裂解气的分离

复习石油烃气态产物液态产物固态产物裂解气（乙烯、丙烯）裂解汽油裂解轻柴油燃料油焦、碳第二章裂解气的分离第一节裂解气的组成及分离方法第二节压缩与制冷第三节气体净化第四节裂解气深冷分离第五节裂解气分离操作中的异常现象第一节裂解气的组成及分离方法裂解气的组成及分离方法一、裂解气的组成及分离要求1、组成二、裂解气分离方法简介2、分离要求低级烃类氢气深冷分离油吸收精馏分离少量杂质深冷操作的系统组成表2－1几种裂解气组成%(体积)组分原料来源乙烷裂解石脑油裂解轻柴油裂解氢气36.714.69.9甲烷3.728.527.6乙炔0.20.60.1乙烯30.932.420.3乙烷27.15.77.7丙烯1.410.513.1丙烷1.40.71.7丁二烯1.42.51.6丁烯1.44.35.6丁烷1.40.20.2碳五1.4不计12.2合计100100100分离要求要得到高纯度的单一的烃，如重要的基本有机原料乙烯、丙烯等，就需要将它们与其它烃类和杂质等分离开来，并根据工业上的需要，使之达到一定的纯度，这一操作过程，称为裂解气的分离。各种有机产品的合成，对于原料纯度的要求是不同的。所以分离的程度可根据后续产品合成的要求来确定。有的产品对原料纯度要求不高，例如用乙烯与苯烷基化生产乙苯时，对乙烯纯度要求不太高，则可以分离纯度低一些，用丙烯与苯烷基化生产异丙苯时，甚至可以用丙烯-丙烷混合馏分。对于聚合用的乙烯和丙烯的质量要求则很严，生产聚乙烯、聚丙烯要求乙烯、丙烯纯度在99.9%或99.5%以上，其中有机杂质不允许超过5～10PPm。这就要求对裂解气进行精细的分离和提纯。二、裂解气分离方法简介裂解气的提浓、提纯工作，是以精馏方法完成的。精馏方法要求将组分冷凝为液态。氢气常压沸点为－263℃、甲烷-161.5℃，很难液化，碳二以上的馏分相对地比较容易液化(乙烯沸点－103.68℃）。因此，裂解气在除去甲烷、氢气以后，其它组分的分离就比较容易。所以分离过程的主要矛盾是如何将裂解气中的甲烷和氢气先行分离。工业生产上采用的裂解气分离方法，主要有深冷分离和油吸收精馏分离两种。精馏主要矛盾甲烷和氢气深冷分离深冷分离是在-100℃左右的低温下，将裂解气中除了氢和甲烷以外的其它烃类全部冷凝下来。然后利用裂解气中各种烃类的相对挥发度不同，在合适的温度和压力下，以精馏的方法将各组分分离开来，达到分离的目的。实际上，此法为冷凝精馏过程。工业上把冷冻温度高于-50℃称为浅度冷冻(简称浅冷)；在-50～-l00℃之间称为中度冷冻；(简称中冷)等于或低于-100℃称为深度冷冻(简称深冷)。因为这种分离方法采用了-100℃以下的冷冻系统，故称为深度冷冻分离，简称深冷分离。深冷分离法是目前工业生产中应用最广泛的分离方法。它的经济技术指标先进，产品纯度高，分离效果好，但投资较大，流程复杂，动力设备较多，需要大量的耐低温合金钢。因此，适宜于加工精度高的大工业生产。-100℃冷凝精馏油吸收法油吸收法是利用裂解气中各组分在某种吸收剂中的溶解度不同，用吸收剂吸收除甲烷和氢气以外的其它组分，然后用精馏的方法，把各组分从吸收剂中逐一分离。其实质是一个吸收精馏过程。此方法流程简单，动力设备少，投资少，但技术经济指标和产品纯度差，现已被淘汰。吸收精馏深冷操作的系统组成2、气体净化系统1、压缩冷冻系统3、低温精馏分离系统为了排除对后继操作的干扰，提高产品的纯度，通常设置有脱酸性气体、脱水、脱炔和脱一氧化碳等操作过程。该系统的任务是加压、降温，以保证分离过程顺利进行。这是深冷分离的核心，其任务是将各组分进行分离并将乙烯、丙烯产品精制提纯。它由一系列塔器构成，如脱甲烷塔，乙烯精馏塔和丙烯精馏塔等。第二节压缩与制冷一、裂解气的压缩二、制冷（一）冷冻循环制冷（二）节流膨胀制冷（三）热泵裂解气的压缩低级烃类在常温常压下是气体，其沸点很低，如在常压条件下把它们冷凝下来进行分离，就要冷却到极低的温度。这不仅需要大量的冷量，而且要用很多耐低温钢材制造的设备，在经济上不够合理。根据物质的冷凝温度随压力增加而升高的规律，可对裂解气加压，从而使各组分的冷凝点升高，即提高深冷分离的操作温度，这既有利于分离，又可节约冷冻量和低温材料。此外，对裂解气压缩冷却，还能除掉相当量的水份和重质烃，以减少后继干燥及低温分离的负担。但不能任意加压，压力增高，对设备材料强度要求增高，动力消耗增大；加大压力后，也会使低温分离系统精馏塔釜温升高，易引起一些不饱和烃的聚合，进而，使烃类相对挥发度降低，增加了分离的困难。因此，在深冷分离中要采用经济上合理而技术上可行的压力，一般为3.54～3.95MPa。压缩后的气体温度必须要限制裂解气经压缩后，不仅会使压力升高，而且气体温度也会升高，这对某些烃类尤其是丁二烯之类的二烯烃，容易在较高的温度下发生聚合和结焦。这些聚合物和结焦物的存在，会堵塞压缩机阀片和磨损气缸，或沉积在叶轮上。同时温度升高，还会使压缩机润滑油粘度下降，从而使压缩机运转不能正常进行。因此，裂解气压缩后的气体温度必须要限制，当裂解气中含有碳四、碳五等重组分时，压缩机出口温度一般不能超过100～110℃，在生产上主要是通过裂解气的多段压缩和冷却相结合的方法来实现。多段压缩在多段压缩中，被压缩机吸入的气体先进行一段压缩，压缩后压力、温度均升高，经冷却，降低气体温度并分离出凝液，再进二段压缩，以此类推。压缩机每段气体出口温度都不高于规定范围。根据深冷分离法对裂解气的压力要求及裂解气压缩过程中的特点，目前工业上对裂解气大多采用三段至五段压缩。石油裂解气压缩的分段方法和工艺流程，通常随裂解气组成的不同而有所差异。同时，压缩机采用多段压缩也便于在压缩段之间进行净化与分离，例如脱硫、干燥和脱重组分可以安排在段间进行。在深冷分离操作中，裂解气的压缩常采用往复式压缩机和离心式压缩机，由于裂解炉的废热锅炉副产高压水蒸汽，因此多用蒸气透平驱动离心式压缩机，达到能量合理利用。现在大规模生产厂的裂解气压缩机广泛采用离心式的。二、制冷深冷分离裂解气需要把温度降到-100℃以下。为此，需向裂解气提供低于环境温度的冷剂。获得冷量的过程称为制冷。深冷分离中常用的制冷方法有两种：冷冻循环制冷和节流膨胀制冷。（一）冷冻循环制冷将物料冷却到低于环境温度的冷冻过程称为冷冻冷冻循环制冷的原理是利用冷冻剂自液态汽化时，要从物料或中间物料(又叫载冷体)吸收热量，因而使物料温度降低的过程。所吸收的热量，在热值上等于它的汽化潜热。液体沸腾时，汽化在整个液体中进行，液体的温度保持不变，直至液体全部汽化。液体的汽化温度(即沸点)是随压力的变化而改变的，压力越低，相应的汽化温度也越低。1、氨蒸汽压缩制冷2、丙烯制冷系统3．乙烯制冷系统4、乙烯—丙烯复迭制冷5、三元复迭制冷几种冷冻循环介绍1、氨蒸汽压缩制冷氨蒸汽压缩制冷系统可由四个基本过程组成。(1)蒸发(2)压缩(3)冷凝(4)节流膨胀在低压下液氨的沸点很低，如压力为O.12MPa时沸点为-30℃。液氨在此条件下，在蒸发器中蒸发变成氨蒸气，则必须从通入液氨蒸发器的被冷物料(或载冷体)中吸取热量，产生制冷效果，使被冷物料(或载冷体)冷却到接近-30℃。若液氨在1.55MPa压力下汽化，由于沸点为40℃，不能得到低温，为此，必须把高压下的液氨，通过膨胀阀降压到0.12MPa，若在此压力下汽化，温度可降到-30℃。由于此过程进行的很快，汽化热量来不及从周围环境吸取，全部取自液氨本身。节流后形成低压，低温的汽液混合物进入蒸发器。在此液氨又重新开始下一次低温蒸发吸热。反复进行，形成一个闭合循环操作过程。蒸发器中所得的是低温、低压的氨蒸气。为了使其液化，首先通过氨压缩机压缩，使氨蒸气压力升高，则冷凝点也随之升高。高压下的氨蒸气的冷凝点是比较高的。例如把氨蒸气加压到1.55MPa时，其冷凝点是40℃，此时，氨蒸气在冷凝器中变为液氨，可由普通冷水将所放出的热量带走。冷冻剂工业上常用的冷冻剂种类较多，在石油化工深冷分离中使用最广泛的是氨、丙烯和乙烯等。对乙烯装置而言，乙烯和丙烯为本装置产品，已有贮存设施，且乙烯和丙烯已具有良好的热力学特性，因而均选用乙烯和丙烯作为制冷剂。在装置开工初期尚无乙烯产品时，可用混合C2馏分代替乙烯作为制冷剂，待生产出合格乙烯后再逐步置换为乙烯。冷冻剂本身物理化学性质决定了制冷温度的范围。如液氨降压到0.098MPa时进行蒸发，其蒸发温度为-33.4℃，如果降压到0.011MPa，其蒸发温度为-40℃。但是在负压下操作是不安全的。因此，用氨作冷冻剂，-40℃的低温都不能获得。所以要满足深冷分离，获得-100℃的低温，必须用沸点更低的气体作为冷冻剂。0.098MPa0.011MPa-33.4℃-40℃-40℃乙烯丙烯2．丙烯制冷系统在裂解气分离装置中，用丙烯作冷冻剂可以得到－40℃以上温度级的冷量。因为丙烯常压下沸点为-47.72℃，用丙烯作制冷剂构成的冷冻循环制冷过程，把丙烯压缩到l.864MPa的条件下，丙烯的冷凝点为45℃，很容易用冷水冷却使之液化，但是在维持压力不低于常压的条件下，其蒸发温度受丙烯沸点的限制，只能达到－47℃左右的低温条件，即在正压操作下，用丙烯作制冷剂，也不能获得－100℃的低温条件。l.864MPa45℃－47℃－100℃－47.72℃3．乙烯制冷系统用乙烯作制冷剂构成冷冻循环制冷中，维持压力不低于常压的条件下，其蒸发温度可降到-103℃左右(乙烯常压沸点为103.68℃)，即乙烯作制冷剂可以获－100℃的低温条件。但是乙烯的临界温度为9.9℃，临界压力为5.15MPa，在此温度之上，不论压力多大，也不能使其液化，即乙烯冷凝温度必须低于其临界温度9.9℃，所以不能用普通冷却水使之液化。为此，乙烯冷冻循环制冷中的冷凝器需要使用制冷剂冷却。工业生产中常采用丙烯作制冷剂来冷却乙烯，这样丙烯的冷冻循环和乙烯冷冻循环制冷组合在一起，构成乙烯－丙烯复迭制冷。-100℃9.9℃丙烯4、乙烯—丙烯复迭制冷循环在乙烯—丙烯复迭制冷循环中，冷水在换热器(2)中向丙烯供冷，带走丙烯冷凝时放出的热量，丙烯被冷凝为液体，然后，经节流膨胀降温，在复迭换热器中汽化，此时向乙烯气供冷，带走乙烯冷凝时放出的热量，乙烯气变为液态乙烯，液态乙烯经膨胀阀降压到换热器(1)中汽化，向被冷物料供冷，可使被冷物料冷却到-100℃左右。在图2-2中可以看出，复迭换热器既是丙烯的蒸发器(向乙烯供冷)，又是乙烯的冷凝器(向丙烯供热)。当然，在复迭换热器中一定要有温差存在，即丙烯的蒸发温度一定要比乙烯的冷凝温度低，才能组成复迭制冷循环。乙烯—丙烯复迭制冷循环图5、三元复迭制冷用乙烯作制冷剂在正压下操作，不能获得－103℃以下的制冷温度。生产中需要－103℃以下的低温时，可采用沸点更低的制冷剂，如甲烷在常压下沸点是－161.5℃，因而可制取－160℃温度级的冷量。但是由于甲烷的临界温度是－82.5℃，若要构成冷冻循环制冷，需用乙烯作制冷剂为其冷凝器提供冷量，这样就构成了甲烷－乙烯－丙烯三元复迭制冷。在这个系统中，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℃冷量用户供冷。－160℃乙烯（二）节流膨胀制冷所谓节流膨胀制冷，就是气体由较高的压力通过一个节流阀迅速膨胀到较低的压力，由于过程进行得非常快，来不及与外界发生热交换，膨胀所需的热量，必须由自身供给，从而引起温度降低。工业生产中脱甲烷分离流程中，利用脱甲烷塔顶尾气的自身节流膨胀可降温到获得-130℃～－160℃的低温。（三）热泵1．热泵的基本概念常规的精馏塔都是从塔顶冷凝器取走热量，由塔釜再沸器供给热量，通常塔顶冷凝器取走的热量是塔釜再沸器加入热量的90%左右，能量利用很不合理。如果能将塔顶冷凝器取走的热量传递给塔釜再沸器，就可以大幅度地降低能耗。但同一塔的塔顶温度总是低于塔釜温度，根据热力学第二定律，“热量不能自动地从低温流向高温”，所以需从外界输入功。这种通过做功将热量从低温热源传递给高温热源的供热系统称