压缩脱甲烷塔脱乙烷塔乙烯塔冷箱.pptx

第一章第一章 烃类热裂解烃类热裂解（16学时）学时）n n基本要求：基本要求：基本要求：基本要求：了解不同烃类原料裂解的一般规律；掌握烃类了解不同烃类原料裂解的一般规律；掌握烃类了解不同烃类原料裂解的一般规律；掌握烃类了解不同烃类原料裂解的一般规律；掌握烃类裂解的一次反应和二次反应以及其对烯烃收率影响；掌握裂解的一次反应和二次反应以及其对烯烃收率影响；掌握裂解的一次反应和二次反应以及其对烯烃收率影响；掌握裂解的一次反应和二次反应以及其对烯烃收率影响；掌握各个工艺参数和原料性质对裂解产物分布的影响；了解管各个工艺参数和原料性质对裂解产物分布的影响；了解管各个工艺参数和原料性质对裂解产物分布的影响；了解管各个工艺参数和原料性质对裂解产物分布的影响；了解管式裂解炉的结构、材料和炉型；掌握裂解气的各种净化方式裂解炉的结构、材料和炉型；掌握裂解气的各种净化方式裂解炉的结构、材料和炉型；掌握裂解气的各种净化方式裂解炉的结构、材料和炉型；掌握裂解气的各种净化方法、原理和工艺条件；熟悉不同分离顺序流程及精馏分离法、原理和工艺条件；熟悉不同分离顺序流程及精馏分离法、原理和工艺条件；熟悉不同分离顺序流程及精馏分离法、原理和工艺条件；熟悉不同分离顺序流程及精馏分离的工艺参数。的工艺参数。的工艺参数。的工艺参数。n n重点：重点：重点：重点：不同烃类原料裂解的一般规律及烃类裂解的一次反不同烃类原料裂解的一般规律及烃类裂解的一次反不同烃类原料裂解的一般规律及烃类裂解的一次反不同烃类原料裂解的一般规律及烃类裂解的一次反应和二次反应以及其对烯烃收率影响；烃类裂解工艺过程应和二次反应以及其对烯烃收率影响；烃类裂解工艺过程应和二次反应以及其对烯烃收率影响；烃类裂解工艺过程应和二次反应以及其对烯烃收率影响；烃类裂解工艺过程参数选择；各个工艺参数和原料性质对裂解产物分布的影参数选择；各个工艺参数和原料性质对裂解产物分布的影参数选择；各个工艺参数和原料性质对裂解产物分布的影参数选择；各个工艺参数和原料性质对裂解产物分布的影响；不同响；不同响；不同响；不同SRTSRT炉型差异；裂解气的净化方法、原理和工艺炉型差异；裂解气的净化方法、原理和工艺炉型差异；裂解气的净化方法、原理和工艺炉型差异；裂解气的净化方法、原理和工艺条件；不同离顺序流程及精馏分离塔的操作条件。条件；不同离顺序流程及精馏分离塔的操作条件。条件；不同离顺序流程及精馏分离塔的操作条件。条件；不同离顺序流程及精馏分离塔的操作条件。n n难点：难点：难点：难点：烃类裂分解工艺过程参数选择；裂解过程的高温、烃类裂分解工艺过程参数选择；裂解过程的高温、烃类裂分解工艺过程参数选择；裂解过程的高温、烃类裂分解工艺过程参数选择；裂解过程的高温、短停留时间和低烃分压的选择和措施。短停留时间和低烃分压的选择和措施。短停留时间和低烃分压的选择和措施。短停留时间和低烃分压的选择和措施。第四节 裂解气深冷分离流程n n一、顺序分离流程n n二、脱甲烷塔及操作条件n n三、乙烯塔和丙烯塔n n四、影响乙烯回收率诸因素第四节 裂解气深冷分离流程 生产流程的确定要考虑基建投资、能量消耗、运转周期、生产能力、产品成本以及安全生产等各方面的因素。有了工艺以后，怎样实现工艺问题就属于工程上的问题。一、深冷分离流程一、深冷分离流程n n1.深冷分离流程 顺序分离流程 前脱乙烷流程 前脱丙烷流程n n2.顺序深冷分离流程 顺序分离流程及其特点顺序分离流程及其特点 裂解气的预处理包括碱洗、压缩和脱水过程。裂解气的预处理包括碱洗、压缩和脱水过程。经预处理的裂解气在前冷箱中分离出富氢气经预处理的裂解气在前冷箱中分离出富氢气体和馏分，富氢气体甲烷化作为加氢氢气；馏分体和馏分，富氢气体甲烷化作为加氢氢气；馏分经脱甲烷塔和脱乙烷塔分别脱去甲烷和经脱甲烷塔和脱乙烷塔分别脱去甲烷和C2C2馏分。馏分。从脱乙烷塔塔顶出来的从脱乙烷塔塔顶出来的C2C2馏分经过气相加氢脱乙馏分经过气相加氢脱乙炔气，脱乙炔以后的气体进入乙烯塔，实现乙烷炔气，脱乙炔以后的气体进入乙烯塔，实现乙烷与乙炔的分离。与乙炔的分离。顺序分离流程及其特点顺序分离流程及其特点 脱乙烷塔塔底的液体进入脱丙烷塔，在塔顶脱乙烷塔塔底的液体进入脱丙烷塔，在塔顶分出分出C3C3馏分，塔底的液体为馏分，塔底的液体为C4C4以上馏分，液体里以上馏分，液体里面含有二烯烃，二烯烃容易聚合结焦，所以脱丙面含有二烯烃，二烯烃容易聚合结焦，所以脱丙烷塔塔底温度不宜超过烷塔塔底温度不宜超过100100，并且必须加入阻聚，并且必须加入阻聚剂。剂。为了防止结焦堵塞，脱丙烷塔一般有两个再为了防止结焦堵塞，脱丙烷塔一般有两个再沸器，以便轮换检修使用。脱丙烷塔塔顶蒸出的沸器，以便轮换检修使用。脱丙烷塔塔顶蒸出的C3C3馏分，加氢脱除丙炔和丙二烯，再进入丙烯塔馏分，加氢脱除丙炔和丙二烯，再进入丙烯塔进行精馏。脱丙烷塔的塔底液体脱丁烷及进行后进行精馏。脱丙烷塔的塔底液体脱丁烷及进行后续工作。续工作。顺序分离流程及其特点顺序分离流程及其特点n n顺序分离流程的特点：顺序分离流程的特点：1)1)以轻油（以轻油（6060200200的馏分）为裂解原料，的馏分）为裂解原料，常用顺序分离流程法；常用顺序分离流程法；2)2)技术成熟，但流程比较长，分馏塔比较多，技术成熟，但流程比较长，分馏塔比较多，深冷塔（脱甲烷塔）消耗冷量比较多，压缩机循深冷塔（脱甲烷塔）消耗冷量比较多，压缩机循环量和流量比较大，消耗定额偏高；环量和流量比较大，消耗定额偏高；3)3)按裂解气组成和分子量的顺序分离，然后按裂解气组成和分子量的顺序分离，然后再进行同碳原子数的烃类分离；再进行同碳原子数的烃类分离；即先分离不同碳原子的烃，最后分离同碳原子。4)4)顺序分离流程采用后加氢脱除炔烃的方法。顺序分离流程采用后加氢脱除炔烃的方法。顺序分离流程及其特点顺序分离流程及其特点n n简而言之 技术比较成熟，对裂解原料适应性强技术比较技术比较成熟，对裂解原料适应性强技术比较成熟，对裂解原料适应性强成熟，对裂解原料适应性强 流程长流程长流程长流程长 裂解气全部进入深冷分离，冷量需求大裂解气裂解气全部进入深冷分离，冷量需求大裂解气全部进入深冷分离，冷量需求大全部进入深冷分离，冷量需求大 前脱乙烷分离流程是以脱乙烷塔为界限。将物料分成两部分。一部分是轻馏分，即甲烷、氢、乙烷和乙烯等组分；另一部分是重组分，即丙烯、丙烷、丁烯、丁烷以及碳五以上的烃类。然后再将这两部分各自进行分离，分别获得所需的烃类。前脱乙烷流程及其特点前脱乙烷流程及其特点 前脱乙烷流程及其特点前脱乙烷流程及其特点 裂解气经过预处理进入脱乙烷塔。脱乙烷塔裂解气经过预处理进入脱乙烷塔。脱乙烷塔塔顶出来的是塔顶出来的是C2C2以上的轻组分先加氢再进入脱甲以上的轻组分先加氢再进入脱甲烷塔。烷塔。脱甲烷塔塔顶出来的甲烷、氢气在冷箱中进脱甲烷塔塔顶出来的甲烷、氢气在冷箱中进行分离；脱甲烷塔塔底出来的行分离；脱甲烷塔塔底出来的C2C2馏分，则在乙烯馏分，则在乙烯塔中分离成乙烯和乙烷。塔中分离成乙烯和乙烷。脱乙烷塔的塔底液体依次进入脱丙烷塔、脱脱乙烷塔的塔底液体依次进入脱丙烷塔、脱丁烷塔、丙烯塔等，分离成丙烯、丙烷、丁烷塔、丙烯塔等，分离成丙烯、丙烷、C4C4馏分馏分和和C5C5以上馏分。以上馏分。前脱乙烷流程及其特点前脱乙烷流程及其特点 前脱乙烷分离流程的特点：前脱乙烷分离流程的特点：由于脱乙烷塔的操作压力比较高，这样势必由于脱乙烷塔的操作压力比较高，这样势必造成塔底温度升高，结果可使塔底温度高达造成塔底温度升高，结果可使塔底温度高达8080100100以上，在这样高的温度下，不饱和重质烃及以上，在这样高的温度下，不饱和重质烃及丁二烯等，容易聚合结焦，这样就影响了操作的丁二烯等，容易聚合结焦，这样就影响了操作的连续性。重组份含量越多，这种方法的缺点就越连续性。重组份含量越多，这种方法的缺点就越突出。因此前脱乙烷流程不适合于裂解重质油的突出。因此前脱乙烷流程不适合于裂解重质油的裂解气分离。裂解气分离。前脱乙烷流程及其特点前脱乙烷流程及其特点n n简而言之 适合于含重组分较少的裂解气适合于含重组分较少的裂解气 脱乙烷塔压力和塔釜温度较高，二烯烃易聚合脱乙烷塔压力和塔釜温度较高，二烯烃易聚合 不适合丁二烯多的裂解气不适合丁二烯多的裂解气 前脱丙烷分离流程是以脱丙烷塔为界限，将物料分为两部分，一部分为丙烷及比丙烷更轻的组分；另一部分为碳四及比碳四更重的组分，然后再将这两部分各自进行分离，获得所需产品。前脱丙烷流程及其特点前脱丙烷流程及其特点 前脱丙烷流程及其特点前脱丙烷流程及其特点 裂解气经过三段压缩和预处理进入脱丙烷塔，裂解气经过三段压缩和预处理进入脱丙烷塔，塔底产品脱丁烷等后续处理。塔底产品脱丁烷等后续处理。脱丙烷塔塔顶出来的脱丙烷塔塔顶出来的C3C3以下轻组分，进入压以下轻组分，进入压缩机四段，然后进行加氢脱炔再送往冷箱。在冷缩机四段，然后进行加氢脱炔再送往冷箱。在冷箱中分离出富氢气体，其余馏分依次进入脱甲烷箱中分离出富氢气体，其余馏分依次进入脱甲烷塔、脱乙烷塔、乙烯塔和丙烯塔等，依次分离出塔、脱乙烷塔、乙烯塔和丙烯塔等，依次分离出甲烷馏分、甲烷馏分、C2C2馏分、馏分、C3C3馏分、乙烯、乙烷、丙烯馏分、乙烯、乙烷、丙烯和丙烷。和丙烷。前脱丙烷流程及其特点前脱丙烷流程及其特点 前脱丙烷分离流程的特点：前脱丙烷分离流程的特点：C4C4以上馏分不进行压缩，减少了聚合现象的以上馏分不进行压缩，减少了聚合现象的发生，节省了压缩功，减少了精馏塔和再沸器的发生，节省了压缩功，减少了精馏塔和再沸器的结焦现象，适合于裂解重质油的裂解气分离。结焦现象，适合于裂解重质油的裂解气分离。前脱丙烷流程及其特点前脱丙烷流程及其特点n n简而言之 进入深冷系统物料量减少进入深冷系统物料量减少；冷冻负荷减轻，节约能耗冷冻负荷减轻，节约能耗。适合于分离含适合于分离含C4 组分多的重裂解气。二、脱甲烷塔及操作条件二、脱甲烷塔及操作条件n n1、脱甲烷塔的任务n n2、脱甲烷法 高压法 低压法52%52%36%36%深冷分离系统冷量消耗分配乙烯塔乙烯塔乙烯塔乙烯塔脱乙烷塔脱乙烷塔脱乙烷塔脱乙烷塔其余塔其余塔其余塔其余塔脱甲烷塔脱甲烷塔脱甲烷塔脱甲烷塔1、脱甲烷塔的任务、脱甲烷塔的任务n将裂解气中比乙烯轻的组分(如H2、CH4)从塔顶分出把比乙烯重的组分(C2H6、C3+C4+)烃分出。n此塔既要求耐低温，又要求耐高压(高压法)，这样的设备材质、制造要求较高，费用高。n此塔的关键组分CH4和C2H4，可以看成二元系统，在裂解气组成定的情况下，温度和压力的确定取决于系统的气液相平衡性质。n相同压力相温度下，乙烯在塔顶尾气中的含量，随H2与CH4之比的增加而增加。2、脱甲烷法、脱甲烷法n n 高压法高压法 高压法的脱甲烷塔顶温度为-96左右，压力为3.1-3.8MPa；节约制冷的能量消耗：提高压力比降低温度消耗的能量少，压力高，分离温度高，这样制冷系统可采用乙烯冷剂，不必采用CH4和H2冷剂；当脱甲烷塔顶尾气压力高时，可借助高压尾气的自身膨胀获得额外的降温，比用CH4、H2冷冻机要简单经济。压力高可增加气体的密度，缩小脱甲烷塔的塔径和容积，消耗的耐低温材料少。压力太高时，甲烷对乙烯的相对挥发度愈小，对分离不利，回流比和板数塔都得增加。2、脱甲烷法、脱甲烷法n n 低压法低压法 压力为0.18-0.25MPa，顶温为-140。压力低，相对挥发度较大，分离效果好，易分离，塔板数和回流比都小，制造费用和操作费用低；乙烯的回收率高。压力低，裂解气的密度小，塔径和容积就大，需耐低温的钢材多，则设备费用高；需要一套甲烷制冷系统，流程复杂、能耗大。三、乙烯塔和丙烯塔三、乙烯塔和丙烯塔n n 乙烯塔 1、操作条件 2、乙烯塔的改进 乙烯塔沿塔板温度分布 采用中间再沸器回收冷量 乙烯塔侧线出产品 n n 丙烯塔 乙烯塔乙烯塔n乙烯塔是分离C2馏分，塔顶出产品乙烯达到聚合级要求，塔底回收乙烷。n乙烯塔的冷量消耗仅次于脱甲烷塔，占总制冷量的36一44。n分离同碳原子的C2，因此相对挥发度比甲烷塔要小。n乙烯塔顶产品纯度高、回收率高，所以分离较难，回流比和塔釜蒸发比都较大，相对理论板数也较多。乙烯塔操作条件乙烯塔操作条件塔压力影响C02/C2的相对挥发度，从而影响塔板数和回流比。低压法回流比小，塔板数少；高压法则回流比大，塔板数多；塔压力影响塔顶蒸汽温度，从而影响冷剂的温度级位。压力低则温度低，所以影响乙烯塔钢材的选用，如低压法要求耐低温钢材多。塔的压力影响乙烯出料压力，从而影响压缩功率。乙烯塔的操作压力是利用前塔出料的现成压力，不必用压缩机为此塔进料压缩；但对出料来说，如果乙烯需要高压，对于低压法精馏(乙烯塔)就要对乙烯出料加以压缩故压缩功率消耗增大。塔压力影响塔顶、塔釜的温度，从而影响能否组织热泵系统。如乙烯塔采用高压法，釜温高，高于乙烯冷剂冷凝温度，则不能构成开式热泵；如用低压法，釜温低，可以用乙烯为冷剂构成开式热泵；乙烯塔的操作压力要经过详细的技术经济比较。它是由制冷能量消耗，设备投资，产品乙烯要求输出的压力以及脱甲烷塔的操作压力等因素所决定的。目前多用高压法。四、影响乙烯回收率诸因素四、影响乙烯回收率诸因素n n 影响因素分析 1、乙烯损失的四个方面 2、乙烯物料平衡 3、影响乙烯回收率高低的关键 n n 利用冷箱提高乙烯回收率100112.0342.224.472.252.259.8897.000.0660.066107.5040.2840.2840.40乙烯物料平衡压缩压缩脱脱甲甲烷烷塔塔脱脱乙乙烷烷塔塔乙乙烯烯塔塔冷箱冷箱 在-100-170低温下操作的换热设备。由于温度低冷量容易散失，因此把高效板式换热器和气液分离罐放在填满绝热材料(珠光砂)的方形容器内，习惯上称为冷箱。作用是通过低温换热、使氢和烃达到所要求的低温，使烃类液化制取高纯度富氢气体并减少乙烯的损失。根据冷箱在工艺流程中的不同位置，可分为后冷(后脱氢)和前冷(前脱氢)两种不同的艺过程。冷箱n n前前冷冷是是将将塔塔顶顶馏馏分分的的冷冷量量将将裂裂解解气气预预冷冷，通通过过分分凝凝将将裂裂解解气气中中大大部部分分氢氢和和部部分分甲甲烷烷分分离离，这这样样使使H H2 2/CH/CH4 4比比下下降降，提提高高了了乙乙烯烯回回收收率率，同同时时减减少少了了甲甲烷烷塔塔的的进进料料量量,节节约约能能耗耗。该该过过程程亦亦称称前脱氢工艺。前脱氢工艺。n n后后冷冷仅仅将将塔塔顶顶的的甲甲烷烷氢氢馏馏分分冷冷凝凝分分离离而而获获富富甲甲烷烷馏馏分分和和富富氢氢馏馏分分。此此时时裂裂解解气气是是经经塔塔精精馏馏后后才脱氢故亦称才脱氢故亦称后脱氢工艺。后脱氢工艺。前冷和后冷前冷工艺过程前冷工艺过程的原理n n前冷工艺过程的原理：原料气在进入脱甲烷塔之前，首先在冷箱中利原料气在进入脱甲烷塔之前，首先在冷箱中利用不同级位的温度逐级对原料气进行分凝，重组分用不同级位的温度逐级对原料气进行分凝，重组分先冷凝下来，轻组分后冷凝下来，而一部分甲烷和先冷凝下来，轻组分后冷凝下来，而一部分甲烷和氢气不被冷凝。冷凝下来的液相分多股分别进入脱氢气不被冷凝。冷凝下来的液相分多股分别进入脱甲烷塔。甲烷塔。前冷工艺过程前冷工艺过程的特点 n n前冷工艺过程这样做有四大特点：前冷工艺过程这样做有四大特点：(a)(a)进入脱甲烷塔之前就对原料气进行了预分离，进入脱甲烷塔之前就对原料气进行了预分离，减轻了脱甲烷塔的负荷；减轻了脱甲烷塔的负荷；(b)(b)原料气的逐级分凝先用高温级冷凝剂将易冷凝原料气的逐级分凝先用高温级冷凝剂将易冷凝的重组分先冷凝下来，然后逐渐用低温级冷剂将不易的重组分先冷凝下来，然后逐渐用低温级冷剂将不易冷凝的轻组分依次冷凝下来。这样可以节省低温级冷冷凝的轻组分依次冷凝下来。这样可以节省低温级冷剂；剂；(c)(c)提浓了氢，获得了纯度较高的富氢，前冷氢纯提浓了氢，获得了纯度较高的富氢，前冷氢纯度达度达91.84%(91.84%(摩尔摩尔)，而后冷富氢纯度仅，而后冷富氢纯度仅69%(69%(摩尔摩尔)左右；左右；(d)(d)提高了脱甲烷塔进料的提高了脱甲烷塔进料的CH4CH4与与H2H2分子比，提分子比，提高了乙烯回收率。高了乙烯回收率。乙烯装置乙烯装置乙烯装置乙烯装置 丙烯精馏塔丙烯精馏塔丙烯精馏塔丙烯精馏塔液体烃球型罐液体烃球型罐液体烃球型罐液体烃球型罐