參數(shù)再輸入到PRO II軟件中，計算得到汽液相平衡數(shù)據(jù)。由于混合物中異戊烷含量較高，所以以其為代表進行分析，實驗值、PR模型相平衡數(shù)據(jù)預測值及修正后PR模型對相平衡數(shù)據(jù)預測值效果對比如圖2所示。

2 油氣回收過程模擬

基礎參數(shù)為吸收塔氣相進料組成，詳見表1。儲油庫大氣污染物排放標準規(guī)定，排放氣中限定限值有兩類，一類是非甲烷烴類含量小于25 g/m3；另一類是油氣回收系統(tǒng)回收效率大于95%。根據(jù)PR熱力學模型和修正熱力學模型，利用有機溶劑吸收法原理進行油氣回收工藝流程模擬。計算排放濃度公式如下

式中C為排氣濃度（g/m3）；MC2-C1為排氣非甲烷含量（g/h）；Vall為排氣體積流量（m3/h）。

表1 吸收塔氣相進料組成

3 結語

根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，對油氣回收工藝流程進行了操作參數(shù)設置，并對工藝過程進行模擬計算。針對吸收后尾氣排放濃度和裝置處理效率兩個控制指標對計算結果進行考察，發(fā)現(xiàn)采用修正后的熱力學模型進行模擬計算與實際工藝過程較為吻合。

[1]黃維秋．油氣回收基礎理論及其應用[M]．北京：中國石化出版社，2011.

[2]Peng D Y，Robinson D B.A new two-constantequation of state[J]．Ind Eng Chem Fundam，1976（15）：59-64.

[3]Robinson D B，Peng D Y．Chung SY K．The development of the Peng-Robinson equation and its application to phase equilibrium in a system-containing methanol[J]．Fluid phase Equilibrium，1985（24）：25-41.

[4]《化學工程手冊》編委會．化學工程手冊(第一篇)[M]．北京：化學工業(yè)出版社，1980.

（欄目主持 楊 軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.9.015