第四節(jié)-裂解氣深冷分離流程

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第四節(jié)裂解氣深冷分離流程思考題：1. 簡述并畫簡圖，三種深冷分離流程有什么和？脫丙塔塔底溫度為什100？2. 什么叫“”流程，什么叫“”流程？前冷流程有什么？3. 脫甲烷塔在深冷分離中的是什么？是什么？4. 脫甲烷過程有哪方法，各有什么優(yōu)缺？乙烯塔在深冷分離中的是什么？乙烯塔應(yīng)當(dāng)怎樣？5簡述影響乙烯回收的諸。一、深冷分離流程生產(chǎn)流程的確定要考慮基建投資、能量消耗、運轉(zhuǎn)周期、生產(chǎn)能力、產(chǎn)品成本以及安全生產(chǎn)等各方面的因素。有了工藝以后，怎樣實現(xiàn)工藝問題就屬于工程上的問題。1、三種深冷分離流程（） 典型的深冷分離流程，主要有順序分離流程、前脫乙烷流程和前脫丙烷流程三種，以下

2、分別介紹這三種流程。(1)順序分離流程順序分離流程見圖1-34(P73)。裂解氣的預(yù)處理包括堿洗、壓縮和脫水過程。 經(jīng)預(yù)處理的裂解氣在前冷箱中分離出富氫氣體和餾分，富氫氣體甲烷化作為加氫氫氣；餾分經(jīng)脫甲烷塔和脫乙烷塔分別脫去甲烷和C2餾分。 從脫乙烷塔塔頂出來的C2餾分經(jīng)過氣相加氫脫乙炔氣，脫乙炔以后的氣體進(jìn)入乙烯塔，實現(xiàn)乙烷與乙炔的分離。 脫乙烷塔塔底的液體進(jìn)入脫丙烷塔，在塔頂分出C3餾分，塔底的液體為C4以上餾分，液體里面含有二烯烴，二烯烴容易聚合結(jié)焦，所以脫丙烷塔塔底溫度不宜超過100，并且必須加入阻聚劑。為了防止結(jié)焦堵塞，脫丙烷塔一般有兩個再沸器，以便輪換檢修使用。（） 脫丙烷塔塔頂蒸

3、出的C3餾分，加氫脫除丙炔和丙二烯，再進(jìn)入丙烯塔進(jìn)行精餾。脫丙烷塔的塔底液體脫丁烷及進(jìn)行后續(xù)工作。 順序分離流程的特點： 1)以輕油（60200的餾分）為裂解原料，常用順序分離流程法； 2)技術(shù)成熟，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠，產(chǎn)品質(zhì)量好，對各種原料有比較強的適應(yīng)性，流程比較長，分餾塔比較多，深冷塔（脫甲烷塔）消耗冷量比較多，壓縮機循環(huán)量和流量比較大，消耗定額偏高； 3)按裂解氣組成和分子量的順序分離，然后再進(jìn)行同碳原子數(shù)的烴類分離，例如乙烷和乙烯、丙烷和丙烯分開； 4)順序分離流程采用后加氫脫除炔烴的方法。(2)前脫乙烷分離流程(把脫乙烷塔放在最前面)前脫乙烷分離流程以乙烷和丙烯為分離界限， 前脫乙烷分離

4、流程示意圖見圖1-35。裂解氣經(jīng)過預(yù)處理進(jìn)入脫乙烷塔。脫乙烷塔塔頂出來的是C2以上的輕組分先加氫再進(jìn)入脫甲烷塔。 脫甲烷塔塔頂出來的甲烷、氫氣在冷箱中進(jìn)行分離；脫甲烷塔塔底出來的C2餾分，則在乙烯塔中分離成乙烯和乙烷。 脫乙烷塔的塔底液體依次進(jìn)入脫丙烷塔、脫丁烷塔、丙烯塔等，分離成丙烯、丙烷、C4餾分和C5以上餾分。 前脫乙烷分離流程的特點： 由于脫乙烷塔的操作壓力比較高，這樣勢必造成塔底溫度升高，結(jié)果可使塔底溫度高達(dá)80100以上，在這樣高的溫度下，不飽和重質(zhì)烴及丁二烯等，容易聚合結(jié)焦，這樣就影響了操作的連續(xù)性。重組份含量越多，這種方法的缺點就越突出。因此前脫乙烷流程不適合于裂解重質(zhì)油的裂解

5、氣分離。(3)前脫丙烷分離流程(把脫丙烷塔放在最前面)前脫丙烷分離流程以丙烷和丁烯為分離界限，前脫丙烷分離流程示意圖見圖1-36。裂解氣經(jīng)過三段壓縮和預(yù)處理進(jìn)入脫丙烷塔，塔底產(chǎn)品脫丁烷等后續(xù)處理。 脫丙烷塔塔頂出來的C3以下輕組分，進(jìn)入壓縮機四段，然后進(jìn)行加氫脫炔再送往冷箱。在冷箱中分離出富氫氣體，其余餾分依次進(jìn)入脫甲烷塔、脫乙烷塔、乙烯塔和丙烯塔等，依次分離出甲烷餾分、C2餾分、C3餾分、乙烯、乙烷、丙烯和丙烷。 前脫丙烷分離流程的特點： C4以上餾分不進(jìn)行壓縮，減少了聚合現(xiàn)象的發(fā)生，節(jié)省了壓縮功，減少了精餾塔和再沸器的結(jié)焦現(xiàn)象，適合于裂解重質(zhì)油的裂解氣分離。2、三種深冷分離流程的比較 上述

6、三種深冷分離流程，比較起來，有共同之處，也有不同之處，各有優(yōu)缺點。 三種流程的共同點：（） (1)先將不同碳原子數(shù)的烴類分開，再分離同一碳原子數(shù)的烯烴和烷烴，采取先易后難的分離順序。 從表1-29（P71）的沸點數(shù)據(jù)可以看出，不同碳原子數(shù)的烴類易分，同碳原子數(shù)的烴類難分。 關(guān)于分離的難易程度，可以由相對揮發(fā)度的數(shù)據(jù)來分析，見表1-31(P74)。表1-31 塔的操作條件與相對揮發(fā)度分離塔關(guān)鍵組分操作條件平均相對揮發(fā)度輕重溫度，壓力，MPa塔頂塔釜脫甲烷塔脫乙烷塔脫丙烷塔脫丁烷塔乙烯塔丙烯塔C01C02C03C04C=2C=3C=2C=3i-C04C05C02C03-96-1248.3-7026

7、6767075.2-49353.42.850.750.180.571.235.502.192.763.121.721.09在丙烯塔中，丙烯與丙烷的相對揮發(fā)度很小，分離比較困難。在乙烯塔中，乙烯和乙烷的相對揮發(fā)度也比較小，所以也比較難于分離。而脫甲烷塔、脫乙烷塔和脫丙烷塔的關(guān)鍵組份及其相對揮發(fā)度是比較大的，分離比較容易。 流程都是采取先易后難的分離順序，即先分離各 容易分離的不同碳原子數(shù)的烴類，然后再進(jìn)行C2的分離和C3的分離。 (2)最終出產(chǎn)品的乙烯塔和丙烯塔并聯(lián)安排，并且排在最后，作為二元組分精餾處理。 并聯(lián)安排，相互干擾比串聯(lián)安排要少一些，有利于穩(wěn)定操作，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量。 乙烯塔和丙烯

8、塔的塔底液體是乙烷和丙烷，都是中間產(chǎn)物，不是作為裂解原料，就是作為燃料，質(zhì)量要求不嚴(yán)格，流量又比較小，這樣，就能保證塔頂產(chǎn)品乙烯和丙烯產(chǎn)品質(zhì)量。 三種流程的不同點：（） (1)精餾塔的排列順序不同：（原料的適用性不同） 順序分離流程是按組份碳原子數(shù)順序排列的，其順序為： 1)脫甲烷塔 2)脫乙烷塔 3)脫丙烷塔 即順序分離流程中的C1、C2、C3逐個脫除，按順序分離。排列順序簡稱為1 2 3。 前脫乙烷流程的排列順序是2 1 3。 前脫丙烷流程的排列順序是3 1 2。 (2)加氫脫炔的位置不同： 在脫甲烷塔之前進(jìn)行加氫脫炔的稱為前加氫。 在脫甲烷塔之后進(jìn)行加氫脫炔的稱為后加氫。 圖1-35(P

9、74)前脫乙烷深冷分離流程和圖1-36(P74)前脫丙烷深冷分離流程都是采用前加氫脫炔流程。 (3)冷箱位置不同： 在脫甲烷塔系統(tǒng)中有些冷凝器、換熱器、節(jié)流膨脹閥和氣液分離罐等設(shè)備的操作溫度非常低，為了防止散冷，減少與環(huán)境接觸的表面積，把這些冷設(shè)備集裝在一起成箱，就稱為冷箱。 比較三個流程圖可以看出，圖1-34的順序分離流程和圖1-36的前脫丙烷流程的冷箱是在脫甲烷塔之前。而在圖1-35的前脫乙烷流程的冷箱是在脫甲烷塔之后。冷箱在脫甲烷塔以前的稱“前冷流程”，冷箱在脫甲烷塔之后的稱“后冷流程”。（）二、脫甲烷塔及操作條件 甲烷塔系統(tǒng)消耗冷量占分離部分總冷量消耗的42%。 由于脫甲烷塔的操作效果

10、對產(chǎn)品（乙烯、丙烯）回收率、純度以及經(jīng)濟(jì)性的影響最大，所以在分離設(shè)計中，對于工藝的安排、設(shè)備和材質(zhì)的選擇，都是圍繞脫甲烷塔系統(tǒng)考慮的。（） 脫甲烷塔的任務(wù)就是將裂解氣中氫氣、甲烷以及其它惰性氣體與C2以上組份進(jìn)行分離，脫甲烷塔的關(guān)鍵組份是甲烷和乙烯。（） 在脫甲烷塔系統(tǒng)中，要求塔頂產(chǎn)品中少含乙烯，塔底產(chǎn)品中少含甲烷及惰性氣體。工業(yè)生產(chǎn)上脫甲烷過程有高壓法與低壓法之分。（） 1.低壓法低壓法分離效果好，乙烯收率高，操作條件為：壓力0.180.25MPa (約1825atm)，塔頂溫度-140 左右，塔底溫度-50 左右。 由圖1-37(P75)可以看出，操作壓力高，甲烷與乙烯的相對揮發(fā)度a就比較

11、低；相反，操作壓力比較低，甲烷與乙烯的相對揮發(fā)度a就比較高。 低壓法的優(yōu)點：甲烷與乙烯的相對揮發(fā)度a比較大，乙烯回收率比較高，適用范圍比較寬。（） 低壓法的缺點：例如要用到耐低溫的鋼材、多一套甲烷制冷系統(tǒng)、流程比較復(fù)雜等。（） 2.高壓法 高壓法的脫甲烷塔塔頂溫度為-96左右，不必采用甲烷制冷系統(tǒng)，只需要用液態(tài)乙烯制冷劑就可以。 高壓法的優(yōu)點：由于脫甲烷塔塔頂氣體產(chǎn)物（尾氣）壓力比較高，可借助脫甲烷塔塔頂?shù)母邏簹怏w的自身節(jié)流膨脹來獲得額外的降溫，這種降溫方法比甲烷冷凍系統(tǒng)要簡單一些（流程簡單、設(shè)備也簡單）。另外，提高壓力可縮小精餾塔的體積（塔徑），所以從總投資和材質(zhì)的要求來看，高壓法是比較有利

12、的。（）高壓法的缺點：甲烷與乙烯的相對揮發(fā)度a比較低，塔板數(shù)較多，回流比較大。（）從上述兩種方法的比較來看，高壓法和低壓法各有優(yōu)缺點，工業(yè)生產(chǎn)上兩種方法都有采用。表1-32列出了幾個脫甲烷塔的操作條件。表1-32 脫甲烷塔操作條件廠別塔徑實際塔板數(shù)塔壓MPa溫度回流比精餾段提餾段合計塔頂塔釜BS1400/22001100/16003233402972623.103.10-91-96670.871.08 脫甲烷塔 的塔頂產(chǎn)品是氣相產(chǎn)品，主要甲烷和氫氣，他們在塔頂?shù)牟僮鳁l件（溫度、壓力）下，是不能全部冷凝下來的，因此脫甲烷塔與一般的精餾塔是不相同的，一般的精餾塔塔頂產(chǎn)品都可以全部冷凝下來，脫甲烷塔

13、的塔頂產(chǎn)品含有不凝氣甲烷和氫氣，所以塔頂回流的液體組成與氣相產(chǎn)品的組成是不同的，這就是脫甲烷塔的特點。也是脫甲烷塔的特殊性。（）三、乙烯塔和丙烯塔(一)乙烯塔 C2餾分經(jīng)過加氫脫炔之后，進(jìn)入乙烯塔進(jìn)行精餾，塔頂?shù)玫揭蚁┊a(chǎn)品，塔底產(chǎn)品為乙烷。 乙烯塔的重要性：乙烯的純度要求要達(dá)到聚合級，冷量消耗大，乙烯塔在深冷分離裝置中是一個比較關(guān)鍵的塔。(乙烯塔是出乙烯產(chǎn)品的精餾塔) （） 1.操作條件表1-33 乙烯塔操作條件廠別塔徑實際塔板數(shù)塔壓MPa溫度回流比精餾段提餾段合計塔頂塔釜LBSY13003400230018004190798429293032701191091160.571.92.01.9-

14、70-32-29-30-49-8-5-72.44.54.74.65表1-33(P76)是乙烯塔的操作條件，從表中可以看出，乙烯塔的操作條件大體上可以分成兩類，一類是低壓法，塔的操作溫度比較低；另一類是高壓法，塔的操作溫度比較高。 從圖1-38(P77)可以看出，隨著操作壓力的增加，乙烯和乙烷的相對揮發(fā)度將減小；隨著操作溫度的增加，乙烯和乙烷的相對揮發(fā)度也減小。 由此可見，操作壓力對相對揮發(fā)度有較大的影響，一般可以采取降低操作壓力的辦法來增大相對揮發(fā)度，從而使精餾塔的塔板數(shù)和回流比降低,見圖1-39。操作壓力降低以后，精餾塔的操作溫度也降低，因而需要制冷劑的溫度級位低，對精餾塔的材質(zhì)有比較高的要

15、求，從這些方面來看，操作壓力低是不利的，還是高一些好。 操作壓力的選擇還要考慮乙烯的輸送壓力。此外，壓力的確定還要與整個流程相適應(yīng)。 綜上所述，乙烯塔操作壓力的確定可有下列因素來決定：制冷的能量消耗、設(shè)備投資、產(chǎn)品乙烯的輸送壓力以及脫甲烷塔的操作壓力等因素來決定的。 2.乙烯塔的改進(jìn)（）由圖1-40（P77）可以看出，精餾段靠近塔頂?shù)乃鍦囟茸兓苄?，而在提餾段各塔板的溫度變化較大。因此乙烯塔要求精餾段塔板數(shù)比較多，回流比也比較大。 乙烯塔的精餾段要求有較大的回流比，但是提餾段要求的回流比不大。因此，近年來采用中間再沸器（或理解成中間換熱器、中間加熱器）的辦法來回收冷量，見圖1-41(P78)

16、，這種方法可以節(jié)省冷量約17%（占整個乙烯塔冷量的17%），這是乙烯塔的一個改進(jìn)。 例如，乙烯塔的操作壓力為1.9MPa，塔底溫度為-5C，可以用丙烯蒸汽作為再沸器的熱源，這樣即可以將丙烯蒸汽冷凝成為丙烯液體，又可以回收了塔底的冷量。 乙烯進(jìn)料中經(jīng)常含有少量甲烷，經(jīng)常在進(jìn)入乙烯塔之前要進(jìn)入設(shè)置的第二脫甲烷塔，脫去甲烷。如果在乙烯塔的塔頂脫甲烷可以借用乙烯塔的大量回流，這種方法比設(shè)置第二脫甲烷塔還要有利得多。 帶有中間再沸器和側(cè)線出產(chǎn)品的乙烯塔示意圖見圖1-41。 (二)丙烯塔 丙烯和丙烷餾分的分離是在丙烯塔中完成的，塔頂?shù)玫奖┊a(chǎn)品，塔底得到丙烷餾分。由于丙烯和丙烷的相對揮發(fā)度非常小，丙烯塔在

17、整個分離過程中塔板數(shù)最多、回流比最大。由于丙烯塔的操作壓力不同，精餾塔的操作條件也有比較大的出入。表1-34是丙烯塔的操作條件。表1-34 丙烯塔的操作條件廠別塔徑實際塔板數(shù)塔壓MPa溫度回流比精餾段提餾段合計塔頂塔釜LB16004500629338721001651.151.75234125501514.5四、影響乙烯回收率諸因素(一)影響乙烯回收率的因素分析 乙烯回收率=產(chǎn)物乙烯量/原料乙烯量*100%為了分析影響乙烯回收率的因素，我們首先討論乙烯分離的物料平衡，見圖1-42(P78)。由圖中可見，回收率為97%。乙烯損失有四處：(1) 冷箱中尾氣(甲烷、氫氣)帶出的損失，占乙烯總量的2.

18、25%；(2)乙烯塔底產(chǎn)品（乙烷餾分）中帶出的損失，占乙烯總量的0.4%； (3)脫乙烷塔塔底液體產(chǎn)品（C3以上餾分）中帶出的損失，占乙烯總量的0.284%； (4)壓縮機各段之間冷凝液體帶出的損失，約占乙烯總量的0.066%。 總損失量，約占乙烯總量的3%。 正常操作(2)(3)(4)項損失是很難避免的，而且損失量也比較?。ㄕ伎倱p失量的0.75%），因此影響乙烯回收率高低的關(guān)鍵是尾氣中乙烯的損失。影響尾氣中乙烯損失的主要因素是原料氣的組成(C1/H2)、操作溫度和操作壓力。（） 1.原料氣組成的影響原料氣中惰性氣體、氫氣等含量對尾氣中乙烯含量影響很大，見圖1-43。惰性氣體的加入，會影響氣液

19、相平衡，它們會降低分離產(chǎn)物的分壓。就好像分離是在低壓（降低壓力）下操作一樣，要想達(dá)到一定的分離純度，必須相應(yīng)降低操作溫度，或者提高操作壓力,否則，乙烯冷凝不下來會造成損失。 因此在溫度與壓力條件一定的時候，原料氣中C1/H2摩爾比越小，尾氣中乙烯的損失就越大，反之則小。 2.壓力和溫度的影響 當(dāng)C1/H2摩爾比值一定的時候，增大壓力(操作溫度一定)或者降低溫度(操作壓力一定)都有利于減少尾氣中乙烯的損失，這種關(guān)系由圖1-44(P79)可以明顯看出。 理論上，只要降低溫度或者增加壓力都可以減少尾氣中乙烯的損失，但實際上，增大壓力和降低溫度都有一定的限度。 升高壓力要受到以下因素的限制： (1)壓

20、力增大，相對揮發(fā)度減小，分離困難，需要增加塔板數(shù)或者增加回流比，因此要增加基建投資或者多消耗冷量。 (2)壓力增大，使甲烷難于從塔底液體中蒸出。一般當(dāng)壓力大于4.04.5MPa的時候，就逐漸接近塔底組份的臨界壓力和臨界溫度，氣液兩相濃度相差很小，更難于進(jìn)行分離。 降低操作溫度要受到以下因素的限制： 操作溫度越低，尾氣中乙烯損失就越少。但是塔頂溫度首先受到制冷劑水平的限制，用乙烯做制冷劑時，為了保證它的安全操作，其最低蒸發(fā)溫度為-101，考慮到傳熱設(shè)備的效率和傳熱溫差，制冷溫度約為-95，比蒸發(fā)溫度低15左右。用高壓法是一般都采用乙烯作制冷劑，因此降低操作溫度要受到制冷劑水平的限制。 綜上所述，在一定量的條件下: a)原料氣中C1/H2摩爾比值越大，乙烯在尾氣中的損失越少； b)操作壓力越高，乙烯的損失就越小，但是它受到設(shè)備材質(zhì)和塔底組份的臨界壓力的限制； c)塔頂溫度越低，乙烯在尾氣中的損失越小，但是它受到制冷劑溫度水平的限制。 這三者的關(guān)系已由圖1-44(P79)表明了。(二)利用冷箱提高乙烯回收率 除了用乙烯制冷劑以外，還將脫甲烷塔塔頂出來的高壓氣體通過節(jié)流膨脹閥進(jìn)行節(jié)流制冷，這就是冷箱部分的功能。冷箱的原理是用節(jié)流膨脹閥來獲得低溫，它的用途是依靠低溫來回