Моделирование, CFD-анализ и топологическая оптимизация процесса Клауса (регенерация серы)

Постановка задачи

Процесс Клауса используется для конверсии токсичного сероводорода ($H_2S$) в элементную серу. Стояла задача комплексного моделирования реакторного блока, анализа влияния примесей (меркаптанов), а также проведения параметрической и топологической оптимизации с последующим Пинч-анализом и экономической оценкой [cite: 7].

Программное обеспечение

Aspen Plus, Aspen HYSYS (модифицированная трехстадийная модель), ПО для CFD-моделирования [cite: 7].

Методы и термодинамика

1. Термодинамический пакет: Использовано уравнение состояния Пенга-Робинсона (Peng-Robinson) для описания углеводородных компонентов и кислых газов [cite: 7].

2. Кинетика и CFD: Для анализа поведения пламени, конверсии примесей и гидродинамики термической печи применялась вычислительная гидродинамика (CFD). Разработан сложный механизм реакций кислого газа в печи [cite: 7].

3. Топологическая и параметрическая оптимизация: В Aspen Plus использовались инструменты оптимизации для настройки температур термической и двух каталитических ступеней, а также процента подачи воздуха. Топологическая оптимизация касалась размеров и количества аппаратов (например, удаление избыточного оборудования или добавление дополнительных ступеней конверсии) [cite: 7].

Процесс валидации

Результаты симуляции конверсии $H_2S$ и производства серы валидировались путем сравнения с экспериментальными данными и проектной документацией (design data) базового случая (базовая производительность составляла 93.89%) [cite: 7].

Итоговые результаты

Оптимизация соотношения воздух/газ и корректировка маржи точки росы серы позволили увеличить степень извлечения серы до 98.60% (абсолютный рост извлечения серы составил около 18% в рамках оптимизационного окна). Последующий Пинч-анализ позволил снизить операционные затраты теплообменной сети процесса на 40% [cite: 7].

Источник

Источник

Теги

• #AspenPlus
• #CFD
• #ClausProcess
• #Optimization
• #Thermodynamics