1、第二章 裂解氣分離,本章主要內(nèi)容,第一節(jié) 裂解氣的組成與分離方法 第二節(jié) 壓縮與制冷 第三節(jié) 氣體凈化 第四節(jié) 裂解氣深冷分離 第五節(jié) 裂解氣分離操作中的異?，F(xiàn)象,?,第一節(jié) 裂解氣的組成與分離方法,組成 烴類： CH4、C2H2、C2H4、C2H6、 C3H4、C3H6、C3H8、 C4、C5、C6204餾分 非烴類： H2 、H2O、CO、CO2、H2S,裂解氣分離方法,油吸收,深冷分離,用吸收劑吸收除甲烷和氫氣以外的其它組分，然后精餾，把各組分從吸收劑中逐一分離。 流程簡單，動(dòng)力設(shè)備少，投資少，但技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和產(chǎn)品純度差。,在-100左右的低溫下，將裂解氣中除了氫和甲烷以外的其它烴類全部

2、冷凝下來。然后利用裂解氣中各種烴類的相對揮發(fā)度不同，在合適的溫度和壓力下，以精餾的方法將各組分分離開來，達(dá)到分離的目的,深冷分離過程組成,第二節(jié) 壓縮和制冷,加壓 提高組分的沸點(diǎn) 提高操作溫度,壓縮的原因,裂解氣常壓沸點(diǎn)很低,常壓,冷凝、精餾分離溫度低,需要大量冷量和耐低溫設(shè)備,裂解氣壓縮,絕熱過程，壓力升高，溫度也上升,k=cpcv,單位 MPa,單位 k,單段壓縮與多段壓縮的比較,多級壓縮,段間凈化分離,節(jié)約壓縮功耗,降低出口溫度,如酸性氣體的脫除,段間冷卻，節(jié)省壓縮功 段數(shù)多，接近等溫壓縮,二烯烴易聚合，危及正常操作 溫度愈高，聚合速度愈快 氣體溫度小于100,制冷系統(tǒng),低于環(huán)境溫度的深

3、冷溫度條件下進(jìn)行,創(chuàng)造環(huán)境空氣、水等 所不能實(shí)現(xiàn)的低溫條件,制冷循環(huán)中完成熱量轉(zhuǎn)移的工作介質(zhì),單級制冷循環(huán)四個(gè)基本過程,反復(fù)進(jìn)行,形成一個(gè)閉合循環(huán)操作過程,單級制冷循環(huán)組成,制冷劑吸熱蒸發(fā)，變成低溫低壓氣體,壓力、溫度降低,制冷劑在冷凝器中冷卻冷凝成液體,制冷劑由低溫低壓氣體變?yōu)楦邷馗邏簹怏w,制冷循環(huán),實(shí)質(zhì)：通過制冷不斷將處于低溫的被冷物料的熱量傳給溫度較高的冷水,制冷劑的選擇,制冷,制冷劑丙烯數(shù)據(jù)分析,沸點(diǎn)47.7 ，臨界溫度 91.89 ；丙烯單獨(dú)使用，可以實(shí)現(xiàn)被水冷凝，但不能將被冷物料降溫到-100 ,制冷劑乙烯數(shù)據(jù)分析,制冷,沸點(diǎn)103.7 ，臨界溫度9.5；乙烯單獨(dú)使用，可以將被冷物

4、料降溫到-100 ，但不能實(shí)現(xiàn)被水冷凝 丙烯、乙烯均不能單獨(dú)完成任務(wù),復(fù)疊制冷循環(huán),節(jié)流膨脹制冷,氣體由較高的壓力通過一個(gè)節(jié)流閥膨脹到較低的壓力，過程非?？?，來不及與外界發(fā)生熱交換，膨脹所需的熱量必須由自身供給，從而引起溫度降低。,生產(chǎn)中,高壓脫甲烷分離,可用節(jié)流膨脹獲得-110,熱泵,能否把塔頂?shù)蜏靥幍臒崃?傳到塔釜高溫處呢?,塔頂需用外來冷劑引入冷量，從塔頂移出熱量； 塔釜又要用外來熱劑供給熱量。,熱泵系統(tǒng)將精餾塔和制冷循環(huán)結(jié)合起來， 實(shí)現(xiàn)既向塔頂供冷，又向塔底供熱的制冷循環(huán)系統(tǒng),精餾過程,熱泵流程與一般制冷流程,熱泵流程說明,第三節(jié) 裂解氣的凈化,酸性氣體的脫除,酸性氣體的危害,CO2會

5、在低溫下結(jié)成干冰，堵塞設(shè)備和管道,H2S造成加氫脫炔和甲烷化催化劑中毒,氫氣、乙烯、丙烯中的酸性氣體含量不合格，使下游聚合或催化反應(yīng)的催化劑中毒，也影響產(chǎn)品質(zhì)量,方法 堿洗法 乙醇胺法,原理：化學(xué)吸收,堿洗法脫除酸性氣體,CO2 +2NaOH Na2CO3 + H2O H2S +2NaOH Na2S+2H2O NaOH吸收劑不可再生,塔分三段： I段水洗塔為泡罩塔板 段和段為堿洗段填料層 堿液濃度由上而下降低： 新鮮堿液含量為1820， 段循環(huán)堿液NaOH含量約為57 段循環(huán)堿液NaOH含量為23,堿洗工藝流程圖,兩段堿洗工藝流程 1-加熱器；2-堿洗塔； 3，4-堿液循環(huán)泵；5-水洗循環(huán)泵,

6、堿洗塔,塔的除沫裝置,乙醇胺法脫除酸性氣原理,乙醇胺法脫除酸性氣,特點(diǎn)：吸收劑可以循環(huán)使用 工藝組成：吸收、解吸,嘗試設(shè)計(jì)吸收解吸流程,吸收和解吸過程,乙醇胺法工藝,醇胺法與堿洗法比較,堿洗法 適于酸含量低 堿不可再生 堿消耗大 黃油問題 廢水處理量大,乙醇胺法 適用酸含量高 吸收劑可再生，消耗少 吸收不如堿洗徹底 設(shè)備要求高 吸收雙烯烴，再生易聚合,脫水 （干燥）,含飽和水量(600700)106,要求：水含量(W)降至1106以下,脫水原因 水分在低溫下結(jié)冰 加壓和低溫條件下，可與烴生成白色結(jié)晶的水合物如：CH46H2O，C2H67H2O 水合物和冰會積累而造成設(shè)備和管道的堵塞現(xiàn)象,脫水方

7、法,常用方法：吸附法,常用吸附劑：,3A分子篩 活性氧化鋁,常用吸附劑比較,常用吸附劑比較,低相對濕度下，吸附能力仍較大。 吸附容量受溫度影響小，低溫也較大,相對濕度60 吸附容量分子篩 相對濕度， 吸附容量分子篩 吸附量受溫度影響較大,分子篩,（Me）x/n(Al2O3)x(SiO2)ymH2O Me-金屬陽離子，Na, Ca等 x/n -價(jià)數(shù)為n的金屬陽離子數(shù) -結(jié)晶水的摩爾數(shù),幾種常用分子篩吸附劑,吸附放熱，低溫吸附 溫度升高,脫附再生，可再生,具有選擇性多孔，小于孔徑的分子通過,被吸附.極性分子易于吸附表面積大，適合深度干燥,吸附與脫附條件,脫附：高溫、減壓,吸附：低溫、加壓,固定床吸

8、附操作,吸附劑不動(dòng)； 流體相連續(xù)輸入； 吸附劑逐層飽和,生產(chǎn)實(shí)際,嘗試畫出流程： 提示： 兩個(gè)干燥劑罐并聯(lián)串聯(lián)？ 控制閥如何設(shè)置？ 再生時(shí)如何實(shí)現(xiàn)溫升 如何實(shí)現(xiàn)再生后的重新使用？,一般設(shè)置兩臺干燥器，輪流進(jìn)行干燥和再生,典型的兩個(gè)吸附器輪流操作的流程圖,裂解過程中生成 乙炔集于C2餾分 甲基乙炔和丙二烯富集于C3餾分,產(chǎn)品再加工不利，影響催化劑壽命，惡化產(chǎn)品質(zhì)量，形成不安全因素產(chǎn)生副產(chǎn)品,炔烴脫除,方法： 溶劑吸收法 催化加氫法,要求 乙炔5105 丙二烯 5105,炔烴脫除方法,溶劑吸收法,N-甲基吡咯烷酮（NMP）,脫出裂解氣中的乙炔,回收到一定量的乙炔,優(yōu)點(diǎn),常用的溶劑,丙酮,二甲基甲酰

9、胺（DMF）,乙烯裝置的大型化，裂解溫度高, 停留時(shí)間短，乙炔增加 石腦油為原料的300 kt/a乙烯裝置，常規(guī)裂解回收乙炔量約6700t/a，毫秒爐裂解回收乙炔量可達(dá)11500t/a,催化加氫脫炔,C2H2+H2 C2H4 C2H2+2H2 C2H6 C2H4+H2 C2H6 mC2H2+ nC2H4 低聚物,原理,希望：乙炔加氫生成乙烯,催化加氫的原因,乙炔加氫轉(zhuǎn)化為乙烷的化學(xué)平衡常數(shù)大于乙炔加氫轉(zhuǎn)化為乙烯的反應(yīng)。,乙烯加氫轉(zhuǎn)化為乙烷的反應(yīng)速度比乙炔加氫轉(zhuǎn)化為乙烯的反應(yīng)速度快10100倍,后加氫 裂解氣分離出C2餾分和C3餾分后，對C2和C3餾分進(jìn)行催化加氫，脫除乙炔、甲基乙炔和丙二烯,加

10、氫工藝,前加氫 氫氣未分離之前利用裂解氣中的氫對炔烴進(jìn)行選擇性加氫脫除炔烴。自給氫催化加氫,前加氫與后加氫比較,流程簡化，節(jié)省投資 操作穩(wěn)定性差。 氫氣過量，副反應(yīng)劇烈，選擇性差，造成乙烯和丙烯損失，嚴(yán)重時(shí)還會導(dǎo)致反應(yīng)溫度失控，床層飛溫，威脅生產(chǎn)安全。,工藝流程或控制復(fù)雜。需要第二脫甲烷塔或側(cè)線采出塔 氫氣定量供給，加氫選擇性好，溫度較易控制，不易發(fā)生飛溫的問題,C2餾分加氫工藝,加氫工藝流程圖,脫一氧化碳,CO的危害,少量的CO帶入富氫餾分中，會使加氫催化劑中毒 隨著烯烴聚合高效催化劑的發(fā)展，對乙烯和丙烯的CO含量的要求也越來越高。,部分富集于甲烷餾份 部分富集于富氫餾分,CO脫除的方法,甲

11、烷化法在催化劑存在的條件下，使裂解氣中的一氧化碳催化加氫生成甲烷和水，達(dá)到脫除CO的目的,第四節(jié) 裂解氣的深冷分離,乙烯精餾,分離流程,脫甲烷塔,丙烯精餾,分離流程的組織,分離流程的組織,各種流程的主要差別,凈化,壓縮冷凍,低溫精餾,精餾分離烴類的順序,脫炔烴的安排,冷箱位置,典型分離工藝流程,順序分離流程 前脫乙烷流程 前脫丙烷流程,先易后難 先將不同碳原子數(shù)的烴分開，再分同一碳原子數(shù)的烯烴和烷烴；均將生產(chǎn)乙烯的乙烯精餾塔和生產(chǎn)丙烯的丙烯精餾塔置于流程最后,解釋,將乙烷以及比乙烷輕的組分從塔頂分離出去,將丙烷以及比丙烷輕的組分從塔頂分離出去,將碳四以及比碳四輕的組分從塔頂分離出去,分離丙烯/

12、丙烷,將甲烷以及比甲烷輕的組分從塔頂分離出去,分離乙烯/乙烷,丙烯塔,乙烯塔,脫碳四塔,脫丙烷塔,脫乙烷塔,脫甲烷塔,寫出對應(yīng)進(jìn)料組成各塔的出料,氫氣、甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、丙 烷、碳四、碳五,丙烯、丙烷、碳四、碳五,乙烷、乙烯、丙烯、丙烷、碳四、碳五,氫氣、甲烷、乙烷、乙烯,順序分離流程,前脫乙烷前加氫流程,前脫乙烷后加氫流程,前脫丙烷前加氫流程,前脫丙烷后加氫流程,三種流程的比較,分離工藝流程圖關(guān)鍵設(shè)備,精餾塔及附屬設(shè)備,分離流程的主要評價(jià)指標(biāo),甲烷塔和乙烯塔是保證乙烯回收率和乙烯產(chǎn)品純度的關(guān)鍵設(shè)備,裝置中投資最大、能耗最多的環(huán)節(jié) 需要在90以下的低溫條件下脫除氫和甲烷 冷凍功耗約占全裝

13、置冷凍功耗的50以上,脫甲烷塔,輕關(guān)鍵組分為甲烷，重關(guān)鍵組分為乙烯 塔頂甲烷餾分中的乙烯含量要低，保證乙烯的回收率 塔釜產(chǎn)品甲烷含量盡可能低，以確保乙烯產(chǎn)品質(zhì)量,脫甲烷塔,操作溫度和操作壓力,操作溫度和壓力分析,塔頂溫度隨塔壓降低而降低。 壓力降低，回流溫度降低， 壓力降低，相對揮發(fā)度提高，用相同塔板數(shù)，可以降低回流比 壓力提高，甲烷對乙烯的相對揮發(fā)度降低 ，壓力升高受限制,為避免采用低制冷溫度 應(yīng)采用較高操作壓力,降低壓力，節(jié)能,高壓、中壓、低壓脫甲烷,300kta乙烯裝置 高壓法的能耗為12918 kW，低壓法的能耗10768 kW,操作溫度較低，材質(zhì)要求高，增加了甲烷制冷系統(tǒng)，投資可能增

14、大，且操作復(fù)雜,原料氣組成H2CH4比的影響,脫甲烷塔塔頂，對于H2CH4一C2H4三元系統(tǒng) 其露點(diǎn)方程為,H2CH4比減小，乙烯回收率提高,將H2先分離出去， 使H2CH4比減小,把高效板式換熱器、節(jié)流膨脹閥和氣液分離器等放在一絕熱箱中，在100160低溫下操作,用節(jié)流膨脹來獲得低溫,回收乙烯，制取富氫和富甲烷餾分,冷箱在流程中與脫甲烷塔的相對位置不同,乙烯塔溫度僅次于脫甲烷塔，是關(guān)鍵塔 冷量消耗占總制冷量的3844 影響產(chǎn)品的成本,乙烯塔的乙烯乙烷相對揮發(fā)度,相對揮發(fā)度增大，塔板數(shù)或回流比降低,塔溫升高，不用較低溫度級位的冷劑，降低能量消耗及制冷系統(tǒng)設(shè)備費(fèi)用，降低對設(shè)備材質(zhì)的要求，上升蒸氣

15、的相對密度增加，使單位設(shè)備處理量增加，降低設(shè)備費(fèi)用,塔的溫度也低，冷劑的溫度級位低，對材質(zhì)要求較高,相對揮發(fā)度下降，塔板數(shù)增多或回流比增大，設(shè)備費(fèi)用或操作費(fèi)用提高，設(shè)備費(fèi)增加,乙烯塔工藝,低壓法，塔的操作溫度低 高壓法，塔的操作溫度高,操作壓力一般為0.50.8MPa，塔頂冷凝溫度為5060左右，塔頂冷凝器 需要乙烯作為制冷劑。 生產(chǎn)中常采用開式熱泵,操作壓力一般為1.92.3MPa，相應(yīng)塔頂溫度為2335左右，塔頂冷凝器使用丙烯冷劑即可,采用側(cè)線出料法,提餾段采用中間再沸器 回收冷量,后加氫工藝 乙烯精餾塔的進(jìn)料還含有少量甲烷，影響產(chǎn)品的純度,設(shè)第二脫甲烷塔，分離之 目前 側(cè)線引出高純度乙烯

16、，塔頂引出含少量甲烷的粗乙烯回壓縮。 一塔起到二塔的作用,中間冷凝器和中間再沸器,一般頂溫低于環(huán)境溫度，且頂?shù)诇夭钶^大的精餾塔,中間再沸器實(shí)例,乙烯塔,分析,溫度變化對應(yīng)濃度變化 塔頂溫度低，濃度提高需要的理論板數(shù)多，回流比大 塔底溫度高，濃度變化需要的理論板數(shù)少，回流比小,脫甲烷塔，塔底溫度低于常溫，再沸器本身就回收冷量 提餾段設(shè)置中間再沸器，就可回收比塔底溫度更低的冷量,節(jié)省能量消耗,節(jié)約能量消耗,低溫?zé)釀┳鳠嵩?設(shè)在提餾段,用溫度比塔頂回流冷凝器稍高的冷劑作冷源,分離丙烯、丙烷餾分的塔， 塔頂?shù)玫奖?，塔底得到丙?丙烯、丙烷的相對揮發(fā)度很小，不易分離 塔板數(shù)最多，回流比最大，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)和投

17、資費(fèi)較多,丙烯精餾工藝,低壓法,壓力在1.2MPa以下 操作壓力低，相對揮發(fā)度提高，塔板數(shù)和回流比減少 塔頂溫度低于環(huán)境溫度，不能用工業(yè)水來冷凝，必須采用制冷 工業(yè)上往往采用熱泵系統(tǒng),高壓法,壓力在1.7MPa以上 頂蒸汽冷凝溫度高于環(huán)境溫度，用工業(yè)水冷凝回流 塔釜用急冷水（水洗塔出來的約85）或低壓蒸氣進(jìn)行加熱 設(shè)備簡單，易于操作。,缺點(diǎn)是回流比大，塔板數(shù)多,第五節(jié) 操作中的異?，F(xiàn)象,總結(jié),問題與思考,1、裂解氣是由哪些主要物質(zhì)組成的，對分離有什么要求？ 2、試述深冷分離法的特點(diǎn)，它包括哪些主要工藝操作過程？ 3、裂解氣為什么要首先進(jìn)行壓縮，確定壓力的依據(jù)是什么？為何要采取分段壓縮？為什么要

18、選用離心式壓縮機(jī)。 4、裂解氣為何進(jìn)行凈化處理？凈化處理包括哪些內(nèi)容？ 5、酸性氣體是什么物質(zhì)，酸性氣體的存在對裂解氣分離有什么危害？ 6、試述乙醇胺法與堿洗法脫硫的原理和影響因素，各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？ 7、裂解氣為什么要進(jìn)行深度千燥，烴類水合物生成條件是什么，防止水合物生成的根本辦法有哪些？ 8、何謂分子篩？分子篩干燥的基本原理是什么，其吸附有什么特點(diǎn)和規(guī)律。并試述分子篩干燥的工藝過程和操作條件。 9、為什么要脫除裂解氣中的抉烴，脫炔的工業(yè)方法有幾種？怎樣才能做到既脫炔烴又能增加乙烯收率？ 10、什么叫前加氫、后加氫，兩者有何區(qū)別？各有何優(yōu)缺點(diǎn)？,11、液相加氫脫除丙炔有什么方法，其特點(diǎn)和工藝過程如何？精餾法脫除丙炔的特點(diǎn)和工藝過程如何？ 12、裂解氣中一氧化碳是如何帶入的，工業(yè)上用什么方法脫除，工藝過程如何？ 13、敘述制冷任務(wù)和基本原理，制冷劑必須具備哪些