裂解气深冷分离流程青岛科技大学课程网站

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1、第一章 烃类热裂解第四节 裂解气深冷分离流程一、深冷分离流程1、 三种深冷分离流程问题1:深冷分离流程包括哪些?如何定义？他们 的共同点和不同点各是什么？问题2：画出顺序流程示意图，并作简要流程叙述。典型的深冷分离流程，主要有顺序分离流程、 前脱乙烷流程和前脱丙烷流程三种，以下分别介 绍这三种流程。(1) 顺序分离流程：按碳原子的个数从低到高的顺序用精馏塔逐个分开的分离流程。缩后，送入碱洗塔，脱去硫化氢、二氧化碳等酸 性气体。 碱洗后的裂解气经过压缩机去干燥器脱 水，干燥后的裂解气在前冷箱中分离出富氢气体， 再进入脱甲烷塔，塔顶脱去甲烷馏分，塔底的液 体是 C2 以上馏分，进入脱乙烷塔，脱乙烷

2、塔的塔 顶分出C2馏分，塔底的液体为C3以上馏分。从脱乙烷塔塔顶出来的 C2 馏分经过换热升 温，进行气相加氢脱乙炔气，脱乙炔以后的气体 进入绿油塔，在绿油塔内用乙烯塔来的侧线馏分 洗去绿油，干燥，然后送去乙烯塔。脱乙烷塔塔 底的液体进入脱丙烷塔，在塔顶分出 C3 馏分，塔 底的液体为 C4 以上馏分，液体里面含有二烯烃， 易聚合结焦，所以脱丙烷塔塔底温度不宜超过一 百度，并且必须加入阻聚剂。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 C3馏分，里面含有丙炔 和丙二烯，进入加氢脱炔反应器，加氢脱除丙炔 和丙二烯，然后进入绿油塔，脱除加氢带入的甲 烷、氢气

3、，再进入丙烯塔进行精馏，丙烯塔的塔 顶蒸出纯度为 99.9%的丙烯产品，丙烯塔的塔底液 体为丙烷馏分。脱丙烷塔的塔底液体进入脱丁烷塔，在脱丁 烷塔内分成 C4 馏分和 C5 以上馏分， C4 馏分和 C5 以上馏分分别送往下道工序，进一步分离加工和 利用。(2) 前脱乙烷分离流程：是以乙烷和丙烯为分离界 限，将轻组分例如氢气、甲烷、乙烯、乙 烷等，和重组份例如丙烯、丙烷、丁烯、 丁二烯、丁烷和 C5 以上组分等在第一个精 馏塔内首先分开的分离流程。前脱乙烷分离流程示意图见图 1-35，裂解气 经过压缩、碱洗、干燥等工序之后，在 3. 6MPa(36atm)左右首先进入脱乙烷塔。脱乙烷塔塔底出来

4、的是 C3 以上的重组分，进 入脱丙烷塔。脱乙烷塔塔顶出来的是 C2 以上的轻组分，这 股物流先送去加氢，然后再进入脱甲烷塔。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 C2 馏分，则在乙烯 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、脱丁烷塔、丙烯塔等，分离成丙烯、丙烷、 C4 馏分 和 C5 以上馏分。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 势必造成塔底温度升高，结果可使塔底温度 高达 80100C 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 样就影响了操作的连续性。重组份含量越多， 这种方法的缺点就越突出

5、。(3) 前脱丙烷分离流程：是以丙烷和丁烯为分离界 限，轻组分例如氢气、甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、 丙烷等，和重组份例如丁烯、丁二烯、丁烷和 C5 以上组分等在第一个精馏塔内首先分开的分离流 程。前脱丙烷分离流程示意图见图 1-36。裂解气 经过三段压到 0. 96MPa(约为 96atm), 经碱洗、 干燥等工序之后，冷却到-15 摄氏度，进入脱丙烷 塔， C4 以上馏分从脱丙烷塔塔底分出，然后进入 脱丁烷塔，分离成C4馏分和C5以上馏分。脱丙烷塔塔顶出来的 C3 以下轻组分，进入压缩机段，压缩升压到 3.7MPa(36.6atm) ，进入加 氢脱炔反应器，然后送往冷箱。在冷箱中分离出 富氢气

6、体，其余馏分进入脱甲烷塔，甲烷馏分从 脱甲烷塔的塔顶蒸出来，脱甲烷塔的塔底液体送 到脱乙烷塔。在脱乙烷塔 C2 馏分和 C3 馏分分离开 塔顶出来的 C2 馏分至乙烯塔中分离成乙烯和乙 烷。 C3 馏分在丙烯塔中分离成丙烯和丙烷。前脱丙烷分离流程的特点：C2 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结焦现象，适合于裂解重质油的裂解 气分离。2、三种深冷分离流程的比较 上述三种深冷分离流程，比较起来，有共同 之处，也有不同之处，各有优缺点。三种流程的共同点：(1) 先将不同碳原子数的烃类分开，再分离同一碳 原子数的烯烃和烷烃，采取先易后难的分离顺序。表 1-

7、29 低级烃类的主要物理常数名称分子式沸点，摄氏度临界 温临界压力MPa氢H2-252 5239. 81. 307氧化碳COT91. 5 140. 23. 496甲 烷TH4-161. 582. 34. 641乙烯C2H4T03. 89. 75. 132乙烷C2H6-88. 633. 04. 924乙炔C2H283. 635. 76. 242丙烯C3H647. 791. 44. 600丙烷C3H842. 0796. 84. 306异丁烷i-C4H10-11. 71353. 696异丁烯i-C4H8-6. 9144. 74. 002丁 烯C4H8-6. 264. 0181, 3-丁二烯T；H6-

8、4. 44. 356正丁烷n-C10-0. 50152. 23. 780顺-2-丁烯C4H83. 71604. 204反-2-丁烯C4H80. 91554. 102原子数的烃类沸点相差比较大，而同一碳原子数的烯 烃和烷烃沸点相差比较小。所以不同碳原子数的 烃类分离容易，而相同碳原子数的烃类分离比较 困难。例如，C1和C2、C2和C3的分离比较容易；而 乙烷和乙烯、丙烷和丙烯的分离是比较困难的。(2) 最终出产品的乙烯塔和丙烯塔并联安排，并且 排在最后，作为二元组分精馏处理。I 这种流程安排方法，物料比较单纯，容易保证产品纯度。II 并联安排，相互干扰比串联安排要少一些， 有利于稳定操作，有利于

9、提高产品质量。III 乙烯塔和丙烯塔的塔底液体是乙烷和丙 烷，都是中间产物，不是作为裂解原料， 就是作为燃料，质量要求不严格，流量又 比较小，这样，就能保证塔顶产品乙烯和 丙烯产品质量。(创造了有利条件。) 三种流程的不同点： (1)精馏塔的排列顺序不同：顺序分离流程是按组份碳原子数顺序排列 的，其顺序为：1)脱甲烷塔 2)脱乙烷塔 3)脱丙烷 塔；即顺序分离流程中的 C1、C2、C3 逐个脱除， 按顺序分离。排列顺序简称为1 2 3。前脱乙烷流程的排列顺序是2 1 3。 前脱丙烷流程的排列顺序是3 1 2。 (2)加氢脱炔的位置不同：在脱甲烷塔之前进行加氢脱炔的称为前加氢；在脱甲烷塔之后进行

10、加氢脱炔的称为后加氢。图 1-35(P74) 前脱乙烷深冷分离流程和图1-36(P74)前脱丙烷深冷分离流程都是采用前加 氢脱炔流程。前加氢的原料气中就含有氢气，不需要外加 氢气，可以使流程简化。但是加氢用的氢气用量 不能控制，加氢气体中的组份也比较复杂。图 1-34(P73) 顺序深冷分离流程是采用后加 氢脱炔流程。(3) 冷箱位置不同：在脱甲烷塔系统中有些冷凝器、换热器和气 液分离罐的操作温度非常低，为了防止散冷，减 少与环境接触的表面积，把这些冷设备集装在一 起成箱，就称为冷箱。比较三个流程图可以看出，图1-34 的顺序分 离流程和图 1-36 的前脱丙烷流程的冷箱是在脱甲 烷塔之前。而

11、在图1-35 的前脱乙烷流程的冷箱是 在脱甲烷塔之后。冷箱在脱甲烷塔以前的称“前 冷流程”，冷箱在脱甲烷塔之后的称“后冷流程”。应当说明的是，上述三种流程的冷箱中位置， 可以放在脱甲烷塔以前，也可以放在脱甲烷塔之 后。关于前、后冷流程的优点和缺点，在讨论脱 甲烷塔的操作条件时再作论述。上述三种流程是有代表性的深冷分离流程， 各有优缺点，三种流程的优缺点见下表。表 1-31 塔的操作条件与相对挥发度分离塔关键组分操作条件平均相对挥发度轻重温度，摄氏度压力MPa土塔顶塔釜脱甲烷塔脱乙烷塔脱丙烷塔脱丁烷塔乙烯塔丙烯塔CH4C2H6C3H8C4H10C2H4C3H6C2H4C3H6i-C4H10C5H

12、12C2H6C3H82 丨 8 1 16741903266767075.2-4935100023 2 517843 7855ILI13225 07117115922690二、脱甲烷塔塔及操J乍条件在深冷分离流程中，脱甲烷塔过程也就是脱 甲烷塔系统是裂解气分离的关键，乙烯塔和丙烯 塔是出产品的，也是很重要的。因为脱甲烷塔温度最低，工艺复杂，原料预 冷和脱甲烷塔系统在整个分离过程中，冷量消耗 最大，也就是冷量消耗占的比重最大。有的资料 提出，甲烷塔系统消耗冷量占分离部分总冷量消 耗的 42%。由于脱甲烷塔的操作效果对产品（乙烯、丙 烯）回收率、纯度以及经济性的影响最大，所以 在分离设计中，对于工艺

13、的安排、设备和材质的选择，都是围绕脱甲烷塔系统考虑的。裂解气中氢气、甲烷最轻，沸点也最低，为 了能分离出裂解气中的乙烯、丙烯等组份，得到 合格产品乙烯、丙烯，首先要脱去氢气和甲烷。脱甲烷塔的任务就是将裂解气中氢气、甲烷 以及其它惰性气体与 C2 以上组份进行分离，脱甲 烷塔的关键组份是甲烷和乙烯。在脱甲烷塔系统中，要求塔顶产品中少含乙 烯，塔底产品中少含甲烷及惰性气体。塔顶产品 中少含乙烯，是为了减少乙烯的损失；塔底产品 中少含甲烷及惰性气体，是为了保证产品乙烯的 纯度和分离精度。脱甲烷塔的分离温度比较低，一般在-100 摄 氏度左右。在冷量消耗上则要求尽可能地少。对于气液两相的平衡系统，根据

14、相律 F二C-P+2, 个有C组份的多元系统，系统的自由 度等于Co在脱甲烷塔塔顶的操作条件下，当组成 规定以后（例如乙烯在尾气中的损失等），可以 自由变化的参数只有1个，温度或压力，压力确 定之后，温度就不能任意变化了。那么怎样选择 脱甲烷塔的操作温度和操作压力呢？工业生产上 脱甲烷过程有高压法与低压法之分。1.低压法：低压法分离效果好，乙烯收率高，操作条件为：压力0.18025MPa （约1825atm），塔顶温 度-140 摄氏度左右，塔底温度- 5 0 摄氏度左右。a,度发挥对相塔压，大气压图1-37压力对C（）/C=相对挥发度的影响（1大气压=0.1013MPa）由图1-37可以看出

15、，甲烷与乙烯的相对挥发度a 随着操作压力的增高而降低：操作压力高，甲烷 与乙烯的相对挥发度 a 就比较低；相反，操作压 力比较低，甲烷与乙烯的相对挥发度a就比较高。由于低压法脱甲烷塔的操作压力比较低，甲 烷与乙烯的相对挥发度 a 比较大，分离效果比较 好。由于操作温度比较低，乙烯回收率比较高， 因此对于含氢气和甲烷比较多的裂解气也能分 离。适用范围比较宽。虽然要用到低温级的制冷 剂，但是分离比较容易，回流比比较小，每吨乙 烯的能量消耗并不大，低压法的能量消耗仅为高 压法的 70%多一点。虽然低压法的能耗比较低，但是低压法也有 缺点，例如要用到耐低温的钢材、多一套甲烷制 冷系统、流程比较复杂等。

16、2.高压法高压法的脱甲烷塔塔底温度为 -96 摄氏度左 右，不必采用甲烷制冷系统，只需要用液态乙烯 制冷剂就可以。由于脱甲烷塔塔顶气体产物（尾气）压力比 较高，可借助脱甲烷塔塔顶的高压气体的自身节 流膨胀来获得额外的降温，这种降温方法比甲烷 冷冻系统要简单一些（流程简单、设备也简单） 另外，提高压力可缩小精馏塔的体积（塔径）， 所以从总投资和材质的要求来看，高压法是比较 有利的。从上述两种方法的比较来看，高压法和低压 法各有优缺点，工业生产上两种方法都有采用。 表 1-32 列出了几个脱甲烷塔的操作条件。表 1-32 脱甲烷塔操作条件厂别塔径实际塔板数塔压MPa温度回流比精 馏 段馏 段合计塔

17、顶塔釜B1400/220072-916TT87S1100/16003240623.10-9671.083239表中两个厂的脱甲烷塔都是前冷，有4股进 料。但是由于 B 塔的回流比比较小和有中间再沸 器，所以塔板数比 S 塔的多 10 块塔板。脱甲烷塔的塔顶产品是气相产品，主要甲烷 和氢气，他们在塔顶的操作条件（温度、压力） 下，是不能全部冷凝下来的，因此脱甲烷塔与一 般的精馏塔是不相同的，一般的精馏塔塔顶产品 都可以全部冷凝下来，脱甲烷塔的塔顶产品含有 不凝气甲烷和氢气，所以塔顶回流的液体组成与 气相产品的组成是不同的，这就是脱甲烷塔的特 点。也是脱甲烷塔的特殊性。 三、乙烯塔和丙烯塔（自己看

18、）（一）乙烯塔C2 馏分经过加氢脱炔之后，进入乙烯塔进行 精馏，塔顶得到乙烯产品，塔底产品为乙烷。乙烯塔的塔顶产品为乙烯，乙烯的纯度要求 要达到聚合级。因此乙烯塔设计和操作的好坏， 对乙烯产品的产量和质量有很大的关系。乙烯塔 的操作温度比脱甲烷塔的操作温度要高一点，冷 量消耗占总制冷量的比例也很大，约占 3844%， 消耗的冷量对产品的成本有较大的影响。乙烯塔在深分离装置中是一个比较关键的 塔。1.操作条件：表 1-33 是乙烯塔的操作条件，从表中可以看 出，乙烯塔的操作条件大体上可以分成两类，一 类是低压法，塔的操作温度比较低；另一类是高 压法，塔的操作温度比较高。表 1-33 乙烯塔操作条

19、件厂别塔径实际塔板数塔压温度回精合MPa塔塔流馏馏计顶釜比段段L13004129700.57-70-492. 4B340090291191. 9-32-84. 5S230079301092. 0-29-54. 7Y180084321161. 9-30-74.65乙烯塔的进料中，乙烯和乙烷占有 99.5%以上，所以乙烯塔可以看作是二元精馏系统。根据相律，乙烯和乙烷二元气液平衡系统的自由度为 2。如果规定了塔顶乙烯的纯度(根据产品质量要 求来规定塔顶乙烯纯度)，那么在操作温度和操 作压力两个因素中只能规定一个，如果规定了精 馏塔的操作压力，相应的操作温度也就确定了。 关于操作压力、操作温度以及乙烯

20、液相浓度与相 对挥发度的关系，见图 1-38。从图 1-38 可以看出，随着操作压力的增加， 乙烯和乙烷的相对挥发度将减小；随着操作温度 的增加，乙烯和乙烷的相对挥发度也减小。相对 挥发度减小以后，为了保证产品的分离纯度，就 要增加精馏塔的理论塔板数，或者增加精馏塔的 回流比。压力对回流比和理论塔板数的影响见图 1-39。图 1-39(P77) 的计算基准为：乙烯 :乙烷 =1:1；乙烯回收率为 98%；乙烯纯度为 9899%。由此可见，操作压力对相对挥发度有较大的 影响，一般可以采取降低操作压力的办法来增大 相对挥发度，从而使精馏塔的塔板数和回流比降 低。操作压力降低以后，精馏塔的操作温度也

21、降 低，因而需要制冷剂的温度级位低，对精馏塔的 材质有比较高的要求，从这些方面来看，操作压 力低是不利的，还是高一些好。操作压力的选择还要考虑乙烯的输送压力， 如果乙烯产品有比较高的输送压力，则乙烯塔不 能选用低压法操作，如果乙烯塔选择低压法操作， 就要为产品再压缩或增加压力而耗费功率，还要 增加低温设备，因此应当采用高压法，而不要采 用低压法。综上所述，乙烯塔的操作压力特别要经过详 细的考虑，一般要经过技术经济的比较。一般情 况也可以根据经验来确定。乙烯塔操作压力的确 定可有下列因素来决定：制冷的能量消耗、设备 投资、产品乙烯的输送压力以及脱甲烷塔的操作 压力等因素来决定的。根据综合比较来看

22、，高压法和低压法消耗动 力接近相等，高压法虽然塔板数比较多，但可以 使用普通碳钢，优点多于低压法，如果脱甲烷塔 采用高压法，则乙烯塔的操作压力也应采用高压 法为好。2.乙烯塔的改进N，数板塔10 - -0 li I I I I I I I i I i i i i I i iiii-70-65-60-55-50温度，C图1-40乙烯塔温度分布乙烯塔沿着塔板的温度分布和组成分布并不是线 性关系。图1-40 是乙烯塔温度分布的实际生产数 据。进料板在第 29 块塔板，由图中可以看出，精 馏段靠近塔顶的塔板温度变化很小，而在提馏段 各塔板的温度变化较大。温度分布曲线反映了组 成分布的情况。在提馏段温度

23、变化很大，说明了 乙烯在提馏段中沿塔板向下，乙烯的浓度下降很 快；而在精馏段沿塔板向上，温度下降很少，即 乙烯浓度增大比较慢。因此乙烯塔与脱甲烷塔不 同，乙烯塔要求精馏段塔板数比较多，回流比也 比较大。乙烯塔的精馏段要求有较大的回流比，但是 提馏段要求的回流比不大。因此，近年来采用中 间再沸器（或理解成中间换热器、中间加热器） 的办法来回收冷量，见图 1-41（，这种方法可以节 省冷量约 17%（占整个乙烯塔冷量的 17%），这是 乙烯塔的一个改进。例如，乙烯塔的操作压力为1. 9MPa, 塔底温度为-5 摄氏度，可以用丙烯蒸汽作为再沸器的热源， 这样即可以将丙烯蒸汽冷凝成为丙烯液体，又可 以

24、回收了塔底的冷量。中间再沸器引出物料的温 度可达到-23 摄氏度，用它可以冷却分离装置中的 一些物料，相当于回收了 -23 摄氏度温度级的冷 量。乙烯进料中经常含有少量甲烷，在分离过程 中，甲烷几乎全部进入塔顶产品中，这样必然要 影响塔顶乙烯产品的纯度，所以乙烯的进料在进 入乙烯塔之前要进入设置的第二脱甲烷塔，先脱 去甲烷，然后再作为乙烯塔的进料。近年来，深 冷分离流程不再设置第二脱甲烷塔，在乙烯塔的 塔顶脱甲烷，在乙烯塔的精馏段出侧线产品乙烯。 一个精馏塔提到两个精馏塔的作用（称为复合 塔），由于乙烯塔的精馏段回流比比较大，所以 在乙烯塔的塔顶脱甲烷可以借用乙烯塔的大量回 流，这种方法比设置

25、第二脱甲烷塔还要有利得多 既节省了能量，又简化了流程。带有中间再沸器和侧线出产品的乙烯塔示意图见图 1-41（P78）。（二）丙烯塔 丙烯和丙烷馏分的分离是在丙烯塔中完成 的，塔顶得到丙烯产品，塔底得到丙烷馏分。由 于丙烯和丙烷的相对挥发度非常小，丙烯塔在整 个分离过程中塔板数最多、回流比最大。由于丙 烯塔的操作压力不同，精馏塔的操作条件也有比 较大的出入。表 1-34 是丙烯塔的操作条件。表 1-34 丙烯塔的操作条件厂别塔径实际塔板数塔压MPa温度回流比精 馏 段馏 段合计塔顶塔釜L160062381001.15232515B450093721651.75415014.5Cl!、影响乙烯回

26、收率诸因素(一)影响乙烯回收率的因素分析 乙烯回收率=产物乙烯量/原料乙烯量*100% 现在乙烯工厂的分离装置，乙烯回收率的高 低对工厂的经济性有很大的影响，塔是评价分离 装置是否先进的一项重要经济技术指标。为了分析影响乙烯回收率的因素，我们首先讨论乙烯分离的物料平衡，见图 1-42。由图中可见，回收率为 97%。乙烯损失有Cl!(1) 冷箱中尾气(甲烷、氢气)带出的损失，占乙烯总量的 2.25%；也就是说，尾气中的乙烯含量的大小，决定了乙烯损失率的大小；(2) 乙烯塔底产品(乙烷馏分)中带出的损失，占乙烯总量的 0.4%；(3) 脱乙烷塔塔底液体产品(C3以上馏分)中带出的损失，占乙烯总量的

27、 0.284%；(4) 压缩机各段之间冷凝液体带出的损失，约占乙烯总量的 0.066%。总损失量，约占乙烯总量的 3%。正常操作(2)(3)(4) 项损失是很难避免的，而 且损失量也比较小(占总损失量的 0.75%)，因此 影响乙烯回收率高低的关键是尾气中乙烯的损 失。影响尾气中乙烯损失的主要因素是原料气的 组成（C/H2）、操作温度和操作压力。1.原料气组成的影响：对于脱甲烷过程，可以看作是甲烷与乙烯的 分离，氢气等气体可以看作是惰性气体。惰性气 体的加入，会影响气液相平衡，它们会降低分离 产物的分压。就好像分离是在低压（降低压力） 下操作一样，要想达到一定的分离纯度，必须相 应降低操作温度

28、，或者提高操作压力。从另一角 度讲，在脱甲烷塔的塔顶由于氢气和其它惰性气 体的存在，而降低了 C1 的分压，只有提高操作压 力或者降低操作温度才能满足塔顶露点的要求。 这是有相平衡决定的，并不取决于塔板数的多少 和回流比的多数。C /H2摩尔比 图1-43尾气中乙烯含量与q /H 2摩尔比关系因此在温度与压力条件一定的时候，原料气中%-一里含烯乙中气尾C1/H2摩尔比越小，尾气中乙烯的损失就越大（这 是因为，原料气中 C1/H2 摩尔比越小，惰性气体把 C1 的分压就降低的越厉害，就好像操作压力很低 一样，这时如果不降低操作温度，乙烯的损失量 就必然很大。），反之则小。图1-43 中任何一条

29、曲线都说明了这个结论。2.压力和温度的影响由图1-43（P79）可以看出，当C/H2摩尔比值 一定的时候，增大压力 （操作温度一定 ） 或者降低 温度（操作压力一定 ） 都有利于减少尾气中乙烯的 损失，这种关系由图 1-44（P79） 可以明显看出。由图 1-43 和图 1-44 都可以明显看出：增大 压力 （ 操作温度一定 ） 或者降低温度 （ 操作压力一 定） 都有利于减少尾气中乙烯的损失，从理论上好 像非常容易解决，只要降低温度或者增加压力都 可以减少尾气中乙烯的损失，还实际上，事情并 不是这么简单，增大压力和降低温度都有一定的 限度。升高压力要受到以下因素的限制： （1）压力增大，能降

30、低甲烷与乙烯的相对挥发度（见图1-37, P75）,相对挥发度减小以后，分离 变的非常困难，要达到同样的分离效果，就需要 增加塔板数或者增加回流比，因此要增加基建投 资或者多消耗冷量。(2)压力增大，使甲烷难于从塔底液体中蒸出。由 图 1-37(P75) 可以看出，塔底的甲烷与乙烯的相对 挥发度 以塔顶的要小一些，因此增大操作压力， 塔底的甲烷与乙烯的相对挥发度过小，要保证甲 烷由他迪充分蒸出来就非常困难。因此增加操作压力要受到以上两种因素的限 制，不能过分增加压力，一般当压力大于 4.04.5MPa 的时候，就逐渐接近塔底组份的临界 压力和临界温度，气液两相浓度相差很小，更难 于进行分离。降

31、低操作温度要受到以下因素的限制： 操作温度越低，尾气中乙烯损失就越少。但是塔 顶温度首先受到制冷剂水平的限制，用乙烯做制 冷剂时，为了保证它的安全操作，其最低蒸发温 度为-101 摄氏度，考虑到传热设备的效率和传热 温差，制冷温度约为 -95 摄氏度，比蒸发温度低 15 摄氏度左右。如果要求更低的制冷温度，则需 要用甲烷作制冷剂，这样要增加一套甲烷制冷设 备，不仅增加了投资，而且，流程和操作也都复 杂化。因此，用高压法是一般都采用乙烯作制冷 剂，这时，脱甲烷塔塔顶温度为 -90 摄氏度 -96 摄氏度，在这个温度下，乙烯的损失是难以避免 的，也就是说，肯定要损失一定量的乙烯。因此降低操作温度要

32、受到制冷剂水平的限制。综上所述，在一定量的条件下：a) 原料气中C1/H2摩尔比值越大，乙烯在尾气中的 损失越少；b) 操作压力越高，乙烯的损失就越小，但是它受 到设备材质和塔底组份的临界压力的限制；c) 塔顶温度越低，乙烯在尾气中的损失越小，但 是它受到制冷剂温度水平的限制。这三者的关系已由图 1-44(P79) 表明了。(二) 利用冷箱提高乙烯回收率 由图 1-42(P78) 的物料平衡数据可以看出，脱 甲烷塔塔顶出来气体中除了甲烷、氢气之外，还 含有乙烯。为了减少乙烯的损失，除了用乙烯制 冷剂以外，还将脱甲烷塔塔顶出来的高压气体通 过节流膨胀阀进行节流制冷，这就是冷箱部分的 功能。从物料

33、平衡图上可以看出，如果没有冷箱， 塔顶尾气中的乙烯差不多要损失。图中表明，没 有冷箱时乙烯损失量为 4.47%，有冷箱时乙烯损失 量为 2.25%。冷箱是在-100 摄氏度-160 摄氏度下操作的 低温设备。由于冷箱温度低，非常容易散冷，用 绝热材料把高效板式换热器和气液分离器，还有 节流膨胀阀等设备都放在一个箱子里，这就是冷 箱，它的原理是用节流膨胀阀来获得低温，它的 用途是依靠低温来回收乙烯，制取富含氢气和富 含甲烷的馏分。由于冷箱在流程中的位置不同，可分为前冷 和后冷两种流程，后冷流程是冷箱放在脱甲烷塔 之后来处理塔顶气体；前冷是冷箱放在脱甲烷塔 之前来处理脱甲烷塔的进料。前冷流程后冷流

34、程 各有特点。1.后冷：图 1-45（P80） 是后冷流程示意图。经过预处理以后的裂解气，进入脱甲烷塔（设 备号为 1）进行分离，脱甲烷塔塔顶气体经过冷却、 换热进入回流罐（设备号为 2），回流罐分出的液 体作为脱甲烷塔的塔顶回流，回流罐分出的不凝 气体去第一冷箱换热器（设备号为 3），这部分气 体中，除了含有甲烷、氢气之外，还含有 34%的 乙烯，通过冷箱把尾气中的乙烯含量降低到 2%左 右，可以多回收 2%左右的乙烯；并且还能获得浓 度为 7080%的富氢气体。第一冷箱换热器中（设备号为 3），回流罐（设 备号为 2）来的气体中的部分乙烯和甲烷被冷凝液 化，然后进入分离罐 5，进行气液分离

35、。由分离罐5出来的气体再进入第2冷箱换热器4,在第二冷 箱换热器中，又有部分乙烯和甲烷冷凝下来，在 分离罐6进行气液分离。分离罐 5 和6种的液体进行节流膨胀，节流 阀是C、D、E。分离罐6中的液体温度是T33C, 压力是 3. 34MPa，经过节流阀 C, 膨胀到压力为 0. 70MPa,温度降低到T40摄氏度，然后进入第二 冷箱换热器4作为冷剂，使进入第二冷箱换热器4 的甲烷、氢气等气体被冷却冷冻到-133 摄氏度左 右，冷剂温度也降低到 -133 摄氏度左右。分离罐 5 冷凝下来的液体，一部分返回脱甲 烷塔以回收其中所含的乙烯，另一部分冷凝液体， 经过节流阀E,压力由3. 37MPa膨胀

36、到0. 50MPa, 温度由-103 摄氏度降低到-129 摄氏度左右，作为 第一冷箱换热器的冷剂，使脱甲烷塔塔顶来的气 体被冷冻，以回收其中所含的乙烯。经过冷箱作 用，乙烯回收率可提高 2%左右，使装置的乙烯回 收率由 95%提高到 97%。调节阀 A、 B 是用来调节脱甲烷塔塔顶压力和 分离罐6的压力的，调节脱甲烷塔塔顶压力为 3. 4MPa,调节分离罐6的压力为3. 34MPao 2. 前冷：-42CI-30C11-96C3.52 i |-128.4C-97CI |c2n1丄J :99在C3CC1Q o-102C-96C-65-37去脱乙烷塔图1-46脱甲烷塔前冷流程1-冷箱换热器；2-

37、气液分离罐；3-脱甲烷塔；c,e,g,i-脱甲烷塔四股进料；j-富氢；k-甲烷；l-甲烷（分子筛再生用载气）；m-甲烷（燃料）；p-乙烷（裂解原料）图 1-46（P81） 是前冷流程示意图。表 1-35 图 1-46 中各点组成组成H2Coch4C2H2c仙a15.0.TT29.0.34.053709b27.0.2341.0.3123.816799c0. 8915.0.5945.7329d36.0.300.1914.397544e0. 9625.0.7053.7488f48.0.410.054. 006265g0. 9947：040. 5944：65h70.290. 6028.950. 16i

38、1. 0501 oc25L0. 1612.43j91.480. 787. 74k0. 9898.330. 67l4. 1995.740. 07m0. 1299.110. 76o1. 000. 7966.79组成C2H6C3H4C3H6C3H8C4+a7. 300. 410670. 352. 21b3. 832. 020. 050. 09c11.050. 8420.280. 684. 55d1. 670. 250. 01e10.607. 550. 200. 37f0. 260. 01g5. 740. 970. 02hi0. 820. 02jk0. 02lm0. 01o13.050. 7119.0

39、80. 623. 96经过预处理以后的裂解气，经过一系列的换 冷，温度降低到-37 摄氏度、压力为 3.68MPa（a 点）,在气液分离罐2a中分出冷凝下来的液体（c 点），液体中含氢气已经很少，作为脱甲烷塔的 第一股进料；气液分离罐2a分出的气体（b点），经过冷 箱换热器 1b 与-56 摄氏度、-70 摄氏度的乙烯冷 剂换冷，温度冷却到-65 摄氏度（ P=3.57MPa） ， 在分离罐2b分出凝液（e点），作为脱甲烷塔的第二股进料；分离罐2b分出的气体（d点），经冷箱换热 器 1c 与 -101 摄氏度的乙烯冷剂换冷，温度冷却到 -96摄氏度（P=352MPa）,在分离罐2c中分出凝 液

40、（g点），作为脱甲烷塔的第三股进料；分离罐2c分出的气体f点），经冷箱换热 器Id冷到T30摄氏度（P=35MPa），在分离罐2d 中分出凝液（i点），再进入冷箱换热Id,温度 由-130 摄氏度升高到-102 摄氏度，作为脱甲烷塔的第股进料。分离罐2d分出的气体（h点），经冷箱1e换 热器换冷，在分离罐2e中分出凝液（k点），凝 液主要含有甲烷，经节流阀 C 节流降温到-161 摄 氏度（P=0165MPa），然后依次经过5个冷箱换热 器作冷剂，最后引出作为化工原料。分离罐2e分出的气体 j 点），主要是含氢 气的气体，依次经过5个冷箱换热器作冷剂，将 温度升高后引出，经过甲烷化反应，脱去C

41、O后作 为加氢脱炔反应用的氢气。4股进料在脱甲烷塔中进行精馏，塔顶气体 中主要含甲烷，其中的氢气含量极少（l、m 点）， 这两股甲烷馏分经节流阀 A、 B 节流膨胀以后，温 度达到-130 摄氏度左右，去冷箱作为制冷剂，经 冷箱换热器换热，回收冷量（将温度升高）以后 引出。塔底液体馏分（0 点）含有60%左右的乙烯， 送往脱乙烷塔进一步分离。由上述可见，脱甲烷塔前后的3股甲烷馏分， 通过节流阀 A、B、C 获得了装置的最低温度，成 为低温冷量的来源。这样多股进料的脱甲烷塔流 程，能节省低温级的冷剂；气液分离罐冷凝下来 的液体温度有高有低，先冷凝下来的温度高，重 组份含量多。后冷凝下来的液体温度

42、低，轻组分 含量多。裂解气在没有进入脱甲烷塔之前就进行 了初步分离，减轻了脱甲烷塔的负荷；前冷流程 分离出的氢气浓度高，氢气含量为90%左右（mol）, 后冷流程分离出的氢气纯度比较低，只有 75%左 右。由于氢气大部分在前冷箱中已经分出，所以 提高了脱甲烷塔进料的 C1/H2 的摩尔比，从而提 高了乙烯回收率。但是，前冷流程也有缺点：脱甲烷塔的操作 弹性比后冷要低一些 （这是因为，在脱甲烷塔之 前，已经把一部分轻组分分出去了，例如把氢气 已经分出去了，降低了脱甲烷塔的负荷，所以说， 脱甲烷塔的操作弹性比较低），流程比较复杂，仪 表自动化程度要求比较高。因此，前冷流程适合 于生产规模较大，自动化水平较高，原料气比较 稳定以及需要获得纯度较高的富氢场合。