【文档说明】乙烯的生产-深冷分离课件.ppt，共(71)页，2.542 MB，由小橙橙上传

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任务四工艺流程的组织——裂解气分离一、裂解气的组成及分离方法二、压缩与制冷三、气体净化四、裂解气深冷分离组分原料来源乙烷裂解石脑油裂解轻柴油裂解H2CO＋CO2＋H2SCH4C2H2C2H4C2H6C3H4C3H6C3H

8C4C5≥C6H2O34.00.194.390.1931.5124.350.760.180.094.3614.090.3226.780.4126.105.780.4810.300.344.851.044.534.9813.180.2721.240.3729

.347.580.5411.420.365.210.514.585.40一、裂解气的组成及分离方法（一）裂解气的组成不同压力下某些组分的沸点℃压力组分1.103×105Pa10.13×105Pa15.19×105Pa20.26×105Pa25.23×105Pa30.39×105PaH2

CH4C2H4C2H6C3H6－263－162－104－86－47.7－244－129－55－339－239－114－39－1829－238－107－29－737－237－101－20344－235－95－131147（二）裂解气分离方法深冷分离——在-100℃左右的低温下，将裂解气中除了氢和甲烷

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相对挥发度不同，在合适的温度和压力下，以精馏的方法将各组分分离开来。深冷操作的系统组成2、气体净化系统1、压缩冷冻系统3、低温精馏分离系统为了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、脱炔和脱一氧化碳等操作过程。该系统的任务是加压、降温，以保证分离过程顺利进行。将各组分进行分离并将乙烯、丙烯产品精制提纯，这是深冷分离的核心。二、压缩与制冷（一）裂解气的压缩1.压力与温度的关系压力/Mpa温度，

℃0.15～0.3-1400.6～1-1303～4-96根据物质的冷凝温度随压力增加而升高的规律，对裂解气加压，从而使各组分的冷凝点升高，这既有利于分离，又可节约冷冻量和低温材料。此外，对裂解气压缩冷却，还能除掉相当量的水份和重质烃，以减少后继干燥及低温分离的负担。

但不能任意加压，若压力增高：对设备材料强度要求增高；动力消耗增大；使低温分离系统精馏塔釜温升高，易引起一些不饱和烃的聚合使烃类相对挥发度降低，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可行

的压力，一般为3.54～3.95MPa。（1）裂解气经压缩后，不仅压力升高，而且温度也会升高，某些烃类尤其是丁二烯之类的二烯烃，容易在较高的温度下发生聚合和结焦。这些聚合物和结焦物会堵塞压缩机阀片和磨损气缸，或沉积在叶轮

上。同时温度升高，还会使压缩机润滑油粘度下降，从而使压缩机运转不能正常进行。因此，裂解气压缩后的温度必须要限制，当裂解气中含有碳四、碳五等重组分时，压缩机出口温度一般不能超过100℃。在生产上主要是通过裂解气的多段压缩和冷却相结合的方法来实现。裂解气段间采用水冷，各段入口38～40℃。2.

多段压缩（2）采用多段压缩可节省能量，提高效率，减小压缩比。（3）同时，压缩机采用多段压缩也便于在压缩段之间进行净化与分离。目前工业上对裂解气大多采用三至五段压缩。由于裂解炉的废热锅炉副产高压蒸汽，因此多用蒸汽透平驱动的离心式压缩机。（二）制冷1、

冷冻循环制冷2、节流膨胀制冷3、热泵1、冷冻循环制冷冷冻剂自液态汽化时，要从物料中吸收热量，使物料温度降低。所吸收的热量，在热值上等于它的汽化潜热。液体的汽化温度(即沸点)是随压力的变化而改变的，压力越低，相应的汽化温度也越低。制冷原理（1）氨蒸汽压缩制冷（2）丙烯制冷系统（3

）乙烯制冷系统（4）乙烯—丙烯复迭制冷（5）三元复迭制冷（1）氨蒸汽压缩制冷(1)蒸发(2)压缩(3)冷凝(4)节流膨胀冷冻剂冷冻剂本身物理化学性质决定了制冷温度的范围。如液氨降压到0.098MPa时进行蒸发，其蒸发温度为-33.4℃。要满足深冷分离，获得-100℃的低温

，必须用沸点更低的气体作为冷冻剂。在石油化工深冷分离中使用最广泛的是氨、丙烯和乙烯等。对乙烯装置而言，乙烯和丙烯为本装置产品，已有贮存设施，且乙烯和丙烯已具有良好的热力学特性，因而均选用乙烯和丙烯作为制冷剂。（2）丙烯制冷系统丙烯常压下沸点为－47.72℃，用

丙烯作冷冻剂可以得到－40℃以上温度级的冷量。把丙烯压缩到l.864MPa的条件下，丙烯的冷凝点为45℃，很容易用冷水冷却使之液化。（3）乙烯制冷系统常压下乙烯的沸点为－104℃，即用乙烯作制冷剂可以获－100℃的低温。乙烯的临界温度为9.9℃，

临界压力为5.15MPa，在此温度之上，不论压力多大，也不能使其液化，所以不能用普通冷水使之液化。为此，乙烯循环制冷中的冷凝器需要使用制冷剂冷却。工业生产中常采用丙烯作制冷剂来冷却乙烯，这样丙烯的冷冻循环和乙烯冷冻循环制冷组合在一起，构成乙烯－丙烯复迭制冷。（4）乙烯—丙烯复

迭制冷循环（5）三元复迭制冷用乙烯作制冷剂在正压下操作，不能获得－103℃以下的低温。生产中需要－103℃以下的低温时，可采用沸点更低的制冷剂，甲烷在常压下沸点是－161.5℃。但是由于甲烷的临界温度是－82.5℃，若要构成冷冻循环制冷，需用乙烯作制冷剂为其冷凝器提供冷量，这样就构成

了甲烷－乙烯－丙烯三元复迭制冷。在这个系统中，冷水向丙烯供冷，丙烯向乙烯供冷，乙烯向甲烷供冷，甲烷向低于－100℃冷量用户供冷。2、节流膨胀制冷所谓节流膨胀制冷，就是气体由较高的压力通过一个节流阀迅速膨胀到较

低的压力，由于过程进行得非常快，来不及与外界发生热交换，膨胀所需的热量，必须由自身供给，从而引起温度降低。3、热泵（1）热泵的基本概念通过做功将热量从低温热源传递给高温热源的供热系统称为热泵系统。精馏操作中，热泵系统是既向塔顶供冷又向塔釜供热的制冷循

环系统。常用的热泵系统有闭式热泵系统、开式A型热泵系统和开式B型热泵系统等几种。热泵系统三、气体净化（二）脱水（一）脱酸性气（三）脱炔（四）脱一氧化碳（一）脱酸性气体1.来源H2S：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在高温裂解过程中反应生成的。例如：RSH+H2→RH+H2SCS2+2H2O→CO2+2H2SCOS+H2O→CO2+H2S主要指CO2和H2S，还有少量有机硫化物。CO2：还有裂解炉管中的

焦碳与水蒸汽作用C+2H2O→CO2+H2烃与水蒸汽作用CH4+H2O→CO2+4H22.危害（1）裂解气分离装置H2S：腐蚀设备管道；使干燥用的分子筛寿命缩短；使加氢脱炔用的催化剂中毒。CO2：结成干冰，堵塞设备和管道。（2）下游加工过程

破坏聚合催化剂的活性；影响生产过程和产品质量。（1）碱洗法3.脱除方法——化学吸收法（2）乙醇胺法CO2+2NaOHNa2CO3+H2OH2S+2NaOHNa2S+2H2OCOS+4NaOHNa2S+2H2O+Na2CO3RSH+NaOHRSNa+H2

O方法碱洗法醇胺法优点对酸性气体吸收彻底吸收剂可再生循环使用，吸收液消耗少缺点碱液不能回收，消耗量较大1、吸收不如碱洗彻底2、醇胺法对设备材质要求高，投资相应增大3、醇胺溶液可吸收丁二烯和其它双烯烃适用情况裂解气中酸性气体含量少时裂解气中酸性气体含量多时逸出

气裂解气废碱裂解气水水新碱1～3%5～7%10～15%碱洗法流程简图4.碱洗法工艺流程温度40℃压力1.0MPa终含量<5×10-6节省碱量不宜堵保证脱除效果低温下，水冻结成冰与轻质烃形成白色结

晶水合物，如CH4·6H2O1、来源（二）脱水稀释蒸汽水洗和脱酸性气过程残留2、危害3、脱水方法分子筛特点：（1)孔径均一，只能吸附小于其孔径的分子，有较强的选择性；此外，分子筛是一种离子型极性吸附剂，H2、CH4等虽能进入

孔穴但不易被吸附。吸附：用多孔性固体处理流体混合物，使其中一种或几种组分被吸附于固体表面，以达到分离的目的。常用吸附剂：分子筛、硅胶、活性氧化铝（2）在较低浓度下也有较大的吸附能力。（3）吸附容量随温度变化敏感，易于再生。湿裂解气湿再生气B台干燥

器干裂解气冷再生气热再生气干燥器使用、再生流程A台干燥器（三）脱炔1．危害影响乙烯、丙烯的质量和用途使合成或聚合用催化剂中毒形成不安全因素mC2H2+nH2→低聚物（绿油）2.脱除方法——催化加氢法（1）原理：采用乙炔选择性催化加

氢为乙烯，尽量避免乙炔和乙烯加氢成乙烷。主反应：CH≡CH十H2→CH2＝CH2副反应：CH≡CH十2H2→CH3—CH3CH2＝CH2十H2→CH3—CH3（2）前加氢与后加氢工艺①前加氢——脱甲烷塔前进行的加氢优点：流程简单，能耗低缺点：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，乃至出现催化剂床层飞温；脱炔难易程度：丁二烯＞乙炔＞丙炔＞丙烯＞乙烯所以，当乙炔脱除到合格指标时，丙炔、丙二烯达不到要求的脱除指标；而丁二烯损失量较高。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，使催化剂寿命缩短。②后加氢：对裂解气分离得到的碳二馏分和碳三馏分，分别进行催化选择加氢，将碳二馏分中的乙炔，碳三馏分中的丙炔和丙二烯脱除。优点：氢气已分出，所用氢气按比例加入，加氢选择性高；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；加氢原料气体中杂质少，催化剂使用周期长缺点：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，因此，需设第二脱甲烷塔，导致流程复杂，设备费用高。后加氢工艺流程（四）脱一氧化碳1．C

O的来源C十H2O→CO十H2CH4十H2O→CO十3H2C2H6十2H2O→2CO十5H22．CO的危害带入到富氢馏分中，会使加氢催化剂中毒。影响烯烃聚合催化剂。3．脱除方法(甲烷化)CO十H2→CH4十H2O一般采用镍催化剂四、裂解气深冷分离（一）深冷分离流程（二）脱甲烷塔（三）

乙烯精馏塔（四）丙烯精馏塔精馏分离方案：脱甲烷、脱乙烷、脱丙烷的顺序脱甲烷脱乙烷脱丙烷顺序分离流程脱乙烷脱甲烷脱丙烷前脱乙烷流程脱丙烷脱甲烷脱乙烷前脱丙烷流程一、深冷分离流程三种深冷分离流程（1）顺序

分离流程裂解气129富氢34101156710118、顺序深冷分离流程1-碱洗塔；2-干燥器；3-脱甲烷塔；4-脱乙烷塔；5-乙烯塔；6-脱丙烷塔；7-脱丁烷塔；8-丙烯塔；9-冷箱；10-加氢脱炔反应器；11-绿油塔C1乙烯乙烷C4C5C1丙烯丙烷C1（2）前脱乙烷分离流程（3）前脱丙烷分离

流程脱甲烷塔的中心任务是将裂解气中甲烷-氢和乙烯及比乙烯更重的组分进行分离。分离过程是利用低温，使裂解气中除甲烷－氢外的各组分全部液化，然后将不凝气体甲烷-氢分出。对于脱甲烷塔，分离的轻关键组分是甲烷，重关键组分为乙烯。希望塔

顶尾气中乙烯的含量应尽可能少，以提高乙烯的回收率；塔釜中甲烷的含量应该尽可能低，以提高乙烯的纯度。所以脱甲烷塔对保证乙烯的回收率和纯度起着决定性的作用。同时脱甲烷塔是分离过程中温度最低的塔，能量消耗也最多，所以脱甲烷塔是精馏过程中关键塔之一。二、脱甲烷塔52

%36%深冷分离系统冷量消耗分配乙烯塔脱乙烷塔其余塔脱甲烷塔(一)工艺条件1．进料中CH4／H2分子比CH4／H2↓,冷凝温度↓,液体回流↓,乙烯损失率↑乙烯回收率一定时，CH4/H2↓,需塔顶温度↓2．温度和压

力压力0.6～0.7MPa，顶温-140℃，釜温-50℃由于压力低，相对挥发度较大，分离效果好。由于温度低，所以乙烯回收率高。虽然需要低温级冷剂，但因易分离，回流比较小，折算到每吨乙烯的能量消耗，低压法仅为高压法的70%多一些。低压法也有不利之处，如需要耐低温钢材、多一套甲烷制冷系统、流程

比较复杂，同时低压法并不适合所有的裂解气分离，只适用于裂解气中的CH4/C2H4比值较大的情况。（1）低压法-150-140-130-120-110-100-9001234塔压MPa塔顶温度脱甲烷塔操作温度和操作压力压力为3.1～4.1MPa，塔顶温度为

-96℃，不必采用甲烷制冷系统，只需用液态乙烯即可。由于脱甲烷塔顶尾气压力高，可借助高压尾气的自身节流膨胀获得额外的降温，比甲烷冷冻系统简单。此外提高压力可缩小精馏塔的容积，所以从投资和材质要求看，高压法是有利的，但分离

效果不如低压法。（2）高压法（二）冷箱在生产中，脱甲烷塔系统为了防止低温设备散冷，减少其与环境接触的表面积，常把节流膨胀阀、高效板式换热器、气液分离器等低温设备，封闭在一个有绝热材料做成的箱子中，此箱称之为冷箱。在同一个冷箱中允许多种物质同时换热，冷量

利用合理，起到了节能的作用。乙烯精馏塔是出成品的塔，它消耗冷量约为总制冷量的38～44%，仅次于脱甲烷塔。因此它的操作好坏，直接影响着产品的纯度、收率和成本，所以乙烯精馏塔也是深冷分离中的一个关键塔。三

、乙烯的精馏1．温度的影响如操作温度升高，塔顶重组分含量就会增加，产品纯度就下降；如果温度太低，则浪费冷量，同时，塔釜温度控制低了，塔釜轻组分含量升高，乙烯收率下降；如釜温太高，会引起重组分结焦，对操作不利。所以生产中有低

压开式热泵流程和高压乙烯精馏工艺流程。有利影响：①塔温升高，降低能量消耗及制冷系统设备费用，也降低对设备材质的要求②使单位设备处理量增加，降低设备费用不利影响：α下降，于是塔板数增多或者R增大，从而造成设备费用或操作费用提高2.提高压力的影响（1

）低压乙烯精馏操作压力一般为0.5～0.8MPa，塔顶冷凝温度为－50～－60℃左右，塔顶冷凝器需要乙烯作为制冷剂，生产中常采用开式热泵。（2）高压乙烯精馏操作压力一般为1.9～2.3MPa，塔顶温度为－23～－35℃左右，塔顶冷凝器用

丙烯冷剂即可。乙烯精馏塔的精馏段塔板数较多，回流比大。大回流比对精馏段操作有利，可提高乙烯产品的纯度，对提馏段则不起作用。为了回收冷量,在提馏段采用中间再沸器装置，这是对乙烯塔的一个改进。3．乙烯精馏塔的节能目前工业上多不设第二脱甲烷塔，而采用侧线出料法，即在乙烯塔顶附近的几块塔板(7、8块

)，侧线引出高纯度乙烯，而塔顶引出含少量甲烷的粗乙烯回压缩系统，这是对乙烯精馏塔的第二个改进。这一改进就相当于一塔起到二塔的作用。由于拔顶段(侧线出料口至塔顶)采用了乙烯的大量回流，因而这对脱甲烷作用要比设置第二脱甲烷塔还有利，既简化了流程，又节省了能量。由于将第二个塔的负

荷集中于一个塔进行，所以对塔的自动化控制程度要求较高，另外因为塔顶气相引入冷凝器的不是纯乙烯，故此时乙烯塔就不能采用热泵精馏。四、丙烯的精馏由于丙烯-丙烷的相对挥发度很小，彼此不易分离，要达到分离目的，就得增加塔板数、加大回流比，所以，丙烯塔是分离系统

中塔板数最多，回流比最大的一个塔，也是运转费和投资费较多的一个塔。高压法——1.7MPa以上，塔顶蒸汽冷凝温度高于环境温度，因此，可以用工业水进行冷凝，塔釜用水洗塔出来的约85℃以上温度的急冷水作加热介质或低压蒸气进行加热，设备简单，易于操作。缺点是回流比大，塔板数多。低压法——1

.2MPa以下，低压法有利于提高物料的相对挥发度，从而塔板数和回流比就可减少。由于此时塔顶温度低于环境温度，故塔顶蒸气不能用工业水来冷凝，必须采用制冷剂才能达到凝液回流的目的。工业上往往采用热泵系统。乙烯压缩机丙烯压缩机图1-8乙烯丙烯复迭制冷流程1-复迭换热器；2-冷量用户膨胀室ABCDEn物

料脱甲烷塔前冷流程冷箱换热器；2-气液分离罐；3-脱甲烷塔；c,e.g,i-脱甲烷塔四股进料；j-富氢；k-甲烷（分子筛再生用载气）；m-甲烷（燃料）；p-乙烷（裂解原料）-30℃℃-75℃℃℃℃℃℃℃℃℃℃℃去脱乙烷塔℃3.68MPa℃℃℃0.1

65MPa℃裂解气裂解汽油热裂解急冷原料净化（脱酸、脱水、脱炔）分离精馏分离系统深冷压缩制冷系统三烯分离部分反应部分芳烃预分馏部分裂解气燃料气富氢Ⅰ～ⅢⅣ、Ⅴ前脱乙烷深冷分离流程1-碱洗塔；2-干燥器；3-脱乙烷塔；4-脱甲烷塔；6-脱丙烷塔；7-丙烯塔；8-脱丁烷塔；9-加氢脱

炔反应器；10-冷箱Ⅰ～Ⅲ裂解气富氢Ⅳ前脱丙烷深冷分离流程1-碱洗塔；2-干燥器；3-脱丙烷塔；4-脱丁烷塔；5-脱甲烷塔；6-脱乙烷塔；7-乙烯塔；8-丙烯塔；9-加氢脱炔反应器；10-冷箱