乙烯的生產(chǎn)深冷分離PPT課件

1、任務(wù)四 工藝流程的組織裂解氣分離,一、裂解氣的組成及分離方法 二、壓縮與制冷 三、氣體凈化 四、裂解氣深冷分離,一、 裂解氣的組成及分離方法,（一）裂解氣的組成,不同壓力下某些組分的沸點(diǎn),（二）裂解氣分離方法,深冷分離在 -100左右的低溫下，將裂解氣中除了氫和甲烷以外的其它烴類全部冷凝下來。然后利用裂解氣中各種烴類的相對揮發(fā)度不同，在合適的溫度和壓力下，以精餾的方法將各組分分離開來。,深冷操作的系統(tǒng)組成,2、氣體凈化系統(tǒng),1、壓縮冷凍系統(tǒng),3、低溫精餾分離系統(tǒng),為了排除對后繼操作的干擾，提高產(chǎn)品的純度，通常設(shè)置有脫酸性氣體、脫水、脫炔和脫一氧化碳等操作過程。,該系統(tǒng)的任務(wù)是加壓、降溫，以保證

2、分離過程順利進(jìn)行。,將各組分進(jìn)行分離并將乙烯、丙烯產(chǎn)品精制提純，這是深冷分離的核心。,二、 壓縮與制冷,（一）裂解氣的壓縮,1.壓力與溫度的關(guān)系,根據(jù)物質(zhì)的冷凝溫度隨壓力增加而升高的規(guī)律，對裂解氣加壓，從而使各組分的冷凝點(diǎn)升高，這既有利于分離，又可節(jié)約冷凍量和低溫材料。,此外，對裂解氣壓縮冷卻，還能除掉相當(dāng)量的水份和重質(zhì)烴，以減少后繼干燥及低溫分離的負(fù)擔(dān)。,但不能任意加壓，若壓力增高： 對設(shè)備材料強(qiáng)度要求增高； 動力消耗增大； 使低溫分離系統(tǒng)精餾塔釜溫升高，易引起一些不飽和烴的聚合 使烴類相對揮發(fā)度降低，增加了分離的困難。,因此，在深冷分離中要采用經(jīng)濟(jì)上合理而技術(shù)上可行的壓力，一般為3.543

3、.95MPa。,（1）裂解氣經(jīng)壓縮后，不僅壓力升高，而且溫度也會升高，某些烴類尤其是丁二烯之類的二烯烴，容易在較高的溫度下發(fā)生聚合和結(jié)焦。這些聚合物和結(jié)焦物會堵塞壓縮機(jī)閥片和磨損氣缸，或沉積在葉輪上。 同時(shí)溫度升高，還會使壓縮機(jī)潤滑油粘度下降，從而使壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不能正常進(jìn)行。 因此，裂解氣壓縮后的溫度必須要限制，當(dāng)裂解氣中含有碳四、碳五等重組分時(shí)，壓縮機(jī)出口溫度一般不能超過100。 在生產(chǎn)上主要是通過裂解氣的多段壓縮和冷卻相結(jié)合的方法來實(shí)現(xiàn)。裂解氣段間采用水冷，各段入口3840。,2.多段壓縮,（2）采用多段壓縮可節(jié)省能量，提高效率，減小壓縮比。 （3）同時(shí)，壓縮機(jī)采用多段壓縮也便于在壓縮段之間

4、進(jìn)行凈化與分離。 目前工業(yè)上對裂解氣大多采用三至五段壓縮。 由于裂解爐的廢熱鍋爐副產(chǎn)高壓蒸汽，因此多用蒸汽透平驅(qū)動的離心式壓縮機(jī)。,（二）制冷,1、冷凍循環(huán)制冷,2、節(jié)流膨脹制冷,3、熱泵,1、冷凍循環(huán)制冷,冷凍劑自液態(tài)汽化時(shí)，要從物料中吸收熱量，使物料溫度降低。所吸收的熱量，在熱值上等于它的汽化潛熱。 液體的汽化溫度(即沸點(diǎn))是隨壓力的變化而改變的，壓力越低，相應(yīng)的汽化溫度也越低。,制冷原理,（1）氨蒸汽壓縮制冷 （2）丙烯制冷系統(tǒng) （3）乙烯制冷系統(tǒng) （4）乙烯丙烯復(fù)迭制冷 （5）三元復(fù)迭制冷,（1）氨蒸汽壓縮制冷,(1)蒸發(fā) (2)壓縮 (3)冷凝 (4)節(jié)流膨脹,冷凍劑,冷凍劑本身物理

5、化學(xué)性質(zhì)決定了制冷溫度的范圍。如液氨降壓到0.098MPa時(shí)進(jìn)行蒸發(fā)，其蒸發(fā)溫度為-33.4。 要滿足深冷分離，獲得-100的低溫，必須用沸點(diǎn)更低的氣體作為冷凍劑。 在石油化工深冷分離中使用最廣泛的是氨、丙烯和乙烯等。對乙烯裝置而言，乙烯和丙烯為本裝置產(chǎn)品，已有貯存設(shè)施，且乙烯和丙烯已具有良好的熱力學(xué)特性，因而均選用乙烯和丙烯作為制冷劑。,（2）丙烯制冷系統(tǒng),丙烯常壓下沸點(diǎn)為 47.72 ，用丙烯作冷凍劑可以得到40以上溫度級的冷量。 把丙烯壓縮到 l.864MPa 的條件下，丙烯的冷凝點(diǎn)為45，很容易用冷水冷卻使之液化。,（3）乙烯制冷系統(tǒng),常壓下乙烯的沸點(diǎn)為 104，即用乙烯作制冷劑可以獲

6、100的低溫。 乙烯的臨界溫度為9.9，臨界壓力為5.15MPa，在此溫度之上，不論壓力多大，也不能使其液化，所以不能用普通冷水使之液化。為此，乙烯循環(huán)制冷中的冷凝器需要使用制冷劑冷卻。 工業(yè)生產(chǎn)中常采用丙烯作制冷劑來冷卻乙烯，這樣丙烯的冷凍循環(huán)和乙烯冷凍循環(huán)制冷組合在一起，構(gòu)成乙烯丙烯復(fù)迭制冷。,（4）乙烯丙烯復(fù)迭制冷循環(huán),（5）三元復(fù)迭制冷,用乙烯作制冷劑在正壓下操作，不能獲得103以下的低溫。 生產(chǎn)中需要103以下的低溫時(shí)，可采用沸點(diǎn)更低的制冷劑，甲烷在常壓下沸點(diǎn)是161.5。但是由于甲烷的臨界溫度是82.5，若要構(gòu)成冷凍循環(huán)制冷，需用乙烯作制冷劑為其冷凝器提供冷量，這樣就構(gòu)成了甲烷乙烯

7、丙烯三元復(fù)迭制冷。 在這個系統(tǒng)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冷量用戶供冷。,2、節(jié)流膨脹制冷,所謂節(jié)流膨脹制冷，就是氣體由較高的壓力通過一個節(jié)流閥迅速膨脹到較低的壓力，由于過程進(jìn)行得非常快，來不及與外界發(fā)生熱交換，膨脹所需的熱量，必須由自身供給，從而引起溫度降低。,3、熱泵,（1）熱泵的基本概念 通過做功將熱量從低溫?zé)嵩磦鬟f給高溫?zé)嵩吹墓嵯到y(tǒng)稱為熱泵系統(tǒng)。 精餾操作中，熱泵系統(tǒng)是既向塔頂供冷又向塔釜供熱的制冷循環(huán)系統(tǒng)。 常用的熱泵系統(tǒng)有閉式熱泵系統(tǒng)、開式A型熱泵系統(tǒng)和開式B型熱泵系統(tǒng)等幾種。,熱泵系統(tǒng),三、氣體凈化,（二）脫水,（一）脫酸性氣,（三）脫炔

8、,（四）脫一氧化碳,（一）脫酸性氣體,1.來源,H2S：一部分是由裂解原料帶來的； 另一部分是裂解原料中的有機(jī)硫化物在高溫裂解過程中反應(yīng)生成的。 例如：RSH + H2RH + H2S CS2 + 2H2OCO2 + 2H2S COS + H2OCO2 + H2S,主要指CO2和H2S，還有少量有機(jī)硫化物。,CO2： 還有 裂解爐管中的焦碳與水蒸汽作用 C + 2H2OCO2 + H2 烴與水蒸汽作用 CH4 + H2OCO2 + 4H2,2.危害,（1）裂解氣分離裝置 H2S：腐蝕設(shè)備管道； 使干燥用的分子篩壽命縮短； 使加氫脫炔用的催化劑中毒。 CO2：結(jié)成干冰，堵塞設(shè)備和管道。,（2）下

9、游加工過程 破壞聚合催化劑的活性； 影響生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量。,（1）堿洗法,3. 脫除方法, 化學(xué)吸收法,（2）乙醇胺法,4. 堿洗法工藝流程,溫度 40 壓力 1.0MPa 終含量510-6,節(jié)省堿量 不宜堵 保證脫除效果,低溫下，水凍結(jié)成冰 與輕質(zhì)烴形成白色結(jié)晶水合物，如CH46H2O,1、來源,（二）脫水,稀釋蒸汽 水洗和脫酸性氣過程殘留,2、危害,3 、脫水方法,分子篩特點(diǎn)： （1) 孔徑均一，只能吸附小于其孔徑的分子，有較強(qiáng)的選擇性； 此外，分子篩是一種離子型極性吸附劑，H2、CH4等雖能進(jìn)入孔穴但不易被吸附。,吸附：用多孔性固體處理流體混合物，使其中一種或幾種組分被吸附于固體表面，

10、以達(dá)到分離的目的。,常用吸附劑：分子篩、硅膠、活性氧化鋁,（2）在較低濃度下也有較大的吸附能力。,（3）吸附容量隨溫度變化敏感，易于再生。,（三）脫炔,1危害,影響乙烯、丙烯的質(zhì)量和用途 使合成或聚合用催化劑中毒 形成不安全因素,mC2H2+nH2 低聚物（綠油）,2. 脫除方法催化加氫法,（1）原理：采用乙炔選擇性催化加氫為乙烯，盡量避免乙炔和乙烯加氫成乙烷。,主反應(yīng)：CHCH十H2 CH2CH2 副反應(yīng)：CHCH十2H2 CH3CH3 CH2CH2十H2 CH3CH3,（2）前加氫與后加氫工藝,前加氫脫甲烷塔前進(jìn)行的加氫 優(yōu)點(diǎn)：流程簡單，能耗低 缺點(diǎn)： 加氫過程中，氫分壓較高，加氫選擇性較

11、差，乙烯損失量多；同時(shí)副反應(yīng)還會導(dǎo)致反應(yīng)溫度的失控，乃至出現(xiàn)催化劑床層飛溫； 脫炔難易程度：丁二烯乙炔丙炔丙烯乙烯 所以，當(dāng)乙炔脫除到合格指標(biāo)時(shí)，丙炔、丙二烯達(dá)不到要求的脫除指標(biāo)；而丁二烯損失量較高。 此外，裂解氣中較重組分的存在，對加氫催化劑性能有較大的影響，使催化劑壽命縮短。,后加氫：對裂解氣分離得到的碳二餾分和碳三餾分，分別進(jìn)行催化選擇加氫，將碳二餾分中的乙炔，碳三餾分中的丙炔和丙二烯脫除。 優(yōu)點(diǎn)： 氫氣已分出，所用氫氣按比例加入，加氫選擇性高； 加氫產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，原料中所含乙炔、丙炔和丙二烯的脫除均能達(dá)到指標(biāo)要求； 加氫原料氣體中雜質(zhì)少，催化劑使用周期長 缺點(diǎn)：通入本裝置的氫氣中常含有

12、甲烷。為了保證乙烯的純度，加氫后還需要將氫氣帶入的甲烷和剩余的氫脫除，因此，需設(shè)第二脫甲烷塔，導(dǎo)致流程復(fù)雜，設(shè)備費(fèi)用高。,后加氫工藝流程,2020/8/15,.,37,（四）脫一氧化碳,1CO的來源,C十H2OCO十H2 CH4十H2OCO十3H2 C2H6十2H2O2CO十5H2,2CO的危害,帶入到富氫餾分中，會使加氫催化劑中毒。 影響烯烴聚合催化劑。,3脫除方法(甲烷化),CO十H2 CH4十H2O 一般采用鎳催化劑,四、裂解氣深冷分離,（一）深冷分離流程 （二）脫甲烷塔 （三）乙烯精餾塔 （四）丙烯精餾塔,精餾分離方案：脫甲烷、脫乙烷、脫丙烷的順序 脫甲烷 脫乙烷 脫丙烷 順序分離流程

13、 脫乙烷 脫甲烷 脫丙烷 前脫乙烷流程 脫丙烷 脫甲烷 脫乙烷 前脫丙烷流程,一、深冷分離流程,三種深冷分離流程,（1）順序分離流程,裂解氣,1,2,9,富氫,3,4,10,11,5,6,7,10,11,8,、,順序深冷分離流程,1-堿洗塔；2-干燥器；3-脫甲烷塔；4-脫乙烷塔；5-乙烯塔；6-脫丙烷塔；7-脫丁烷塔；8-丙烯塔；9-冷箱；10-加氫脫炔反應(yīng)器；11-綠油塔,C1,乙烯,乙烷,C4,C5,C1,丙烯,丙烷,C1,（2）前脫乙烷分離流程,（3）前脫丙烷分離流程,脫甲烷塔的中心任務(wù)是將裂解氣中甲烷-氫和乙烯及比乙烯更重的組分進(jìn)行分離。分離過程是利用低溫，使裂解氣中除甲烷氫外的各組

14、分全部液化，然后將不凝氣體甲烷-氫分出。 對于脫甲烷塔，分離的輕關(guān)鍵組分是甲烷，重關(guān)鍵組分為乙烯。希望塔頂尾氣中乙烯的含量應(yīng)盡可能少，以提高乙烯的回收率；塔釜中甲烷的含量應(yīng)該盡可能低，以提高乙烯的純度。所以脫甲烷塔對保證乙烯的回收率和純度起著決定性的作用。 同時(shí)脫甲烷塔是分離過程中溫度最低的塔，能量消耗也最多，所以脫甲烷塔是精餾過程中關(guān)鍵塔之一。,二、脫甲烷塔,52%,36%,深冷分離系統(tǒng)冷量消耗分配,乙烯塔,脫乙烷塔,其余塔,脫甲烷塔,(一) 工藝條件,1進(jìn)料中CH4H2分子比,CH4H2,冷凝溫度,液體回流,乙烯損失率,乙烯回收率一定時(shí)，CH4/ H2 ,需塔頂溫度,2溫度和壓力,壓力0.

15、60.7MPa，頂溫-140，釜溫-50 由于壓力低，相對揮發(fā)度較大，分離效果好。由于溫度低，所以乙烯回收率高。 雖然需要低溫級冷劑，但因易分離，回流比較小，折算到每噸乙烯的能量消耗，低壓法僅為高壓法的70%多一些。 低壓法也有不利之處，如需要耐低溫鋼材、多一套甲烷制冷系統(tǒng)、流程比較復(fù)雜，同時(shí)低壓法并不適合所有的裂解氣分離，只適用于裂解氣中的CH4/C2H4比值較大的情況。,（1）低壓法,脫甲烷塔操作溫度和操作壓力,壓力為3.14.1MPa，塔頂溫度為-96，不必采用甲烷制冷系統(tǒng)，只需用液態(tài)乙烯即可。 由于脫甲烷塔頂尾氣壓力高，可借助高壓尾氣的自身節(jié)流膨脹獲得額外的降溫，比甲烷冷凍系統(tǒng)簡單。

16、此外提高壓力可縮小精餾塔的容積，所以從投資和材質(zhì)要求看，高壓法是有利的，但分離效果不如低壓法。,（2）高壓法,（二）冷箱,在生產(chǎn)中，脫甲烷塔系統(tǒng)為了防止低溫設(shè)備散冷，減少其與環(huán)境接觸的表面積，常把節(jié)流膨脹閥、高效板式換熱器、氣液分離器等低溫設(shè)備，封閉在一個有絕熱材料做成的箱子中，此箱稱之為冷箱。在同一個冷箱中允許多種物質(zhì)同時(shí)換熱，冷量利用合理，起到了節(jié)能的作用。,乙烯精餾塔是出成品的塔，它消耗冷量約為總制冷量的3844%，僅次于脫甲烷塔。因此它的操作好壞，直接影響著產(chǎn)品的純度、收率和成本，所以乙烯精餾塔也是深冷分離中的一個關(guān)鍵塔。,三、乙烯的精餾,1溫度的影響,如操作溫度升高，塔頂重組分含量就

17、會增加，產(chǎn)品純度就下降；如果溫度太低，則浪費(fèi)冷量，同時(shí)，塔釜溫度控制低了，塔釜輕組分含量升高，乙烯收率下降； 如釜溫太高，會引起重組分結(jié)焦，對操作不利。 所以生產(chǎn)中有低壓開式熱泵流程和高壓乙烯精餾工藝流程。,有利影響： 塔溫升高，降低能量消耗及制冷系統(tǒng)設(shè)備費(fèi)用，也降低對設(shè)備材質(zhì)的要求 使單位設(shè)備處理量增加，降低設(shè)備費(fèi)用 不利影響： 下降，于是塔板數(shù)增多或者R增大，從而造成設(shè)備費(fèi)用或操作費(fèi)用提高,2. 提高壓力的影響,（1）低壓乙烯精餾 操作壓力一般為0.50.8MPa，塔頂冷凝溫度為5060左右，塔頂冷凝器需要乙烯作為制冷劑，生產(chǎn)中常采用開式熱泵。 （2）高壓乙烯精餾 操作壓力一般為1.92.

18、3MPa，塔頂溫度為2335左右，塔頂冷凝器用丙烯冷劑即可。,乙烯精餾塔的精餾段塔板數(shù)較多，回流比大。大回流比對精餾段操作有利，可提高乙烯產(chǎn)品的純度，對提餾段則不起作用。為了回收冷量,在提餾段采用中間再沸器裝置，這是對乙烯塔的一個改進(jìn)。,3乙烯精餾塔的節(jié)能,目前工業(yè)上多不設(shè)第二脫甲烷塔，而采用側(cè)線出料法，即在乙烯塔頂附近的幾塊塔板(7、8塊)，側(cè)線引出高純度乙烯，而塔頂引出含少量甲烷的粗乙烯回壓縮系統(tǒng)，這是對乙烯精餾塔的第二個改進(jìn)。這一改進(jìn)就相當(dāng)于一塔起到二塔的作用。 由于拔頂段(側(cè)線出料口至塔頂)采用了乙烯的大量回流，因而這對脫甲烷作用要比設(shè)置第二脫甲烷塔還有利，既簡化了流程，又節(jié)省了能量。 由于將第二個塔的負(fù)荷集中于一個塔進(jìn)行，所以對塔的自動化控制程度要求較高， 另外因?yàn)樗敋庀嘁肜淠鞯牟皇羌円蚁?，故此時(shí)乙烯塔就不能采用熱泵精餾。,四、丙烯的精餾,由于丙烯-丙烷的相對揮發(fā)度很小，彼此不易分離，要達(dá)到分離目的，就得增加塔板數(shù)、加大回流比，所以，丙烯塔是分離系統(tǒng)中塔板數(shù)最多，回流比最大的一個塔，也是運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)和投資費(fèi)較多的一個塔。,高壓法1.7MPa以上，塔頂蒸汽冷凝溫度高于