1、石石油油烃烃气态产物气态产物液态产物液态产物固态产物固态产物裂解气裂解气(目的乙烯、丙烯目的乙烯、丙烯)裂解汽油裂解汽油裂解轻柴油裂解轻柴油燃料油燃料油焦、碳焦、碳成 分%,mol成 分%,mol成 分%,molH2COCH4C2H2C2H4C2H6丙二烯+丙炔C3H613.18280.175121.24890.368829.03637.79530.541911.4757C3H81,3-丁二烯异丁烯正丁烯C5C6C8非芳烃苯甲苯0.35582.41942.70850.07540.51470.69412.13980.9296二甲苯+乙苯苯乙烯C9200馏分CO2硫化物H2O0.35780.219
2、20.23970.05780.2725.04轻柴油裂解气组成轻柴油裂解气组成 裂解气是复杂的混合物裂解气是复杂的混合物要得到高纯度的单一的烃，如重要的基本有机原料乙烯、要得到高纯度的单一的烃，如重要的基本有机原料乙烯、丙烯等，就需要将它们与其它烃类和杂质等分离开来，丙烯等，就需要将它们与其它烃类和杂质等分离开来，并根据工业上的需要，使之达到一定的纯度，这一操作并根据工业上的需要，使之达到一定的纯度，这一操作过程，称为过程，称为裂解气的分离。裂解气的分离。裂解气分离定义：裂解气分离定义：第二章第二章 裂解气分离裂解气分离主要内容主要内容v 第一节：裂解气的组成与分离方法第一节：裂解气的组成与分离
3、方法v 第二节：压缩与制冷第二节：压缩与制冷v 第三节：气体净化第三节：气体净化v 第四节：第四节： 裂解气深冷分离裂解气深冷分离v 第五节：裂解气分离操作中的异常第五节：裂解气分离操作中的异常 现象现象裂解气的组成及分离方法裂解气的组成及分离方法一、裂解气的组一、裂解气的组成及分离要求成及分离要求 1.组成组成二、二、裂解气分离裂解气分离方法简介方法简介2.分离要求分离要求低级烃类低级烃类氢气氢气深冷分离深冷分离油吸收精馏分离油吸收精馏分离少量杂质少量杂质深冷操作的系统组成深冷操作的系统组成第一节第一节 裂解气的组成与分离方法裂解气的组成与分离方法几种裂解气组成%(体积)组分原料来源乙烷裂解
4、石脑油裂解轻柴油裂解H2COCO2H2SCH4C2H2C2H4C2H6C3H4C3H6C3H8C4C5C6H2O34.00.194.390.1931.5124.350.760.180.094.3614.090.3226.780.4126.105.780.4810.300.344.851.044.534.9813.180.2721.240.3729.347.580.5411.420.365.210.514.585.40裂解气的组成：、富氢（13.18%）、C1C4各类烃混合物(通过相应分离流程分离) a、H2S 脱酸性 气体 b、CO2 c、CO 脱一氧化碳, 甲烷化法：CO+3H2O CH4+
5、H2O、含有少量杂质 d、H2O 脱水 e、二烯烃：丙二烯(主要) f、炔烃：主要乙炔、丙炔、C4 各类烃（通过相应分离流程分离）分离要求分离要求各种有机产品的合成，对于原料纯度的要求是不同的。各种有机产品的合成，对于原料纯度的要求是不同的。所以分离的程度可根据后续产品合成的要求来确定。所以分离的程度可根据后续产品合成的要求来确定。有的产品对原料纯度要求不高，例如用有的产品对原料纯度要求不高，例如用乙烯与苯烷基化生产乙苯时，对乙烯纯乙烯与苯烷基化生产乙苯时，对乙烯纯度要求不太高，则可以分离纯度低一些，度要求不太高，则可以分离纯度低一些，用丙烯与苯烷基化生产异丙苯时，甚至用丙烯与苯烷基化生产异丙
6、苯时，甚至可以用丙烯可以用丙烯-丙烷混合馏分。丙烷混合馏分。对于聚合用的乙烯和丙烯的质量要求则很对于聚合用的乙烯和丙烯的质量要求则很严，生产聚乙烯、聚丙烯要求乙烯、丙烯严，生产聚乙烯、聚丙烯要求乙烯、丙烯纯度在纯度在99.9%或或99.5%以上，其中有机杂质以上，其中有机杂质不允许超过不允许超过510PPm。这就要求对裂解气。这就要求对裂解气进行精细的分离和提纯。进行精细的分离和提纯。裂解气的分离、提纯工作，是以裂解气的分离、提纯工作，是以精馏精馏方法完成方法完成的，精馏方法要求将组分冷凝为液态。的，精馏方法要求将组分冷凝为液态。氢气常压沸点为氢气常压沸点为263 、甲烷、甲烷-161.5，很
7、难，很难液化，碳二以上的馏分相对地比较容易液化液化，碳二以上的馏分相对地比较容易液化(乙乙烯沸点烯沸点103.68 ）。）。因此，分离过程的因此，分离过程的主要矛盾主要矛盾是如何将裂解气中是如何将裂解气中的的甲烷和氢气甲烷和氢气先行分离。先行分离。裂解气分离方法简介裂解气分离方法简介裂解气分离方法裂解气分离方法l油吸收油吸收精馏分离精馏分离l深冷分离深冷分离用吸收剂吸收除甲烷和氢气以外的其它用吸收剂吸收除甲烷和氢气以外的其它组分，然后根据溶解度不同进行精馏，组分，然后根据溶解度不同进行精馏，把各组分从吸收剂中逐一分离。把各组分从吸收剂中逐一分离。流程简单，动力设备少，投资少，但技流程简单，动力
8、设备少，投资少，但技术经济指标和产品纯度差，已被淘汰。术经济指标和产品纯度差，已被淘汰。在在-100-100左右的低温下，将裂解气中除左右的低温下，将裂解气中除氢和甲烷以外的其它烃类全部冷凝下来。氢和甲烷以外的其它烃类全部冷凝下来。然后利用裂解气中各种烃类的然后利用裂解气中各种烃类的相对挥发相对挥发度不同度不同，在合适的温度和压力下，以精，在合适的温度和压力下，以精馏的方法将各组分分离开来，达到分离馏的方法将各组分分离开来，达到分离的目的的目的 。2、气体净、气体净化系统化系统 1、压缩冷、压缩冷冻系统冻系统3、低温精馏、低温精馏分离系统分离系统 为了排除对后继操作的干扰，提高产品的纯度，为了
9、排除对后继操作的干扰，提高产品的纯度，通常设置有脱酸性气体、脱水、脱炔和脱一氧化通常设置有脱酸性气体、脱水、脱炔和脱一氧化碳等操作过程。碳等操作过程。 该系统的任务是加压、降温，以保证分离过程该系统的任务是加压、降温，以保证分离过程顺利进行。顺利进行。 这是深冷分离的核心，其任务是将各组分进行分离这是深冷分离的核心，其任务是将各组分进行分离并将乙烯、丙烯产品精制提纯。它由一系列塔器构并将乙烯、丙烯产品精制提纯。它由一系列塔器构成，如脱甲烷塔，乙烯精馏塔和丙烯精馏塔等。成，如脱甲烷塔，乙烯精馏塔和丙烯精馏塔等。v目的和任务目的和任务v压力与温度的关系压力与温度的关系v多级压缩的优点多级压缩的优点
10、v制冷剂的选择制冷剂的选择第二节第二节 压缩和制冷系统压缩和制冷系统 加压加压提高组分的沸点提高组分的沸点提高操作温度提高操作温度压缩的原因压缩的原因v裂解气常压沸点很低裂解气常压沸点很低v常压，冷凝、精馏分离温度低常压，冷凝、精馏分离温度低v需要大量冷量和耐低温设备需要大量冷量和耐低温设备解决办法解决办法一一、裂解气的压缩裂解气的压缩1.1.压力与温度的关系压力与温度的关系 根据物质的根据物质的冷凝温度随压力增加而升高冷凝温度随压力增加而升高的规律，对的规律，对裂解气加压，从而使各组分的裂解气加压，从而使各组分的冷凝点升高冷凝点升高，这既有利于，这既有利于分离，又可分离，又可节约冷冻量和低温
11、材料。节约冷冻量和低温材料。 绝热过程，压力升高，温度也上升绝热过程，压力升高，温度也上升kkppTT/)1(1212)(绝热指数绝热指数 =cp/cv单位单位 MPa单位单位 k不同压力下某些组分的沸点不同压力下某些组分的沸点压力压力组分组分1.1031.10310105 5PaPa10.1310.1310105 5PaPa15.1915.1910105 5PaPa20.2620.2610105 5PaPa25.2325.2310105 5PaPa30.3930.3910105 5PaPaH H2 2CHCH4 4C C2 2H H4 4C C2 2H H6 6C C3 3H H6 6263
12、263162162104104868647.747.7244244129129555533339 923923911411439391818292923823810710729297 7373723723710110120203 344442352359595131311114747但但不能任意加压不能任意加压，若压力增高：，若压力增高：v对设备材料强度要求增高；对设备材料强度要求增高；v动力消耗增大；动力消耗增大；v使低温分离系统精馏塔釜温升高，易引起一些使低温分离系统精馏塔釜温升高，易引起一些不饱和烃不饱和烃(二烯烃二烯烃)的聚合的聚合v使烃类相对挥发度降低，增加了分离的困难。使烃类相对挥
13、发度降低，增加了分离的困难。因此，在深冷分离中要采用经济上合理而技术上因此，在深冷分离中要采用经济上合理而技术上可行的压力，一般为可行的压力，一般为3.543.95MPa。多段压缩和多段压缩和冷却相结合冷却相结合裂解气压缩后限制裂解气压缩后限制的原因的原因裂解气经压缩裂解气经压缩，压力升高压力升高温度升高温度升高二烯烃二烯烃高高温度下聚合和结焦温度下聚合和结焦温度升高使压缩机润滑油粘度下降温度升高使压缩机润滑油粘度下降（不（不能正常运转）能正常运转）压缩机出口压缩机出口4 各类烃（通过相应分离流程分离）第三节第三节 气体净化气体净化裂解气在深冷精馏前首先要脱除其中所含杂质裂解气在深冷精馏前首先
14、要脱除其中所含杂质净化过程净化过程脱酸性气体脱酸性气体 脱脱CO 脱炔脱炔 脱水脱水酸性气体来源酸性气体来源H2S：一部分是由裂解原料带来的；一部分是由裂解原料带来的； 另一部分是裂解原料中的有机硫化物另一部分是裂解原料中的有机硫化物 在高温裂解过程中反应生成的。在高温裂解过程中反应生成的。 例如：例如：RSH + H2RH + H2S CS2 + 2H2OCO2 + 2H2S COS + H2OCO2 + H2S一、酸性气体的脱除一、酸性气体的脱除CO2：裂解炉管中的焦碳与水蒸汽作用裂解炉管中的焦碳与水蒸汽作用 C + 2H2OCO2 + H2 烃与水蒸汽作用烃与水蒸汽作用 CH4 + H2
15、OCO2 + 4H2 酸性气体的危害酸性气体的危害CO2：低温下结成干冰，堵：低温下结成干冰，堵塞设备管道；塞设备管道；H2S：腐蚀设备管道；使分腐蚀设备管道；使分子筛寿命降低；子筛寿命降低；造成加氢造成加氢脱炔和甲烷化催化剂中毒脱炔和甲烷化催化剂中毒使下游聚合或催化反应使下游聚合或催化反应的催化剂中毒；的催化剂中毒；在生产在生产聚乙烯等时造成聚合速聚乙烯等时造成聚合速度降低、聚乙烯的分子度降低、聚乙烯的分子量降低；影响产品质量量降低；影响产品质量裂解气分离装置裂解气分离装置下游加工装置下游加工装置酸性气体脱除方法酸性气体脱除方法方法：吸收法方法：吸收法v碱洗法碱洗法 v乙醇胺法乙醇胺法 原理
16、：化学吸收原理：化学吸收反应原理反应原理碱洗法脱除酸性气体碱洗法脱除酸性气体 vCO2 +2NaOH Na2CO3 + H2OvH2S +2NaOH Na2S+2H2Ov优点：吸收彻底优点：吸收彻底v缺点：缺点：NaOH吸收剂不可回收，消耗较大吸收剂不可回收，消耗较大v适用：酸性气体量少时适用：酸性气体量少时碱洗工艺流程图碱洗工艺流程图碱洗工艺流程说明碱洗工艺流程说明塔分三段：塔分三段： I段水洗塔（避免碱液带入压缩机）段水洗塔（避免碱液带入压缩机） 段和段和段为碱洗段填料层段为碱洗段填料层碱液浓度由上而下降低：碱液浓度由上而下降低： 新鲜碱液含量为新鲜碱液含量为1820， 段循环碱液段循环碱
17、液NaOH含量约为含量约为57 段循环碱液段循环碱液NaOH含量为含量为23碱洗塔碱洗塔反应原理反应原理2HOC2H4-NH2(HOC2H4-NH3)2S2HOC2H4NH3HS-H2SH2S-H2SH2SCO2+H2OCO2+H2O-2HOC2H4-NH2(HOC2H4NH3)2CO3特点：吸收剂可以循环使用特点：吸收剂可以循环使用工艺组成：吸收、解吸工艺组成：吸收、解吸乙醇胺法脱除酸性气乙醇胺法脱除酸性气醇胺的分子结构显示了其中至少有一个羟基醇胺的分子结构显示了其中至少有一个羟基(-OH)和一个氨基和一个氨基(-NH2或或-NH)。其中羟基能增加醇胺在。其中羟基能增加醇胺在水中的溶解度，氨
18、基在水溶液中呈碱性，促使其对酸性气体的吸收。水中的溶解度，氨基在水溶液中呈碱性，促使其对酸性气体的吸收。吸收和解吸过程吸收和解吸过程吸收塔解吸塔(含含CO2、H2S)富液富液贫液（乙醇胺）贫液（乙醇胺）CO2、H2S碱洗法与醇胺法比较碱洗法与醇胺法比较二、脱水二、脱水 （干燥）（干燥）稀释蒸汽；急冷水；脱酸碱洗稀释蒸汽；急冷水；脱酸碱洗要求：要求：水含量水含量(W)降至降至1106以下以下 v水分危害：水分危害：v水分在低温下结冰水分在低温下结冰v加压和低温条件下，可与烃生成白色结加压和低温条件下，可与烃生成白色结晶水合物如：晶水合物如：CH46H2O，C2H67H2Ov水合物和冰附着在管壁上
19、，既增加动能水合物和冰附着在管壁上，既增加动能消耗，又堵塞设备及管道，并影响产物消耗，又堵塞设备及管道，并影响产物分离。分离。来源：来源：含饱和水量含饱和水量(600700)106脱水方法脱水方法原理原理：利用一种多孔性固体物质去吸取气体或液体混合利用一种多孔性固体物质去吸取气体或液体混合物中的某种组分，使该组分从混合物中分离出来的操作物中的某种组分，使该组分从混合物中分离出来的操作常用吸附剂：常用吸附剂：分子筛分子筛 人工合成的硅铝酸盐晶体人工合成的硅铝酸盐晶体 (M)2/nO Al2O3xSiO2pH2O固体固体吸附吸附法法 分子筛脱水分子筛脱水 吸附放热，低温吸附（常温）吸附放热，低温吸
20、附（常温） 温度升高，脱附可再生温度升高，脱附可再生 具有选择性，多孔，小于孔径的分子具有选择性，多孔，小于孔径的分子通过，被吸附。极性分子易于吸附。通过，被吸附。极性分子易于吸附。比表面积大，适合深度干燥比表面积大，适合深度干燥 分分子子筛筛结结构构吸附与脱附条件吸附与脱附条件脱附：高温、减压脱附：高温、减压1吸附：低温、加压吸附：低温、加压2危害危害来源来源裂解过程中二次反裂解过程中二次反应生成乙炔，还有应生成乙炔，还有少量丙炔少量丙炔1.影响乙烯、丙烯的质量和用影响乙烯、丙烯的质量和用途途2.使合成或聚合用催化剂中毒使合成或聚合用催化剂中毒3.在液态和固态下或在气态和在液态和固态下或在气
21、态和一定压力下有猛烈爆炸的危险，一定压力下有猛烈爆炸的危险，受热、震动、电火花等因素都受热、震动、电火花等因素都可以引发爆炸可以引发爆炸三、炔烃脱除三、炔烃脱除方法：方法：v溶剂吸收法溶剂吸收法v催化加氢法催化加氢法 要求：要求：v乙炔乙炔5105（mol）v丙炔丙炔 5105 丙二烯丙二烯1105 炔烃脱除方法炔烃脱除方法溶剂吸收法溶剂吸收法N-N-甲基吡咯烷酮（甲基吡咯烷酮（NMPNMP）脱出裂解气中的乙炔脱出裂解气中的乙炔回收回收到一定量的乙炔到一定量的乙炔优优点点常用的溶剂常用的溶剂丙酮丙酮二甲基甲酰胺（二甲基甲酰胺（DMFDMF）C2H2+2H2 C2H6+ H2 C2H4+H2 C
22、2H6+（ H2 H1）mC2H2+nH2 低聚物（绿油）低聚物（绿油）C2H2+H2 C2H4+ H1 K1主反应：主反应：副反应：副反应：K2催化加氢催化加氢脱炔脱炔分为：前加氢和后加氢分为：前加氢和后加氢目的：将裂解气中目的：将裂解气中乙炔加氢成为乙烯或乙烷乙炔加氢成为乙烯或乙烷，由此脱除乙炔，由此脱除乙炔原理：原理： 后加氢后加氢裂解气分离出裂解气分离出C2、C3馏分后，对馏分后，对C2和和C3馏分进行催化加馏分进行催化加氢，脱除乙炔、甲氢，脱除乙炔、甲基乙炔和丙二烯基乙炔和丙二烯 加氢工艺加氢工艺 前加氢前加氢在脱甲烷塔前进在脱甲烷塔前进行，利用裂解气行，利用裂解气中中H2进行加氢，
23、进行加氢，自给氢自给氢催化加氢催化加氢催化加氢脱炔工艺方法催化加氢脱炔工艺方法前加氢与后加氢工艺前加氢与后加氢工艺优点：流程简单，能耗低优点：流程简单，能耗低缺点：缺点：1. 脱炔难易程度：丁二烯脱炔难易程度：丁二烯乙炔乙炔丙丙炔炔丙烯丙烯乙乙烯烯 2.加氢过程中，氢分压较高，加氢选择性较差，乙烯损失加氢过程中，氢分压较高，加氢选择性较差，乙烯损失量多；同时副反应还会导致反应温度的失控，乃至出量多；同时副反应还会导致反应温度的失控，乃至出现催化剂床层飞温；现催化剂床层飞温；3.此外，裂解气中较重组分的存在，对加氢催化剂性能有此外，裂解气中较重组分的存在，对加氢催化剂性能有较大的影响，使催化剂寿
24、命缩短。较大的影响，使催化剂寿命缩短。优点：优点：n氢气已分出，所用氢气按比例加入，加氢选择性高；氢气已分出，所用氢气按比例加入，加氢选择性高；n加氢产品质量稳定，原料中所含乙炔、丙炔和丙二烯的加氢产品质量稳定，原料中所含乙炔、丙炔和丙二烯的脱除均能达到指标要求；脱除均能达到指标要求；n加氢原料气体中杂质少，催化剂使用周期长加氢原料气体中杂质少，催化剂使用周期长缺点：缺点：通入本装置的氢气中常含有甲烷。为了保证乙烯的通入本装置的氢气中常含有甲烷。为了保证乙烯的纯度，加氢后还需要将氢气带入的甲烷和剩余的氢脱除，纯度，加氢后还需要将氢气带入的甲烷和剩余的氢脱除，因此，需设第二脱甲烷塔，导致流程复杂
25、，设备费用高。因此，需设第二脱甲烷塔，导致流程复杂，设备费用高。 CO的来源的来源烃类与稀释烃类与稀释水蒸汽反应水蒸汽反应焦炭与稀释水蒸汽反应裂解过程中生成裂解过程中生成四、脱一氧化碳四、脱一氧化碳 CO的危害的危害v少量的少量的CO带入富氢馏分中，会使加氢催化剂中毒带入富氢馏分中，会使加氢催化剂中毒v随着烯烃聚合高效催化剂的发展，对乙烯和丙烯中随着烯烃聚合高效催化剂的发展，对乙烯和丙烯中CO含量含量的要求也越来越高。的要求也越来越高。 部分富集于甲烷馏分部分富集于甲烷馏分部分富集于富氢馏分部分富集于富氢馏分CO脱除的方法脱除的方法OHCHHCO242甲烷化法：甲烷化法：催化剂存在催化剂存在的
26、条件下，使裂解气中的的条件下，使裂解气中的一氧化碳催化加氢生成甲一氧化碳催化加氢生成甲烷和水，达到脱除烷和水，达到脱除CO的的目的目的强放热反应，低温对化学平衡有利，但温度低，强放热反应，低温对化学平衡有利，但温度低，反应速度慢。反应速度慢。一般采用镍催化剂一般采用镍催化剂1、裂解气为何进行净化处理？净化处理包括哪些内容？、裂解气为何进行净化处理？净化处理包括哪些内容？2、酸性气体是什么物质，酸性气体的存在对裂解气分、酸性气体是什么物质，酸性气体的存在对裂解气分离有什么危害？离有什么危害？3、试述乙醇胺法与碱洗法脱硫的原理，各有什么优缺、试述乙醇胺法与碱洗法脱硫的原理，各有什么优缺点？点？4、
27、裂解气为什么要进行深度干燥，烃类水合物生成条、裂解气为什么要进行深度干燥，烃类水合物生成条件是什么，防止水合物生成的办法有哪些？件是什么，防止水合物生成的办法有哪些？ 5、分子筛干燥的基本原理是什么，其吸附有什么特点？、分子筛干燥的基本原理是什么，其吸附有什么特点？ 6、为什么要脱除裂解气中的炔烃，脱炔的工业方法有、为什么要脱除裂解气中的炔烃，脱炔的工业方法有几种？怎样才能做到既脱炔烃又能增加乙烯收率？几种？怎样才能做到既脱炔烃又能增加乙烯收率？7、什么叫前加氢、后加氢，两者有何区别？各有何优、什么叫前加氢、后加氢，两者有何区别？各有何优缺点？缺点？8.裂解气中一氧化碳是如何带入的，工业上用什
28、么方法裂解气中一氧化碳是如何带入的，工业上用什么方法脱除？脱除？第四节第四节 裂解气的深冷分离裂解气的深冷分离乙烯精馏乙烯精馏分离流程分离流程 脱甲烷塔 丙烯精馏典型分离工艺流程典型分离工艺流程三种三种分离原则分离原则顺序分离流程顺序分离流程前脱乙烷流程前脱乙烷流程前脱丙烷流程前脱丙烷流程先易后难先易后难先将不同碳原子数的烃分先将不同碳原子数的烃分开，再分离同一碳原子数开，再分离同一碳原子数的烯烃和烷烃；的烯烃和烷烃；均将生产乙烯的乙烯精馏均将生产乙烯的乙烯精馏塔和生产丙烯的丙烯精馏塔和生产丙烯的丙烯精馏塔置于流程最后塔置于流程最后 精馏分离方案精馏分离方案 脱甲烷脱甲烷 脱乙烷脱乙烷 脱丙烷
29、的顺序脱丙烷的顺序脱甲烷脱甲烷 脱乙烷脱乙烷 脱丙烷脱丙烷 顺序分离流程顺序分离流程脱乙烷脱乙烷 脱甲烷脱甲烷 脱丙烷脱丙烷 前脱乙烷流程前脱乙烷流程脱丙烷脱丙烷 脱甲烷脱甲烷 脱乙烷脱乙烷 前脱丙烷流程前脱丙烷流程解解 释释将将C2C2馏分以及比馏分以及比C2C2馏分轻的组分从塔顶分离出去馏分轻的组分从塔顶分离出去将将C3C3馏分以及比馏分以及比C3C3馏分轻的组分从塔顶分离出去馏分轻的组分从塔顶分离出去 分离丙烯分离丙烯/ /丙烷丙烷将甲烷以及比甲烷轻的组分从塔顶分离出去将甲烷以及比甲烷轻的组分从塔顶分离出去分离乙烯分离乙烯/ /乙烷乙烷丙烯精馏塔丙烯精馏塔乙烯精馏塔乙烯精馏塔脱丙烷塔脱丙
30、烷塔脱乙烷塔脱乙烷塔脱甲烷塔脱甲烷塔写出对应进料组成写出对应进料组成各塔顶的出料各塔顶的出料l氢气、甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、丙烷、碳四、碳五氢气、甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、丙烷、碳四、碳五（脱乙烷塔）（脱乙烷塔）l丙烯、丙烷、碳四、碳五（脱丙烷塔）丙烯、丙烷、碳四、碳五（脱丙烷塔）l乙烷、乙烯、丙烯、丙烷、碳四、碳五（脱丙烷塔）乙烷、乙烯、丙烯、丙烷、碳四、碳五（脱丙烷塔）l氢气、甲烷、乙烷、乙烯（脱甲烷塔）氢气、甲烷、乙烷、乙烯（脱甲烷塔）u顺序分离流程（后加氢）顺序分离流程（后加氢）u前脱乙烷前加氢流程前脱乙烷前加氢流程u前脱乙烷后加氢流程前脱乙烷后加氢流程u前脱丙烷前加氢流程前脱丙烷前加氢
31、流程u前脱丙烷后加氢流程前脱丙烷后加氢流程共同点：先分离不同碳原子数的烃共同点：先分离不同碳原子数的烃再分离同碳原子数的烷烃和烯烃再分离同碳原子数的烷烃和烯烃五种流程组织方案五种流程组织方案净化方案：净化方案：脱乙炔塔的安排脱乙炔塔的安排前加氢：前加氢：脱乙炔塔在脱甲烷塔前脱乙炔塔在脱甲烷塔前 后加氢：后加氢：脱乙炔塔在脱甲烷塔后脱乙炔塔在脱甲烷塔后顺序分离流程顺序分离流程前脱乙烷前加氢流程前脱乙烷前加氢流程前脱乙烷后加氢流程前脱乙烷后加氢流程前脱丙烷前加氢流程前脱丙烷前加氢流程前脱丙烷后加氢流程前脱丙烷后加氢流程三种流程的比较三种流程的比较 项目顺序分离前脱乙烷前脱丙烷操作问题脱甲烷塔在前，
32、釜温低，再沸器中不容易发生聚合而堵塞脱乙烷塔在前，压力高，釜温高；碳四以上烃含量高，二烯烃在再沸器中聚合，影响操作损失丁二烯脱丙烷塔在前，放置在压缩机段间，低压时就除去了丁二烯，再沸器中不易发生聚合而堵塞冷量消耗全部馏分进入脱甲烷塔，加重了冷量负荷，消耗高能级位的冷量多，冷量利用不合理碳三、碳四在脱乙烷塔中分离消耗低能为冷量，利用合理碳四在脱丙烷塔中分离消耗低能为冷量，利用合理分子筛干燥负荷在流程压力较高、温度较低的位置，对吸附有利，容易保证裂解气的露点，负荷小脱丙烷塔在三段出口，分子筛在压力较低的位置，对吸附不利，三段出口碳三以上重质烃不能较多冷凝，负荷大加氢脱炔方案多采用后加氢可以采用后加
33、氢，但采用前加氢最有利可以采用后加氢，前加氢经济效果最好塔径大小脱甲烷塔负荷大，塔径大，且耐低温钢材耗用多脱甲烷塔负荷小，塔径小，而脱乙烷塔塔径大脱丙烷塔负荷大，塔径大，而脱甲烷塔介于前两者之间v乙烯回收率乙烯回收率l评价分离装置是否先进的重要技术经济指标评价分离装置是否先进的重要技术经济指标；l甲烷塔和乙烯精馏塔是保证乙烯回收率和乙烯产甲烷塔和乙烯精馏塔是保证乙烯回收率和乙烯产品纯度的关键设备品纯度的关键设备v能量的综合利用水平能量的综合利用水平l确定单位产品所需的能耗确定单位产品所需的能耗分离流程的主要评价指标分离流程的主要评价指标 脱甲烷塔脱甲烷塔 脱甲烷塔的脱甲烷塔的中心任务中心任务:
34、 : 将裂解气中将裂解气中甲烷甲烷-氢和乙烯及比乙烯更重的组分氢和乙烯及比乙烯更重的组分进进行分离，分离过程是利用低温，使裂解气中除甲行分离，分离过程是利用低温，使裂解气中除甲烷烷-氢外的各组分全部液化，然后将不凝气体甲烷氢外的各组分全部液化，然后将不凝气体甲烷-氢分出。氢分出。脱甲烷塔脱甲烷塔是分离过程中是分离过程中温度最低的塔温度最低的塔，能量消耗也最多能量消耗也最多，所以脱甲烷塔是精馏过程中关键塔之一。所以脱甲烷塔是精馏过程中关键塔之一。乙烯塔乙烯塔脱乙烷塔脱乙烷塔其余塔其余塔脱甲烷塔脱甲烷塔分离装置中的位置分离装置中的位置v分离装置中投资最大、能耗最多的环节分离装置中投资最大、能耗最多
35、的环节v需在需在90以下的低温条件脱除氢和甲烷以下的低温条件脱除氢和甲烷v冷冻功耗约占全装置冷冻功耗的冷冻功耗约占全装置冷冻功耗的50以上以上 脱甲烷塔脱甲烷塔 分离要求分离要求v轻关键组分为轻关键组分为甲烷甲烷，重关键组分为，重关键组分为乙烯乙烯；v塔顶甲烷馏分中的乙烯含量要低，保证乙塔顶甲烷馏分中的乙烯含量要低，保证乙烯的回收率；烯的回收率；v塔釜产品甲烷含量尽可能低，塔釜产品甲烷含量尽可能低，以利于提高以利于提高乙烯纯度，乙烯纯度，确保乙烯产品质量；确保乙烯产品质量；v脱甲烷塔对保证乙烯回收率和纯度起决定脱甲烷塔对保证乙烯回收率和纯度起决定性作用。性作用。 脱甲烷塔脱甲烷塔（一）影响脱甲
36、烷的因素分析（一）影响脱甲烷的因素分析v原料气组成（原料气组成（CH4 /H2）v操作温度操作温度v压力压力l由于裂解气中的氢和甲烷都进入脱甲烷塔塔顶，在由于裂解气中的氢和甲烷都进入脱甲烷塔塔顶，在塔顶为了满足分离要求，要有一部分甲烷的液体回塔顶为了满足分离要求，要有一部分甲烷的液体回流。流。l但如有大量氢气存在，降低了甲烷的分压，甲烷气但如有大量氢气存在，降低了甲烷的分压，甲烷气体的冷凝温度会降低，即不容易冷凝，会减少甲烷体的冷凝温度会降低，即不容易冷凝，会减少甲烷的回流量。的回流量。l所以在满足塔顶露点的要求下，所以在满足塔顶露点的要求下，温度和压力一定时，温度和压力一定时， CH4H2越
37、大，脱除甲烷越彻底。越大，脱除甲烷越彻底。（1）原料气组成）原料气组成（2）温度和压力）温度和压力l降温和增压降温和增压都有利于提高乙烯回收率，但温度都有利于提高乙烯回收率，但温度降低、压力提高都受到一定条件的降低、压力提高都受到一定条件的制约制约。l温度降低，受制冷剂温度级位的限制。温度降低，受制冷剂温度级位的限制。l压力提高主要影响分离组分的相对挥发度，压压力提高主要影响分离组分的相对挥发度，压力增大，降低力增大，降低CH4/C2H2相对挥发度，分离变难，相对挥发度，分离变难，使使CH4难于从塔釜液中蒸出。难于从塔釜液中蒸出。操作温度和操作压力操作温度和操作压力 它表示气相中两组分的摩尔分
38、数比为与之成平衡的液相中两组分摩尔分数比的倍。 降低压力，节能降低压力，节能高压、中压、低压脱甲烷高压、中压、低压脱甲烷 300kta乙烯装置乙烯装置高压法的能耗为高压法的能耗为12918 kW，低压法的，低压法的能耗能耗10768 kW操作温度较低，材质要求高，操作温度较低，材质要求高，增加了甲烷制冷系统，投资增加了甲烷制冷系统，投资可能增大，且操作复杂可能增大，且操作复杂v压力压力0.60.7MPa，顶温，顶温-140，釜温，釜温-50v由于压力低，由于压力低，相对挥发度较大，分离效果好相对挥发度较大，分离效果好。由于温度低，所以由于温度低，所以乙烯回收率高。乙烯回收率高。v虽然需要低温级
39、冷剂，但因易分离，回流比较虽然需要低温级冷剂，但因易分离，回流比较小，折算到每吨乙烯的小，折算到每吨乙烯的能量消耗，低压法仅为能量消耗，低压法仅为高压法的高压法的70%多多。v低压法也有不利之处，低压法也有不利之处，需要耐低温钢材、多一需要耐低温钢材、多一套甲烷制冷系统、流程比较复杂套甲烷制冷系统、流程比较复杂；同时低压法同时低压法并不适合所有的裂解气分离，并不适合所有的裂解气分离，只适用于裂解气只适用于裂解气中的中的CH4/C2H4比值较大的情况。比值较大的情况。v压力为压力为3.14.1MPa，塔顶温度为，塔顶温度为-96，不必不必采用甲烷制冷系统，只需用液态乙烯即可。采用甲烷制冷系统，只
40、需用液态乙烯即可。v由于脱甲烷塔顶尾气压力高，可由于脱甲烷塔顶尾气压力高，可借助高压尾气借助高压尾气的自身节流膨胀获得额外的降温，的自身节流膨胀获得额外的降温，比甲烷冷冻比甲烷冷冻系统简单。系统简单。v此外提高压力可缩小精馏塔的容积，所以从此外提高压力可缩小精馏塔的容积，所以从投投资和材质资和材质要求看，高压法是有利的，但要求看，高压法是有利的，但分离效分离效果不如低压法果不如低压法。2022-5-992v高压脱甲烷：（3.03.2 MPa） 技术成熟v低压脱甲烷： （0.6-0.7MPa） 发展方向（二）利用冷箱提高乙烯回收率（二）利用冷箱提高乙烯回收率v生产中，脱甲烷塔系统为防止低温设备散
41、冷，减少生产中，脱甲烷塔系统为防止低温设备散冷，减少其与环境接触的表面积，常把节流膨胀阀、高效板其与环境接触的表面积，常把节流膨胀阀、高效板式换热器、气液分离器等低温设备，式换热器、气液分离器等低温设备，封闭在一个由封闭在一个由绝热材料做成的箱子中，此箱称之为冷箱。绝热材料做成的箱子中，此箱称之为冷箱。冷箱是冷箱是在在-100-160 下操作的低温设备。下操作的低温设备。v冷箱可用于冷箱可用于气体和气体、气体和液体、液体和液体气体和气体、气体和液体、液体和液体之间的热交换，在同一个冷箱中允许多种物质同时之间的热交换，在同一个冷箱中允许多种物质同时换热，冷量利用合理，从而省掉了一个庞大的列管换热
42、，冷量利用合理，从而省掉了一个庞大的列管式换热系统，式换热系统，起到了节能的作用。起到了节能的作用。冷箱冷箱用途用途原理原理前冷和后冷前冷和后冷把制冷设备放在一绝热箱把制冷设备放在一绝热箱中，在中，在100100160160低低温下操作温下操作用节流膨胀来获得低温用节流膨胀来获得低温回收乙烯，制取富氢回收乙烯，制取富氢和富甲烷馏分和富甲烷馏分冷箱在流程中与脱甲冷箱在流程中与脱甲烷塔的相对位置不同烷塔的相对位置不同v前冷前冷：冷箱放在脱甲烷塔之前处理塔进料；冷箱放在脱甲烷塔之前处理塔进料；v前冷流程适用于规模较大、自动化程度较高、前冷流程适用于规模较大、自动化程度较高、原料较稳定、需要获得纯度较
43、高的副产氢的原料较稳定、需要获得纯度较高的副产氢的场合。但脱甲烷塔操作弹性较低，流程较复场合。但脱甲烷塔操作弹性较低，流程较复杂，仪表自动化要求高。杂，仪表自动化要求高。v目前工业生产中应用目前工业生产中应用前冷前冷流程的较多。流程的较多。后冷后冷：冷箱放在脱甲烷塔之后处理塔顶气。冷箱放在脱甲烷塔之后处理塔顶气。后冷后冷仅将塔顶的甲烷仅将塔顶的甲烷-氢馏分冷凝分离而获富甲氢馏分冷凝分离而获富甲烷馏分和富氢馏分。此时裂解气是经塔精馏后才烷馏分和富氢馏分。此时裂解气是经塔精馏后才脱氢故亦称脱氢故亦称后脱氢工艺后脱氢工艺乙烯的精馏乙烯的精馏精馏分离工艺流程图关键设备精馏分离工艺流程图关键设备原料（乙
44、烯和乙烷混和液体）精馏塔的某一位置（进料板处）流入精馏塔内，开始精原料（乙烯和乙烷混和液体）精馏塔的某一位置（进料板处）流入精馏塔内，开始精馏操作，塔底设再沸器加热釜液中的液体，产生蒸汽通过塔板的筛孔上升，与沿降液馏操作，塔底设再沸器加热釜液中的液体，产生蒸汽通过塔板的筛孔上升，与沿降液管下降并横向流过塔板的液体在各级筛板上错流接触并进行传热及传质，塔顶得到乙管下降并横向流过塔板的液体在各级筛板上错流接触并进行传热及传质，塔顶得到乙烯，塔釜为乙烷。烯，塔釜为乙烷。乙烯塔的地位乙烯塔的地位乙烯塔任务乙烯塔任务塔顶得聚合级产品乙烯塔顶得聚合级产品乙烯塔釜液为乙烷塔釜液为乙烷乙烯塔温度仅次于脱甲乙烯
45、塔温度仅次于脱甲烷塔，是关键塔烷塔，是关键塔 冷量消耗占总制冷量的冷量消耗占总制冷量的3844此塔设计和操作好坏，此塔设计和操作好坏，影响乙烯产品的产量、影响乙烯产品的产量、质量及成本质量及成本乙烯塔的乙烯乙烷相对挥发度乙烯塔的乙烯乙烷相对挥发度 v操作压力由制冷的能量消耗，设备投资，操作压力由制冷的能量消耗，设备投资，产品乙烯要求的输出压力以及脱甲烷塔的产品乙烯要求的输出压力以及脱甲烷塔的操作压力等因素来决定。操作压力等因素来决定。 高压法高压法 低压法低压法乙烯塔操作压力的确定乙烯塔操作压力的确定相对挥发度相对挥发度增大，塔板增大，塔板数或回流比数或回流比降低降低塔温升高，不用较低温塔温升
46、高，不用较低温度级位的冷剂，降低能度级位的冷剂，降低能量消耗及制冷系统设备量消耗及制冷系统设备费用，降低对设备材质费用，降低对设备材质的要求，上升蒸气的相的要求，上升蒸气的相对密度增加，使单位设对密度增加，使单位设备处理量增加，降低设备处理量增加，降低设备费用备费用塔的温度也塔的温度也低，冷剂的低，冷剂的温度级位低，温度级位低，对材质要求对材质要求较高较高相对挥发度下相对挥发度下降，塔板数增降，塔板数增多或多或R增大，增大，设备费用或操设备费用或操作费用提高，作费用提高，设备费增加设备费增加乙烯塔的分析提高压力提高压力降低压力降低压力P不利的影响不利的影响精馏塔塔顶返回塔内的回流液流量L与塔顶
47、产品流量D的比值，即R=L/D。乙烯塔工艺乙烯塔工艺v低压法，塔的操作温度低低压法，塔的操作温度低 v高压法，塔的操作温度高高压法，塔的操作温度高 操作压力一般为操作压力一般为0.50.8MPa，塔，塔顶冷凝温度为顶冷凝温度为-50-60左右，塔左右，塔顶冷凝器需要乙烯作为制冷剂。顶冷凝器需要乙烯作为制冷剂。操作压力一般为操作压力一般为1.92.3MPa，相应，相应塔顶温度为塔顶温度为2335左右，塔左右，塔顶冷凝器使用丙烯冷剂即可顶冷凝器使用丙烯冷剂即可采用侧线出料法采用侧线出料法提馏段采用中间再沸器提馏段采用中间再沸器回收冷量回收冷量乙烯塔的改进乙烯塔的改进后加氢工艺后加氢工艺乙烯精馏塔的
48、进料还含有乙烯精馏塔的进料还含有少量甲烷，影响产品的纯少量甲烷，影响产品的纯度度, ,多不设第二脱甲烷塔分多不设第二脱甲烷塔分离；采用侧线引出高纯度离；采用侧线引出高纯度乙烯，塔顶引出含少量甲乙烯，塔顶引出含少量甲烷的粗乙烯回压缩系统。烷的粗乙烯回压缩系统。一塔起到二塔的作用一塔起到二塔的作用 乙烯精馏塔精馏段的塔板数乙烯精馏塔精馏段的塔板数较多，回流比大。大回流比较多，回流比大。大回流比对精馏段操作有利，可提高对精馏段操作有利，可提高乙烯产品的纯度。为回收冷乙烯产品的纯度。为回收冷量，在提馏段采用中间再沸量，在提馏段采用中间再沸器。器。丙烯的精馏丙烯的精馏 丙烯精馏塔丙烯精馏塔特点特点任务任
49、务v分离丙烯分离丙烯-丙烷馏丙烷馏分的塔分的塔v塔顶得到丙烯，塔顶得到丙烯，塔底得到丙烷塔底得到丙烷v丙烯丙烯-丙烷的相对丙烷的相对挥发度很小，不易挥发度很小，不易分离分离v塔板数最多，回塔板数最多，回流比最大，运转费流比最大，运转费和投资费较多和投资费较多丙烯精馏工艺丙烯精馏工艺低压法低压法v压力在压力在1.2MPa以下以下v操作压力低，相对挥发度提高，塔操作压力低，相对挥发度提高，塔板数和回流比减少板数和回流比减少v塔顶温度低于环境温度，不能用工塔顶温度低于环境温度，不能用工业水来冷凝，必须采用制冷剂制冷业水来冷凝，必须采用制冷剂制冷高压法高压法v压力在压力在1.7MPa以上以上v塔顶冷凝
50、温度高于环境温度，用工业水冷塔顶冷凝温度高于环境温度，用工业水冷凝回流凝回流v塔釜用急冷水（水洗塔出来的约塔釜用急冷水（水洗塔出来的约85）或）或低压蒸气进行加热低压蒸气进行加热v设备简单，易于操作。设备简单，易于操作。v缺点是回流比大，塔板数多缺点是回流比大，塔板数多1.分离流程分为哪几种分离流程分为哪几种,根据什么原则分离？根据什么原则分离？2.影响脱甲烷塔的操作因素有哪些？影响脱甲烷塔的操作因素有哪些？3.什么叫冷箱，有什么用途什么叫冷箱，有什么用途? 4.试述乙烯精馏任务以及操作的影响因素？试述乙烯精馏任务以及操作的影响因素？5.哪些工艺要进行第二次脱甲烷？哪些工艺要进行第二次脱甲烷？
