1、第四章第四章 裂解氣的凈化與分離裂解氣的凈化與分離任課教師：張玲任課教師：張玲第四章 裂解氣的凈化與分離第一節概述一、裂解氣的組成和分離要求二、裂解氣分離方法和深冷法流程第二節裂解氣預處理一、酸性氣體脫除二、裂解氣脫水三、炔烴脫除第三節壓縮與制冷一、裂解氣壓縮二、裂解氣分離系統能量利用第四節精餾分離一、脫甲烷塔二、乙烯回收率三、乙烯塔四、丙烯塔第五節裂解氣深冷分離流程一、三種流程工藝二、三種流程比較第第四章四章 裂解氣的凈化與分離裂解氣的凈化與分離裂解氣的組成及分離方法裂解氣的組成及分離方法一、裂解氣的組成一、裂解氣的組成及分離要求及分離要求1、組成組成二、二、裂解氣分離裂解氣分離方法簡介方法

2、簡介2、分離要求分離要求低級烴類低級烴類氫氣氫氣深冷分離深冷分離油吸收精餾分離油吸收精餾分離少量雜質少量雜質深冷操作的系統深冷操作的系統 組成組成第第四章四章 裂解氣的凈化與分離裂解氣的凈化與分離第一節 概述一、裂解氣的組成和分離要求1、組成裂解氣是復雜的混合物。表1-23是表示輕柴油裂解氣組成。輕柴油裂解氣組成輕柴油裂解氣組成表1-23是表示輕柴油裂解氣組成。由表由表1-231-23，概括裂解氣的組成為：，概括裂解氣的組成為：、富氫（13.18%）、C1C4各類烴混合物(通過相應分離流程分離) a、H2S 脫酸性 氣體 b、CO2 c、CO 脫一氧化碳, 甲烷化法：CO+3H2O CH4+H

3、2O 、含有少量雜質 d、H2O 脫水 e、二烯烴：丙二烯(主要) f、炔烴：主要乙炔、丙炔、C4 各類烴（通過相應分離流程分離）2、凈化與分離A、目的凈化-除去,主要為脫酸性氣體、脫水、脫炔;分離-、B、要求 據乙烯、丙稀用途而不同(表1-24.25)。 如，聚合用乙烯，丙稀要求高。在表1-24中，乙烯純度要大于99.9；在表1-25中，丙烯純度要大于98。而用于次氯酸化法生產環氧乙烷、環氧丙烷，則要求純度較低的乙烯、丙稀。二、二、裂解氣分離方法裂解氣分離方法和和深冷法深冷法流程流程（重點講）油吸收精餾分離法1、油吸收精餾分離法 在裂解氣中，除了H2、CH4以外的其余烴，用溶劑油全部溶解吸收

4、下來，然后用精餾法將各種烴分離。2、深冷分離法、深冷冷凍溫度等于或者低于-100的,稱深度冷凍,簡稱“深冷”。、深冷分離在-100以下，除了H2、CH4以外的其余烴都冷凝下來，然后在精餾塔內，據各組揮發度不同進行多組分精餾分離。深冷分離法包括以下三個部分：A、氣體凈化系統脫酸性氣體、脫水、脫炔、脫一氧化碳。B、壓縮和冷凍系統為分離創造條件。C、精餾分離系統精餾分離各種烴。如，甲烷、乙烯、丙稀、C4、C5餾分等。流程：壓縮()脫酸性氣體壓縮)脫水脫炔及分離(前、后加氫脫炔)凈化過程凈化過程脫酸性氣體脫酸性氣體 脫脫CO 脫炔脫炔 脫水脫水第二節 裂解氣預處理酸性氣體主要指CO2和H2S。此外,還

5、含有少量有機硫化物,如：COS（羰基硫）、CS2、RSR（硫醚）、RSH（硫醇）、C4H4S（噻吩）等。一、一、 酸性氣體的脫除酸性氣體的脫除 酸性氣體的來源酸性氣體的來源 COCO2 2，H H2 2S S和其他氣態硫化物和其他氣態硫化物(1)(1)氣體裂解原料帶入的氣體硫化物和氣體裂解原料帶入的氣體硫化物和COCO2 2(2)(2)液體裂解原料中所含的硫化物高溫氫解生液體裂解原料中所含的硫化物高溫氫解生成成的的COCO2 2和和H H2 2S S(3)(3)結炭與水蒸氣反應生成結炭與水蒸氣反應生成COCO和和COCO2 2 (4)(4)當裂解爐中有氧進入時，氧與烴類反應生當裂解爐中有氧進入

6、時，氧與烴類反應生成成COCO2 2酸性氣體的危害干冰堵塞管道干冰堵塞管道腐蝕設備，催化劑中毒腐蝕設備，催化劑中毒下游下游加工裝置加工裝置產品達不到規定產品達不到規定聚合等過程催化劑中毒聚合等過程催化劑中毒裂解氣裂解氣分離裝置分離裝置 堿洗法堿洗法 NaOH為吸收劑為吸收劑 化學吸收化學吸收 CO2+2NaOH Na2CO3+H2O H2S+2NaOH Na2S+2H2O脫除酸性氣體的方法堿洗工藝流程說明堿洗工藝流程說明塔分三段：塔分三段： I I段水洗塔為泡罩塔板段水洗塔為泡罩塔板 段和段和段為堿洗段填料層段為堿洗段填料層堿液濃度由上而下降低：堿液濃度由上而下降低： 新鮮堿液含量為新鮮堿液含

7、量為18182020， 段循環堿液段循環堿液NaOHNaOH含量約為含量約為5 57 7 段循環堿液段循環堿液NaOHNaOH含量為含量為2 23 3堿洗工藝流程圖 兩段堿洗工藝流程兩段堿洗工藝流程1-加熱器；2-堿洗塔；3，4-堿液循環泵；5-水洗循環泵 堿洗塔 乙醇胺法乙醇胺法( (有機溶劑吸收法有機溶劑吸收法) ) 吸收劑：吸收劑：一乙醇胺一乙醇胺(MEA)和二乙醇胺和二乙醇胺(DEA) ，化學、，化學、物理吸收結合物理吸收結合思考題：、為什么堿液濃度取115，不能再高？而且逐漸變濃？A、堿液濃度過高，粘度大而輸送困難，而且發生氣帶液現象，浪費堿液。兩種除酸法的比較堿洗法堿洗法除酸徹底除

8、酸徹底優點優點乙醇胺法乙醇胺法吸收劑可再生吸收劑可再生適用酸含量高適用酸含量高缺點缺點堿洗法堿洗法堿不可再生堿不可再生消耗大消耗大適于酸含量低適于酸含量低黃油問題黃油問題廢水處理量大廢水處理量大乙醇胺法乙醇胺法設備要求高設備要求高吸收雙烯烴吸收雙烯烴，再生易聚合再生易聚合二、裂解氣二、裂解氣干燥干燥( (脫水脫水) ) l來源：來源： 裂解氣進入裂解氣壓縮機，在壓縮機入口裂解氣進入裂解氣壓縮機，在壓縮機入口裂解氣中的水為入口溫度和壓力條件下的裂解氣中的水為入口溫度和壓力條件下的飽和水飽和水； 在裂解氣壓縮過程中，隨著壓力的升高，在裂解氣壓縮過程中，隨著壓力的升高，可在可在段間冷凝過程中分離出部

9、分水分段間冷凝過程中分離出部分水分。水分的危害水分的危害 壓縮機入口處的飽和水和段間冷凝過壓縮機入口處的飽和水和段間冷凝過程分離出的部分水分，在低溫分離系統會程分離出的部分水分，在低溫分離系統會結冰結冰，形成形成水烴合物結晶水烴合物結晶( (如：如：CHCH4 46H6H2 2，C C2 2H H6 67H7H2 2O O等等) )，堵塞設備及管道。，堵塞設備及管道。裂解氣中裂解氣中水含量水含量( (質量分數質量分數)5)5l0l0-6-6。脫水要求脫水要求方法方法：吸附干燥，吸附劑：吸附干燥，吸附劑： 3A3A分子篩分子篩 活性氧化鋁活性氧化鋁三、炔烴脫除三、炔烴脫除來源：來源： 存裂解氣分

10、離過程中，裂解氣中的存裂解氣分離過程中，裂解氣中的乙炔乙炔將富集于將富集于C C2 2餾分餾分中，中，甲基乙炔甲基乙炔和和丙二烯丙二烯( (簡稱簡稱MAPD)MAPD)將富集于將富集于C C6 6餾分餾分。危害：危害： 炔烴影響乙烯和丙烯衍生物生產過炔烴影響乙烯和丙烯衍生物生產過程。程。p影響催化劑壽命；惡化產品質量影響催化劑壽命；惡化產品質量p形成不安全因素；產生不希望的副產品形成不安全因素；產生不希望的副產品脫炔要求脫炔要求：炔炔551010-6-6，丙二烯，丙二烯 5 51010-5-5脫炔方法脫炔方法：溶劑吸收法和催化加氫法溶劑吸收法和催化加氫法 吸收裂解氣中的乙炔，同時回收一定量的吸

11、收裂解氣中的乙炔，同時回收一定量的乙炔乙炔 常用的溶劑常用的溶劑 二甲基甲酰胺（二甲基甲酰胺（DMFDMF） N-N-甲基吡咯烷酮（甲基吡咯烷酮（NMPNMP） 丙酮丙酮 溶劑吸收法將裂解氣中將裂解氣中乙炔加氫成為乙烯或乙烷乙炔加氫成為乙烯或乙烷，由此達到，由此達到脫除乙炔的目的脫除乙炔的目的C2H2+H2 C2H4+ H1 K1主反應：主反應：C2H2+2H2 C2H6+ H2 C2H4+H2 C2H6+（ H2 H1）mC2H2+nH2 低聚物（綠油）低聚物（綠油）副反應副反應：K2催化加氫法 前加氫前加氫 利用裂解氣中利用裂解氣中H H2 2進行加氫進行加氫 特點：流程簡單，投資少。但操

12、作穩定性差特點：流程簡單，投資少。但操作穩定性差 后加氫后加氫 先分離出先分離出C C2 2、C C3 3后，再分別加氫后，再分別加氫 特點：溫度易控，不易飛溫特點：溫度易控，不易飛溫催化加氫脫炔工藝方法利用裂解氣利用裂解氣中含有的氫中含有的氫進行加氫反進行加氫反應，應，流程簡化，流程簡化，節省投資節省投資前加氫前加氫特點特點氫過量，加氫選氫過量，加氫選擇性差，增大乙擇性差，增大乙烯和丙烯損失，烯和丙烯損失，嚴重時會導致反嚴重時會導致反應溫度失控，床應溫度失控，床層飛溫，威脅生層飛溫，威脅生產安全。產安全。需選用需選用高活性、高選擇高活性、高選擇性催化劑性催化劑根據炔烴含量定量供給根據炔烴含量

13、定量供給氫量，溫度氫量，溫度易控制，不易發生飛溫；易控制，不易發生飛溫；乙烯純度和收率高，催化劑壽命長乙烯純度和收率高，催化劑壽命長嚴格控制氫量，流程復雜，冷量利嚴格控制氫量，流程復雜，冷量利用不合理，操作費用高。用不合理，操作費用高。后加氫特點后加氫特點后加氫后加氫為主為主溶劑吸收法與催化加氫法相比，溶劑吸收法與催化加氫法相比，投資大體相投資大體相同同，公用工程消耗也相當公用工程消耗也相當。在需用乙炔產品時，則選用溶劑吸收法；在需用乙炔產品時，則選用溶劑吸收法；不需要乙炔產品時，則選用催化加氫法。不需要乙炔產品時，則選用催化加氫法。溶劑吸收法與催化加氫法對比 CO的來源的來源烴類與稀釋水蒸汽

14、反應焦碳與稀釋水蒸汽反應裂解過程中生成裂解過程中生成四、脫一氧化碳 CO的危害少量的少量的COCO帶入富氫餾分中，會使加氫催帶入富氫餾分中，會使加氫催化劑中毒化劑中毒隨著烯烴聚合高效催化劑的發展，對乙隨著烯烴聚合高效催化劑的發展，對乙烯和丙烯的烯和丙烯的COCO含量的要求也越來越高。含量的要求也越來越高。 部分富集于甲烷餾部分富集于甲烷餾分分部分富集于富氫餾分部分富集于富氫餾分CO脫除的方法OHCHHCO242甲烷化法在催化劑存甲烷化法在催化劑存在的條件下，使裂解在的條件下，使裂解氣中的一氧化碳催化氣中的一氧化碳催化加氫生成甲烷和水，加氫生成甲烷和水，達到脫除達到脫除COCO的目的的目的第三節

15、第三節 裂解氣的壓縮與裂解氣的壓縮與制冷制冷一、裂解氣一、裂解氣壓縮壓縮 1 1、常壓：裂解氣中許多組分是氣體、常壓：裂解氣中許多組分是氣體( (沸點很低沸點很低) )，精餾分離時溫度也會很低，精餾分離時溫度也會很低，消耗大量冷量。消耗大量冷量。2 2、高壓、高壓(1)(1)多耗壓縮功多耗壓縮功; ;(2)(2)提高分離提高分離P P，提高分離，提高分離T T，易，易引起重組分聚合引起重組分聚合，并使烴類的相對揮發度降低，增加分離困難。并使烴類的相對揮發度降低，增加分離困難。多級壓縮多級壓縮p節約能量節約能量多級壓縮多級壓縮p利于段間凈化分離利于段間凈化分離 a. a. 壓縮后，段間冷凝壓縮后

16、，段間冷凝除去大部分水除去大部分水，減少干，減少干燥器體積和干燥劑用量，延長再生周期；燥器體積和干燥劑用量，延長再生周期； b. b. 從裂解氣中從裂解氣中冷凝部分冷凝部分C C3 3及及C C3 3以上的重組分以上的重組分，減少進入深冷系統的負荷，相應節約了冷量。減少進入深冷系統的負荷，相應節約了冷量。p降低出口溫度降低出口溫度 每段壓縮后氣體每段壓縮后氣體T100T100，避免高溫聚合。，避免高溫聚合。 制冷制冷是利用是利用制冷劑制冷劑壓縮和冷凝得到制冷劑壓縮和冷凝得到制冷劑液體，再在不同壓力下蒸發，以獲得不同溫度液體，再在不同壓力下蒸發，以獲得不同溫度級位的冷凍過程。級位的冷凍過程。 冷

17、凍范圍在冷凍范圍在-100以內的稱冷凍；以內的稱冷凍； 冷凍冷凍T-100，稱為，稱為深度冷凍或深冷深度冷凍或深冷。二、裂解氣二、裂解氣分離分離系統能量利用系統能量利用分離裝置分離裝置：離心壓縮機：離心壓縮機輕烴裂解輕烴裂解四段壓縮；重質原料四段壓縮；重質原料五段壓縮五段壓縮第四節第四節 裂解氣的精餾分離裂解氣的精餾分離精餾分離精餾分離 精餾分離精餾分離是深冷分離工藝的主體，其是深冷分離工藝的主體，其目的目的是：把是：把C C1 1C C5 5的餾分逐一分開，對產品乙的餾分逐一分開，對產品乙烯、丙烯進行提純精制。烯、丙烯進行提純精制。精餾分離裝置：精餾分離裝置： 脫甲烷、脫甲烷、 脫乙烷脫乙烷

18、 、脫丙烷、脫、脫丙烷、脫丁烷和乙烯丙烯產品塔丁烷和乙烯丙烯產品塔精餾分離方案精餾分離方案脫甲烷脫甲烷脫乙烷脫乙烷脫丙烷脫丙烷 順序分離流程順序分離流程脫乙烷脫乙烷脫甲烷脫甲烷脫丙烷脫丙烷 前脫乙烷流程前脫乙烷流程脫丙烷脫丙烷脫甲烷脫甲烷脫乙烷脫乙烷 前脫丙烷流程前脫丙烷流程共同點：共同點：先分離不同碳原子數的烴先分離不同碳原子數的烴 再分離同碳原子數的烷烴和烯烴再分離同碳原子數的烷烴和烯烴一、一、脫甲烷塔脫甲烷塔精餾塔及其操作條件精餾塔及其操作條件重要地位重要地位：脫除裂解氣中的：脫除裂解氣中的氫和甲烷氫和甲烷，是裂解，是裂解氣分離裝置中投資最大、能耗最多的環節。氣分離裝置中投資最大、能耗最

19、多的環節。脫甲烷塔的組成分布及要求l輕關鍵組分為甲烷輕關鍵組分為甲烷( (塔頂塔頂) )l重關鍵組分為乙烯重關鍵組分為乙烯( (塔底塔底) )l塔頂分離出的甲烷輕餾分中應使其中的乙烯含塔頂分離出的甲烷輕餾分中應使其中的乙烯含量盡可能低，以保證乙烯的回收率量盡可能低，以保證乙烯的回收率l塔釜產品則應使甲烷含量盡可能低，以確保乙塔釜產品則應使甲烷含量盡可能低，以確保乙烯產品質量烯產品質量 T T、P P取決于取決于裂解氣組成、乙烯回收率，裂解氣組成、乙烯回收率，由露點計算由露點計算T T和和P P 高高 P P P P高，高，T T低可減少尾氣中乙烯的損失低可減少尾氣中乙烯的損失 可避免采用過低制

20、冷溫度可避免采用過低制冷溫度 甲烷對乙烯相對揮發度甲烷對乙烯相對揮發度( () )降低降低 低低 P P 提高提高 可能降低能耗可能降低能耗 材質要求高材質要求高 操作復雜操作復雜 操作T、P的選取lT、P取決于取決于裂解氣組成、乙烯回收率裂解氣組成、乙烯回收率 脫甲烷塔脫甲烷塔操作溫度和操作壓力操作溫度和操作壓力（條件：裂解氣H2/CH4為2.36，塔頂乙烯為2.31%體積分數）操作溫度和操作壓力操作溫度和操作壓力表表 高壓脫甲烷和低壓脫甲烷的能耗比較高壓脫甲烷和低壓脫甲烷的能耗比較 p 高壓脫甲烷：高壓脫甲烷：3.0-3.2MPa3.0-3.2MPa，技術成熟，技術成熟p 中壓脫甲烷：中壓

21、脫甲烷：1.05-1.25MPa1.05-1.25MPa，不用，不用p 低壓脫甲烷：低壓脫甲烷：0.6-0.7MPa0.6-0.7MPa，發展方向，發展方向原料氣組成CH4/H2比的影響 原料氣中原料氣中CHCH4 4/H/H2 2比越大，比越大，甲烷在塔頂越甲烷在塔頂越易液化，塔底冷凝器尾氣中的易液化，塔底冷凝器尾氣中的乙烯損失越少，乙乙烯損失越少，乙烯回收率就越高。烯回收率就越高。 脫甲烷塔脫甲烷塔前冷和后冷前冷和后冷 冷箱：100160下操作的低溫設備。用絕熱材料把高效板式換熱氣和氣液分離器等放在一個箱子里。 作用：低溫回收C2H4；制取富H2和富CH4餾分。 分類：前冷（前脫氫）、后冷

22、（后脫氫）。冷冷 箱箱 在生產中，脫甲烷塔系統為了防止低溫設備散冷，減少在生產中，脫甲烷塔系統為了防止低溫設備散冷，減少其與環境接觸的表面積，常把節流膨脹閥、高效板式換熱其與環境接觸的表面積，常把節流膨脹閥、高效板式換熱器、氣液分離器等低溫設備，封閉在一個有絕熱材料做成的器、氣液分離器等低溫設備，封閉在一個有絕熱材料做成的箱子中，此箱稱之為箱子中，此箱稱之為冷箱冷箱。冷箱可用于氣體和氣體、氣體和液體、液體和液體之間冷箱可用于氣體和氣體、氣體和液體、液體和液體之間的熱交換，在同一個冷箱中允許多種物質同時換熱，冷量利的熱交換，在同一個冷箱中允許多種物質同時換熱，冷量利用合理，從而省掉了一個龐大的列

23、管式換熱系統，起到了節用合理，從而省掉了一個龐大的列管式換熱系統，起到了節能的作用。能的作用。按冷箱在流程中所處的位置，可分為前冷按冷箱在流程中所處的位置，可分為前冷( (又稱前脫氫又稱前脫氫) )和后冷和后冷( (又稱后脫氫又稱后脫氫) )兩種。兩種。 前冷(前脫氫)：冷箱在脫甲烷塔之前。（工藝流程）v 冷箱先將裂解氣預冷，通過分凝將裂解氣中大部分氫和甲烷分離，不但減少了進入脫甲烷塔的氣體量，節約能耗，而且使H2/CH4降低，提高了乙烯的回收率,普遍采用。 后冷(后脫氫)：冷箱在脫甲烷塔之后。v 預冷后的裂解氣直接進入脫甲烷塔，利用冷箱僅將塔頂的甲烷、氫餾分冷凝分離而獲富甲烷和富氫餾分。前冷

24、和后冷前冷和后冷（一）乙烯回收率 評價分離裝置是否先進的重要技術經濟指標。（二）能量的綜合利用水平 確定單位產品所需的能耗。二、二、乙烯回收率100112.0342.224.472.259.8897.000.066107.5040.2840.40乙烯物料平衡圖乙烯物料平衡圖壓縮壓縮脫甲烷塔脫甲烷塔脫乙烷塔脫乙烷塔乙烯塔乙烯塔冷箱冷箱（一）乙烯回收率（一）乙烯回收率107.28分析影響乙烯回收率的因素分析影響乙烯回收率的因素n 脫甲烷塔冷箱尾氣帶走n 乙烯塔釜液乙烷中帶走損失n 脫乙烷塔底釜液帶走損失n 壓縮段間凝液帶走損失 其中后三者總損失量很少，且不可避免，故1項影響較大，因此影響乙烯回收率

25、高低的關鍵是尾氣中乙烯損失。52%36%深冷分離系統冷量消耗分配深冷分離系統冷量消耗分配乙烯塔乙烯塔脫乙烷塔脫乙烷塔其余塔其余塔脫甲烷塔脫甲烷塔（二）能量的綜合利用水平（二）能量的綜合利用水平 脫甲烷塔和乙烯精餾塔既保障了乙烯收率和質脫甲烷塔和乙烯精餾塔既保障了乙烯收率和質量，又直接關系到冷量消耗。量，又直接關系到冷量消耗。C2餾分經過加氫脫炔之后，到乙烯塔進行餾分經過加氫脫炔之后，到乙烯塔進行精餾精餾塔頂得產品乙烯，塔釜液為乙烷塔頂得產品乙烯，塔釜液為乙烷塔頂乙烯純度要求達到聚合級塔頂乙烯純度要求達到聚合級此塔設計和操作的好壞，對乙烯產品的產此塔設計和操作的好壞，對乙烯產品的產量和質量有直接

26、關系量和質量有直接關系 三、三、乙烯塔乙烯塔 操作壓力由制冷能量消耗、設備投資、產品操作壓力由制冷能量消耗、設備投資、產品乙烯要求的輸出壓力以及脫甲烷塔的操作壓乙烯要求的輸出壓力以及脫甲烷塔的操作壓力等因素來決定的。力等因素來決定的。 高壓法高壓法 低壓法低壓法 目前多采用高壓法目前多采用高壓法乙烯塔操作壓力的確定有利影響：有利影響： 塔溫升高，降低能量消耗及制冷系統設備費塔溫升高，降低能量消耗及制冷系統設備費用，降低對設備材質的要求用，降低對設備材質的要求(普通碳鋼普通碳鋼) 上升蒸氣重度增加，從而使單位設備處理量上升蒸氣重度增加，從而使單位設備處理量增加，降低設備費用增加，降低設備費用不利影響：不利影響： 下降，于是塔板數增多或者下降，于是塔板數增多或者R增大，從而造增大，從而造成設備費用或操作費用提高成設備費用或操作費用提高乙烯精餾塔中提高壓力四、四、丙烯塔丙烯塔重要地位重要地位：脫除裂解氣中的：脫除裂解氣中的丙烯和丙烷丙烯和丙烷( (相對揮相對揮發度發度11，最難分離，最難分離) )，