第三章作業(yè)及參考答案

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，生成相對分子質量較小的烯烴、烷烴和其他相對分子質量不一樣的輕質和重質烴類。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，什么是一次反應？什么是二次反應？答：一次反應是指原料烴裂解（脫氫和斷鏈），生成目的產(chǎn)物乙烯、丙烯等低級烯烴的反應，是應促使其充足進行的反應；二次反應則是指一次反應產(chǎn)物（乙烯、丙烯等）繼續(xù)發(fā)生的后續(xù)反應，生成分子量較大的液體產(chǎn)物以至結焦生炭的反應，是盡量克制其進行的反應。4.用來評價裂解燃料性質的4個指標是什么？答：評價裂解燃料性質的4個指標如下：（1）族構成—PONA值，PONA值是一種表征多種液體原料裂解性能的有實用價值的參數(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也許到達的裂解深度，也可評價該原料裂解所得C4和C4如下輕烴的收率。氫含量可以用裂解原料中所含氫的質量百分數(shù)表達，也可以用裂解原料中C與H的質量比（稱為碳氫比）表達。（3）特性因數(shù)—K，K是表達烴類和石油餾分化學性質的一種參數(shù)。K值以烷烴最高，環(huán)烷烴次之，芳烴最低，它反應了烴的氫飽和程度。（4）關聯(lián)指數(shù)—BMCI值，BMCI值是表達油品芳烴含量的指數(shù)。關聯(lián)指數(shù)愈大，則表達油品的芳烴含量愈高。5.溫度和停留時間怎樣影響裂解反應成果？答：（1）高溫：從裂解反應的化學平衡角度，提高裂解溫度有助于生成乙烯的反應，并相對減少乙烯消失的反應，因而有助于提高裂解的選擇性；根據(jù)裂解反應的動力學，提高溫度有助于提高一次反應對二次反應的相對速度，提高乙烯收率。（2）短停留時間：從化學平衡的角度：如使裂解反應進行到平衡，由于二次反應的發(fā)生，所得烯烴很少，最終生成大量的氫和碳。為獲得盡量多的烯烴，必須采用盡量短的停留時間進行裂解反應。從動力學的角度：由于有二次反應的競爭，對每種原料均有一種最大乙烯收率的合適停留時間。溫度--停留時間對產(chǎn)品收率影響（a）對于給定原料，相似裂解深度時，提高溫度，縮短停留時間，可以獲得較高的烯烴收率，并減少結焦。（b）高溫-短停留時間可克制芳烴生成，所得裂解汽油的收率相對較低。（c）高溫-短停留時間可使炔烴收率明顯增長，并使乙烯/丙烯比及C4中的雙烯烴/單烯烴的比增大。6.提高反應溫度的技術關鍵在何處？應處理什么問題才能最大程度提高裂解溫度？答：裂解反應的技術關鍵之一是采用高溫-短停留時間的工藝技術。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的限制。因此，研制新型的耐熱合金鋼是提高反應溫度的技術關鍵。當爐管材質確定后，可采用：（1）縮短管長（實際上是減少管程數(shù)）來實現(xiàn)短停留時間操作，才能最大程度提高裂解溫度。（2）改善輻射盤管的構造，采用單排分支變徑管、混排分支變徑管、不分支變徑管、單程等徑管等不一樣構造的輻射盤管，這些改善措施，采用縮小管徑以增長比表面積來提高傳熱面積，使壁溫下降，提高了盤管的平均傳熱強度，由此到達高溫-短停留時間的操作條件。7.為了減少裂解烴分壓，一般加入稀釋劑，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一樣而異，一般是以能防止結焦，延長操作周期為前提。（2）若加入過量的水蒸氣，可使爐管的處理能力下降，增長了爐子熱負荷，也增長了水蒸氣的冷凝量和急冷劑用量，并導致大量廢水。8.裂解氣出口的急冷操作目的是什么？可采用的措施有幾種？你認為哪種好？為何？若設計一種間接急冷換熱器其關鍵指標是什么？怎樣評價一種急冷換熱器的優(yōu)劣？答：從裂解管出來的裂解氣是富含烯烴的氣體和大量水蒸汽，溫度在727-927℃，由于烯烴反應性強，若在高溫下長時間停留，仍會繼續(xù)發(fā)生二次反應，引起結焦，并使烯烴收率下降，因此必須使裂解氣急冷以終止反應。采用的措施有兩種：直接急冷和間接急冷。一般認為間接急冷比很好，由于：（1）直接急冷的急冷劑是用油或水，急冷下來的油水密度相差不大，分離困難，污水量大，不能回收高端的熱能。（2）間接急冷可回收高端熱能，產(chǎn)生高壓水蒸汽作為動力能源以驅動三機等機械（三機：裂解氣壓縮機、乙烯壓縮機、丙烯壓縮機），可減少對環(huán)境的污染程度。設計一種間接急冷換熱器的關鍵指標是：急冷換熱器的運轉周期應不低于裂解爐的運轉周期。為了減少裂解氣在急冷換熱器內的結焦傾向，使之能正常操作，控制指標：（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間不不小于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。評價急冷換熱器的優(yōu)劣：急冷換熱器的構造必須滿足裂解氣急冷的特殊條件：急冷換熱器管內通過高溫裂解氣，入口溫度約827℃，壓力約110KPa（表），規(guī)定在極短時間內（0.01~0.1s），將裂解氣溫度降到350-360℃，傳熱的熱強度達400103KJ/m2?h；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一樣的地方是高熱強度，管內外必須同步承受很大的溫度差和壓力差，同步又要考慮急冷管內的結焦操作操作條件極為苛刻。9.裂解氣進行預分餾的目的和任務是什么？裂解氣中要嚴格控制是雜質有哪些？這些雜質存在的害處？用什么措施除掉這些雜質，這些處理措施的原理是什么？答：裂解氣預分離的目的是：盡量減少裂解氣的溫度，T<650℃時，二次反應基本終止盡量分餾出裂解氣的重組分在裂解氣預分餾過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)生稀釋蒸汽減少壓縮工段負荷繼續(xù)回收裂解氣低能位熱量裂解氣預分餾的作用是：保證裂解氣壓縮機的正常運轉，并減少裂解氣壓縮機的功耗，減少壓縮分離系統(tǒng)的進料負荷；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。裂解氣中具有H2S、CO2、H2O、C2H2、CO等氣體雜質，若不脫除，進入到乙烯、丙烯產(chǎn)品中，影響產(chǎn)品質量，故必須脫除雜質。（1）酸性氣體的脫除裂解氣中的酸性氣體重要是指CO2和H2S，這些酸性氣體含量過多時，會帶來如下危害：H2S：能腐蝕設備管道，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：在深冷操作中會結成干冰，堵塞設備和管道，影響正常生產(chǎn)。當乙烯、丙烯產(chǎn)品中的酸性氣體含量不合格時，可使下游加工裝置的聚合過程或催化劑中毒。因此，必須將這些酸性氣體脫除，規(guī)定將裂解氣中的H2S和CO2的摩爾含量分別脫除至1*10-6如下。裂解氣中的酸性氣體，一般是用物理吸取法或化學吸取法脫除，應用最廣泛的是以NaOH溶液作吸取劑的堿洗法，另一方面是以乙醇胺溶液作吸取劑的乙醇胺法。（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600～700ppm，在低溫分離系統(tǒng)會結冰，形成水烴合物白色結晶(如：CH4?6H2Ｏ，C2H6?7H2O等)，堵塞設備及管道。為防止低溫系統(tǒng)凍堵，規(guī)定將裂解氣中水含量（質量分數(shù)）降至1*10-6如下。工業(yè)上應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）少許炔烴的脫除：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)過程，尤其是用于聚合反應時，影響聚合催化劑壽命，產(chǎn)生不但愿的副產(chǎn)品，惡化產(chǎn)品質量，形成不安全原因。因此，必須脫除，使乙烯產(chǎn)品中的乙炔（摩爾分數(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。溶劑吸取法和催化加氫法。溶劑吸取法是使用溶劑吸取裂解氣中的乙炔以到達凈化目的，同步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，到達脫除乙炔的目的。10.脫除酸性氣體有哪2種措施？各有什么優(yōu)缺陷？答：脫除酸性氣體的措施有堿洗法和乙醇胺法兩種。其優(yōu)缺陷如下表：方法優(yōu)點缺點堿洗法除酸徹底①堿不可再生，消耗量大；②適于酸含量低；③產(chǎn)生黃油問題；④廢水處理量大乙醇胺法①吸取劑可再生；②合用酸含量高①設備規(guī)定高；②吸取雙烯烴，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)省冷量，由于裂解氣中許多組分在常壓下都是氣體，其沸點很低，常壓下進行各組分精餾分離，則分離溫度很低，需要大量冷量。為了使分離溫度不太低，可通過壓縮氣體合適提高壓力。裂解氣的制冷是為了在深冷分離過程中，運用制冷劑壓縮和冷凝得到制冷劑液體，再于不一樣壓力下蒸發(fā)以獲得不一樣溫度級位的冷凍過程。12.壓縮氣的壓縮為何采用多級壓縮？確定段數(shù)的根據(jù)是什么？答：目前，工業(yè)上一般認為經(jīng)濟上合理、技術上可行的裂解氣壓縮機出口壓力約為3.7MPa，而壓縮機的入口壓力一般為0.14MPa，提高入口壓力雖可節(jié)省壓縮機功率，但對裂解反應不利，故為節(jié)省能量，采用多級壓縮。原因：（1）節(jié)省壓縮功耗：絕熱壓縮功耗不小于等溫壓縮，將壓縮分段進行，段間冷卻移熱，可節(jié)省壓縮功耗。（2）減少出口溫度；（3）實現(xiàn)段間凈化分離，減少分離凈化負荷。段間冷凝除去大部分水，冷凝部分C3及C3以上的重組分，減少進入深冷系統(tǒng)的負荷，對應節(jié)省了冷量根據(jù)：壓縮段數(shù)應滿足工藝規(guī)定，必須控制每段壓縮機出口的裂解氣溫度不高于100℃，以防止發(fā)生二烯烴的聚合，由此根據(jù)下式計算出每段壓縮比，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之前，運用裂解氣中H2進行選擇性加氫，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C2和C3餾分進行催化加氫，以脫除乙炔、甲基乙炔和丙二烯。14.裂解氣分離流程各有不一樣，其共同點是什么？答：（1）在分離次序上遵照先易后難的原則，先將不一樣碳原子數(shù)的烴分開，再分同一碳原子數(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終，可保證這兩個重要產(chǎn)品純度，同步也減少分離損失，提高烯烴收率。15.何謂非絕熱精餾？何種狀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——在塔中間對塔內物料進行冷卻和加熱的過程。使用條件：對于頂溫低于環(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：可減少分離過程的有效能損失，到達節(jié)省能量的目的。對中間再沸器而言，還可減小提餾段塔徑。弊：由于中