1、1.5.3 裂解气的压缩和制冷裂解气的压缩和制冷 P84 裂解气深冷分离要将裂解气、丙烯、乙烯压缩升压有“三机”：裂解气压缩机、丙烯制冷压缩机、乙烯制冷压缩机。是深冷分离的核心。能耗占深冷分离总能耗的 70%。1 裂解气的压缩 深冷分离要求裂解气的压力为 3.6 Mpa 左右。压缩过程中可凝出部分水和重质烃高压的部分馏分等焓节流膨胀或等熵膨胀过程有制冷作用，为深冷分离提供部分冷量。（1）多段压缩 为了节约能量，气体压缩采用多级（段）压缩。节约压缩功耗 压缩机压缩过程接近绝热压缩，功耗大于等温压缩，若把压缩分为多段进行，段间冷却移出热量，则可节省部分压缩功，段数愈多，愈接近等温压缩。降低出口温度
2、 裂解气重组分中的二烯烃易发生聚合，生成的聚合物沉积在压缩机内，严重危及操作的正常进行而二烯烃的聚合速度与温度有关，温度愈高，聚合速度愈快。为了避免聚合现象的发生，必须控制每段压缩后气体温度不高于 100。（2）典型的工艺流程图 1-26 裂解气五段压缩工艺流程一段 二段 三段 四段 五段裂解气裂解汽油LS裂解汽油回水洗塔去火炬凝水凝液CWCWCW脱酸性气CWCWC RQW闪蒸罐凝液汽提塔LS裂解气去分离系统去脱丙烷塔=2汽油汽提塔 段间设水冷器及吸入罐(气液分离罐)，裂解气凝液在吸入罐中分层，水相返回水洗塔，油相送汽油汽提塔或凝液汽提塔。在压缩机的三、四段间设置设置酸性气体脱除系统。五段压缩
3、机出口气体经水冷后再用丙烯冷剂冷却至 15，进一步降低水含量，减轻干燥器负荷。为防止压缩机喘振，设有三段返回一段，五段返回四段的气相旁路。压缩机还设置多种联锁保护。表 1-21 典型裂解气压缩机主要工艺参数 P86装置规模万t/a段数吸 入 流量公斤/h气 体分 子量吸 入温 度排 出温 度吸 入压力 kPa排 出压 力 kPa备注30一13633928.44491.9145292工作转速 215 转/分,最大转速 5476 转/分，压缩机功率 16406 千瓦，蒸汽透平功率 18047 千瓦。二12788727.94190.7274565三12267727.44192.85401098四12
4、618127.14093.59822024五12116626.54193.1197638252 制冷系统裂解气深冷分离要求有一定的压力，还要求-90 以下的低温。制冷是利用制冷剂压缩和冷凝得到制冷剂液体，然后在不同压力下蒸发，则获得不同温度级位的冷冻过程。（1）制冷循环及复叠制冷制冷循环：压缩冷凝膨胀蒸发。制冷剂 原则上沸点为低温的物质都可以用作制冷剂，而实际选用时，则需选用可以降低制冷装置投资、运转效率高、来源丰富、毒性小的制冷剂。对乙烯装置而言，装置产品为乙烯、丙烯，且乙烯和丙烯具有良好的热力学特性，因而均选用丙烯、乙烯作为装置制冷系统的制冷剂。热泵“热泵”是通过作功将低温热源的热量传送给
5、高温热源的供热系统热泵也是采用制冷循环，利用制冷循环在制取冷量的同时进行供热。在单级蒸汽压缩制冷循环中，通过压缩机作功将低温热源（蒸发器）的热量传送到高温热源（冷凝器）。如果以制取冷量为目的，则称之为制冷机。如果在此循环中将冷凝器作为加热器使用，利用制冷剂供热，则可称此制冷循环为热泵。制冷温度 制冷温度取决于制冷剂的沸点要获得低温必须用沸点低的制冷剂。表 1-22 工业上常用制冷剂性质 P88制冷剂制冷剂名称名称沸点沸点()()凝固点凝固点()()蒸发潜热蒸发潜热(kJ/kg)(kJ/kg)临界压力临界压力 (MPaMPa A)A)临界温临界温度度()()与空气的爆炸极限与空气的爆炸极限 (V
6、%)(V%)上限上限下限下限氨氨-33.5-77.81373.2711.28132.427.015.5丙烯丙烯-42.7-185.25437.944.6191.611.12.0丙烷丙烷-42.07-187.69426.224.2596.679.52.37乙烯乙烯-103.71-169.15482.745.039.2128.63.05乙烷乙烷-88.63-183.27489.864.8832.2812.453.22甲烷甲烷-161.49-182.48509.374.60-82.6015.05.0氢氢-252.80-259.20454.271.30-239.974.24.1选择制冷剂 乙烯、丙烯、
7、甲烷是乙烯装置产品，具有良好热力学性质，这些制冷剂就地取材，能满足要求。制冷剂丙烯乙烯甲烷沸点,-42.70-103.71-161.49温度级位,-40-100-120160深冷制冷循环复叠制冷循环 在乙烯装置中广泛采用复叠制冷循环实现深冷制冷循环。在压缩冷凝节流蒸发的蒸气压缩制冷循环中，由于受乙烯临界点的限制，乙烯制冷剂不可能在环境温度下冷凝，其冷凝温度必须低于其临界温度（9.21）。为此，乙烯蒸气用液体丙烯冷凝，丙烯蒸气用水冷凝，将乙烯、丙烯两个制冷循环复叠起来，组合成复叠式制冷系统。也可以组合成甲烷乙烯丙烯三元复叠式制冷系统，提供更低温度冷量。图1-28为甲烷乙烯丙烯复叠式制冷系统示意图
8、。复叠式制冷循环 复叠式制冷循环是能耗较低的深冷制冷循环，复叠制冷循环的主要缺陷是制冷机组多，又需有贮存制冷剂的设施，相应投资较大，操作较复杂。在乙烯装置中，所需制冷温度的等级多，所需制冷剂又是乙烯装置的产品，贮存设施完善，加上复叠制冷循环能耗低，因此，在乙烯装置中仍广泛采用复叠制冷循环。图1-28 甲烷-乙烯-丙烯复叠式制冷系统示意图（2）乙烯丙烯制冷系统 图1-29为乙烯和丙烯闭式制冷系统.为减少制冷功耗和产生不同温度级位的冷量，乙烯丙烯制冷系统采用多段压缩、多级节流的制冷循环。压缩冷凝后的制冷剂进入贮罐，然后分级节流膨胀，产生不同度级别温位的冷量。闭式制冷循环：制冷剂与工艺系统物料隔离。
9、开式制冷循环：制冷系统与精馏系统组成开式的热泵流程。制冷剂与产品同为一体。旁路流量调节，防止压缩机喘振。“冷喷”控制压缩机入口气体温度。气体排火炬管线，防止系统压力过高。液面监控调节，防止液体制冷剂进入压缩机。表1-23 典型乙烯制冷压缩机主要工艺参数 P91 装置规模万t/a 段数吸入流量kg/h吸入温度排出温度吸入压力kPa排出压力kPa备注 30一段11217-101.1-13.2116417工作转速9195转/分,最大转速9655转/分,压缩机功率1639KW,蒸汽透平功率1803KW 二段补气 3339-75417二段14556-26.5-13.4417714三段补气 18775-6
10、2714三段33331-29.2527141899表1-24 典型丙烯制冷压缩机主要工艺参数 P912装置规模万t/a 段数吸入流量kg/h吸入温度排出温度吸入压力kPa排出压力kPa备注 30一段187044-40-10.1137262工作转速4459转/分,最大转速4682转/分,压缩机功率11916KW,蒸汽透平功率13108KW二段补气 29533-23262二段216577-10.731.7262613三段补气 98702613三段22644730.656.6613985四段补气 5197018985四段27841749.491.59851961温度级位 乙烯制冷系统一般采用三段压缩
11、、三级节流的制冷循环，提供三种温度级位的冷量：-55，-75，-101。用于脱甲烷塔顶冷凝、裂解气预冷等。丙烯制冷系统大多采用四段压缩、四级节流的制冷循环，提供四种温度级位的冷量：6，-7，-24、-40。用于乙烯精馏塔、脱乙烷塔、脱丙烷塔的塔顶冷凝及乙烯制冷剂的冷凝冷却、裂解气预冷等。154裂解气的蒸馏分离 P93 精馏分离是深冷分离的主体。精馏分离是在不同温度条件下，通过一系列精馏塔将裂解气的C1C4按碳数逐一分开，并将主产品乙烯和丙烯提纯精制的过程。深冷分离精馏塔包括脱甲烷塔、脱乙烷塔、脱丙烷塔、脱丁烷塔、乙烯精馏塔、丙烯精馏塔。表1-25 各精馏塔主要工艺参数 P94 塔名关键组分相对
12、挥发度操作条件举例塔板数轻重压力MPa顶温釜温回流比脱甲烷塔甲烷乙烯6.73.15-9670.6170脱乙烷塔乙烷丙烷3.52.82-12760.61.33568乙烯蒸馏塔乙烯乙烷1.361.94-3183.55109179脱丙烷塔丙烷丁二烯2.790.85148011.63569丙烯蒸馏塔丙烯丙烷1.081.834455715120200脱丁烷塔正丁烷异戊烷2.170.50471060.8230501甲烷氢的分离 脱甲烷塔目的是将甲烷氢馏分从裂解气中分离出来。需要在-90以下低温下分离，冷冻功耗占全部深冷功耗的50%以上，是温度最低、冷量消耗最多、投资最大的环节。要求：塔顶乙烯含量尽可能低，
13、塔底甲烷含量尽可能低。增加压力有利于乙烯的冷凝。但相对挥发度降低。降低压力可相应降低塔顶温度，提高相对挥发度，提高分离效果。但设备材质要求高，要用更低温位的冷量。根据脱甲烷塔操作压力不同可分高、中、低压脱甲烷工艺。高压：3.03.2MPa;中压：1.051.25MPa;低压：0.60.7MPa;高压脱甲烷流程简单，操作稳定，多数公司采用。冷箱 冷箱：用绝缘材料将高效换热器及其边带的气液分离罐包在一个箱体里，称为冷箱。前冷：裂解气先经冷箱逐级冷凝，分出大部分氢气和相当部分甲烷，然后再进脱甲烷塔。有利于提高乙烯收率99.9%(V)和氢气纯度95%(V)。后冷：裂解气先进脱甲烷塔，塔顶甲烷-氢再进冷
14、箱，氢纯度80%（V），乙烯损失2%。图1-30 前脱氢高压脱甲烷工艺流程（Lummus）p952C2馏分的分离 P96 图1-31 前脱乙烷法C2分离流程(Linde公司)P97 C2馏分的分离包括脱乙烷和乙烯精馏系统。脱乙烷塔的目的是从裂解气中分离出C2馏分。前脱乙烷流程：脱乙烷塔顶出甲烷-氢、C2馏分，去脱甲烷塔脱除甲烷-氢，然后C2馏分加氢脱除乙炔，脱乙炔后进入第二脱甲烷塔脱除加氢过程带入的甲烷，最后，C2馏分经乙烯精馏塔精制得到乙烯产品。前脱丙烷和顺序分离流程 前脱丙烷和顺序分离流程：脱乙烷在脱乙烷塔之后，脱乙烷塔顶出C2馏分，然后是加氢脱乙炔和乙烯精馏，得到乙烯产品。为降能耗，节约
15、投资，可取消第二脱甲烷塔。乙烯精馏塔侧线出乙烯产品，富含甲烷气体从塔顶出，冷却后返回裂解气压缩机。脱乙烷塔塔底温度控制在80以下，操作压力在2.02.8MPa之间。乙烯精馏塔 乙烯精馏塔是制取乙烯产品的最终精馏塔。乙烯乙烷的相对挥发度较小，塔间物料浓度梯度很小，而产品质量（纯度）要求高，所以乙烯精馏塔塔板数多，回流比大。乙烯精馏有高压法和低压法之分。高压：1.9 2.3MPa，塔顶冷凝温度-25-30左右。低压：0.5 0.8MPa，塔顶冷凝温度-50-60左右。高压法对设备材质要求较低,总功耗较少,操作简便,大多采用高压法。为节约能耗，乙烯蒸馏塔一般有中间再沸器，用丙烯或裂解气加热。用热泵加
16、热系统，如乙烯精馏塔与乙烯制冷系统组成开式热泵流程。（图1-31）：乙烯精馏塔顶的乙烯气体进入乙烯压缩机二段入口，压缩后，一部分作乙烯精馏塔再沸器的热源，同时乙烯被冷凝返回三段吸入罐，乙烯液体节流后作乙烯精馏塔的回流。3C3和C4馏分的分离 P97 C3和C4馏分的分离包括脱丙烷、丙烯精馏和脱丁烷系统。前脱丙烷流程 脱丙烷塔设置在裂解气压缩机的三段和四段之间，进料为碱洗和干燥后的裂解气。脱丙烷塔塔顶出甲烷-氢、C2、C3的混合物。经进一步压缩，去脱甲烷塔、脱乙烷塔分离。脱乙烷塔底出C3。C3馏分经加氢脱丙炔、丙二烯，经丙烷精馏塔精制得到丙烯产品。顺序分离（图1-21）和前脱乙烷流程 脱丙烷塔进
17、料为脱乙烷塔的塔底液和裂解气压缩系统的凝液汽提塔的塔底液，基本不含C2以下馏分。脱丙烷塔顶为C3馏分，经加氢脱炔和丙烯精馏得到丙烯产品。顺序分离和前脱乙烷流程中，早期采用高压脱丙烷，塔压1.41.6MPa，塔顶冷凝器用水冷。但塔底温度较高（100以上），再沸器和下塔因聚合物结垢需定期清理。70年代开始，采用低压脱丙烷，塔压0.76MPa左右。塔顶14左右，塔底82以下，再沸器可实现一年一清理。降低脱丙烷塔操作压力，解决了再沸器和下塔结垢问题，但塔顶温度相应降低，需用丙烯冷剂。双塔脱丙烷工艺流程 图1-32 双塔脱丙烷工艺流程。P99为减少冷冻功耗，采用双塔流程。设高压塔和低压塔。高压塔压力1.
18、36MPa，塔顶温度38，用水冷，塔底72。塔底液进入低压塔，压力0.57MPa，塔顶温度42，用水冷，塔底76。塔顶气体先水冷再用丙烯冷剂冷,然后返回高压脱丙烷塔。双塔塔釜用急冷水加热。双塔流程缺点是投资较大。丙烯精馏塔 丙烯精馏塔是将丙烯和丙烷分离。最终得到丙烯产品。丙烯丙烷相对挥发度接近1，分离最为困难，所以在深冷分离中丙烯精馏塔塔板数最多、回流比最大。丙烯精馏与乙烯精馏相似，也有高压法和低压法，即低压热泵流程和高压水冷流程。低压热泵流程分闭式和开式两种。闭式热泵流程闭式热泵流程：丙烯冷剂在丙烯压缩机、再沸器、塔顶冷凝器组成的封闭系统中循环。开式热泵流程开式热泵流程：丙烯冷剂和产品混在一
19、起。高压法：相对挥发度降低、塔板数较多、回流比较大，但塔顶可用水冷，塔底用急冷水加热，操作稳定，所以用得较多。生产聚合级丙烯产品，塔板数200块左右，塔高90m以上。采用双塔流程，降低单塔塔高。脱丁烷塔 脱丁烷塔目的是将脱丙烷塔底液分离为C4馏分和裂解汽油。塔压0.55MPa以下，0.450.5MPa之间；塔底温度不超过112。塔顶水冷，塔釜用低压蒸汽加热。本节课主要内容 裂解气的压缩和制冷 u裂解气的压缩 多段压缩u典型的工艺流程u制冷系统 制冷循环及复叠制冷 乙烯丙烯制冷系统 裂解气的蒸馏分离 甲烷氢的分离 C2馏分的分离 C3和C4馏分的分离课外作业 1复习所讲课本内容。2简述裂解气的压缩、制冷、精馏分离。3画：图1-26、图1-29、图1-30、图1-31。课内作业课内作业 班级名称班级名称:学号学号:姓名姓名:日期日期 .1、画图1-32。
