第三章作業(yè)和參考答案解析

1、. WORD格式整理. .1. 什么是烴類熱裂解？答：烴類的熱裂解是將石油系烴類燃料（天然氣、煉廠氣、輕油、柴油、重油等）經(jīng)高溫作用，使烴類分子發(fā)生碳鏈斷裂或脫氫反應(yīng)，生成相對(duì)分子質(zhì)量較小的烯烴、烷烴和其他相對(duì)分子質(zhì)量不同的輕質(zhì)和重質(zhì)烴類。2. 烴類熱裂解制乙烯可以分為哪兩大部分？答：烴類熱裂制乙烯的生產(chǎn)工藝可以分為原料烴的熱裂解、裂解產(chǎn)物的分離兩部分。3. 在烴類熱裂解系統(tǒng)內(nèi)，什么是一次反應(yīng)？什么是二次反應(yīng)？答：一次反應(yīng)是指原料烴裂解（脫氫和斷鏈），生成目的產(chǎn)物乙烯、丙烯等低級(jí)烯烴的反應(yīng)，是應(yīng)促使其充分進(jìn)行的反應(yīng)； 二次反應(yīng)則是指一次反應(yīng)產(chǎn)物（乙烯、丙烯等）繼續(xù)發(fā)生的后續(xù)反應(yīng)，生成分子量較大

2、的液體產(chǎn)物以至結(jié)焦生炭的反應(yīng)，是盡可能抑制其進(jìn)行的反應(yīng)。4. 用來(lái)評(píng)價(jià)裂解燃料性質(zhì)的4個(gè)指標(biāo)是什么？答：評(píng)價(jià)裂解燃料性質(zhì)的4個(gè)指標(biāo)如下：（1）族組成PONA值，PONA值是一個(gè)表征各種液體原料裂解性能的有實(shí)用價(jià)值的參數(shù)。P烷 烴（Paraffin）； O烯 烴（Olefin）； N環(huán)烷烴（Naphtene）；A芳 烴（Aromatics）。（2）氫含量，根據(jù)氫含量既可判斷該原料可能達(dá)到的裂解深度，也可評(píng)價(jià)該原料裂解所得C4和C4以下輕烴的收率。氫含量可以用裂解原料中所含氫的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示，也可以用裂解原料中C與H的質(zhì)量比（稱為碳?xì)浔龋┍硎尽＃?）特性因數(shù)K，K是表示烴類和石油餾分化學(xué)性質(zhì)的一種

3、參數(shù)。K值以烷烴最高，環(huán)烷烴次之，芳烴最低，它反映了烴的氫飽和程度。（4）關(guān)聯(lián)指數(shù)BMCI值，BMCI值是表示油品芳烴含量的指數(shù)。關(guān)聯(lián)指數(shù)愈大，則表示油品的芳烴含量愈高。5. 溫度和停留時(shí)間如何影響裂解反應(yīng)結(jié)果？答：（1）高溫： 從裂解反應(yīng)的化學(xué)平衡角度，提高裂解溫度有利于生成乙烯的反應(yīng)，并相對(duì)減少乙烯消失的反應(yīng)，因而有利于提高裂解的選擇性； 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(duì)二次反應(yīng)的相對(duì)速度，提高乙烯收率。 （2）短停留時(shí)間： 從化學(xué)平衡的角度：如使裂解反應(yīng)進(jìn)行到平衡，由于二次反應(yīng)的發(fā)生，所得烯烴很少，最后生成大量的氫和碳。為獲得盡可能多的烯烴，必須采用盡可能短的停留時(shí)間進(jìn)

4、行裂解反應(yīng) 。 從動(dòng)力學(xué)的角度：由于有二次反應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)每種原料都有一個(gè)最大乙烯收率的適宜停留時(shí)間。 溫度-停留時(shí)間對(duì)產(chǎn)品收率影響 （a）對(duì)于給定原料，相同裂解深度時(shí)，提高溫度，縮短停留時(shí)間，可以獲得較高的烯烴收率，并減少結(jié)焦。（b）高溫-短停留時(shí)間可抑制芳烴生成，所得裂解汽油的收率相對(duì)較低。（c）高溫-短停留時(shí)間可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。6.提高反應(yīng)溫度的技術(shù)關(guān)鍵在何處？應(yīng)解決什么問(wèn)題才能最大限度提高裂解溫度？答：裂解反應(yīng)的技術(shù)關(guān)鍵之一是采用高溫-短停留時(shí)間的工藝技術(shù)。提高裂解溫度，必須提高爐管管壁溫度，而此溫度受到爐管材質(zhì)的限制。因此，研制新型

5、的耐熱合金鋼是提高反應(yīng)溫度的技術(shù)關(guān)鍵。 當(dāng)爐管材質(zhì)確定后，可采用： （1）縮短管長(zhǎng)（實(shí)際上是減少管程數(shù)）來(lái)實(shí)現(xiàn)短停留時(shí)間操作，才能最大限度提高裂解溫度。 （2）改進(jìn)輻射盤(pán)管的結(jié)構(gòu)，采用單排分支變徑管、混排分支變徑管、不分支變徑管、單程等徑管等不同結(jié)構(gòu)的輻射盤(pán)管，這些改進(jìn)措施，采用縮小管徑以增加比表面積來(lái)提高傳熱面積，使壁溫下降，提高了盤(pán)管的平均傳熱強(qiáng)度，由此達(dá)到高溫-短停留時(shí)間的操作條件。7.為了降低裂解烴分壓，通常加入稀釋劑，試分析稀釋劑加入量確定的原則是什么？答：工業(yè)上常用水蒸氣作為稀釋劑，加水蒸氣量的原則： （1）水蒸氣的加入量隨裂解原料不同而異，一般是以能防止結(jié)焦，延長(zhǎng)操作周期為前提。

6、 （2）若加入過(guò)量的水蒸氣，可使?fàn)t管的處理能力下降，增加了爐子熱負(fù)荷，也增加了水蒸氣的冷凝量和急冷劑用量，并造成大量廢水。8.裂解氣出口的急冷操作目的是什么？可采取的方法有幾種？你認(rèn)為哪種好？為什么？若設(shè)計(jì)一個(gè)間接急冷換熱器其關(guān)鍵指標(biāo)是什么？如何評(píng)價(jià)一個(gè)急冷換熱器的優(yōu)劣？答：從裂解管出來(lái)的裂解氣是富含烯烴的氣體和大量水蒸汽，溫度在727-927，由于烯烴反應(yīng)性強(qiáng)，若在高溫下長(zhǎng)時(shí)間停留，仍會(huì)繼續(xù)發(fā)生二次反應(yīng)，引起結(jié)焦，并使烯烴收率下降，因此必須使裂解氣急冷以終止反應(yīng)。 采取的方法有兩種：直接急冷和間接急冷。 一般認(rèn)為間接急冷比較好，因?yàn)椋?（1）直接急冷的急冷劑是用油或水，急冷下來(lái)的油水密度相差

7、不大，分離困難，污水量大，不能回收高品位的熱能。 （2）間接急冷可回收高品位熱能，產(chǎn)生高壓水蒸汽作為動(dòng)力能源以驅(qū)動(dòng)三機(jī)等機(jī)械（三機(jī)：裂解氣壓縮機(jī)、乙烯壓縮機(jī)、丙烯壓縮機(jī)），可減少對(duì)環(huán)境的污染程度。 設(shè)計(jì)一個(gè)間接急冷換熱器的關(guān)鍵指標(biāo)是：急冷換熱器的運(yùn)轉(zhuǎn)周期應(yīng)不低于裂解爐的運(yùn)轉(zhuǎn)周期。為了減少裂解氣在急冷換熱器內(nèi)的結(jié)焦傾向，使之能正常操作，控制指標(biāo)： （1）增大裂解氣在急冷換熱器中的線速度，一般控制裂解氣在急冷換熱器中的停留時(shí)間小于0.04秒； （2）必須控制裂解氣的出口溫度要高于裂解氣的露點(diǎn)。 評(píng)價(jià)急冷換熱器的優(yōu)劣： 急冷換熱器的結(jié)構(gòu)必須滿足裂解氣急冷的特殊條件：急冷換熱器管內(nèi)通過(guò)高溫裂解氣，入口

8、溫度約827，壓力約110KPa（表），要求在極短時(shí)間內(nèi)（0.01 0.1s），將裂解氣溫度降到350-360，傳熱的熱強(qiáng)度達(dá)400 103KJ/m2h；管外走高壓熱水，溫度約為320-330，壓力8-13MPa。 由此可知，急冷換熱器與一般換熱器不同的地方是高熱強(qiáng)度，管內(nèi)外必須同時(shí)承受很大的溫度差和壓力差，同時(shí)又要考慮急冷管內(nèi)的結(jié)焦操作操作條件極為苛刻。9.裂解氣進(jìn)行預(yù)分餾的目的和任務(wù)是什么？裂解氣中要嚴(yán)格控制是雜質(zhì)有哪些？這些雜質(zhì)存在的害處？用什么方法除掉這些雜質(zhì)，這些處理方法的原理是什么？答：裂解氣預(yù)分離的目的是： 盡可能降低裂解氣的溫度，T650時(shí)，二次反應(yīng)基本終止 盡可能分餾出裂解氣

9、的重組分 在裂解氣預(yù)分餾過(guò)程中將裂解氣中的稀釋蒸汽以冷凝水的形式分離回收，用以再發(fā)生稀釋蒸汽 降低壓縮工段負(fù)荷 繼續(xù)回收裂解氣低能位熱量裂解氣預(yù)分餾的作用是： 保證裂解氣壓縮機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并降低裂解氣壓縮機(jī)的功耗，減少壓縮分離系統(tǒng)的進(jìn)料負(fù)荷； 大大減少污水排放量； 合理的熱量回收，由急冷油回收的熱量用于發(fā)生稀釋蒸汽，由急冷水回收的熱量用于分離系統(tǒng)的工藝加熱。 裂解氣中含有H2S、CO2、H2O、C2H2、CO等氣體雜質(zhì)，若不脫除，進(jìn)入到乙烯、丙烯產(chǎn)品中，影響產(chǎn)品質(zhì)量，故必須脫除雜質(zhì)。 （1）酸性氣體的脫除 裂解氣中的酸性氣體主要是指CO2和H2S，這些酸性氣體含量過(guò)多時(shí)，會(huì)帶來(lái)如下危害： H2

10、S：能腐蝕設(shè)備管道，使干燥用的分子篩壽命縮短，還能使加氫脫炔和甲烷化用的催化劑中毒。 CO2：在深冷操作中會(huì)結(jié)成干冰，堵塞設(shè)備和管道，影響正常生產(chǎn)。 當(dāng)乙烯、丙烯產(chǎn)品中的酸性氣體含量不合格時(shí)，可使下游加工裝置的聚合過(guò)程或催化劑中毒。所以，必須將這些酸性氣體脫除，要求將裂解氣中的H2S和CO2的摩爾含量分別脫除至1* 10-6以下。 裂解氣中的酸性氣體，一般是用物理吸收法或化學(xué)吸收法脫除，應(yīng)用最廣泛的是以NaOH溶液作吸收劑的堿洗法，其次是以乙醇胺溶液作吸收劑的乙醇胺法。 （2）水分的脫除 經(jīng)壓縮并分離段間凝水后的裂解氣中飽和水含量為 600700ppm，在低溫分離系統(tǒng)會(huì)結(jié)冰，形成水烴合物白色結(jié)

11、晶(如：CH46H2，C2H67H2O等)，堵塞設(shè)備及管道。 為避免低溫系統(tǒng)凍堵，要求將裂解氣中水含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）降至1* 10-6以下。工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的是分子篩、活性氧化鋁硅膠為干燥劑的固體吸附法。 （3）少量炔烴的脫除： 乙炔富集于C2餾分，甲基乙炔和丙二烯富集于C3餾分，若將它們混于乙烯、丙烯產(chǎn)品用于衍生物的生產(chǎn)過(guò)程，特別是用于聚合反應(yīng)時(shí)，影響聚合催化劑壽命，產(chǎn)生不希望的副產(chǎn)品，惡化產(chǎn)品質(zhì)量，形成不安全因素。因此，必須脫除，使乙烯產(chǎn)品中的乙炔（摩爾分?jǐn)?shù)）低于5 *10-6，丙烯產(chǎn)品中甲基乙炔低于5* 10-6，丙二烯低于1*10-5。溶劑吸收法和催化加氫法。 溶劑吸收法是使用溶劑吸收裂

12、解氣中的乙炔以達(dá)到凈化目的，同時(shí)也回收一定量的乙炔。 催化加氫法是將裂解氣中乙炔加氫成為乙烯或乙烷，達(dá)到脫除乙炔的目的。10. 脫除酸性氣體有哪2種方法？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：脫除酸性氣體的方法有堿洗法和乙醇胺法兩種。其優(yōu)缺點(diǎn)如下表：方 法優(yōu) 點(diǎn)缺 點(diǎn)堿洗法除酸徹底 堿不可再生，消耗量大； 適于酸含量低； 產(chǎn)生黃油問(wèn)題； 廢水處理量大乙醇胺法 吸收劑可再生； 適用酸含量高 設(shè)備要求高； 吸收雙烯烴，再生易聚合11. 裂解氣的壓縮和制冷的目的是什么？答：裂解氣的壓縮是為了節(jié)約冷量，因?yàn)榱呀鈿庵性S多組分在常壓下都是氣體，其沸點(diǎn)很低，常壓下進(jìn)行各組分精餾分離，則分離溫度很低，需要大量冷量。為了使分離溫

13、度不太低，可通過(guò)壓縮氣體適當(dāng)提高壓力。裂解氣的制冷是為了在深冷分離過(guò)程中，利用制冷劑壓縮和冷凝得到制冷劑液體，再于不同壓力下蒸發(fā)以獲得不同溫度級(jí)位的冷凍過(guò)程。12.壓縮氣的壓縮為什么采用多級(jí)壓縮？確定段數(shù)的依據(jù)是什么？答：目前，工業(yè)上一般認(rèn)為經(jīng)濟(jì)上合理、技術(shù)上可行的裂解氣壓縮機(jī)出口壓力約為3.7 MPa，而壓縮機(jī)的入口壓力一般為0.14 MPa，提高入口壓力雖可節(jié)約壓縮機(jī)功率，但對(duì)裂解反應(yīng)不利，故為節(jié)約能量，采用多級(jí)壓縮。原因：（1）節(jié)約壓縮功耗：絕熱壓縮功耗大于等溫壓縮，將壓縮分段進(jìn)行，段間冷卻移熱，可節(jié)約壓縮功耗。（2）降低出口溫度；（3）實(shí)現(xiàn)段間凈化分離，減少分離凈化負(fù)荷。段間冷凝除去大

14、部分水，冷凝部分C3及C3以上的重組分，減少進(jìn)入深冷系統(tǒng)的負(fù)荷，相應(yīng)節(jié)約了冷量依據(jù)：壓縮段數(shù)應(yīng)滿足工藝要求，必須控制每段壓縮機(jī)出口的裂解氣溫度不高于100，以避免發(fā)生二烯烴的聚合，由此根據(jù)下式計(jì)算出每段壓縮比，最終確定段數(shù)。13. 什么是裂解氣的前加氫和后加氫工藝？答：裂解氣的前加氫是指在裂解氣中氫氣未分離出來(lái)之前，利用裂解氣中H2進(jìn)行選擇性加氫，以脫除其中的炔烴；后加氫是指裂解氣分離出C2餾分、C3餾分后，再分別對(duì)C2和C3餾分進(jìn)行催化加氫，以脫除乙炔、甲基乙炔和丙二烯。14.裂解氣分離流程各有不同，其共同點(diǎn)是什么？答：（1）在分離順序上遵循先易后難的原則，先將不同碳原子數(shù)的烴分開(kāi)，再分同一

15、碳原子數(shù)的烯烴和烷烴； （2）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，可確保這兩個(gè)主要產(chǎn)品純度，同時(shí)也減少分離損失，提高烯烴收率。15.何謂非絕熱精餾？何種情況下采用中間冷凝器或中間再沸器？分析其利弊？答：非絕熱精餾在塔中間對(duì)塔內(nèi)物料進(jìn)行冷卻和加熱的過(guò)程。使用條件：對(duì)于頂溫低于環(huán)境溫度、底溫高于環(huán)境溫度，且頂?shù)诇夭钶^大的精餾塔。利：可降低分離過(guò)程的有效能損失，達(dá)到節(jié)省能量的目的。對(duì)中間再沸器而言，還可減小提餾段塔徑。弊：由于中間冷凝器和中間再沸器的設(shè)置，在降低塔頂冷凝器和塔釜再沸器負(fù)荷的同時(shí)，會(huì)導(dǎo)致精餾段回流和提餾段上升蒸氣的減少，故為了達(dá)到分離要求，就相應(yīng)增加塔板數(shù)，從而增加設(shè)備投資。16. 裂解氣分離流程中能耗最大的兩個(gè)是什么？答：裂解氣分離流程中能耗最大的兩個(gè)分別是“脫甲烷”和“乙烯精餾”。脫甲烷塔是脫除裂解氣中的氫和甲烷，是裂解氣分離裝置中投資最大、能耗最多的環(huán)節(jié)，其冷凍功耗約占全裝置冷凍功耗的52%。由于乙烯塔溫度僅次于脫甲烷塔，所以冷量消耗占總制冷量的比例也較大，約為38%44%。根