裂解氣深冷分離流程青島科技大學(xué)課程網(wǎng)站

1、第一章烴類(lèi)熱裂解第四節(jié)裂解氣深冷分離流程、深冷分離流程1、三種深冷分離流程問(wèn)題1：深冷分離流程包括哪些如何定義他們的共同點(diǎn)和不同點(diǎn)各是什么問(wèn)題2：畫(huà)出順序流程示意圖，并作簡(jiǎn)要流程敘述。典型的深冷分離流程，主要有順序分離流程、前脫乙烷流程和前脫丙烷流程三種，以 下分別介紹這三種流程。(1) 順序分離流程：按碳原子的個(gè)數(shù)從低到高的順序用精餾塔逐個(gè)分開(kāi)的分離流程圖1-34順序深冷分離流程1-堿洗塔；2-干燥塔；3-脫甲烷塔；4-脫乙烷塔；5-乙烯塔；6-脫丙烷塔;7-脫丁烷塔；8-丙烯塔；9-冷箱；10-加氫脫炔反應(yīng)器；11-綠油塔乙烯乙烷順序分離流程見(jiàn)圖1-34，裂解氣經(jīng)過(guò)離心式壓縮機(jī)壓縮后，送入

2、堿洗塔，脫去硫化氫、二氧化碳等 酸性氣體。堿洗后的裂解氣經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)去干燥器脫水，干燥后的裂解氣在前冷箱中分離出富氫氣體，再進(jìn)入脫甲烷塔，塔頂脫去甲烷餾分，塔底的液體是C2以上餾分，進(jìn)入脫乙烷塔，脫乙烷塔的塔頂分出C2餾分，塔底的液體為C3以上餾分。從脫乙烷塔塔頂出來(lái)的C2餾分經(jīng)過(guò)換熱升溫，進(jìn)行氣相加氫脫乙炔氣，脫乙炔以后的 氣體進(jìn)入綠油塔，在綠油塔內(nèi)用乙烯塔來(lái)的側(cè)線餾分洗去綠油，干燥，然后送去乙烯塔。脫乙烷塔塔底的液體進(jìn)入脫丙烷塔，在塔頂分出C3餾分，塔底的液體為C4以上餾分，液體里面含有二烯烴，易聚合結(jié)焦，所以脫丙烷塔塔底溫度不宜超過(guò)一百度，并且必須加入 阻聚劑。為了防止結(jié)焦堵塞，脫丙烷塔一

3、般有兩個(gè)再沸器，以便輪換檢修使用。脫丙烷塔塔頂蒸出的C3餾分，里面含有丙炔和丙二烯，進(jìn)入加氫脫炔反應(yīng)器，加氫脫 除丙炔和丙二烯，然后進(jìn)入綠油塔，脫除加氫帶入的甲烷、氫氣，再進(jìn)入丙烯塔進(jìn)行精餾， 丙烯塔的塔頂蒸出純度為 %的丙烯產(chǎn)品，丙烯塔的塔底液體為丙烷餾分。脫丙烷塔的塔底液體進(jìn)入脫丁烷塔，在脫丁烷塔內(nèi)分成C4餾分和C5以上餾分，C4餾分和C5以上餾分分別送往下道工序，進(jìn)一步分離加工和利用。(2) 前脫乙烷分離流程：是以乙烷和丙烯為分離界限，將輕組分例如氫氣、甲烷、乙烯、乙烷等，和重組份例如丙烯、丙烷、丁烯、丁二烯、丁烷和C5以上組分等在第一個(gè)精餾塔內(nèi)首先分開(kāi)的分離流程。前脫乙烷分離流程示意圖

4、見(jiàn)圖1-35，裂解氣經(jīng)過(guò)壓縮、堿洗、干燥等工序之后，在(36atm) 左右首先進(jìn)入脫乙烷塔。脫乙烷塔塔底出來(lái)的是C3以上的重組分，進(jìn)入脫丙烷塔。脫乙烷塔塔頂出來(lái)的是C2以上的輕組分，這股物流先送去加氫，然后再進(jìn)入脫甲烷塔。脫甲烷塔塔頂出來(lái)的甲烷、氫氣在冷箱中進(jìn)行分離；脫甲烷塔塔底出來(lái)的C2餾分，則在乙烯塔中分離成乙烯和乙烷。脫乙烷塔的塔底液體依次進(jìn)入脫丙烷塔、脫丁烷塔、丙烯塔等，分離成丙烯、丙烷、 C4餾分和C5以上餾分。前脫乙烷分離流程的特點(diǎn)：由于脫乙烷塔的操作壓力比較高， 這樣勢(shì)必造成塔底溫度升高， 結(jié)果可使塔底 溫度高達(dá)80100C以上，在這樣高的溫度下，不飽和重質(zhì)烴及丁二烯等，容易聚合

5、 結(jié)焦，這樣就影響了操作的連續(xù)性。重組份含量越多，這種方法的缺點(diǎn)就越突出。(3) 前脫丙烷分離流程： 是以丙烷和丁烯為分離界限， 輕組分例如氫氣、 甲烷、 乙烯、乙烷、 丙烯、丙烷等，和重組份例如丁烯、丁二烯、丁烷和 C5以上組分等在第一個(gè)精餾塔內(nèi)首先 分開(kāi)的分離流程。前脫丙烷分離流程示意圖見(jiàn)圖 1-36。裂解氣經(jīng)過(guò)三段壓到 (約為，經(jīng)堿洗、干燥等工 序之后，冷卻到-15攝氏度，進(jìn)入脫丙烷塔，C4以上餾分從脫丙烷塔塔底分出，然后進(jìn)入 脫丁烷塔，分離成C4餾分和C5以上餾分。脫丙烷塔塔頂出來(lái)的C3以下輕組分，進(jìn)入壓縮機(jī)四段，壓縮升壓到，進(jìn)入加氫脫炔反 應(yīng)器，然后送往冷箱。在冷箱中分離出富氫氣體，

6、其余餾分進(jìn)入脫甲烷塔，甲烷餾分從脫 甲烷塔的塔頂蒸出來(lái)，脫甲烷塔的塔底液體送到脫乙烷塔。在脫乙烷塔C2餾分和C3餾分分離開(kāi)，塔頂出來(lái)的 C2餾分至乙烯塔中分離成乙烯和乙烷。C3餾分在丙烯塔中分離成丙 烯和丙烷。前脫丙烷分離流程的特點(diǎn)：C2以上餾分不進(jìn)行壓縮，減少了聚合現(xiàn)象的發(fā)生，節(jié)省了壓縮功，減少了精餾 塔和再沸器的結(jié)焦現(xiàn)象，適合于裂解重質(zhì)油的裂解氣分離。2、三種深冷分離流程的比較上述三種深冷分離流程，比較起來(lái)，有共同之處，也有不同之處，各有優(yōu)缺點(diǎn)。三種流程的共同點(diǎn)：(1)先將不同碳原子數(shù)的烴類(lèi)分開(kāi)，再分離同一碳原子數(shù)的烯烴和烷烴，采取先易后難的分 離順序。表1-29低級(jí)烴類(lèi)的主要物理常數(shù)名稱(chēng)

7、分子式沸點(diǎn)，攝氏度臨界溫度，度臨界壓力MPa氫H2-252. 5-239. 81.307一氧CO-191. 5-140. 23. 496化碳甲烷CH4-161. 5-82. 34. 641乙烯C2H4-103. 89. 75. 132乙烷C2H6-88. 633. 04. 924乙炔C2H2-83. 635. 76. 242丙烯C3H6-47. 791.44. 600丙烷C3H8-42. 0796. 84. 306異丁烷i-C4H10-11.71353. 696異丁烯i-C4H8-6. 9144. 74. 002丁烯C4H8-6. 261464. 0181, 3-C4H6-4. 41524.

8、356丁二烯止烷n-C4H10-0. 50152. 23. 780順-2-C4H83. 71604. 204丁烯反-2-C4H80. 91554. 102丁烯從表1-29的沸點(diǎn)數(shù)據(jù)可以看出，不同碳原子數(shù)的烴類(lèi)沸點(diǎn)相差比較大， 而同一碳原子數(shù)的烯烴和烷烴沸點(diǎn)相差比較小。所以不同碳原子數(shù)的烴類(lèi)分離容易，而相同碳原子數(shù)的烴類(lèi)分離比較困難。例如，C1和C2、C2和C3的分離比較容易；而乙烷和乙烯、丙烷和丙烯的分離是比較困難的。(2)最終出產(chǎn)品的乙烯塔和丙烯塔并聯(lián)安排，并且排在最后，作為二元組分精餾處理。I這種流程安排方法，物料比較單純，容易保證產(chǎn)品純度。II并聯(lián)安排，相互干擾比串聯(lián)安排要少一些，有利于

9、穩(wěn)定操作，有利于提高產(chǎn)品 質(zhì)量。III乙烯塔和丙烯塔的塔底液體是乙烷和丙烷， 都是中間產(chǎn)物，不是作為裂解原料， 就是作為燃料，質(zhì)量要求不嚴(yán)格，流量又比較小，這樣，就能保證塔頂產(chǎn)品乙烯 和丙烯產(chǎn)品質(zhì)量。(創(chuàng)造了有利條件。)三種流程的不同點(diǎn)：(1)精餾塔的排列順序不同：順序分離流程是按組份碳原子數(shù)順序排列的，其順序?yàn)椋?)脫甲烷塔2)脫乙烷塔3)脫丙烷塔；即順序分離流程中的 C1、C2、C3逐個(gè)脫除，按順序分離。排列順序簡(jiǎn)稱(chēng)為1 23前脫乙烷流程的排列順序是 2 1 3 。前脫丙烷流程的排列順序是 3 1 2 。(2) 加氫脫炔的位置不同：在脫甲烷塔之前進(jìn)行加氫脫炔的稱(chēng)為前加氫；在脫甲烷塔之后進(jìn)行

10、加氫脫炔的稱(chēng)為后 加氫。圖 1-35(P74) 前脫乙烷深冷分離流程和圖 1-36(P74) 前脫丙烷深冷分離流程都是采用 前加氫脫炔流程。前加氫的原料氣中就含有氫氣，不需要外加氫氣，可以使流程簡(jiǎn)化。但是加氫用的氫 氣用量不能控制，加氫氣體中的組份也比較復(fù)雜。圖 1-34(P73) 順序深冷分離流程是采用后加氫脫炔流程。(3) 冷箱位置不同：在脫甲烷塔系統(tǒng)中有些冷凝器、換熱器和氣液分離罐的操作溫度非常低，為了防止散 冷，減少與環(huán)境接觸的表面積，把這些冷設(shè)備集裝在一起成箱，就稱(chēng)為冷箱。比較三個(gè)流程圖可以看出，圖 1-34 的順序分離流程和圖 1-36 的前脫丙烷流程的冷箱 是在脫甲烷塔之前。 而

11、在圖 1-35 的前脫乙烷流程的冷箱是在脫甲烷塔之后。 冷箱在脫甲烷 塔以前的稱(chēng)“前冷流程” ，冷箱在脫甲烷塔之后的稱(chēng)“后冷流程” 。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，上述三種流程的冷箱中位置，可以放在脫甲烷塔以前，也可以放在脫甲烷塔之后。關(guān)于前、后冷流程的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，在討論脫甲烷塔的操作條件時(shí)再作論述。上述三種流程是有代表性的深冷分離流程，各有優(yōu)缺點(diǎn)，三種流程的優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)下表。表1-31塔的操作條件與相對(duì)揮發(fā)度分離塔關(guān)鍵組分操作條件平均相對(duì)揮發(fā)度輕重溫度,攝氏度壓力MPa塔頂塔釜脫甲CH4C2H4-966烷塔脫乙C2H6C3H6-1276烷塔脫丙C3H8i-C4H10470烷塔脫丁C4H10C5H12烷塔乙烯塔C

12、2H4C2H6-70-49丙烯塔C3H6C3H82635、脫甲烷塔及操作條件在深冷分離流程中，脫甲烷塔過(guò)程也就是脫甲烷塔系統(tǒng)是裂解氣分離的關(guān)鍵，乙烯塔 和丙烯塔是出產(chǎn)品的，也是很重要的。因?yàn)槊摷淄樗囟茸畹?，工藝?fù)雜，原料預(yù)冷和脫甲烷塔系統(tǒng)在整個(gè)分離過(guò)程中，冷 量消耗最大，也就是冷量消耗占的比重最大。有的資料提出，甲烷塔系統(tǒng)消耗冷量占分離 部分總冷量消耗的42%由于脫甲烷塔的操作效果對(duì)產(chǎn)品（乙烯、丙烯）回收率、純度以及經(jīng)濟(jì)性的影響最大， 所以在分離設(shè)計(jì)中，對(duì)于工藝的安排、設(shè)備和材質(zhì)的選擇，都是圍繞脫甲烷塔系統(tǒng)考慮的。裂解氣中氫氣、甲烷最輕，沸點(diǎn)也最低，為了能分離出裂解氣中的乙烯、丙烯等組份，

13、得到合格產(chǎn)品乙烯、丙烯，首先要脫去氫氣和甲烷。脫甲烷塔的任務(wù)就是將裂解氣中氫氣、甲烷以及其它惰性氣體與C2以上組份進(jìn)行分離，脫甲烷塔的關(guān)鍵組份是甲烷和乙烯。在脫甲烷塔系統(tǒng)中，要求塔頂產(chǎn)品中少含乙烯，塔底產(chǎn)品中少含甲烷及惰性氣體。塔頂產(chǎn)品中少含乙烯，是為了減少乙烯的損失；塔底產(chǎn)品中少含甲烷及惰性氣體，是為了保 證產(chǎn)品乙烯的純度和分離精度。脫甲烷塔的分離溫度比較低，一般在-100攝氏度左右。在冷量消耗上則要求盡可能地對(duì)于氣液兩相的平衡系統(tǒng)，根據(jù)相律 F=C-P+2 個(gè)有C組份的多元系統(tǒng)，系統(tǒng)的自 由度等于C。在脫甲烷塔塔頂?shù)牟僮鳁l件下，當(dāng)組成規(guī)定以后（例如乙烯在尾氣中的損失 等），可以自由變化的參

14、數(shù)只有1個(gè)，溫度或壓力，壓力確定之后，溫度就不能任意變化了。 那么怎樣選擇脫甲烷塔的操作溫度和操作壓力呢工業(yè)生產(chǎn)上脫甲烷過(guò)程有高壓法與低壓法 之分。1低壓法:低壓法分離效果好，乙烯收率高，操作條件為：壓力 （約1825atm）,塔頂溫度-140攝氏度左右，塔底溫度-50攝氏度左右100a ,度發(fā)揮對(duì)相o ooo O8 543 2,08 5塔底3211236 810203040塔壓，大氣壓圖1-37壓力對(duì)C °/C相對(duì)揮發(fā)度的影響（1 大氣壓=0.1013MPa）由圖1-37可以看出，甲烷與乙烯的相對(duì)揮發(fā)度a隨著操作壓力的增高而降低：操作壓力高, 甲烷與乙烯的相對(duì)揮發(fā)度 a就比較低；相

15、反，操作壓力比較低，甲烷與乙烯的相對(duì)揮發(fā)度 a就比較咼。由于低壓法脫甲烷塔的操作壓力比較低，甲烷與乙烯的相對(duì)揮發(fā)度a比較大，分離效 果比較好。由于操作溫度比較低，乙烯回收率比較高，因此對(duì)于含氫氣和甲烷比較多的裂解氣也能分離。適用范圍比較寬。雖然要用到低溫級(jí)的制冷劑，但是分離比較容易，回流 比比較小，每噸乙烯的能量消耗并不大，低壓法的能量消耗僅為高壓法的70%多一點(diǎn)。雖然低壓法的能耗比較低，但是低壓法也有缺點(diǎn)，例如要用到耐低溫的鋼材、多一套 甲烷制冷系統(tǒng)、流程比較復(fù)雜等。2.高壓法高壓法的脫甲烷塔塔底溫度為-96攝氏度左右，不必采用甲烷制冷系統(tǒng)，只需要用液 態(tài)乙烯制冷劑就可以。由于脫甲烷塔塔頂氣

16、體產(chǎn)物（尾氣）壓力比較高，可借助脫甲烷塔塔頂?shù)母邏簹怏w的 自身節(jié)流膨脹來(lái)獲得額外的降溫，這種降溫方法比甲烷冷凍系統(tǒng)要簡(jiǎn)單一些（流程簡(jiǎn)單、 設(shè)備也簡(jiǎn)單）。另外，提高壓力可縮小精餾塔的體積（塔徑），所以從總投資和材質(zhì)的要求 來(lái)看，高壓法是比較有利的。從上述兩種方法的比較來(lái)看，高壓法和低壓法各有優(yōu)缺點(diǎn)，工業(yè)生產(chǎn)上兩種方法都有 采用。表1-32列出了幾個(gè)脫甲烷塔的操作條件。表1-32脫甲烷塔操作條件B1400/2200324072-916S1100/1600332962-967表中兩個(gè)廠的脫甲烷塔都是前冷，有4股進(jìn)料。但是由于B塔的回流比比較小和有中間再沸器，所以塔板數(shù)比S塔的多10塊塔板。脫甲烷塔的

17、塔頂產(chǎn)品是氣相產(chǎn)品，主要甲烷和氫氣，他們?cè)谒數(shù)牟僮鳁l件（溫度、 壓力）下，是不能全部冷凝下來(lái)的，因此脫甲烷塔與一般的精餾塔是不相同的，一般的精 餾塔塔頂產(chǎn)品都可以全部冷凝下來(lái)，脫甲烷塔的塔頂產(chǎn)品含有不凝氣甲烷和氫氣，所以塔 頂回流的液體組成與氣相產(chǎn)品的組成是不同的，這就是脫甲烷塔的特點(diǎn)。也是脫甲烷塔的 特殊性。三、乙烯塔和丙烯塔（自己看）（一）乙烯塔C2餾分經(jīng)過(guò)加氫脫炔之后，進(jìn)入乙烯塔進(jìn)行精餾，塔頂?shù)玫揭蚁┊a(chǎn)品，塔底產(chǎn)品為乙乙烯塔的塔頂產(chǎn)品為乙烯，乙烯的純度要求要達(dá)到聚合級(jí)。因此乙烯塔設(shè)計(jì)和操作的 好壞，對(duì)乙烯產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量有很大的關(guān)系。乙烯塔的操作溫度比脫甲烷塔的操作溫度 要高一點(diǎn)，冷量

18、消耗占總制冷量的比例也很大，約占3844%消耗的冷量對(duì)產(chǎn)品的成本有較大的影響。乙烯塔在深分離裝置中是一個(gè)比較關(guān)鍵的塔。1. 操作條件:表1-33是乙烯塔的操作條件，從表中可以看出，乙烯塔的操作條件大體上可以分成兩類(lèi)，一類(lèi)是低壓法，塔的操作溫度比較低；另一類(lèi)是高壓法，塔的操作溫度比較高。表1-33乙烯塔操作條件廠別塔徑實(shí)際塔板數(shù)塔壓MPa溫度回 流 比精餾段提餾段合計(jì)塔頂塔釜LBSY13003400230018004190798429293032701191091161. 92. 01. 9-70-32-29-30-49-8-5-72. 44. 54. 7乙烯塔的進(jìn)料中，乙烯和乙烷占有以上，所以

19、乙烯塔可以看作是二元精餾系統(tǒng)。根據(jù) 相律，乙烯和乙烷二元?dú)庖浩胶庀到y(tǒng)的自由度為2。如果規(guī)定了塔頂乙烯的純度（根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量要求來(lái)規(guī)定塔頂乙烯純度），那么在操作溫度和操作壓力兩個(gè)因素中只能規(guī)定一個(gè)， 如果規(guī)定了精餾塔的操作壓力，相應(yīng)的操作溫度也就確定了。關(guān)于操作壓力、操作溫度以a ,度發(fā)揮對(duì)相烷乙烯乙2.62.42.22.01.81.61.41.2-100-80-60-40-20溫度，°C圖1-38乙烯乙烷的相對(duì)揮發(fā)度(1 大氣=0.1013MPa)從圖1-38可以看出，隨著操作壓力的增加，乙烯和乙烷的相對(duì)揮發(fā)度將減?。浑S著操作溫度的增加，乙烯和乙烷的相對(duì)揮發(fā)度也減小。相對(duì)揮發(fā)度減小以后

20、，為了保證產(chǎn)品的分離純度，就要增加精餾塔的理論塔板數(shù)，或者增加精餾塔的回流比。壓力對(duì)回流比和理 論塔板數(shù)的影響見(jiàn)圖1-39。圖1-39(P77)的計(jì)算基準(zhǔn)為：乙烯：乙烷=1:1 ;乙烯回收率為98%乙烯純度為9899%由此可見(jiàn)，操作壓力對(duì)相對(duì)揮發(fā)度有較大的影響，一般可以采取降低操作壓力的辦法 來(lái)增大相對(duì)揮發(fā)度，從而使精餾塔的塔板數(shù)和回流比降低。操作壓力降低以后，精餾塔的 操作溫度也降低，因而需要制冷劑的溫度級(jí)位低，對(duì)精餾塔的材質(zhì)有比較高的要求，從這 些方面來(lái)看，操作壓力低是不利的，還是高一些好。操作壓力的選擇還要考慮乙烯的輸送壓力，如果乙烯產(chǎn)品有比較高的輸送壓力，則乙 烯塔不能選用低壓法操作，

21、如果乙烯塔選擇低壓法操作，就要為產(chǎn)品再壓縮或增加壓力而 耗費(fèi)功率，還要增加低溫設(shè)備，因此應(yīng)當(dāng)采用高壓法，而不要采用低壓法。綜上所述，乙烯塔的操作壓力特別要經(jīng)過(guò)詳細(xì)的考慮，一般要經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)的比較。般情況也可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定。乙烯塔操作壓力的確定可有下列因素來(lái)決定：制冷的能 量消耗、設(shè)備投資、產(chǎn)品乙烯的輸送壓力以及脫甲烷塔的操作壓力等因素來(lái)決定的根據(jù)綜合比較來(lái)看，高壓法和低壓法消耗動(dòng)力接近相等，高壓法雖然塔板數(shù)比較多， 但可以使用普通碳鋼，優(yōu)點(diǎn)多于低壓法，如果脫甲烷塔采用高壓法，則乙烯塔的操作壓力 也應(yīng)采用高壓法為好。7060504030201002. 乙烯塔的改進(jìn)N數(shù) 板 塔塔-70-65-6

22、0-55-50溫度，°C圖1-40乙烯塔溫度分布乙烯塔沿著塔板的溫度分布和組成分布并不是線性關(guān)系。圖1-40是乙烯塔溫度分布的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)。進(jìn)料板在第29塊塔板，由圖中可以看出，精餾段靠近塔頂?shù)乃鍦囟茸兓苄。?而在提餾段各塔板的溫度變化較大。溫度分布曲線反映了組成分布的情況。在提餾段溫度 變化很大，說(shuō)明了乙烯在提餾段中沿塔板向下，乙烯的濃度下降很快；而在精餾段沿塔板 向上，溫度下降很少，即乙烯濃度增大比較慢。因此乙烯塔與脫甲烷塔不同，乙烯塔要求 精餾段塔板數(shù)比較多，回流比也比較大。乙烯塔的精餾段要求有較大的回流比，但是提餾段要求的回流比不大。因此，近年來(lái)1-41（，采用中間再沸器

23、（或理解成中間換熱器、中間加熱器）的辦法來(lái)回收冷量，見(jiàn)圖 這種方法可以節(jié)省冷量約17%（占整個(gè)乙烯塔冷量的17%，這是乙烯塔的一個(gè)改進(jìn)例如，乙烯塔的操作壓力為，塔底溫度為-5攝氏度，可以用丙烯蒸汽作為再沸器的熱源，這樣即可以將丙烯蒸汽冷凝成為丙烯液體，又可以回收了塔底的冷量。中間再沸器引出物料的溫度可達(dá)到-23攝氏度，用它可以冷卻分離裝置中的一些物料，相當(dāng)于回收了 -23攝氏度溫度級(jí)的冷量乙烯進(jìn)料中經(jīng)常含有少量甲烷，在分離過(guò)程中，甲烷幾乎全部進(jìn)入塔頂產(chǎn)品中，這樣 必然要影響塔頂乙烯產(chǎn)品的純度，所以乙烯的進(jìn)料在進(jìn)入乙烯塔之前要進(jìn)入設(shè)置的第二脫 甲烷塔，先脫去甲烷，然后再作為乙烯塔的進(jìn)料。近年來(lái)，

24、深冷分離流程不再設(shè)置第二脫 甲烷塔，在乙烯塔的塔頂脫甲烷，在乙烯塔的精餾段出側(cè)線產(chǎn)品乙烯。一個(gè)精餾塔提到兩 個(gè)精餾塔的作用（稱(chēng)為復(fù)合塔），由于乙烯塔的精餾段回流比比較大，所以在乙烯塔的塔頂 脫甲烷可以借用乙烯塔的大量回流，這種方法比設(shè)置第二脫甲烷塔還要有利得多。既節(jié)省 了能量，又簡(jiǎn)化了流程。帶有中間再沸器和側(cè)線出產(chǎn)品的乙烯塔示意圖見(jiàn)圖1-41（ P78）（二）丙烯塔丙烯和丙烷餾分的分離是在丙烯塔中完成的， 塔頂?shù)玫奖┊a(chǎn)品，塔底得到丙烷餾分。 由于丙烯和丙烷的相對(duì)揮發(fā)度非常小， 丙烯塔在整個(gè)分離過(guò)程中塔板數(shù)最多、 回流比最大。 由于丙烯塔的操作壓力不同，精餾塔的操作條件也有比較大的出入。 表1

25、-34是丙烯塔的操 作條件。表1-34丙烯塔的操作條件廠別塔徑實(shí)際塔板數(shù)塔壓MPa溫度回流比精餾段提餾段合計(jì)塔頂塔釜L16006238100232515B450093721654150四、影響乙烯回收率諸因素（一）影響乙烯回收率的因素分析乙烯回收率二產(chǎn)物乙烯量/原料乙烯量*100%現(xiàn)在乙烯工廠的分離裝置，乙烯回收率的高低對(duì)工廠的經(jīng)濟(jì)性有很大的影響，塔是評(píng)價(jià)分離裝置是否先進(jìn)的一項(xiàng)重要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。1002.22112.0344.47冷箱2.259.8897.00壓縮脫甲烷塔脫乙烷塔107.28乙烯塔0.066%107.564 L一0.2840.40圖1-42乙烯物料平衡為了分析影響乙烯回收率的因

26、素，我們首先討論乙烯分離的物料平衡，見(jiàn)圖1-42由圖中可見(jiàn)，回收率為97%乙烯損失有四處：(1) 冷箱中尾氣(甲烷、氫氣)帶出的損失，占乙烯總量的%也就是說(shuō)，尾氣中的乙烯含量的大小，決定了乙烯損失率的大小;(2) 乙烯塔底產(chǎn)品(乙烷餾分)中帶出的損失，占乙烯總量的%(3) 脫乙烷塔塔底液體產(chǎn)品(C3以上餾分)中帶出的損失，占乙烯總量的 %(4) 壓縮機(jī)各段之間冷凝液體帶出的損失，約占乙烯總量的%總損失量，約占乙烯總量的3%正常操作(3) 項(xiàng)損失是很難避免的，而且損失量也比較小(占總損失量的%，因此影響乙烯回收率高低的關(guān)鍵是尾氣中乙烯的損失。影響尾氣中乙烯損失的主要因素是原 料氣的組成(C1/H

27、2)、操作溫度和操作壓力。1. 原料氣組成的影響:對(duì)于脫甲烷過(guò)程，可以看作是甲烷與乙烯的分離，氫氣等氣體可以看作是惰性氣體。惰性氣體的加入，會(huì)影響氣液相平衡，它們會(huì)降低分離產(chǎn)物的分壓。就好像分離是在低壓（降低壓力）下操作一樣，要想達(dá)到一定的分離純度，必須相應(yīng)降低操作溫度，或者提高 操作壓力。從另一角度講，在脫甲烷塔的塔頂由于氫氣和其它惰性氣體的存在，而降低了 C1的分壓，只有提高操作壓力或者降低操作溫度才能滿足塔頂露點(diǎn)的要求。這是有相平衡 決定的，并不取決于塔板數(shù)的多少和回流比的多數(shù)。%，量含烯乙中氣尾12103. 69Mpa4 143. 694 14-85-952.00.51.01.5C /

28、H 2摩爾比圖1-43尾氣中乙烯含量與C/H 2摩爾比關(guān)系因此在溫度與壓力條件一定的時(shí)候，原料氣中C1/H2摩爾比越小，尾氣中乙烯的損失就越大（這是因?yàn)?，原料氣中C1/H2摩爾比越小，惰性氣體把C1的分壓就降低的越厲害，就好像操作壓力很低一樣，這時(shí)如果不降低操作溫度，乙烯的損失量就必然很大。），反之則小。圖1-43中任何一條曲線都說(shuō)明了這個(gè)結(jié)論2. 壓力和溫度的影響由圖1-43（P79）可以看出，當(dāng)C1/H2摩爾比值一定的時(shí)候，增大壓力（操作溫度一定）或者降低溫度（操作壓力一定）都有利于減少尾氣中乙烯的損失，這種關(guān)系由圖 1-44（P79）可以明顯看出由圖 1-43 和圖 1-44 都可以明顯

29、看出：增大壓力（操作溫度一定 ）或者降低溫度 （操作壓 力一定） 都有利于減少尾氣中乙烯的損失， 從理論上好像非常容易解決， 只要降低溫度或者 增加壓力都可以減少尾氣中乙烯的損失，還實(shí)際上，事情并不是這么簡(jiǎn)單，增大壓力和降 低溫度都有一定的限度。升高壓力要受到以下因素的限制： 壓力增大，能降低甲烷與乙烯的相對(duì)揮發(fā)度（見(jiàn)圖 1-37, P75）,相對(duì)揮發(fā)度減小以后， 分離變的非常困難，要達(dá)到同樣的分離效果，就需要增加塔板數(shù)或者增加回流比，因此要 增加基建投資或者多消耗冷量。（2） 壓力增大，使甲烷難于從塔底液體中蒸出。由圖 1-37（P75） 可以看出，塔底的甲烷與乙 烯的相對(duì)揮發(fā)度 以塔頂?shù)囊?/p>

30、小一些， 因此增大操作壓力， 塔底的甲烷與乙烯的相對(duì)揮發(fā)度 過(guò)小，要保證甲烷由他迪充分蒸出來(lái)就非常困難。因此增加操作壓力要受到以上兩種因素的限制， 不能過(guò)分增加壓力， 一般當(dāng)壓力大于 的時(shí)候，就逐漸接近塔底組份的臨界壓力和臨界溫度，氣液兩相濃度相差很小，更難于進(jìn) 行分離。降低操作溫度要受到以下因素的限制：操作溫度越低，尾氣中乙烯損失就越少。但是塔頂溫度首先受到制冷劑水平的限制，用乙 烯做制冷劑時(shí)，為了保證它的安全操作，其最低蒸發(fā)溫度為 -101 攝氏度，考慮到傳熱設(shè)備 的效率和傳熱溫差，制冷溫度約為 -95 攝氏度，比蒸發(fā)溫度低 15攝氏度左右。如果要求更 低的制冷溫度，則需要用甲烷作制冷劑，

31、這樣要增加一套甲烷制冷設(shè)備，不僅增加了投資， 而且，流程和操作也都復(fù)雜化。因此，用高壓法是一般都采用乙烯作制冷劑，這時(shí)，脫甲 烷塔塔頂溫度為 -90 攝氏度-96 攝氏度，在這個(gè)溫度下，乙烯的損失是難以避免的，也就 是說(shuō)，肯定要損失一定量的乙烯。因此降低操作溫度要受到制冷劑水平的限制。綜上所述，在一定量的條件下：a) 原料氣中C1/H2摩爾比值越大，乙烯在尾氣中的損失越少；b) 操作壓力越高，乙烯的損失就越小，但是它受到設(shè)備材質(zhì)和塔底組份的臨界壓力的限制;c) 塔頂溫度越低，乙烯在尾氣中的損失越小，但是它受到制冷劑溫度水平的限制。這三者的關(guān)系已由圖 1-44(P79) 表明了。(二)利用冷箱提

32、高乙烯回收率由圖 1-42(P78) 的物料平衡數(shù)據(jù)可以看出，脫甲烷塔塔頂出來(lái)氣體中除了甲烷、氫氣 之外，還含有乙烯。為了減少乙烯的損失，除了用乙烯制冷劑以外，還將脫甲烷塔塔頂出 來(lái)的高壓氣體通過(guò)節(jié)流膨脹閥進(jìn)行節(jié)流制冷，這就是冷箱部分的功能。從物料平衡圖上可 以看出，如果沒(méi)有冷箱，塔頂尾氣中的乙烯差不多要損失。圖中表明，沒(méi)有冷箱時(shí)乙烯損 失量為 %，有冷箱時(shí)乙烯損失量為 %。冷箱是在-100 攝氏度-1 60 攝氏度下操作的低溫設(shè)備。由于冷箱溫度低，非常容易散 冷，用絕熱材料把高效板式換熱器和氣液分離器，還有節(jié)流膨脹閥等設(shè)備都放在一個(gè)箱子 里，這就是冷箱，它的原理是用節(jié)流膨脹閥來(lái)獲得低溫，它的

33、用途是依靠低溫來(lái)回收乙烯， 制取富含氫氣和富含甲烷的餾分。由于冷箱在流程中的位置不同，可分為前冷和后冷兩種流程，后冷流程是冷箱放在脫 甲烷塔之后來(lái)處理塔頂氣體；前冷是冷箱放在脫甲烷塔之前來(lái)處理脫甲烷塔的進(jìn)料。前冷 流程后冷流程各有特點(diǎn)。1. 后冷：圖 1-45（P80） 是后冷流程示意圖。經(jīng)過(guò)預(yù)處理以后的裂解氣，進(jìn)入脫甲烷塔（設(shè)備號(hào)為1）進(jìn)行分離，脫甲烷塔塔頂氣體經(jīng)過(guò)冷卻、換熱進(jìn)入回流罐 （設(shè)備號(hào)為 2），回流罐分出的液體作為脫甲烷塔的塔頂回流， 回流罐分出的不凝氣體去第一冷箱換熱器（設(shè)備號(hào)為3），這部分氣體中，除了含有甲烷、氫氣之外，還含有 34%的乙烯，通過(guò)冷箱把尾氣中的乙烯含量降低到 2

34、%左右，可以多回收 2%左右的乙烯；并且還能獲得濃度為 7080%的富氫氣體。第一冷箱換熱器中（設(shè)備號(hào)為 3），回流罐（設(shè)備號(hào)為 2）來(lái)的氣體中的部分乙烯和甲烷被冷凝液化，然后進(jìn)入分離罐5,進(jìn)行氣液分離。由分離罐5出來(lái)的氣體再進(jìn)入第2冷箱換熱器4,在第二冷箱換熱器中，又有部分乙烯和甲烷冷凝下來(lái)，在分離罐6進(jìn)行氣液 分離。分離罐5和6種的液體進(jìn)行節(jié)流膨脹，節(jié)流閥是C、D E。分離罐6中的液體溫度是-133C,壓力是，經(jīng)過(guò)節(jié)流閥C,膨脹到壓力為，溫度降低到-140攝氏度，然后進(jìn)入第二冷 箱換熱器4作為冷劑，使進(jìn)入第二冷箱換熱器 4的甲烷、氫氣等氣體被冷卻冷凍到-133攝 氏度左右，冷劑溫度也降低到

35、 -133 攝氏度左右。分離罐 5 冷凝下來(lái)的液體，一部分返回脫甲烷塔以回收其中所含的乙烯，另一部分冷 凝液體，經(jīng)過(guò)節(jié)流閥E,壓力由膨脹到，溫度由-103攝氏度降低到-129攝氏度左右，作為第一冷箱換熱器的冷劑，使脫甲烷塔塔頂來(lái)的氣體被冷凍，以回收其中所含的乙烯。經(jīng)過(guò)冷箱作用，乙烯回收率可提高 2流右，使裝置的乙烯回收率由95勉高到97%調(diào)節(jié)閥A、B是用來(lái)調(diào)節(jié)脫甲烷塔塔頂壓力和分離罐6的壓力的，調(diào)節(jié)脫甲烷塔塔頂壓力為，調(diào)節(jié)分離罐6的壓力為。2.前冷：-134.7 °C-75 ° C il1021113.68MPa裂解氣 /Z-37 ° C 2 -65 °

36、 C-96 ° C3.52COh 03W2備-一-10 ° CC k圖1-46脫甲烷塔前冷流程1-冷箱換熱器；2-氣液分離罐；3-脫甲烷塔；c,e,g,i-脫甲烷塔四股進(jìn)料；j-富氫；k-甲烷；I-甲烷（分子篩再生用載氣）；m-甲烷（燃料）；p-乙烷（裂解原料）圖1-46（P81）是前冷流程示意圖表1-35 圖1-46中各點(diǎn)組成組成H2CoCH4C2H2C2H4a15. 050. 1229. 370. 4434. 09b27. 810. 2341.670. 3123. 99c0. 8915. 730. 5945. 29d36. 390. 3046. 750. 1914. 4

37、4e0. 9625. 740. 7053. 88f48. 620. 4146. 650. 054. 00g0. 9947. 040. 5944. 65h70. 290. 6028. 950. 16i1. 0585. 520. 1612. 43j91.480. 787. 74k0. 9898. 330. 67l4. 1995. 740. 07m0. 1299. 110. 76o1.000. 7966. 79組成C2H6C3H4C3H6C3H8C4+a7. 300. 410. 670. 352. 21b3. 832. 020. 050. 09c11.050. 8420. 280. 684. 55d1.670. 250. 01e10.