裂解過程的工藝參數(shù)和操作指標(biāo)ppt課件

1、Coal Chemical Technology,煤化工工藝學(xué),第三章 烴類熱裂解,1、熟練掌握的內(nèi)容 烴類熱裂解反應(yīng)規(guī)律； 原料烴組成對裂解結(jié)果的影響； 裂解過程工藝參數(shù)； 動(dòng)力學(xué)裂解深度函數(shù)KSF對產(chǎn)物分布的影響； 裂解氣所含雜質(zhì)的各種凈化方法； 裂解氣順序分離流程； 深冷分離過程中，影響乙烯收率的因素分析； 甲烷塔、乙烯塔的作用和特點(diǎn),2、理解的內(nèi)容 烴類熱裂解的特點(diǎn)； 管式裂解爐的主要爐型及其特點(diǎn)； 熱裂解工藝流程； 壓縮的目的； 前脫氫（前冷）工藝流程,2021/2/1,第二節(jié) 裂解過程的工藝參數(shù)和操作指標(biāo),一、裂解原料 原料選擇： 氫含量越高，獲得C4以下烯烴收率越高，低碳烷烴是首

2、選原料。 裂解原料： 國外：以輕烴C4（以下）和石腦油為主，幾乎占90%左右。 國內(nèi)：重柴油、重質(zhì)油的比例高達(dá)20%以上，有待優(yōu)化,第二節(jié) 裂解過程的工藝參數(shù)和操作指標(biāo),影響一次產(chǎn)物分布 熱力學(xué)分析：在一定溫度內(nèi)，提高T有利于提高乙烯收率,溫度對產(chǎn)品分布的影響： （1）影響一次產(chǎn)物分布； （2）影響一次反應(yīng)和二次反應(yīng)的競爭,二、裂解溫度和停留時(shí)間,1、裂解溫度,溫度對一次產(chǎn)物分布的影響,如裂解目的產(chǎn)物是乙烯，則裂解溫度可適當(dāng)提高；如要多產(chǎn)丙烯，裂解溫度可適當(dāng)降低,峰值收率,從裂解反應(yīng)的化學(xué)平衡也可以看出，提高裂解溫度有利于生成乙烯的反應(yīng)，并相對減少乙烯消失的反應(yīng)，因而有利于提高裂解的選擇性。（

3、Kp) 根據(jù)裂解反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)，提高溫度有利于提高一次反應(yīng)對二次反應(yīng)的相對速度，提高乙烯收率。 (k1/k2,裂解溫度影響一次反應(yīng)對二次反應(yīng)的競爭,因此，應(yīng)選擇一個(gè)最適宜的裂解溫度，發(fā)揮一次反應(yīng)在動(dòng)力學(xué)上的優(yōu)勢，而克服二次反應(yīng)在熱力學(xué)上的優(yōu)勢，即可得到較高的乙烯收率也可減少焦炭的生成。 理論上適宜的裂解溫度范圍750900。 實(shí)際T與裂解原料、產(chǎn)品分布、裂解技術(shù)和停留時(shí)間等有關(guān)。如某廠乙烷裂解爐的裂解溫度是850870，石腦油的是840865，輕柴油的是830860,2、停留時(shí)間,定義：原料從反應(yīng)開始到達(dá)某一轉(zhuǎn)化率時(shí)，在反應(yīng)器中經(jīng)歷的時(shí)間，即經(jīng)過輻射盤管的時(shí)間。 裂解管式反應(yīng)器特點(diǎn)： 非等溫 非

4、等容體積增大 停留時(shí)間的計(jì)算,表觀停留時(shí)間： VR、S、L反應(yīng)器容積，裂解管截面積，管長。 V單位時(shí)間通過裂解爐的氣體體積，m3/s。 進(jìn)出口體積流率的算術(shù)平均值 反映了所有物料（包括稀釋蒸氣）在裂解爐中 的停留時(shí)間,平均停留時(shí)間： 近似計(jì)算時(shí)： V原料氣平均體積流量 av最終體積增大率，即所得裂解氣的體積與原料氣體積之比,停留時(shí)間的選擇主要取決于裂解溫度，當(dāng)停留時(shí)間在適宜的范圍內(nèi)，乙烯的生成量最大，損失較小，即有一個(gè)最高的乙烯收率,停留時(shí)間對乙烷轉(zhuǎn)化率和乙烯收率的影響,短停留時(shí)間有利,3、溫度停留時(shí)間效應(yīng),石腦油在不同溫度下裂解乙烯收率隨停留時(shí)間的變化,高溫-短停留時(shí)間 最佳組合,不同溫度-

5、停留時(shí)間組合，裂解結(jié)果不同,可以獲得較高的烯烴收率，并減少結(jié)焦。 抑制芳烴生成，所得裂解汽油的收率相對較低。 使炔烴收率明顯增加，并使乙烯/丙烯比及C4中的雙烯烴/單烯烴的比增大，工業(yè)上利用此效應(yīng)，適應(yīng)市場需要,對于給定原料，相同裂解深度時(shí)，提高溫度，縮短停留時(shí)間的效應(yīng),溫度-停留時(shí)間對產(chǎn)品收率影響,裂解溫度停留時(shí)間的限制,裂解深度限定（動(dòng)力學(xué)方程） 工程中常以C5以上液相產(chǎn)品含氫量不低于8%為裂解深度的限度 （X T、t）。 溫度限定 爐管管壁溫度受爐管材質(zhì)限制 熱強(qiáng)度限定 熱強(qiáng)度:單位時(shí)間內(nèi)單位爐管表面積傳遞的熱量。 爐管表面熱強(qiáng)度越大，則完成相同熱任務(wù)所需的傳熱面積越小,Cr25Ni20

6、Cr25Ni35, 1050 1100 極限溫度T950,化學(xué)平衡分析,1、壓力對裂解反應(yīng)的影響,三、烴分壓與稀釋劑,n0時(shí): 增大反應(yīng)壓力， Kx下降，平衡向原料方 向移動(dòng),生成烯烴的一次反應(yīng) n0 烴聚合縮合的二次反應(yīng) n0 降低壓力 有利于提高乙烯平衡組成 有利于抑制結(jié)焦過程,烴類聚合和縮合的二次反應(yīng)多是高于一級(jí)的反應(yīng),一次反應(yīng)多是一級(jí)反應(yīng),從反應(yīng)速率分析,壓力不能改變反應(yīng)速度常數(shù)，但降低壓力能降低反應(yīng)物濃度,壓力對反應(yīng)速率的影響,分析可知，降低壓力，可增大一次反應(yīng)對于二次反應(yīng)的相對速率，有利于提高一次反應(yīng)選擇性,減輕結(jié)焦,壓力改變 濃度C改變 反應(yīng)速度改變。 濃度，二次反應(yīng)速度降低比一

7、次反應(yīng)速度要大得多,壓力對裂解過程中一次反應(yīng)和二次反應(yīng)的影響,降低壓力可以促進(jìn)乙烯的一次反應(yīng)，抑制發(fā)生聚合的二次反應(yīng),工業(yè)上加入稀釋劑，P烴，常壓操作，從而乙烯量,稀釋劑的降壓作用,高溫下，某些管件鏈接不嚴(yán)密，可能漏入空氣，造成裂解原料和產(chǎn)物部分氧化而造成損失，空氣與裂解氣能形成爆炸性混合物。另外對后繼分離部分的裂解氣壓縮增加負(fù)荷，即增加能耗,降低裂解壓力利于生產(chǎn),原因,生產(chǎn)中直接采用減壓操作,目的：降低烴分壓。 稀釋劑種類：水蒸氣、氫氣、惰性氣體。 優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備在常壓或正壓下操作，安全性高，不會(huì)對以后壓縮操作增加能耗,2、稀釋劑,易分離 熱容量大 水蒸氣汽升溫時(shí)消耗熱較多，可穩(wěn)定爐管溫度，防止

8、過熱。 抑制原料中的S對鎳鉻合金爐管的腐蝕，由于高溫蒸汽的氧化性。 脫除積碳 由于H2O(g)可氧化Fe、Ni，形成氧化膜，抑制鐵鎳催化烴類的生碳反應(yīng),稀釋比G水蒸汽G烴,水蒸汽作稀釋劑的優(yōu)勢,各種裂解原料的管式爐裂解的水蒸汽稀釋比,水蒸氣的稀釋比過大，會(huì)使裂解爐生產(chǎn)能力下降，能耗增加，極冷負(fù)荷加大,2、裂解深度的衡量參數(shù) 原料轉(zhuǎn)化率 甲烷收率 乙烯對丙烯的收率比 甲烷對乙烯或丙烯的收率比 液體產(chǎn)物的含氫量 裂解爐出口溫度 裂解深度函數(shù) 動(dòng)力學(xué)裂解深度函數(shù),四、裂解深度,1、定義：指裂解反應(yīng)的進(jìn)行程度,1）原料轉(zhuǎn)化率X 反應(yīng)裂解原料的轉(zhuǎn)化程度。 單一烴裂解 用轉(zhuǎn)化率“X”表示 對于多組分烴裂解

9、 分別計(jì)算各組分的X 重質(zhì)餾裂解 選某一當(dāng)量組分計(jì)算X，表征裂解深度,2）甲烷收率y(C10) 裂解所得甲烷收率隨裂解深度增加而提高。由于甲烷較穩(wěn)定，基本不發(fā)生二次反應(yīng)，可以用來衡量反應(yīng)的深度,3）乙烯對丙烯的收率y(C2=)/y(C3=) 在一定裂解深度范圍內(nèi)，裂解深度增大，乙烯收率增高，而丙烯收率增加緩慢，至一定裂解深度后，丙烯收率由最高值開始下降,4）甲烷對乙烯或丙烯的收率比y(C10)/y(C2=) 或y(C10)/y(C3=) 甲烷收率隨反應(yīng)進(jìn)行增加，乙烯收率和丙烯收率先增加后減小。裂解深度高時(shí)用此指標(biāo)較為合適,5）液體產(chǎn)物的氫含量和氫碳比（H/C)L 裂解深度增加，C5和C5以上的

10、液體產(chǎn)品的氫含量和氫碳比下降,6）裂解爐出口溫度,T裂解溫度 停留時(shí)間； m0.06或0.027,7）裂解深度函數(shù),690720 淺度裂解,720750 中深度裂解,750以上 深度裂解,生產(chǎn)操作常用Tout 表示裂解深度,S=Tm,雖然沒有體現(xiàn)停留時(shí)間，較片面，但原料和爐型確定，一定程度上可表征裂解的深度,8）動(dòng)力學(xué)裂解深度函數(shù) KSF,KSF綜合考慮了原料性質(zhì)、停留時(shí)間和裂解溫度影響,KSF定義,將原料裂解反應(yīng)作為一級(jí)反應(yīng)處理，原料轉(zhuǎn)化率x和反應(yīng)速度常數(shù)k及停留時(shí)間之間存在如下關(guān)系,不僅是T、分布的函數(shù)，也是原料性質(zhì)的函數(shù),將正戊烷裂解所得 定義為動(dòng)力學(xué)裂解深度函數(shù),式中：k5正戊烷裂解反

11、應(yīng)的反應(yīng)速度常數(shù)； A5正戊烷裂解反應(yīng)的頻率因子； E5正戊烷裂解反應(yīng)的活化能,在裂解函數(shù)中選定正戊烷作為衡量裂解深度的當(dāng)量組分，是因?yàn)? 在任何輕質(zhì)油品中都有正戊烷； 在裂解過程中，正戊烷只減少不增加； 在裂解過程中易分析,KSF值的大小對裂解產(chǎn)物分布的影響可以用下圖說明,應(yīng)用,KSF=01是淺度裂解區(qū) 原料飽和烴（C5+）含量， 乙烯 、丙烯 、丁烯 。 KSF=12.3為中度裂解區(qū) C5+含量繼續(xù)下降，乙烯含 量 減慢，丙烯、丁烯在KSF=1.7左右達(dá)到峰值。 KSF2.3為深度裂解區(qū) 一次反應(yīng)停止，產(chǎn)物組成由 于二次反應(yīng)而發(fā)生變化。 C5+以上餾分中原有的飽和烴經(jīng)過裂解反應(yīng)達(dá)到最低值，

12、丙烯、丁烯，乙烯量達(dá)峰值,乙烯,丙烯,丁烯,裂解深度的常用指標(biāo),3、裂解深度各參數(shù)關(guān)系,裂解深度的常用指標(biāo),續(xù)表,1）KSF與X關(guān)系,2）KSF與Tout關(guān)系,對于等溫反應(yīng),根據(jù)阿累尼烏斯方程,因此,裂解深度函數(shù)KSF與裂解爐出口溫度的關(guān)系如圖所示,裂解深度與爐出口溫度和停留時(shí)間的關(guān)系,第三節(jié) 管式裂解爐及裂解工藝過程,烴類熱裂解過程的特點(diǎn),強(qiáng)吸熱反應(yīng)，需在高溫下進(jìn)行，反應(yīng)溫度一般在750以上； 存在二次反應(yīng)，為了避免二次反應(yīng)發(fā)生，停留時(shí)間應(yīng)短 烴的分壓要低； 反應(yīng)產(chǎn)物是復(fù)雜的混合物，除了氫、氣態(tài)烴和液態(tài)烴外，還有固態(tài)烴。 基本特征：高溫、快速、急冷,要求：1、裂解裝置在短時(shí)間內(nèi)迅速大量供熱。

13、 2、解決高溫裂解氣的急冷。 關(guān)鍵：采用合適的裂解方法和先進(jìn)的裂解設(shè)備,SRT-III型爐基本結(jié)構(gòu),1）構(gòu)造,管式裂解爐由爐體和裂解管組成。 爐體用鋼構(gòu)件和耐火材料砌筑，分為對流室和輻射室,1、SRT型管式裂解爐,對流室,輻射室,對流室：安裝原料預(yù)熱管及蒸汽加熱管,用于預(yù)熱裂解原料、稀 釋蒸汽等和回收煙氣熱 量,輻射室：在爐墻和底部安裝燃燒器，裂解爐管垂直放置在輻射室中央。利用高溫?zé)煔廨椛鋫鳠?，預(yù)熱原料在管內(nèi)進(jìn)行裂解反應(yīng),對流室預(yù)熱管排布,SRT-III:充分利用了低溫位的熱源，用以加熱原料、 稀釋蒸汽、鍋爐給水、高壓蒸氣等,供熱方式：燒嘴布置方案 側(cè)壁燒嘴 側(cè)壁燒嘴與底部燒嘴聯(lián)合,a. 側(cè)壁

14、：爐膛溫度均勻，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資大，且只可用氣體燃料； b. 底部：結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟(jì)，氣體，液體燃料均可，但火焰高度有限，且溫度分布不均勻； c. 聯(lián)合：側(cè)壁用氣體燃料，底部用氣體，液體均可,乙烯裂解爐管,2）盤管結(jié)構(gòu),采用立式單排雙面輻射,吉化乙烯廠乙烯裂解爐施工現(xiàn)場,適應(yīng)多種原料的靈活性 爐管熱強(qiáng)度高，爐子熱效率高 爐膛溫度分布均勻 生產(chǎn)能力大 運(yùn)轉(zhuǎn)周期長,裂解過程對管式爐的要求,SRT型裂解爐輻射盤管,HP-40鉻鎳鋼 （1100,6,爐管材料,HK-40鉻鎳鋼 （1050,變徑,均徑,爐管內(nèi)結(jié)構(gòu) 光管(IV)內(nèi)翅片(V,SRT-I采用均徑爐管的主要缺點(diǎn)： 反應(yīng)初期通熱量??； 不適用于體積

15、增大的反應(yīng)（后部阻力大，烴分壓大,SRT-II采用變徑（先細(xì)后粗）爐管的主要特點(diǎn)： 小管徑有利于強(qiáng)化傳熱(傳熱面積增大),使原料升溫快。 后管徑粗,利于減少P,降低烴分壓,減少二次反應(yīng),焦少,氣體溫度分布比較,烴分壓分布比較,不同SRT爐型所得裂解產(chǎn)品收率（以質(zhì)量計(jì),2、SRT型裂解爐的優(yōu)化及改進(jìn)措施,爐型：燒嘴 側(cè)壁無焰燒嘴 側(cè)壁燒嘴與底部燒嘴聯(lián)合 對流室預(yù)熱管排布 盤管結(jié)構(gòu) 爐管的排列、結(jié)構(gòu)、管徑、材質(zhì),實(shí)現(xiàn)了高溫、短停留時(shí)間、低烴分壓的原理,1）減少管程，縮短停留時(shí)間,2）增大輻射盤管的傳熱強(qiáng)度。 HK-40(10501080) HP-40 (11001150,4）改等徑管為分支變徑管。

16、 入口段用多根并聯(lián)的小口徑爐管，而出口段用大口徑爐管,多程（8P/6P/4P) 雙程,減少結(jié)焦，延長操作周期,降低管內(nèi)熱阻 延長清焦周期,3）光管 帶內(nèi)翅片,盤管結(jié)構(gòu),變徑管的分析,60年代初期 SRT-型爐 雙輻射立管 實(shí)現(xiàn)了高溫、短停留時(shí)間 60年代中期 SRT-型爐 分叉變徑爐管 降低烴分壓 70年代中期 SRT-型爐 材質(zhì) 爐內(nèi)管排增加 提高熱強(qiáng)度 提高生產(chǎn)能力 80年代 SRT-、型爐 多分支變徑管 帶內(nèi)翅片 2程 停留時(shí)間縮短 降低管內(nèi)熱阻 延長清焦周期,SRT(Short Residence Time)管式裂解爐的發(fā)展,二、急冷、熱量回收及清焦,1、急冷,目的：回收高溫?zé)崮?，產(chǎn)生高壓蒸汽 終止二次反應(yīng) 方法： 直接急冷：冷卻介質(zhì)（水、油）與裂解氣直接接觸。 間接急冷：急冷鍋爐 廢熱鍋爐 用換熱器回收大量的熱量，冷卻介質(zhì)用高壓水,急冷方式比較,一般工業(yè)上采用間接急冷,不同裂解原料的急冷方式,2、急冷換熱器 五大關(guān)鍵設(shè)備（裂解爐、急冷換熱器、裂解氣壓縮機(jī)、乙烯壓縮機(jī)、丙烯壓縮機(jī)）之一。 作用：使裂解氣在極短的時(shí)間（0.010.1s）內(nèi)，由約800驟降到露點(diǎn)附近。 露點(diǎn)：在一定壓力下第一滴液體析出時(shí)的平衡溫度. 裂解氣冷卻溫度控制不低于其露點(diǎn)，可減少急冷換熱器結(jié)焦。 一般控制停留時(shí)間在0.04s以下，也可減少結(jié)焦,TB=1/5(T10+T3