乙烯裂解原理和技术

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1、第四章 乙烯生产原理与技术第一节 概 述一、石油化工及其地位石油化学工业（简称石油化工）就是利用石油及天然气资源，经过各 种化学和物理过程生产化工产品的工业。石油化工所用的原料是很广泛的。包括原油、油田气、天然气、炼厂气、 汽油、煤油、柴油、重油、渣油等。石油化工的生产过程主要有裂解、气化、分离、合成和聚合等。其中裂 解和分离是生产乙烯等基础原料的最基本的生产过程。石油化工的化工产品是多种多样的。其中最重要的，以通俗的说法，有 八大基础原料、十四种基本有机原料、三大合成材料以及其他各种化工产 品。八大基础原料是乙烯、丙烯、丁二烯、乙炔、苯、甲苯、二甲苯和萘； 十四种基本有机原料是甲醇、甲醛、乙

2、醛、醋酸、环氧乙烷、环氧氯丙烷 甘油、异丙醇、丙酮、丁醇、辛醇、苯酚和苯酐；三大合成材料是塑料、 合成橡胶和合成纤维；其他各种化工产品有化肥、农药、合成药物、染料、 涂料、溶剂、助剂等。从石油和天然气资源，经过各种生产过程制取基础原料、基本有机原料、 合成材料和其他各种化工产品的情况，见图4-1。石油化工是重要的原料工业，是国民经济的基础工业。它为工业、农 业、交通运输和国防建设提供大量的化工原材料，直接关系到整个国民经 济的发展。例如，石油化工生产的合成氨，是生产化肥的基础原料；合成 树脂是生产各种塑料产品的基础原料；合成橡胶是生产各种橡胶制品的原 料；合成纤维是纺织工业的原料。石油化工的生

3、产不受自然条件的约束， 可以实现均衡、稳定、长周期生产。而且，石油化工生产的产品大多数是 新型材料，不仅用途广，而且不少产品的性能已超过天然材料。石油化工 科学技术的进步，必将为国民经济各个部门和人民生活提供更多更好的产 品。石油化工与人民的日常生活更是密不可分，息息相关。人们的衣、食、 住、行离不开石油化工，它为人们提供了多种多样的日用必需品，繁荣了 市场，丰富了人们的生活。例如，各种合成纤维制品，以其价廉物美、品 种繁多成为美化人们生活不可缺少的纺织品；化肥、农用塑料薄膜、农药 和各种植物生长激素，用来增加农作物产量；各种合成材料，以其可塑性好、成型方便、质轻、不生锈、耐腐蚀等优点在建筑行

4、业中得到广泛应 用，如代替钢材、木材和水泥，为建筑的轻型化、美观和易施工提供了便 利条件。至于人民日常生活中使用的各种物品，从家用电器到各种小商品， 均与石油化工产品有关。可以说石油化工的产品已渗透到国民经济和人民 生活的各个方面。幵垂炼制气代虫整汕抽提聚合,合成台 汽图4 石油化.原料，主要生产过程和上要产品基础朗搖牢有机原料T7汇1亚丄产卅占袖化工材料苯、申苯， 二甲苯、茉细 丙烯、二烯 Z快外酹、醛、婀、酿、硏- 酯酣 般-謂、削裂解軽汕|麺庐I仃汕和曲F讎油气油析 汕气井 气二、乙烯与石油化工乙烯最初是由乙醇脱水制取的。当时由于乙醇由粮食生产，工艺路线既 不合理，产品产量又受到限制，因

5、此阻碍了生产的发展。自从石油裂解制乙烯技术工业化后，石油化工得到了飞速发展。从而使 乙烯生产成为石油化学工业的基础。（一）乙烯是石油化工的基础原料乙烯是石油化工最重要的基础原料。乙烯可用来制成聚乙烯，采用不 同的工艺技术可分别得到高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和线型低密度聚乙 烯，进而可加工成各种聚乙烯塑料制晶。乙烯还可以生产氯乙烯，经聚合 得到聚氯乙烯，进而加工制成聚氯乙烯制品。乙烯在银作用下直接氧化制得环氧乙烷。环氧乙烷水合生成乙二醇， 同时副产二甘醇、多甘醇等。乙二醇是聚合的单体之一，也可用于制防冻 液。环氧乙烷是聚醚的重要原料，也是精细化工、表面活性剂及农药的重 要原料。副产二甘醇、多甘醇

6、是十分有用的助剂和表面活性剂的原料。乙烯还可以和丙烯，或再加人第三单体，生产二元乙丙橡胶或三元乙 丙橡胶。低分子乙丙胶用于涂覆材料和润滑油调黏，高分子乙丙胶用于生 产橡胶制品。乙烯的主要用途如图4-2 所示。一+三掘占烯洛剂覲乙舞一 *塑料f癡氯乙烯）-f过氯乙晞.记二醇 硯乙壽坏轧芒烷-“-乙醉战-”气体瓏附祸、壷而活性刑*1.2 二lit乙烷高碟耳（G,-Gd -含盛洗律剂-高疋豪厂捷一薄顶,威城制乳低弓卜J：班合“氐压艇石驕-+薄断威型制乩 L*髙報龄一洗樓附唯S3剖与丙晞止聚烯炬就播拊增壑捌 r 1芒再樺垃一电线“电境二醉一議纶、商称剂、阵药尊 己醇IS-弋厚啜附和、丧面括性制 艸氣树

7、詣、表面林性刑、衷药乳优剤 化甑乙酸己惭 维雄je-. r- 香料、清聲的苗親、箱規剂 吾廨塔垦刑李戍i.U -醉酸梱膚，聚祖毬対脂 异辛醉一第塑烈图 4-2 乙烯及其联产的其它产品的主要用途乙烯最主要的消费是生产聚乙烯，约占总量的一半左右。一般聚乙烯 装置和乙烯装置同建在一个石油化工联合企业内。乙烯已可用专用船只或 专用罐进行液相运输，国外企业之间互供乙烯的方式较多。世界乙烯的主 要消费分配情况如图4-3 所示。其他11%低密麼聚乙烯35H二氯乙绘慈诵15%坏篡乙烷/乙二醇 . !2%吗 i髙常風聚乙晞 20%图 43 世界乙烯消费（二）乙烯是石油化工的标志 乙烯是现代石油化工的带头产品，在

8、石油化工中占主导地位，乙烯工 业的发展，带动着其他有机化工产品的发展。因此，乙烯产量不仅标志着 一个国家石油化工的发展水平，而且，乙烯的生产能力已经成为反映一个 国家综合国力的重要标志之一。（三）乙烯装置处于石油化工的核心地位 乙烯装置是以石油烃为原料，通过高温短停留时间热裂解获得裂解气， 然后，裂解气经冷却、洗涤、压缩、净化和分离等工序处理后得到乙烯， 同时可得到丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯及乙炔等重要的副产品的生 产装置。各国乙烯装置的流程虽有不同，但其共同点是均包括“裂解”和“分离” 这两个基本过程。广义地说，凡是在高温下有机化合物分子发生分解的反应过程都称为 裂解。而石油化工中所谓的

9、“裂解”是指石油烃（裂解原料）在隔绝空气 和高温条件下分子发生分解反应而生成小分子烯烃或（和）炔烃的过程。 在这个过程中还伴随着许多反应，生成其他的反应产物。“裂解”是总称，不同的情况下，还可以有不同的名称，如单纯加热不 使用催化剂的裂解称为热裂解（简称裂解）；使用催化剂的裂解称为催化裂 解；使用添加剂的裂解，随着添加剂的不同，有水蒸气裂解、加氢裂解等 因为现在石油化工中用水蒸气的热裂解过程最为广泛，所以形成一种习惯， 一般称“裂解”，如不加其他说明，就是指水蒸气热裂解。“分离”是裂解的后继加工过程，它的任务是将裂解气分离为所要求纯 度的单一烃或烃的馏分，为进一步合成提供原料。包括三大系统：气

10、体净 化系统、压缩和冷冻系统、精馏分离系统。乙烯装置具有以下生产特点： 工艺技术复杂。 乙烯生产技术集高度复杂性、密集性、相关性于一 身，具有生产规模大、工艺流程长、物料流通量大、化工单元过程多等特 点，是一个极其复杂的工艺过程。 设备种类繁多。 乙烯装置的设备种类繁多，具有高温、低温、高压、 低压、耐腐、大型、精密、特性、复杂的18 字特点，堪称石油化工装置的 典范。 危险程度高。 乙烯装置属甲级防火防爆区域，所用的原料、辅助原 材料、产品、副产品及加工过程中的大部分中间产品都是易燃、易爆和有 毒的。 工艺条件苛刻。 整个生产过程中的工艺条件极为苛刻，最高操作温 度达1200C,最低操作温度

11、为-140C,甚至-160C,最高操作压力达12MPa, 最低操作压力为550600mmHg真空度。 自动化控制水平高。乙烯装置的整个生产过程已采用DCS计算机监 视控制,并已实现先进控制和局部甚至整体优化控制。三、乙烯生产技术的发展近年来,各乙烯生产国均采用新技术、新工艺、新材料和新设备,对 原有乙烯装置进行了改造或新建,以期提高乙烯收率,增加生产能力,扩 大原料的灵活性,降低能耗和物耗,最终达到提高经济效益的目的。1. 开发采用新的炉型。近年来开发出的主要新的炉型见表41。2. 采用新技术、新设备降低能耗。乙烯装置能耗大,因此节能尤为重要。 目前已实现的节能措施主要有裂解炉烟气余热回收利用

12、；急冷系统热能的 利用；压缩系统采用高效压缩机,分离系统采用高效填料塔,采用带精馏 功能的冷箱；采用高效换热器,如热管、板翅式换热器及多孔表面换热器、 内插构件换热器,火炬气的回收利用；采用燃气透平与裂解炉联动等。3. 采用计算机控制实现过程最佳化。随着软件的发展,计算机在乙烯装 置上已被普遍采用,而且已由局部单元过程控制向全过程控制的最佳化方 向发展。实现装置适应原料的多样化,从乙烷直至重柴油均能按需求调节 烯烃比例。实现在相同的进料条件下优化操作,可获得最佳乙烯收率,乙 烯产量约可提高 2,能耗将下降 1015,并可延长裂解炉的运转周 期。4. 研制结焦抑制剂控制裂解炉的结焦。 美国 Na

13、lco 化学公司开发了控制袤4-】近年来世界有代表性的鞠型製驛护公司名称鲁姆斯1 Lurnrrms斯通韦怕斯特S 钏KTI瓠路搐Ketlxig林鰹.in.de炉型STR V 理U3C U 蟄GK-V 型MFC.毫秒炉）LSCCI k 別熱数率/歸93.494n . s熙一 /9294 -运转周期兀5：J躲7Qhi7uHP-40则一程HK-3D第二程HK-4O2：fOCr35NiNbI!K-4MHP-40原料eAG)AGOAGOAGOAGO炉训口 “e嘶818BOS838802停尉时间汕o. LS40-21Cl2WK0- J6水汕比C.750.70. 7J- 6?巴晞收率“駆盘、5L6130-

14、66H ：i. Odjin.61茁-的丙腑收率s17-516- 97m16. 39r C5HpL託臥+沁 芳香烃热裂解反应 芳香烃的热稳定性很高，一般不易发生芳环开裂反应，但可发生两 种基本反应，即芳烃脱氢缩合、侧链断链和脱氢反应。芳烃脱氢缩合反应 生成多环、稠环芳烃，继续脱氢生成焦油，直至结焦。烷基芳烃的侧链断链，生成苯、甲苯、二甲苯等。 烷基芳烃的侧链脱氢，生成苯乙烯等。 烯烃热裂解一次反应 天然石油不含烯烃，但是其加工油品中可能含有烯烃。烯烃热裂 解可能发生断链反应和脱氢反应，生成低级烯烃和二烯烃。:弘沢血C.,HSBCmn2m2. 烃类热裂解的二次反应 烃类热裂解的二次反应比一次反应复

15、杂。 烯烃裂解二次反应 一次反应生成的大分子烯烃继续裂解生成低级烯烃和二烯烃。 烯烃的缩合、环化和聚合 烯烃的缩合、环化和聚合生成较大分子的 烯烃、二烯烃和芳烃。 烯烃的加氢和脱氢 烯烃加氢生成相应的烷烃，烯烃脱氢生成相应 的二烯烃或炔烃。 烃分解生成碳在较高温度下，低分子烷、烯烃均可分解为碳和氢。CH2 GHz 土 CHCH mll2Cn为六面形排列的平面分子。在二次反应中,除了较大分子的烯烃裂解增加乙烯收率外，其余的反应 都要消耗乙烯，降低乙烯收率，并导致结焦和生碳。二、烃类热裂解的特点与规律1. 烃类热裂解的特点 无论断链还是脱氢反应，都是热效应很高的吸热反应。 断链反应可以认为是不可逆

16、反应，脱氢反应则是可逆反应。 存在复杂的二次反应。 反应产物是复杂的混合物。2. 烃类热裂解的规律 烷烃裂解规律a. 同碳原子数的烷烃，断链反应比脱氢反应容易。b. 烷烃分子的碳链越长，越容易发生断链反应。c. 烷烃的脱氢能力与其分子结构有关，叔氢最易脱去，仲氢次之，伯 氢再次之。d. 带支链的烷烃容易裂解。e. 乙烷不发生断链反应，只发生脱氢反应。 环烷烃裂解规律a.侧链烷基比烃环容易裂解，长侧链中央的CC键先断裂，有侧链 的环烷烃比无侧链的环烷烃裂解得到的烯烃多。B .环烷烃脱氢生成芳烃比开环生成烯烃容易。c. 低碳环比多碳环难裂解。d. 裂解原料中环烷烃含量增加时，乙烯收率会下降，但丁二

17、烯和芳烃 的收率会有所提高。 各种烃类热裂解规律 烷烃正构烷烃，最有利于生成乙烯、丙烯，分子量越小烯烃的总收 率越高；异杓烷烃的烯烃总收率低于同碳原子数的正构烷烃。环烷烃生成芳烃的反应优于生成单烯烃的反应。含环烷烃较多的原 料，丁二烯和芳烃的收率较高，乙烯和丙烯的收率较低。芳烃无侧链芳烃基本上不会裂解生成烯烃；有侧链的芳烃侧链逐步 断链及脱氢；芳环的脱氢缩合主要生成稠环芳烃直至结焦。烯烃大分子烯烃裂解为低级烯烃和二烯烃。 各类烃热裂解的难易顺序为：正构烷烃异构烷烃环烷烃芳烃三、烃类热裂解的工艺因素影响裂解的主要因素有裂解温度、停留时间、裂解压力和原料烃的组 成。1. 裂解温度 烃类的热裂解反应

18、是强吸热反应，其平衡常数随温度升 高而增大，需要供热和高温条件。低温条件下，烃类热裂解生成烯烃的反 应很难发生。为获得烯烃，必须采取高温，但在高温条件下，烃完全热裂 解为碳和氢的平衡常数比烃裂解一次反应的平衡常数大，在化学平衡上二 次反应具有一定的优势，因此，选择高温裂解。为尽可能提高烯烃收率， 抑制高温下的副反应，还要考虑其他因素。2. 停留时间 烃完全裂解为碳和氢的二次反应，虽然在化学平衡上具 有一定的优势，但因其发生在一次反应之后，而且一次反应速度比二次反 应速度快。因此，可充分发挥一次反应在时间顺序和速度上的优势，采取 较短的停留时间，使二次反应来不及发生。这样就可以达到提高烯烃收率

19、的目的。3. 裂解压力 烃类裂解生成烯烃的反应是分子数增多的反应，从化学 平衡移动原理看，降低压力有利于提高烯烃收率；烯烃缩合和聚合等二次 反应，都是分子数减小的反应，降低压力可抑制这类反应发生。因此，降 低压力，对于提高烃类的热裂解过程的烯烃收率是有利的。但在高温下采 取的减压操作，存在着以下问题：一是系统很容易吸人空气而导致爆炸； 二是对后续工段操作不利；三是不利于短停留时间的控制。工业生产采用 添加稀释剂降低原料的分压的办法，避免了减压操作带来的问题。常采用 的稀释剂主要是水蒸气，其特点是： 蒸气热容大，能对炉管温度起稳定作用，达到保护炉管的效果； 价廉易得，且容易从裂解产物中分离； 化

20、学性质稳定，与烃类一般不发生反应； 可与二次反应生成的碳反应C+H2O H2+CO，具有清除炉管炭沉积的作用； 对金属表面具有一定的氧化作用，使金属表面形成氧化物膜，可减轻金 属铁和镍对烃分解生碳的催化作用； 可抑制原料中的硫对裂解管的腐蚀。第四节 烃类热裂解工艺流程烃类热裂解生产乙烯的工艺过程包括热裂解、裂解气预处理和分离。 裂解供热方式有直接和间接两种。目前，全世界各国广泛采用的是间 接供热的管式炉法。管式裂解炉有多种炉型，代表性的炉型有:鲁姆斯SRT- III型炉、凯洛格毫秒裂解炉MSF炉型、日本三菱MTCF倒梯台式裂解炉等。 （各种炉型详见第六章裂解炉），这里主要介绍几种代表性炉型的典

21、型工 艺。一、鲁姆斯裂解工艺流程鲁姆斯裂解工艺典型流程，如图49所示。熹压頼汽4 图4-9鲁姆斯裂解工艺流程示意图1原料预热器；2裂解炉；3急冷锅炉；4汽包；5油急冷器； 6汽油分馏塔；7燃料油汽提塔；8水洗塔；9油水分离器； 10水汽提塔；11汽油汽提塔；12，13交叉换热器（稀释汽发生器）原料烃经原料预热器1与急冷器水和急冷油交叉换热后进入裂解炉2 对流室，与稀释蒸汽混合预热至裂解始温后进人辐射室裂解。裂解炉出口 的高温裂解气经急冷锅炉3急冷，终止裂解，同时副产高压蒸汽。急冷锅 炉出口的裂解气经油急冷器5用急冷油进一步冷却，然后进入汽油分馏塔 进行分馏。在汽油分馏塔6，汽油馏分及更轻的组分

22、由塔顶蒸出送往水洗塔8；塔 釜分馏出的燃料油馏分和由急冷器中加人的急冷油，一部分与水汽提塔釜 流出的工艺水交又换热冷却后，作为急冷油循环加人急冷器，一部分送燃 料油汽提塔7进行汽提，提出的轻组分汽油馏分返回汽油分馏塔6再次分 馏，重组分燃料油从塔釜送出，作为裂解的原料烃。由汽油分馏塔6塔顶来的汽油馏分及更轻的组分进入水洗塔8，用冷 却水喷淋、冷却和分离，经水洗后的裂懈气送往裂解气分离系统；水洗塔 釜液是含有部分汽油馏分的洗涤水，送油水分离器分层分离。经油水分离器9分离出的水，一部分经冷却后送回水洗塔回流，一部 分经工艺水汽提塔汽提后，再由急冷油及蒸汽加热汽化后用作裂解烃稀释 蒸汽。油水分离器9

23、分离出的裂解汽油，一部分送回汽油分馏塔6分馏， 一部分进入汽油汽提塔汽提后作为汽油产品油送出，汽油汽提塔顶的裂解 气送往裂解气分离系统。二、凯洛格毫秒炉裂解的工艺流程图410 凯洛格毫秒炉裂解工艺流程示意图1裂解炉 2急冷锅炉 3汽包 4急冷塔 5水气分离器原料烃进人裂解炉1对流室，与稀释蒸汽混合预热至裂解始温后，进 人辐射室进行裂解。裂解炉出口高温裂解气经急冷锅炉2急冷，终止裂解， 同时副产高压蒸汽。急冷锅炉2出口的裂解气进入急冷塔4，急冷塔由汽油分馏塔和水洗 塔两部分组成9上段为水洗段9下段为油洗段。急冷锅炉2来的裂解气经 油洗、水洗后，汽油及比汽油重的其他燃料油馏分由塔釜采出，部分送出，

24、 部分经交叉换热冷却后返回急冷塔作急冷油。油洗、水洗分出的裂解气和 水蒸气由急冷塔顶采出，经冷却冷凝后进人水气分离器5进行分离，水气 分离器5分离出的水，部分作为急冷水返回急冷塔4，一部分经与急冷塔 底采出的回流急冷油交叉换热后副产中压蒸汽；经水气分离器5分离出的 裂解气送往分离精制系统。三、三菱倒梯台炉的裂解工艺流程三菱倒梯台炉裂解工艺的典型流程如图411所示。原料烃进人裂解炉1对流室，与稀释蒸汽混合预热至裂解始温后进人 辐射室进行裂解。裂解炉出口的高温裂解气经急冷锅炉2急冷，终止裂解， 同时副产高压蒸汽。急冷锅炉2出口的裂解气经油急冷器3用急冷油进一 步冷却，然后进入汽油分馏塔4进行分馏。

25、在汽油分馏塔4，汽油馏分及更轻的组分由塔顶蒸出后，经冷凝冷却 后进入油水气分离器5。塔釜馏出的重组分燃料油，经冷却后作油急冷器图411 倒梯台炉裂解工艺流程示意图1裂解炉 2急冷锅炉 3油急冷器 4汽油分馏塔（油洗塔）5油水气分离器 6工艺水汽提塔 7汽油汽提塔 的急冷油。油水气分离器5分离出的汽油馏分，一部分作为汽油分馏塔回流，一 部分送去汽油汽提塔7。油水气分离器分离出的水，进人工艺水汽提塔6。在工艺水汽提塔6，由油水气分离器分理出的水经汽提后，塔釜工艺 水经过热器汽化变为蒸汽，作为原料烃的稀释蒸汽去裂解炉；塔顶提出的 裂解气经冷凝、冷却后，返回油水气分离器5。来自油水气分离器的汽油，经汽

26、油汽提塔7汽提，裂解汽油由塔釜送 出；塔顶分离出的裂解气经冷凝、冷却，返回油水气分离器5。裂解气经油水气分离器5分离，送往裂解气分离精制系统。第五节 裂解气的净化与分离烃类热裂解得到的裂解气是组成复杂的气体混合物，其中，有目的产 物乙烯、丙烯，又有副产物丁二烯、饱和烃以及对有机合成有害的杂质， 如一氧化碳、二氧化碳、炔烃、水和含硫化合物等。工业生产中，为了获取纯度单一烃或烃的馏分，必须对裂解气进行分 离和提纯。裂解气分离的方法有多种。目前，工业上主要采用的是深冷分 离法和油吸收精馏分离法。1. 深冷分离法深冷分离法是应用最广泛的裂解气分离方法。其原理是利用裂解气中 各组分的相对挥发度不同，在低

27、温下将裂解气中除了甲烷和氢以外的其他 烃全部冷凝下来，然后采用精馏的方法，将各种烃逐一分离。深冷分离法 技术指标先进，产品收率高，质量好，但投资较高，流程复杂，动力设备 多，需大量的低温合金钢，适用于加工精度高的大工业生产。2. 油吸收法 油吸收法的原理是利用裂解气中各组分在某种吸收剂中的溶解度不 同，用吸收剂吸收出氢和甲烷以外的其他组分，然后用精馏的方法在把各 组分从吸收剂中逐一分离。该法流程简单，动力设备少，仅需少量合金钢， 投资少，但经济技术指标和产品纯度较差，适用于中小型石油化工企业。 一、裂解气的净化工艺裂解气分离前必须进行净化处理。净化过程包括裂解气的压缩、酸性 气体的脱除、脱炔、

28、脱一氧化碳、脱除水分等。1. 裂解气的压缩裂解气中的许多组分的沸点很低，在常温常压下是气体。如果在常压 下将这些组分冷凝分离，需要很低的温度，大大增加冷量的消耗，对设备 的耐低温要求也很高，经济上不合理。为使经济合理，减少冷量和低温材 料消耗，必须使各组分沸点升高。根据物质沸点随压力升高的规律，需要 对裂解气进行压缩，以提高其沸点。裂解气是一种易燃易爆的气体，要求压缩过程要有良好的密封，采取 正压操作，防止空气漏人。压缩流程如图4-12所示。底站水*离图412 裂解气压流程图1分离罐 2 碱洗塔3 干燥器4脱丙烷塔 IV5段压缩机2. 酸性气体的脱除 裂解气中的酸性气体，主要是二氧化碳和硫化氢

29、。这些酸性气体的存 在，对裂解气的分离和利用危害很大，不仅会使催化剂中毒，还会腐蚀和 堵塞管道，影响正常生产，必须除去。工业生产中，一般采用吸收法脱除酸性气体。常用的吸收剂有 NaOH 和乙醇胺。酸性气体含量少的裂解气，多采用NaOH吸收（即碱洗）；酸性 气体含量较多的裂解气，采用乙醇胺法。碱洗法的工艺过程如图4-13。图413 裂解气碱洗工艺流程图1碱洗塔 2脱气槽3. 脱水（深度干燥） 裂解气中的水分是急冷和碱洗时带人的。在低温下水分会凝结成冰， 还会与烃类物质生成水合物质的结晶。形成的冰和水合物结晶，黏结在设 备和管壁上，轻则增加动力消耗，重则堵塞管道和设备，产生局部冻塔， 从而影响操作

30、的稳定。除去水分的方法有多种，现在广泛采用、效果较好的是以分子筛为吸 附剂的固体吸附法。分子筛脱水的工艺过程如图4-14。0丫图4T4裂解咒脱水工艺流理1 一攥作子燥辭；亠再生于嫦弼涯分吗冬： CH2 2 2 2 4加氢脱乙炔的工艺流程如图4-15 。图415 催化加氢脱炔及再生流程1加氢反应器 2再生反应器 3绿油吸收塔 4再生气洗涤塔 根据加氢脱乙炔过程在裂解分离流程中所处的位量不同，可分为前加 氢和后加氢两种。前加氢和后加氢是以在脱甲塔前后进行加氢为分界的。 前加氢，是在脱甲烷之前进行选择催化加氢脱乙炔。加氢馏分可为裂解气 全馏分H、C、C、C馏分，或H、C、C馏分。加氢馏分中含有氢，2

31、 l 2 3 2 l 2 不需外加氢气，因此，前加氢叫做自给加氢。后加氢是裂解气经脱甲烷和 氢气之后，将c2、c3馏分用精馏塔分开，然后分别对此二烃馏分进行选择 催化加氢脱炔。显然，被加氢的气体屮已不含氢气组分，需外部加人氢气。 从能量的利用和流程的繁简来看，前加氢流程是有利的。因为加氢时所需 氢气可由裂解气自给，但由于氢气过量很多，需采用高度选择性的催化剂， 否则乙烯的损失就会增加。而且，前加氢并不能完余除去裂解气中所含的 丙炔和丙二烯。后加氢的氢气按需加入，加氢选择性高，乙烯几乎没有损 失，同时加氢气体中（c2或c3馏分）杂质少，催化剂使用周期长，产品纯 度也高。但能量利用和流程布局都不及

32、前加氢法。下面粗略地将前后加氢作一比较，见表42所示表42前加氢和后加氢的优缺点iMlAZk前bu轧:节均冲uh朴开车扯快ft厳障科卜肌杠弋播需加人，讯戟遠祥杠齐，乙擁儿乎juttite；3餘叫弋申杂展*.就忆刑債冊出期恆F nFAttdt*点站相催圮士静豪G、Ci甲擁侄 Pth群挣融辑用不曲埋5. 脱一氧化碳裂解气中还含有少量的CO,它是裂解过程中稀释水蒸气与结炭的水 煤气反应而生成的：HO + C CO + H2 2裂解气中少量的CO带入富气中，会引起加氢催化剂中毒，另外，一 旦掺入产品乙烯中,则聚合后影响聚乙烯的电性能,所以裂解气在分离前, 必须把少量的CO除去。工业上除去CO的方法，主

33、要是甲烷化法，即催化加氢法。就是使少量 CO与气流中的H发生反应转化为CH。甲烷化反应的流程如图4-16所示。24t-ifi甲烷化反应藏畀小住阳一便峻式用皿澀匸2抑建?T 3%議題莽：4-超辔护5-岛压就汽損琳器；G於ftJlK二、裂解气的分离工艺裂解气分离是典型的多组分分离过程。一个合理的分离流程，对于减 少费用、降低成本、提高产品质量、保证安全生产是非常重要的。图417是深冷分离流程示意图。从图中可看出，裂解气深冷分离的工艺包括三部分： 气体净化系统；压缩和深冷系统；精馏分离系统。图 417 深冷分离一般方案流程示意图1裂解气分离流程根据裂解气净化、精馏在流程中的位置的不同，即按裂解气组分

34、的分 离程序先后，裂解气深冷分离有多种方案。工业上，常用的有顺序分离流 程、前脱乙烷流程、前脱丙烷流程。 顺序分离流程顺序分离流程就是将裂解气按含碳原子数的多少，由轻到重逐一分离， 其流程如图 418 所示。14-IS裂解气顾庁-介离匸艺流理1-13段压编辄；2洗塔+ A-4 . 5段压缩执：A脱水器；一冷縉：&脱屮烷塔e 7第一悦己烷塔才8 -第二朋甲烷堪小 乙烯塔；5脱诀 反应器* 11 -脱I旳烷塔扌诃一第二服乙搅塔；13-丙潇塔 14 一脫丁烷塔裂解气经三段压缩后，进人碱洗塔2 脱去硫化氢和二氧化碳等酸性气 体；然后再进行4、5 段压缩机，压缩后的裂解气进人脱水器4 除去水分； 经过冷

35、箱的多级冷冻后进人脱甲烷塔 6。脱甲烷塔塔顶的甲烷和氢气经节 流膨胀进入冷箱5，回收部分冷量并提纯氢气，氢气用作后加氢脱炔器的 原料，甲烷作为燃料引出；脱甲烷塔釜液馏分进入第一脱乙烷塔7。在第 一脱乙烷塔7,塔顶C2馏分进人脱炔反应器10,使裂解气中的乙炔转化为 乙烯和乙烷，加氢后的C2馏分进入第二脱甲烷塔8。第二脱甲烷塔8将C2 馏分中的甲烷和氢气由塔顶脱出，返回压缩机进行回收；塔釜的c2馏分进 人乙烯塔9。主要舍有乙烯和乙烷的C2馏分经乙烯塔精馏，塔顶得到高纯 度乙烯产品，塔釜的乙烷作为裂解原料送回裂解炉。第一脱乙烷塔7塔釜的q及其重馏分送人脱丙烷塔11,塔顶分离出 c3馏分，经脱炔反应器

36、10脱除其中的丙炔和丙二烯，然后送人第二脱乙烷 塔12；塔釜C及其以上的重馏分送脱丁烷塔14。在第二脱乙烷塔12,脱 4去加氢带人的 C3 以下的馏分后，送压缩机回收；塔釜馏分送入丙烯塔 13 进行精馏。丙烯塔13塔顶得到高纯度丙烯产品，塔釜为丙烷馏分。脱丙烷塔11塔釜的C及以上馏分送脱丁烷塔14,脱丁烷塔14塔顶可4得C馏分；塔釜得到C及其以上馏分，可分别送往其他工序处理。45 前脱乙烷分离流程该流程以乙烷和丙烯为分离界限，先将裂解气分离成两部分。一部分 是轻组分，即乙烷及比乙烷轻的组分（包括氢、甲烷、乙烯、乙烷；）另一 部分是重组分，即丙烯及比丙烯重的组分（包括丙烯、丙烷、丁烯、丁烷 和碳

37、五以上的烃类）。而后再将这两部分各自进行分离，流程如图 419 所示。图1-19裂解V前脱乙烷艺流程1 1*3段圧缩机；3礙洗塔；g 段压縮机* 4屈水翩：匚，掘&烷塔; 石脱快反应器I ?脱甲烷塔;冷帮；*乙烯塔；山-商忌蔑出塔扌H-脱丙烷塔；賞一丙潇塔+山一脱丁烷塔裂解气经三段压缩后，进人碱洗塔 2，在碱洗塔脱去硫化氢和二氧化 碳等酸性气体，然后再进入4、5 段压缩机压缩。压缩后的裂解气部分进入 脱水器4除去水分；部分送往高压蒸出塔10,将部分q及以上馏分由塔釜 馏出。经脱水器4脱除水分后的裂解气进入脱乙烷塔5, C2馏分由塔顶分 出，经脱炔反应器6进行加氢，将裂解气中的乙炔转化为乙烯和乙

38、烷，加 氢后的C2馏分进人脱甲烷塔7。在脱甲烷塔C2馏分中的甲烷和氢气由塔顶 蒸出,经节流膨胀迸人冷箱 8,回收部分冷量并提纯氢气,而后作为后加 氢的原料，甲烷作为燃料引出；脱甲烷塔釜C2馏分进入乙烯塔9精馏，乙 烯精馏塔顶得到高纯度乙烯产品，塔釜的乙烷作为裂解原料送回裂解炉。脫乙烷塔5塔釜液和高压蒸出塔10塔釜液（C3及以上憎分），送人脫 丙烷塔11进行分离。脫丙烷塔顶分离出的C3憎分,，进人丙烯塔12精憎。 丙烯精馏塔顶得到高纯度丙烯产品；塔釜得到丙烷馏分。脫丙烷塔11塔釜的C及以上憎分，送人脫丁烷塔13分离。脫丁烷塔 4顶得C憎分；塔釜得到的C及以上憎分分别送往其他工序处理。 45高压蒸

39、出塔10塔顶分离出的c2及以下憎分送回压缩机，再次进行分 离。 前脱丙烷分离流程 该流程以丙烷和丁烯为分离界限，先将裂解气分离成两部分：一部分 是轻组分，即丙烷及比丙烷轻的组分（包括氢、甲烷、乙烯、乙烷、丙烯 丙烷）；一部分是重组分，即丁烯及比丁烯重的组分（包括丁烯、丁烷和碳 五以上的烃）。而后再将这两部分各自逆行分离，流程如图420所示。图4-20裂解弐前脱丙烷工艺流程1 13段压館机|洗幣、3脱水塔*巾一脱丙烷塔：5-脱丁烷塔；弘-仁5段压编机*脱快反应裾， 烷塔p 10脱乙烷塔；I】一乙晞塔；丙嫦琳裂解气经三段压缩后进人碱洗塔 2，在碱洗塔脱去硫化氢和二氧化碳 等酸性气体，然后再进入脱水

40、塔3除去水分。脱除水分的裂解气进人脱丙 烷塔4, C3及以下憎分由脫丙烷塔顶憎出，经4、5段压缩机压缩后，进入 脱炔反应器7进行加氢反应。加氢脱炔后的馏分进人冷箱8 冷却，再经多 级压缩后送人脱甲烷塔9分离。在脱甲烷塔9，塔顶的甲烷和氢气经膨胀 进人冷箱，回收部分冷量并提纯氢气，作后加氢脱炔器的原料，甲烷作为 燃料引出；脫甲烷塔釜憎分进人脫乙烷塔10分离。脫乙烷塔顶憎出的c2 馏分送人乙烯塔11，乙烯塔顶得到高纯度的乙烯产品；塔釜的乙烷作裂解 原料送回裂解炉。脫乙烷塔釜憎出的C3憎分送入丙烯塔12,丙烯塔顶得到 高纯度丙烯产品；塔釜的丙烷送出。脱丙烷塔4塔釜憎出的C及以上的憎4分，经脫丁烷塔5精憎，分别由塔顶、塔釜得到C憎分和C及以上憎分，45分别送往其他工序处理。三种流程的比较： 比较上述三种流程，其既有共同点，也有不同之处，总结如下。 共同点： 先将不同碳原子数的烃分开，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。不同碳原子数的烃沸点差较大，而同一碳原子数的烯烃和烷烃沸点差 小。所以不同碳原子数的烃分离容易，