有機化工工藝教案

PAGEPAGE41化工工藝學教案（有機部分）學院、系：化學與制藥工程學院任課教師：王建英授課專業(yè)：化學工程與工藝課程總學時：32課程周學時：620

緒論編號：No.1課題：緒論--1授課內容：●有關化學工業(yè)的概念●有機化工原料知識目標：●掌握化學工業(yè)的分類及內涵●掌握主要化工原料的來源能力目標：分析化工原料的來源途徑及加工方向一、化學工業(yè)1．化學工業(yè)的分類化學工業(yè)是指利用化學反應改變物質結構、成分、形態(tài)而生產化學品的制造工業(yè)。廣義的化學加工工業(yè)包括加工過程主要表現為化學反應過程的所有生產部門。由于生產的發(fā)展，有的生產過程雖然表現為化學反應過程，但卻已獨立成為單獨的工業(yè)部門，如：冶金工業(yè)、建筑材料工業(yè)、造紙工業(yè)、制革工業(yè)、陶瓷工業(yè)和食品工業(yè)等。在中國，一種工業(yè)往往被狹義理解為某個工業(yè)部門所管轄的那部分行業(yè)和企業(yè)的整體。狹義的化學工業(yè)則是指“化學工業(yè)部”所管轄的那部分行業(yè)和企業(yè)的整體。隨著行政管理體制的變更，化學工業(yè)部所管轄的范圍時大時小，那么這樣劃分是不科學的。一般認為化學工業(yè)應介于上述廣義和狹義的定義之間。化學工業(yè)按產品的元素構成大體可分為兩大類：無機物化學工業(yè)和有機物化學工業(yè)，簡稱無機化工和有機化工。雖然組成有機化合物的元素品種并不多，但有機化合物的數量卻十分龐大。1989年有機化合物已達到1000萬種，到2000年就增至2000萬種，但目前無機化合物只有幾十萬種。這說明有機化工產品的數量和品種在整個化學工業(yè)中占有重要地位。有機化工涉及的范圍較廣，如石油煉制工業(yè)、石油化學工業(yè)、有機精細化工、高分子化工、食品化工等等。如果考慮原料的來源和加工特點，化學工業(yè)則可分為石油化工、煤化工、天然氣化工、生物化工等。在化學工業(yè)各部門之間,由于原料與產品的關系,而存在著相互依存和相互交叉的關系。例如：合成氣是燃料化工的產品，又是無機化工（如合成氨）和有機化工（如甲醇）的原料；乙烯、丙烯等大量石油化學品，都是有機化工原料，也分別是聚乙烯、聚丙烯等聚合物的單體；二氧化鈦既是無機鹽工業(yè)的產品，又是顏料工業(yè)的產品；硝酸銨既可用作化肥，也可用作炸藥；聚丙烯酰胺既是高分子化工的產品，又是一種油田化學品、水處理劑，后者屬于精細化學品等等，不勝枚舉。這說明化學工業(yè)所屬部門的劃分不是絕對的，它依劃分的角度而異，也隨著生產的發(fā)展階段和各國情況的不同而有所變化。2．有機化工產品從石油、天然氣、煤等自然資源出發(fā)，經過化學加工得到的以碳氫化合物及其衍生物為主的基本有機化工產品，如乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、甲醇（乙炔、萘）等產品，此類產品是有機化工的基礎原料，產量很大。由這些烴類產品經過各種化學合成過程可以生產出種類繁多、品種各異、用途廣泛的有機化工產品，如由乙烯為原料進一步合成生產氯乙烯、環(huán)氧乙烷，由丙烯為原料生產丙烯腈等產品。本教材的內容也是根據這一思路進行編排，即前五章講解乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、甲醇等基本有機原料的生產，后五章則是介紹以這些產品為原料進一步生產其它有機化工產品的生產技術。二、有機化工的原料來源有機化工的原料來源也在發(fā)生變化，最早是采用農林副產品，后來主要使用煤，第二次世界大戰(zhàn)后，石油和天然氣所占比例逐漸增加，在發(fā)達國家，以石油和天然氣為原料的有機化工產品已占93%以上。由于農林副產品由于收購和儲存困難，品種單調，難以建設規(guī)模較大的工業(yè)生產裝置。因此，人們把天然氣、煤、石油稱為有機化工的三大原料資源。（一）煤及其利用煤是古代的植物埋在地下，在幾乎沒有空氣的情況下，經過長期的煤化作用而形成的固體燃料。煤的結構極其復雜，但都含有芳核結構，所以煤是由含碳、氫的多種結構的大分子有機物和少量硅、鋁、鐵、鈣、鎂的無機礦物組成。煤與大多數工業(yè)上重要的有機化工產品相比，含氫太少，而且有稠環(huán)結構，所以轉化為有用的化學產品，需要進行深度加工。其加工方法主要有：1.煤的焦化（或高溫干餾）在隔絕空氣的條件下加熱煤，使其分解生成焦炭、煤焦油、粗苯和焦爐氣。其中在煤焦油中可獲得萘，在粗苯中可得到苯、甲苯、二甲苯等。2.煤的氣化煤氣化是以煤或煤焦為原料，以氧氣、水蒸汽等做氣化劑在高溫下通過化學反應把煤或煤焦油轉化為含氫、一氧化碳等氣體的過程。由氫和一氧化碳等氣體組成的混合物稱為合成氣。合成氣是一種重要的化工原料，除用于生產合成氨外，還可生產有機化工產品，如甲醇等。3.煤的液化煤液化是指煤經化學加工轉化為液體燃料的過程。煤液化分為直接液化和間接液化。煤的直接液化是采用加氫的的方法，使煤轉化為液態(tài)烴，液化產品也稱為人造石油，可進一步加工成各種液體燃料。煤的間接液化是預先制成合成氣，然后通過催化劑作用將合成氣轉化為烴類燃料、含氧化合物燃料。（4）生產電石在20世紀50年代，煤曾作為有機化工的主要原料。60年代后，由于石油化工的發(fā)展，使煤在化工原料中的位置下降。但由于石油及天然氣儲量有限，所以近年來煤化工又逐漸發(fā)展起來（具體內容請參考煤化工相關資料，本教材不再詳述）。（二）天然氣及其利用天然氣是埋藏在地下的主要含甲烷的可燃性氣體。21世紀被人們稱為天然氣時代，天然氣不僅作為一種清潔優(yōu)質的能源，而且也是一種重要的化工原料。根據天然氣的組成可將天然氣分為干氣和濕氣。干氣主要成分是甲烷，其次還有少量的乙烷、丙烷和丁烷及更重的烴烴，也會有CO2、N2、H2S和NH3等。對它稍加壓縮不會有液體產生，故稱為干氣；濕氣除甲烷和乙烷等低碳烷烴外，還含有少量輕汽油，對它稍加壓縮就有稱為凝析油的液態(tài)烴析出來，故稱為濕氣。干氣是生產合成氨和甲醇的重要化工原料。濕氣中C2以上烴類含量高，這些烴類都是熱裂解制低級烯烴的優(yōu)質原料（見第一章）。動手查資料動手查資料：查有關“天然氣化工”方面的資料，比較我國與世界天然氣化工的現狀及發(fā)展（三）石油及其利用石油是化石燃料之一，從地下深處開采出來的黃色乃至黑色的可燃性粘稠液體，常與天然氣并存。它是由遠古海洋或湖泊中的生物在地下經過漫長的地球化學演化而形成的復雜混合物。石油不是一種單純的化合物，而是由數百種碳氫化合物組成的混合物，成分非常復雜。按化學組成可分為烴類和非烴類兩大類。烴類主要是烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴，一般不含烯烴。非烴類主要是含硫化合物、含氮化合物、含氧化合物及膠質和瀝青質等。由油田開采出來未經加工處理的石油稱為原油。將原油加工成各種石油產品的過程稱為石油煉制。石油在開采和加工過程中，得到許多氣體和液體產品，它們都是有機化工的原料。因此，有機化工原料的來源與石油煉制工業(yè)有密切的關系，必須對石油煉制工業(yè)有一個大概認識。石油煉制過程主要包括常減壓蒸餾、催化裂化、催化重整、催化加氫、焦化和加氫精制等工藝生產過程。1.原油的常減壓蒸餾預處理過的原油經預熱到200～240℃后進入初餾塔，初餾塔主要將原油中部分較輕的組分蒸出。蒸出的塔頂油氣經冷凝冷卻后進行氣液分離，氣體稱為拔頂氣，液體是輕汽油，初餾塔底餾出的稱為拔頭原油。拔頭原油經常壓爐加熱到360～370℃，進入常壓蒸餾塔，在此輕質油料汽化蒸出。常壓塔頂出汽油，常壓塔側線餾分分別進入汽提塔進行汽提蒸餾，然后用泵送經換熱器冷卻后做為煤油、輕柴油和重柴油去成品罐，塔底稱為常壓重油。常壓重油再用泵送經減壓爐加熱到410℃原油經常減壓蒸餾后，得到拔頂氣、汽油、煤油、柴油、催化裂化原料或潤滑油原料等。拔頂氣中乙烷占2～4%，丙烷約占30%，丁烷約占50%，其余為C5及C5以上的組分，可用作燃料或作為生產烯烴的裂解原料；初餾塔頂和常壓塔頂得到的輕汽油和（重）汽油，稱為直餾汽油，也稱為石腦油，它是有機化工中裂解生產低級烯烴的很好的原料，經過重整處理還可得制取石油芳烴和高質量汽油。原油直接蒸餾得到的煤油、柴油等也稱為直餾煤油、直餾柴油，它們除進一步加工制取合格的燃料油外，都是重要的裂解原料。常壓塔三、四線產品和減壓塔側線產品，并稱為“常減壓餾分油”，可作為煉油廠的裂化原料或生產潤滑油的原料，也可作為化工廠生產烯烴的圖0－1常減壓工藝流程圖裂解原料。減壓渣油可作鍋爐燃料，也可進一步分離出高粘度潤滑油和地蠟，或氧化得石油瀝青，焦化得石油焦，并副產氣態(tài)烴、汽油和柴油等。原油的常減壓蒸餾過程只是物理過程，并不發(fā)生化學變化，所以得到的輕質燃料無論是數量和質量都不能滿足要求，例如：汽油的收率一般不足25%，辛烷值只有30～40。原油的常壓蒸餾和減壓蒸餾稱為原油的一次加工，為了生產更多的燃料和化工原料需對各個餾分進行二次加工，即常減壓餾分油需經進一步化學加工過程，如催化裂化、催化重整、催化加氫、延遲焦化等。2.催化裂化催化裂化是煉油廠中提高原油加工深度，生產汽油、柴油和液化氣的最重要的一種重油輕質化的工藝過程。催化裂化是重質油在酸性催化劑存在下，在500℃左右、1×105～3×105Pa下發(fā)生裂解，生成氣態(tài)烴、汽油、柴油和焦炭的過程。C1～C2的氣體稱為干氣，約占10～20%，其余C3～C4氣體被冷凝為液態(tài)烴，稱為液化氣。干氣中含有10～20%的乙烯，液化氣中丙烯和丁烯含量可達50%左右，它們都是基本有機化工原料。液化氣中還含有丙烷和丁烷可作為生產烯烴的裂解原料。催化裂化生產的汽油和柴油產品中因含有較多的烯烴，不宜做裂解的原料。3.催化重整催化重整是生產石油芳烴和高辛烷值汽油組分的主要工藝過程，是煉油和石油化工的重要生產工藝之一。催化重整是以C6～C11石腦油為原料，在一定的操作條件和催化劑的作用下，使輕質原料油（石腦油）的烴類分子結構重新排列整理，轉變成富含芳烴的高辛烷值汽油（重整汽油），并副產液化石油氣和氫氣的過程。催化重整最初是用來生產高辛烷值汽油，但現在已成為生產芳烴的重要方法。催化重整中主要的化學反應是環(huán)烷烴和烷烴脫氫芳構化而形成芳烴，正構烷烴異構化生成異構烷烴。（參見第四章）由于產物中芳烴和異構烷烴多，所以汽油的辛烷值很高，達90以上；經反應后所得重整生成油中含30～60%的芳烴，還含有烷烴和少量的環(huán)烷烴。重整油經抽提出芳烴后，抽余油可作汽油組分，也可作為生產烯烴的裂解原料。4.催化加氫裂化催化加氫裂化是在加熱、高氫壓和采用具有裂化和加氫兩種作用的雙功能催化劑存在的條件下，使重質油發(fā)生裂化反應，轉化為氣態(tài)烴、汽油、噴氣燃料（航煤）、柴油等的過程。催化加氫裂化過程中主要發(fā)生化學反應有：大分子烷烴加氫裂解成較小分子烷烴；環(huán)烷烴開環(huán)生成鏈烷烴；芳烴加氫生成環(huán)烷烴；含S、N、O和金屬化合物加氫分別生成H2S、NH3、H2O和金屬和烷烴。催化加氫裂化的產品中，氣體產品主要成分為丙烷和丁烷，可作為裂解的原料；汽油（石腦油）可以直接作為汽油組分或溶劑油等石油產品，也可作為催化重整原料或生產烯烴的裂解原料；加氫裂化噴氣燃料（航煤）烯烴含量低，芳烴含量少，結晶點低，煙點高，是優(yōu)質的噴氣燃料；加氫裂化柴油硫含量很低，芳烴含量也較低，十六烷值＞60，安定性高，適合用來調和生產低硫車用柴油。加氫裂化尾油芳烴指數（BMCI）低，是裂解制乙烯的良好原料。5.延遲焦化焦化是以貧氫的重質油，如減壓渣油、裂化渣油等為原料，在高溫下進行深度的熱裂解和縮合反應的熱加工過程。延遲焦化只是在加熱爐管中控制原料油基本上不發(fā)生裂化反應，而延緩到專設的焦炭塔中進行裂化反應，故稱“延遲焦化”。焦化過程的產物有氣態(tài)烴、汽油、柴油、蠟油和焦炭。氣態(tài)烴中含乙烯、丙烯和丁烯直接回收利用，氣態(tài)烴中所含大量的甲烷和乙烷，可作為基本有機化工的原料；焦化汽油和焦化柴油中不飽和烴含量高，必須經過加氫精制后才能作為汽油和柴油產品的調和組分，加氫焦化汽油還可作為催化重整原料或裂解的原料；焦化蠟油主要用作催化裂化原料；焦炭可作為冶煉工業(yè)或其它工業(yè)的燃料。綜上所述，從石油和天然氣中獲得基本有機原料的途徑有有兩個方面，一是天然氣加工廠的輕烴，如乙烷、丙烷、丁烷等，二是煉油廠的加工產品，如煉廠氣（煉油廠生產的氣體總稱）、石腦油、柴油、重油等，以及煉油廠二次加工油，如焦化加氫汽油、加氫裂化汽油等。具體情況見圖0－2所示。芳烴抽提開采天然氣和油田氣芳烴抽提開采天然氣和油田氣原油甲烷乙烷、丙烷、丁烷常減壓蒸餾石油和天然氣催化重整催化裂化加氫裂化焦化石油烴熱裂解煉廠氣乙烯丙烯丁烯芳烴加氫精制乙烯丙烯丁二烯苯甲苯二甲苯合成氣甲醇原油拔頂氣氣態(tài)烴石腦油直餾煤油直餾柴油汽油減壓柴油 柴油氣態(tài)烴石腦油噴氣燃料柴油減壓渣油氣態(tài)烴 蠟油汽油柴油石油焦圖0－2從石油和天然氣中獲取基本有機化工原料的主要途徑示意圖

編號：No.2課題：緒論--2授課內容：●生產過程常用指標●有機化工生產技術知識目標：●掌握化工生產過程中生產能力、轉化率、產品收率、消耗定額等概念及計算方法●掌握裝置、化工過程、化工單元操作、工藝流程能力目標：●用生產過程常用指標判斷或評價某一化工生產過程●如何學習《有機化工生產技術》這門課程思考與練習：●什么是原料轉化率、產品收率、產品選擇性？●一般化工過程（工藝）由哪三部分組成？三、生產過程的常用指標為了說明生產中化學反應進行的情況，反映某一反應系統中，原料的變化情況和消耗情況，需要引用一些常用的指標，用于工藝過程的研究開發(fā)及指導生產。1．生產能力化工裝置在單位時間內生產的產品量或在單位時間內處理的原料量，稱為生產能力。其單位為kg／h，t／d，kt／a，Mt／a等。化工裝置在最佳條件下可以達到的最大生產能力稱為設計能力。2．轉化率轉化率是表示進行反應器內的原料與參加反應的原料之間的數量關系。轉化率越大，說明參加反應的原料量越多，轉化程度越高。由于進行反應器的原料一般不會全部參加反應，所以轉化率的數值小于1。工業(yè)生產中有單程轉化率和總轉化率之分。（1）單程轉化率單程轉化率＝×100%＝×100%例0－1以乙烷為裂解原料生產乙烯，在一定的生產條件下，通入裂解爐的乙烷量為7000kg/h，反應后，尾氣中含乙烷2450kg/h，求乙烷的轉化率。解：單程轉化率＝×100%＝×100%＝65%（2）總轉化率對于有循環(huán)和旁路的生產過程，常用總轉化率。總轉化率＝×100%例0－2用乙烷作原料裂解生產乙烯，通入裂解爐的新鮮原料乙烷為5000kg/h，裂解氣分離后，沒有反應的乙烷2000kg/h又返回了裂解爐進行反應，最終分析裂解氣中含乙烷1500kg/h，求乙烷的總轉化率。解：總轉化率＝×100%＝×100%＝70%3．產率（或選擇性）產率表示了參加主反應的原料量與參加反應的原料量之間的數量關系。即參加反應的原料有一部分被副反應消耗掉了，而沒有生成目的產物。產率越高，說明參加反應的原料生成的目的產物越多。產率＝×100%例0－3用乙烷作裂解原料生產乙烯，在一定的生產條件下，通入裂解爐的乙烷量為7000kg/h，反應后，尾氣中含乙烷2450kg/h，得到乙烯量為3332kg/h，求乙烯的產率。解：C2H6→C2H4+H228X3332生成目的產物所消耗的原料量X＝3332×＝3570kg/h產率＝×100%＝×100%＝78.5%4．收率表示進入反應器的原料與生成目的產物所消耗的原料之間的數量關系。收率越高，說明進入反應器的原料中，消耗在生產目的產物上的數量越多。收率也有單程收率和總收率之分。單程收率＝×100%總收率＝×100%例0－4條件同例0－3，求乙烯的收率。解：單程收率＝×100%＝×100%＝51%5．消耗定額消耗定額是指生產單位產品所消耗的原料量，即每生產一噸100%的產品所需要的原料數量。消耗定額＝例0－5以乙烷為原料裂解生產乙烯，通入反應器的乙烷為7000kg/h，參加反應的乙烷量為4550kg/h，沒有參加反應的乙烷的5%損失掉，其余都循環(huán)回裂解爐。得到乙烯3332kg/h解：消耗的原料量＝4550＋2450×5%＝4550＋122.5＝4672.5消耗定額＝＝＝1.4工廠中產品的消耗定額包括原料、輔助原料及動力的消耗情況。消耗定額的高低說明生產工藝水平和的高低和操作技術水平的好壞。生產中應選擇先進的工藝技術，嚴格控制各操作條件，才能達到高產低耗，即低的消耗定額的目的。四、有機化工生產技術（一）基本概念1.裝置或車間把多種設備、機器和儀表適當組合起來的加工過程稱為生產裝置。例如石油烴熱裂解裝置是由原料油貯罐、原料油預熱器、裂解爐、急冷換熱器、氣包、急冷器、油洗塔、燃料油氣提塔、裂解輕柴油氣提塔、水洗塔、油水分離器等設備，鼓風機、離心泵等機器，熱電偶、孔板流量計、壓力計等儀表和自控器適當組合起來的。2.化工過程化工生產從原料開始到制成目的產物，要經過一系列物理的和化學的加工處理步驟，這一系列加工處理步驟，總稱為化工過程。3、化工單元過程指各化工生產過程中以化學為主的處理方法，概括為具有共同化學反應特點的基本過程。如氧化過程、加氫過程等。4.化工單元操作指各化工生產過程中以物理為主的處理方法，概括為具有共同物理變化特點的基本過程。如精餾操作、吸收操作等。5.化工工藝（或化學生產技術）化工工藝即化工技術或化學生產技術，指將原料物主要經過化學反應轉變?yōu)楫a品的方法和過程,包括實現這一轉變的全部措施?；どa過程一般可概括為三個主要步驟：①原料預處理。為了使原料符合進行化學反應所要求的狀態(tài)和規(guī)格，根據具體情況，不同的原料需要經過凈化、提濃、混合、乳化或粉碎（對固體原料）等多種不同的預處理。②化學反應。這是生產的關鍵步驟。經過預處理的原料，在一定的溫度、壓力等條件下進行反應，以達到所要求的反應轉化率和收率。反應類型是多樣的，可以是氧化、還原、復分解、磺化、異構化、聚合、裂解等。通過化學反應，獲得目的產物或其混合物。③產品精制。將由化學反應得到的混合物進行分離，除去副產物或雜質，以獲得符合組成規(guī)格的產品。以上每一步都需在特定的設備中，在一定的操作條件下完成所要求的化學的和物理的變化?；瘜W生產技術通常是對一定的產品或原料提出的，例如氯乙烯的生產、甲醇的合成等。因此，它具有個別生產的特殊性。但其內容所涉及的方面一般有：原料和生產方法的選擇，流程組織，所用設備（反應器、分離器、熱交換器等）的作用、結構和操作，催化劑及其他物料的影響,操作條件的確定,生產控制，產品規(guī)格及副產品的分離和利用，以及安全技術和技術經濟等問題。6.工藝工藝是指利用生產工具對各種原材料、半成品進行加工處理，使之成為產品的方法。工藝除指技術外，還應包括過程的理論、系統、各環(huán)節(jié)的安排，所以工藝是工程和技術、藝術的結合。7.工藝流程原料經化學加工制取產品的過程，是由單元過程和單元操作組合而成的。工藝流程就是按物料加工的先后順序將這些單元表達出來。如果以方框來表達各單元，則稱為流程框圖；如果以設備外形或簡圖表達的流程圖則稱為工藝（原理）流程圖。一般書中主要以這兩種圖形表達，以簡明反映化工產品生產過程中的主要加工步驟，了解各單元設備的作用，物流方向及能量供給情況。而工廠生產裝置的流程圖需標明物料流動量，副產物及三廢排放量，需供給或移出的能量，工藝操作條件，測量及控制儀表，自動控制方法等。動手查資料動手查資料：到本教材各章找一找流程框圖和工藝（原理）流程圖，下廠實習時再對照現場實際流程，看看有什么結論？（二）本門課的研究內容及學習方法根據前面所提到的“有機化工”和“化學工藝”（或化學生產技術）兩個概念，大家就能總結出《基本有機化工工藝學》的研究內容，即針對七大基本有機原料－乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、甲醇及其它們的衍生物的生產，主要介紹產品的性能及應用；原料和生產方法的選擇；生產原理；操作條件的確定；工藝流程組織及所用典型設備的作用和結構；實際操作等問題。《基本有機化工工藝學》是一門專業(yè)技術課程，是基礎理論、基礎知識在工業(yè)生產上的應用學科。學習時要注意理論聯系實際，將所學知識應用于實踐，運用基礎理論和知識解決實際問題；同時要關注實際生產技術的發(fā)展，將現場的新知識和新技術與所學理論相結合，這樣才能達到很好的學習效果。本章總結及練習一．要求1．知識目標：·了解化學工業(yè)的分類及有機化工含義·理解有機化工的原料來源·掌握有基本有機化工工藝學的相關概念2．能力目標：·能分析石油煉制為有機化工提供原料的途徑·能應用生產過程主要指標的概念進行計算二．習題練習1.什么是基本有機化工？它的主要產品有哪些？2.有機化工的原料資源有哪些？3.從石油和天然氣中獲取生產低級烯烴的裂解原料有哪些？4.什么叫轉化率、選擇性和收率？它們之間有什么關系？5.化工生產過程一般包括哪幾個步驟？6.什么是工藝流程圖？7.解釋化學生產技術的含義。8.基本有機化工工藝學主要介紹哪些內容。9.在裂解爐中通入氣態(tài)烴混合物為2000kg/h，參加反應的原料為1000kg/h。裂解后得乙烯840kg/h，以通入原料計，求乙烯收率和選擇性及原料的轉化率。10.在一套乙烯液相氧化制乙醛的裝置中，通入反應器的乙烯量為7000kg/h，得到產品乙醛的量為4400kg/h，尾氣中含乙烯2500kg/h，求原料乙烯的轉化率和乙醛的收率。三．拓展知識化工技術與資源綜合利用隨著石油資源總量的逐漸減少和勘探開發(fā)成本的逐步提高，隨著社會對環(huán)保型清潔能源的青睞，可以預計21世紀資源的多元化的趨勢是必然的。資源可以分為兩大類：不可再生資源，如石油、天然氣、煤等；可再生資源，包括一切動植物代謝產物和其它生物資源。利用化學化工的新技術、新工藝和新過程，綜合利用資源的主要工作有以下方面：1．繼續(xù)勘探更多石油、天然氣儲量，增大采出率；2．增加原油加工深度，合理利用有限資源；3．提高產品質量，減少產品用量或延長產品的使用壽命；4．充分利用工業(yè)副產物，回收有用產品；5．發(fā)展用其它資源為原料的化工路線和相應技術；6．開發(fā)可再生資源。課題：石油烴裂解生產低分子烯烴原理授課內容：●石油烴裂解主要原料及來源●石油烴裂解生產低分子烯烴原理知識目標：●了解國內外乙烯生產現狀及主要生產方法●了解石油烴裂解的主要原料、來源及特點●掌握石油烴熱裂解反應類型和特點能力目標：●分析和判斷石油烴裂解主要反應類型及特點●分析和判斷石油烴裂解產物分布及規(guī)律思考與練習：●什么是一次反應、二次反應？●如何對石油烴裂解生產低分子烯烴原料進行選擇第一章石油烴熱裂解 石油系原料包括天然氣、煉廠氣、石腦油、柴油、重油等，它們都是由烴類化合物組成。烴類化合物在高溫下不穩(wěn)定，容易發(fā)生碳鏈斷裂和脫氫等反應。石油烴熱裂解就是以石油烴為原料，利用石油烴在高溫下不穩(wěn)定、易分解的性質，在隔絕空氣和高溫條件下，使大分子的烴類發(fā)生斷鏈和脫氫等反應，以制取低級烯烴的過程。石油烴熱裂解的主要目的是生產乙烯，同時可得丙烯、丁二烯以及苯、甲苯和二甲苯等產品。它們都是重要的基本有機原料，所以石油烴熱裂解是有機化學工業(yè)獲取基本有機原料的主要手段，因而乙烯裝置能力的大小實際反映了一個國家有機化學工業(yè)的發(fā)展水平。裂解能力的大小往往以乙烯的產量來衡量。乙烯在世界大多數國家?guī)缀醵加猩a。2004年世界乙烯的總生產能力已突破1億噸達到了11290.5萬噸/年，產量10387萬噸，主要集中在歐美發(fā)達國家。隨著世界經濟的復蘇，乙烯需求增速逐漸加快，年均增速達到4.3%，預計2010年需求量上升到13346萬噸，增量主要在亞洲地區(qū)。我國乙烯工業(yè)已有40多年的發(fā)展歷史，60年代初我國第一套乙烯裝置在蘭州化工廠建成投產，多年來，我國乙烯工業(yè)發(fā)展很快，乙烯產量逐年上升，2005年乙烯生產能力達到773萬噸/年，居世界第三位。隨著國家新建和改擴建乙烯裝置的投產，預計到2010年我國乙烯生產能力將超過1600萬噸。動手查資料動手查資料：查資料了解中國現有乙烯裝置有多少？生產能力和技術水平如何？雖然我國乙烯工業(yè)發(fā)展較快，但遠不能滿足經濟社會快速發(fā)展的要求，不僅乙烯自給率下降，而且產品檔次低、品種牌號少，一半的乙烯來自進口。2004年我國乙烯進口量比2003年增長了44.7％，達到6.8萬噸。2005年我國乙烯進口量達到歷史新高，達到11.1萬噸，比2004年增加了63.2％。根據2000～2020年我國GDP增長率7.2%為基準的彈性系數測算，乙烯需求預測可見表1－1。表1－1中國乙烯需求預測2005年2010年2020年生產能力（萬噸/年）888.514002000當量需求(萬噸/年)18502500-26003700-4100自給率(%)4856～53.854～48從表1－1可以看出，我國乙烯自給率還不高，一方面需要進口乙烯產品，另一方面需要加大國內乙烯的生產，因此，無論從乙烯在有機化工中的地位，還是從乙烯的需求量預測，都可以看出，以生產乙烯為主要目的的石油烴熱裂解裝置在有機化工中具有舉足輕重的地位。第一節(jié)乙烯的生產方法由于烯烴的化學性質很活潑，因此乙烯在自然界中獨立存在的可能性很小。制取乙烯的方法很多，但以管式爐裂解技術最為成熟，其它技術還有催化裂解、合成氣制乙烯等多種方法。一、管式爐裂解技術反應器與加熱爐融為一體，稱為裂解爐。原料在輻射爐管內流過，管外通過燃料燃燒的高溫火焰、產生的煙道氣、爐墻輻射加熱將熱量經輻射管管壁傳給管內物料，裂解反應在管內高溫下進行，管內無催化劑，也稱為石油烴熱裂解。同時為降低烴分壓，目前大多采用加入稀釋蒸汽，故也稱為蒸汽裂解技術。二、催化裂解技術催化裂解即烴類裂解反應在有催化劑存在下進行，可以降低反應溫度，提高選擇性和產品收率。據俄羅斯有機合成研究院對催化裂解和蒸汽裂解的技術經濟比較，認為催化裂解單位乙烯和丙烯生產成本比蒸汽裂解低10%左右，單位建設費用低13~15%，原料消耗降低10~20%，能耗降低30%。催化裂解技術具有的優(yōu)點，使其成為改進裂解過程最有前途的工藝技術之一。三、合成氣制乙烯（MTO）MTO合成路線，是以天然氣或煤為主要原料，先生產合成氣，合成氣再轉化為甲醇，然后由甲醇生產烯烴的路線，完全不依賴于石油。在石油日益短缺的21世紀有望成為生產烯烴的重要路線。采用MTO工藝可對現有的石腦油裂解制乙烯裝置進行擴能改造。由于MTO工藝對低級烯烴具有極高的選擇性，烷烴的生成量極低，可以非常容易分離出化學級乙烯和丙烯，因此可在現有乙烯工廠的基礎上提高乙烯生產能力30%左右。到目前為止，世界乙烯95%都是由管式爐蒸汽熱裂解技術生產的，其它工藝路線由于經濟性或者存在技術“瓶頸”等問題，至今仍處于技術開發(fā)或工業(yè)化實驗的水平，沒有或很少有常年運行的工業(yè)化生產裝置。所以本章主要介紹石油烴熱裂解生產乙烯的技術。第二節(jié)石油烴熱裂解的原料一、裂解原料來源和種類裂解原料的來源主要有兩個方面，一是天然氣加工廠的輕烴，如乙烷、丙烷、丁烷等，二是煉油廠的加工產品，如煉廠氣、石腦油、柴油、重油等，以及煉油廠二次加工油，如加氫焦化汽油、加氫裂化尾油等。對比緒論圖0－2二、合理選擇裂解原料乙烯生產原料的選擇是一個重大的技術經濟問題，原料在乙烯生產成本中占60%~80%。因此，原料選擇正確與否對于降低成本有著決定性的意義。主要考慮以下幾方面：1.石油和天然氣的供應狀況和價格世界各地乙烯的生產原料配置各不相同，大洋洲、北美、中東等地區(qū)由于天然氣資源豐富且價格較為低廉，主要采用天然氣凝析液（主要是乙烷）作為生產乙烯的原料，所占比例分別高達82%、73%和73%，剩余部分主要以粗柴油和石腦油為原料；亞洲、拉美、和歐洲的乙烯生產商則主要以石腦油作為裂解的原料，分別占86%、70%和64%。以美國為例，70年代初，大部分裂解原料是以輕質烴（乙烷或丙烷）為原料，主要是由于美國有豐富的濕性天然氣資源，富含輕質烷烴。70年代后期，由于天然氣資源日益減少，幾乎新增加的乙烯裝置都是采用石腦油和柴油。但當石油輸出國大幅度提高油價后，原油價格的增長高于天然氣平均價格的增長，絕大多數乙烯裝置又轉向以天然氣為原料。90年代，提高了汽油質量要求，使原來用于催化重整的石腦油又成為乙烯裂解的原料。由上可見，石油和天然氣的供應狀況和價格對乙烯裝置原料的選擇影響很大。2.原料對能耗的影響使用重質原料的乙烯裝置能耗遠遠大于輕質原料，以乙烷為原料的乙烯裝置生產成本最低，若乙烷原料的能耗為1，則丙烷、石腦油和柴油的能耗分別是1.23、1.52、1.84。美國比較了乙烯裝置的生產成本，乙烷生產乙烯的成本為270美元/噸，而輕柴油為671美元/噸。3.原料對裝置投資的影響在乙烯生產中，采用不同的原料建廠，投資差別很大。采用乙烷、丙烷原料，由于烯烴收率高，副產品很少，工藝較簡單，相應地投資較少。重質原料的乙烯收率低，原料消耗定額大幅度提高，用減壓柴油作原料是用乙烷的3.9倍，裝置爐區(qū)較大，副產品數量大，分離較復雜，則投資也較大。隨著國際上原料供求的變化，原料的價格也經常波動。因此，近來設計的乙烯裝置，或對老裝置進行改造，均提高了裝置的靈活性，即一套裝置可以裂解多種原料，例如某廠共有7臺裂解爐，其中A~E爐為毫秒爐，G、H爐為SW爐。經改造后，現SW爐可投石腦油，五臺MSF爐可投乙烷或丙烷、石腦油、輕柴油。但裂解爐可裂解原料的范圍越寬，相應爐子的投資也會越大。4.副產物的綜合利用裂解副產物約占整個產品組成的60%~80%，對其進行有效的利用，可使乙烯成本降低1/3或更多。裂解副產物的綜合利用，必須對副產品市場、價格對乙烯成本的影響和綜合利用程度作綜合考慮，因為這些也是原料選擇的特別重要因素。目前，乙烯生產原料的發(fā)展趨勢有兩個，一是原料趨于多樣化，二是原料中的輕烴比例增加。第三節(jié)石油烴熱裂解的生產原理在裂解原料中，主要烴類有烷烴、環(huán)烷烴和芳烴，二次加工的餾份油中還含有烯烴。盡管原料的來源和種類不同，但其主要成分是一致的，只是各種烴的比例有差異。烴類在高溫下裂解，不僅原料發(fā)生多種反應，生成物也能繼續(xù)反應，其中既有平行反應又有連串反應，包括脫氫、斷鏈、異構化、脫氫環(huán)化、脫烷基、聚合、縮合、結焦等反應過程。因此，烴類裂解過程的化學變化是十分錯綜復雜的，生成的產物也多達數十種甚至上百種。見圖1－1。

編號：No.5課題：影響石油烴裂解因素及工藝流程授課內容：●影響石油烴裂解主要因素●石油烴裂解工藝流程知識目標：●掌握影響影響石油烴裂解主要因素●掌握石油烴裂解反應過程工藝流程能力目標：●分析和判斷影響石油化工反應過程主要因素●分析和判斷石油化工過程工藝流程構成思考與練習：●影響石油烴裂解反應過程的主要因素有哪些？●石油烴裂解生產低分子烯烴反應過程由哪些過程構成？第四節(jié)石油烴熱裂解的操作條件石油烴裂解所得產品收率與裂解原料的性質密切相關。而對相同裂解原料而言，則裂解所得產品收率取決于裂解過程的工藝條件。只有選擇合適的工藝條件，并在生產中平穩(wěn)操作，才能達到理想的裂解產品收率分布，并保證合理的清焦周期。一、裂解溫度從熱力學分析，裂解是吸熱反應，需要在高溫下才能進行。溫度越高對生成乙烯、丙烯越有利，但對烴類分解成碳和氫的副反應也越有利，即二次反應反應在熱力學上占優(yōu)勢；從動力學角度分析，升高溫度，石油烴裂解生成乙烯的反應速度的提高大于烴分解為碳和氫的反應速度，即提高反應溫度，有利于提高一次反應對二次反應的相對速率，有利于乙烯收率的提高，所以一次反應在動力學上占優(yōu)勢。因此應選擇一個最適宜的裂解溫度，發(fā)揮一次反應在動力學上的優(yōu)勢，而克服二次反應在熱力學上的優(yōu)勢，既可提高轉化率也可得到較高的乙烯收率。一般當溫度低于750℃時，生成乙烯的可能性較小，或者說乙烯收率較低；在750℃以上生成乙烯可能性增大，溫度越高，反應的可能性越大，乙烯的收率越高。但當反應溫度太高，特別是超過900℃時，甚至達到1100℃時，對結焦和生碳反應極為有利，同時生成的乙烯又會經歷乙炔中間階段而生成碳，這樣原料的轉化率雖有增加，產品的收率卻大大降低。表1-2溫度對乙烷轉化率及乙烯收率的關系正說明了這一點。表1-2為溫度對乙烷轉化率及乙烯收率的關系溫度℃832871停留時間，秒0.02780.0278乙烷單程轉化率，%14.834.4按分解乙烷計的乙烯產率，%89.486.0所以理論上烴類裂解制乙烯的最適宜溫度一般在750～900℃之間。而實際裂解溫度的選擇還與裂解原料、產品分布、裂解技術、停留時間等因素有關。不同的裂解原料具有不同最適宜的裂解溫度，較輕的裂解原料，裂解溫度較高，較重的裂解原料，裂解溫度較低。如某廠乙烷裂解爐的裂解溫度是850～870℃，石腦油裂解爐的裂解溫度是840～865℃，輕柴油裂解爐的裂解溫度是830～860℃；若改變反應溫度，裂解反應進行的程度就不同，一次產物的分布也會改變，所以可以選擇不同的裂解溫度，達到調整一次產物分布的目的，如裂解目的產物是乙烯，則裂解溫度可適當地提高，如果要多產丙烯，裂解溫度可適當降低；提高裂解溫度還受爐管合金的最高耐熱溫度的限制，也正是管材合金和加熱爐設計方面的進展，使裂解溫度可從最初的750℃提高到900℃以上，目前某些裂解爐管已允許壁溫達到1115～1150℃，但這不意味著裂解溫度可選擇1100℃以上，它還受到停留時間的限制。二、停留時間停留時間是指裂解原料由進入裂解輻射管到離開裂解輻射管所經過的時間。即反應原料在反應管中停留的時間。停留時間一般用τ來表示，單位為秒。如果裂解原料在反應區(qū)停留時間太短，大部分原料還來不及反應就離開了反應區(qū)，原料的轉化率很低，這樣就增加了未反應原料的分離、回收的能量消耗；原料在反應區(qū)停留時間過長，對促進一次反應是有利的，故轉化率較高，但二次反應更有時間充分進行，一次反應生成的乙烯大部分都發(fā)生二次反應而消失，乙烯收率反而下降。同時二次反應的進行，生成更多焦和碳，縮短了裂解爐管的運轉周期，既浪費了原料，又影響正常的生產進行。表1-3停留時間對乙烷轉化率和乙烯收率的影響可以說明這一問題。表1-3停留時間對乙烷轉化率和乙烯收率的影響溫度℃832832停留時間，秒0.02780.0805乙烷單程轉化率，%14.860.2按分解乙烷計的乙烯收率，%89.476.5所以選擇合適的停留時間，既可使一次反應充分進行，又能有效地抑制并減少二次反應。停留時間的選擇主要取決于裂解溫度，當停留時間在適宜的范圍內，乙烯的生成量較大，而乙烯的損失較小，即有一個最高的乙烯收率稱為峰值收率。如圖1-2中Ⅱ所示。不同的裂解溫度，所對應的峰值收率不同，溫度越高，乙烯的峰值收率越高，相對應的最適宜的停留時間越短，這是因為二次反應主要發(fā)生在轉化率較高的裂解后期，如控制很短的停留時間，一次反應產物還沒來得及發(fā)生二次反應就迅速離開了反應區(qū)，從而提高了乙烯的收率。停留時間的選擇除與裂解溫度有關外，也與裂解原料和裂解工藝技術等有關，在一定的反應溫度下，每一種裂解原料，都有它最適宜的停留時間，如裂解原料較重，則停留時間應短一些，原料較輕則可選擇稍長一些；五十年代由于受裂解技術限制，停留時間為1.8～2.5秒，目前一般為0.15～0.25秒（二程爐管），單程爐管可達0.1秒以下，即以毫秒計。圖1-2溫度和停留時間對乙烷裂解反應的影響1－843℃；2－816℃；3－782℃三、裂解反應的壓力1.壓力對平衡轉化率的影響烴類裂解的一次反應是分子數增加的反應，降低壓力對反應平衡向正反應方向移動是有利的，但是高溫條件下，斷鏈反應的平衡常數很大，幾乎接近全部轉化，反應是不可逆的，因此改變壓力對斷鏈反應的平衡轉化率影響不大。對于脫氫反應，它是一可逆過程，降低壓力有利于提高轉化率。二次反應中的聚合、脫氫縮合、結焦等二次反應，都是分子數減少的反應，因此降低壓力不利于平衡向產物方向移動，可抑制此類反應的發(fā)生。所以從熱力學分析可知，降低壓力對一次反應有利，而對二次反應不利。2.壓力對反應速度的影響烴類裂解的一次反應，是單分子反應，其反應速度可表示為：r裂＝k裂C烴類聚合或縮合反應為多分子反應，其反應速度為：r聚＝k聚Cnr縮＝k縮CACB壓力不能改變速度常數k的大小，但能通過改變濃度C的大小來改變反應速度r的大小。降低壓力會使氣相的反應分子的濃度減少，也就減少了反應速度。由以上三式可見，濃度的改變雖對三個反應速度都有影響，但降低的程度不一樣，濃度的降低使雙分子和多分子反應速度的降低比單分子反應速度要大得多。所以從動力學分析得出：降低壓力可增大一次反應對于二次反應的相對速度。故無論從熱力學還是動力學分析，降低裂解壓力對增產乙烯的一次反應有利，可抑制二次反應，從而減輕結焦的程度。表1－4說明了壓力對裂解反應的影響。表1－4壓力對一次反應和二次反應的影響反應一次反應二次反應熱力學因素反應后體積的變化增大減少降低壓力對平衡的影響有利提高平衡轉化率不利提高平衡轉化率動力學因素反應分子數單分子反應雙分子或多分子反應降低壓力對反應速度的影響不利提高更不利提高降低壓力對反應速度的相對變化的影響有利不利3.稀釋劑的降壓作用如果在生產中直接采用減壓操作，因為裂解是在高溫下進行的，當某些管件連接不嚴密時，有可能漏入空氣，不僅會使裂解原料和產物部分氧化而造成損失，更嚴重的是空氣與裂解氣能形成爆炸性混合物而導致爆炸。另外如果在此處采用減壓操作，而對后繼分離部分的裂解氣壓縮操作就會增加負荷，即增加了能耗。工業(yè)上常用的辦法是在裂解原料氣中添加稀釋劑以降低烴分壓，而不是降低系統總壓。稀釋劑可以是惰性氣體（例如氮）或水蒸汽。工業(yè)上都是用水蒸汽作為稀釋劑，其優(yōu)點是：（1）易于從裂解氣中分離水蒸汽在急冷時可以冷凝，很容易就實現了稀釋劑與裂解氣的分離。（2）可以抑制原料中的硫對合金鋼管的腐蝕（3）可脫除爐管的部分結焦水蒸汽在高溫下能與裂解管中沉淀的焦碳發(fā)生如下反應：C+H2O→H2+CO，使固體焦碳生成氣體隨裂解氣離開，延長了爐管運轉周期。（4）減輕了爐管中鐵和鎳對烴類氣體分解生碳的催化作用水蒸汽對金屬表面起一定的氧化作用，使金屬表面的鐵、鎳形成氧化物薄膜，可抑制這些金屬對烴類氣體分解生碳反應的催化作用。（5）穩(wěn)定爐管裂解溫度水蒸汽的熱容大，水蒸汽升溫時耗熱較多，稀釋水蒸汽的加入，可以起到穩(wěn)定爐管裂解溫度，防止過熱，保護爐管的作用。（6）降低烴分壓的作用明顯稀釋蒸汽可降低爐管內的烴分壓，水的摩爾質量小，同樣質量的水蒸汽其分壓較大，在總壓相同時，烴分壓可降低較多。加入水蒸汽的量，不是越多越好，增加稀釋水蒸汽量，將增大裂解爐的熱負荷，增加燃料的消耗量，增加水蒸汽的冷凝量，從而增加能量消耗，同時會降低裂解爐和后部系統設備的生產能力。水蒸汽的加入量隨裂解原料而異，一般地說，輕質原料裂解時，所需稀釋蒸汽量可以降低，隨著裂解原料變重，為減少結焦，所需稀釋水蒸汽量將增大。綜合本節(jié)討論，石油烴熱裂解的操作條件宜采用高溫、短停留時間、低烴分壓，產生的裂解氣要迅速離開反應區(qū)，因為裂解爐出口的高溫裂解氣在出口溫度條件下將繼續(xù)進行裂解反應，使二次反應增加，乙烯損失隨之增加，故需將裂解爐出口的高溫裂解氣加以急冷，當溫度降到650℃以下時，裂解反應基本終止。第五節(jié)石油烴熱裂解的工藝流程一、管式爐的基本結構和爐型由上節(jié)知，裂解條件需要高溫、短停留時間，所以裂解反應的設備，必須是一個能夠獲得相當高溫度的裂解爐，裂解原料在裂解管內迅速升溫并在高溫下進行裂解，產生裂解氣。管式爐裂解工藝是目前較成熟的生產乙烯工藝技術，我國近年來引進的裂解裝置都是管式裂解爐。管式爐爐型結構簡單，操作容易，便于控制和能連續(xù)生產，乙烯、丙烯收率較高，動力消耗少，熱效率高，裂解氣和煙道氣的余熱大部分可以回收。管式爐裂解技術的反應設備是裂解爐，它既是乙烯裝置的核心，又是挖掘節(jié)能潛力的關鍵設備。（一）管式爐的基本結構為了提高乙烯收率和降低原料和能量消耗，多年來管式爐技術取得了較大進展，并不斷開發(fā)出各種新爐型。盡管管式爐有不同型式，但從結構上看，總是包括對流段（或稱對流室）和輻射段（或稱輻射室）組成的爐體、爐體內適當布置的由耐高溫合金鋼制成的爐管、燃料燃燒器等三個主要部分。管式爐的基本結構如圖1-3所示。1.爐體由兩部分組成，即對流段和輻射段。對流段內設有數組水平放置的換熱管用來預熱原料、工藝稀釋水蒸汽、急冷鍋爐進水和過熱的高壓蒸汽等；輻射段由耐火磚（里層）和隔熱磚（外層）砌成，在輻射段爐墻或底部的一定部位安裝有一定數量的燃燒器，所以輻射段又稱為燃燒室或爐膛，裂解爐管垂直放置在輻射室中央。為放置爐管，還有一些附件如管架、吊鉤等。2.爐管爐管前一部分安置在對流段的稱為對流管，對流管內物料被管外的高溫煙道氣以對流方式進行加熱并氣化，達到裂解反應溫度后進入輻射管，故對流管又稱為預熱管。爐管后一部分安置在輻射段的稱為輻射管，通過燃料燃燒的高溫火焰、產生的煙道氣、爐墻輻射加熱將熱量經輻射管管壁傳給物料，裂解反應在該管內進行，故輻射管又稱為反應管。圖1-3裂解爐基本結構l-輻射段；2-垂直輻射管；3-側壁燃燒器；4-底部燃燒器﹔5-對流段；6-對流管在管式爐運行時，裂解原料的流向是先進入對流管，再進入輻射管，反應后的裂解產物離開裂解爐經急冷段給于急冷。燃料在燃燒器燃燒后，則先在輻射段生成高溫煙道氣并向輻射管提供大部分反應所需熱量。然后，煙道氣再進入對流段，把余熱提供給剛進入對流管內的物料，然后經煙道從煙囪排放。煙道氣和物料是逆向流動的，這樣熱量利用更為合理。3.燃燒器燃燒器又稱為燒嘴，它是管式爐的重要部件之一。管式爐所需的熱量是通過燃料在燃燒器中燃燒得到的。性能優(yōu)良的燒嘴不僅對爐子的熱效率、爐管熱強度和加熱均勻性起著十分重要的作用，而且使爐體外形尺寸縮小，結構緊湊、燃料消耗低，煙氣中NOX等有害氣體含量低。燒嘴因其所安裝的位置不同分為底部燒嘴和側壁燒嘴。管式裂解爐的燒嘴設置方式可分為三種：一是全部由底部燒嘴供熱；二是全部由側壁燒嘴供熱；三是由底部和側壁燒嘴聯合供熱。按所用燃料不同，又分為氣體燃燒器、液體（油）燃燒器和氣油聯合燃燒器。（二）管式裂解爐的爐型由于裂解爐管構型及布置方式和燒嘴安裝位置及燃燒方式的不同，管式裂解爐的爐型有多種，現列舉一些有代表性的爐型。1.魯姆斯裂解爐SRT型裂解爐即短停留時間爐，是美國魯姆斯（Lummus）公司于1963年開發(fā)，1965年工業(yè)化，以后又不斷地改進了爐管的爐型及爐子的結構，先后推出了SRT－Ⅰ～Ⅵ型裂解爐，該爐型的不斷改進，是為了進一步縮短停留時間，改善裂解選擇性，提高乙烯的收率，對不同的裂解原料有較大的靈活性。SRT型爐是目前世界上大型乙烯裝置中應用最多的爐型。中國的燕山石油化工公司，揚子石油化工公司和齊魯石油化工公司的乙烯生產裝置均采用此種裂解爐。2.凱洛格毫秒裂解爐超短停留時間裂解爐簡稱USRT爐，是美國凱洛格（Kellogg）公司在60年代開始研究開發(fā)的一種爐型。1978年開發(fā)成功，在高裂解溫度下，使物料在爐管內的停留時間縮短到0.05～0.1秒（50～100毫秒），所以也稱為毫秒裂解爐。毫秒爐由于管徑較小，所需爐管數量多，致使裂解爐結構復雜，投資相對較高。因裂解管是一程，沒有彎頭，阻力降小，烴分壓低，因此乙烯收率比其它爐型高。我國蘭州石化公司采用此技術。3.USC裂解爐超選擇性裂解爐簡稱USC爐。它是美國斯通－韋伯斯特（Stone&Webster）公司在70年代開發(fā)的一種爐型，USC裂解技術是根據停留時間、裂解溫度和烴分壓條件的選擇，使生成的產品中乙烷等副產品較少，乙烯收率較高而命名的。短的停留時間和低的烴分壓使裂解反應具有良好的選擇性。中國大慶石油化工總廠以及世界上很多石油化工廠都采用它來生產乙烯及其聯產品。目前，工業(yè)裝置中所采用的管式爐裂解技術有十幾種，除以上介紹的外，還有KTI公司的GK裂解爐，Linde公司的LSCC型裂解爐等。我國在20世紀90年代，北京化工研究院、中國石化工程建設公司、蘭州化工機械研究院等單位對裂解爐技術進行深入研究和消化吸收，相繼開發(fā)了多種具有同期世界先進水平的高選擇性CBL裂解爐，并在遼化、齊魯石化、吉化、撫順石化、燕化、天津乙烯和中原乙烯建成投產了9臺CBL－Ⅰ、CBL－Ⅱ、CBL－Ⅲ和CBL－Ⅳ型爐，主要技術經濟指標與同期國際水平相當。近年來，中國石化與Lummus公司合作開發(fā)了SL－Ⅰ和SL－Ⅱ型兩種大型裂解爐技術，并已投產，目前正在合作開發(fā)SL－Ⅲ型裂解爐技術。（三）裂解過程對管式爐的要求對一個性能良好的管式爐來說，主要有以下幾方面的要求：1、適應多種原料的靈活性所謂靈活性是指同一臺裂解爐可以裂解多種石油烴原料。2、爐管熱強度高，爐子熱效率高由于原料升溫，轉化率增長快，需要大量吸熱，所以要求熱強度大，管徑小可使比表面積增大，可滿足要求；燃料燃燒除提供裂解反應所需的有效總熱負荷外，還有散熱損失、化學不完全燃燒損失、排煙損失等，損失越少，則爐子熱效率越高。3、爐膛溫度分布均勻其目的是消除爐管局部過熱所導致的局部結焦，達到操作可靠、運轉連續(xù)、延長爐管壽命。4、生產能力大裂解爐的生產能力一般以每臺裂解爐每年生產的乙烯量來表示。為了適應乙烯裝置向大型化發(fā)展的趨勢，各乙烯技術專利商紛紛推出大型裂解爐。裂解爐大型化減少了各裂解裝置所需的爐子數量，一方面降低了單位乙烯投資費用，減少了占地面積；另一方面，裂解爐臺數減少，使散熱損失下降，節(jié)約了能量，方便了設備操作、管理，降低了乙烯的生產成本、維修等費用。目前運行的單臺氣體裂解爐最大生產能力已達到21萬噸，單臺液體裂解爐最大生產能力達到18～20萬噸。5、運轉周期長裂解反應不可避免地總有一定數量的焦炭沉積在爐管管壁和急冷設備管壁上。當爐內管壁溫度和壓力降達到允許的極限范圍值時，必須停爐進行清焦。裂解爐投料后，其連續(xù)運轉操作時間，稱為運轉周期，一般以天數表示。所以，減緩結焦速度，延長爐子運轉周期，同樣是考核一臺裂解爐性能的主要指標。不同的乙烯生產技術對裂解爐要求不同，因而有各種不同爐型的裂解爐以適應并滿足其要求。二、裂解氣急冷1.裂解氣的急冷從裂解爐出來的裂解氣是富含烯烴的氣體和大量的水蒸汽，溫度727～927℃，烯烴反應性很強，若任它們在高溫下長時間停留，仍會發(fā)生二次反應，引起結焦、烯烴收率下降及生成經濟價值不高的副產物，因此需要將裂解爐出口高溫裂解氣盡快冷卻，以終止其裂解反應。急冷的方法有兩種，一種是直接急冷，另一種是間接急冷。直接急冷用急冷劑與裂解氣直接接觸，急冷劑用油或水，急冷下來的油水密度相差不大，分離困難，污水量大，不能回收高品位的熱量。采用間接急冷的目的是回收高品位的熱量，產生高壓水蒸汽作動力能源以驅動裂解氣、乙烯、丙烯的壓縮機、汽輪機發(fā)電及高壓水泵等機械，同時終止二次反應。生產中一般都先采用間接急冷，即裂解產物先進急冷換熱器，取走熱量，然后采用直接急冷，即油洗和水洗來降溫。裂解原料的不同，急冷方式有所不同，如裂解原料為氣體，則適合的急冷方式為“水急冷”，而裂解原料為液體時，適合的急冷方式為“先油后水”2.急冷設備間接急冷的關鍵設備是急冷換熱器（常以TLE或TLX表示）。急冷換熱器與汽包所構成的水蒸汽發(fā)生系統稱為急冷廢熱鍋爐。一般急冷換熱器管內走高溫裂解氣，裂解氣的壓力約低于0.1MPa，溫度高達800～900℃，進入急冷換熱器后要在極短的時間（一般在0.1秒以下）下降到350～600℃，傳熱強度約達418.7MJ/(m2.h)左右。管外走高壓熱水，壓力約為11～12MPa，在此產生高壓水蒸汽，出口溫度為320～326℃。因此急冷換熱器具有熱強度高，操作條件極為苛刻、管內外必須同時承受較高的溫度差和壓力差的特點；同時在運行過程中還有結焦問題，所以生產中使用的不同類型的急冷鍋爐都是考慮這些特點來研究和開發(fā)的，而與普通的換熱器不同。裂解氣經過急冷換熱器后，進入油洗和水洗。油洗的作用一是將裂解氣繼續(xù)冷卻，并回收其熱量；二是使裂解氣中的重質油和輕質油冷凝洗滌下來回收，然后送去水洗。水洗的作用一是將裂解氣繼續(xù)降溫到40℃左右，二是將裂解氣中所含的稀釋蒸汽冷凝下來，并將油洗時沒有冷凝下來的一部分輕質油也冷凝下來，同時也可回收部分熱量。三、裂解爐和急冷鍋爐的結焦與清焦1.裂解爐和急冷鍋爐的結焦在裂解和急冷過程中不可避免地會發(fā)生二次反應，最終會結焦，積附在裂解爐管的內壁上和急冷鍋爐換熱管的內壁上。隨著裂解爐運行時間的延長，焦的積累量不斷地增加，有時結成堅硬的環(huán)狀焦層，使爐管內徑變小，阻力增大，使進料壓力增加；另外由于焦層導熱系數比合金鋼低，有焦層的地方局部熱阻大，導致反應管外壁溫度升高，一是增加了燃料消耗，二是影響反應管的壽命，同時破壞了裂解的最佳工況，故在爐管結焦到一定程度時即應及時清焦。當急冷鍋爐出現結焦時，除阻力較大外，還引起急冷鍋爐出口裂解氣溫度上升，以致減少副產高壓蒸汽的回收，并加大急冷油系統的負荷。2．裂解爐和急冷鍋爐的清焦當出現下列任一情況時，應進行清焦：（1）裂解爐管管壁溫度超過設計規(guī)定值。（2）裂解爐輻射段入口壓力增加值超過設計值。（3）廢熱鍋爐出口溫度超過設計允許值，或廢熱鍋爐進出口壓差超過設計允許值。清焦方法有停爐清焦和不停爐清焦法（也稱在線清焦）。停爐清焦法是將進料及出口裂解氣切斷（離線）后，將裂解爐和急冷鍋爐停車拆開，分別進行除焦，用惰性氣體和水蒸汽清掃管線，逐漸降低爐溫，然后通入空氣和水蒸汽燒焦。其化學反應為：C＋O2→CO2C+H2O→CO+H2CO+H2O→CO2+H2由于氧化（燃燒）反應是強放熱反應，故需加入水蒸汽以稀釋空氣中的氧的濃度，以減慢燃燒速度。燒焦期間，不斷檢查出口尾氣的二氧化碳含量，當二氧化碳濃度降至0.2%以下時，可以認為在此溫度下燒焦結束。在燒焦過程中裂解管出口溫度必須嚴格控制，不能超過750℃，以防燒壞爐管。停爐清焦需3～4天時間，這樣會減少全年的運轉日數，設備生產能力不能充分發(fā)揮。不停爐清焦是一個改進。它有交替裂解法、水蒸汽法、氫氣清焦法等。交替裂解法是使用重質原料（如輕柴油等）裂解一段時間后有較多的焦生成，需要清焦時切換輕質原料（如乙烷）去裂解，并加入大量的水蒸汽，這樣可以起到裂解和清焦的作用。當壓降減少后（焦已大部分被清除），再切換為原來的裂解原料。水蒸汽、氫氣清焦是定期將原料切換成水蒸汽、氫氣，方法同上，也能達到不停爐清焦的目的。對整個裂解爐系統，可以將爐管組輪流進行清焦操作。不停爐清焦時間一般在24小時之內，這樣裂解爐運轉周期大為增加。在裂解爐進行清焦操作時，廢熱鍋爐均在一定程度上可以清理部分焦垢，管內焦炭不能完全用燃燒方法清除，所以一般需要在裂解爐1～2次清焦周期內對廢熱鍋爐進行水力清焦或機械清焦。相關鏈接：相關鏈接：為減少結焦，國內外采用的結焦抑制技術主要有：（1）采用結焦抑制劑在裂解原料或稀釋蒸汽中加入防焦添加劑，主要是含硫的化合物，以鈍化爐管表面，減少自由基結焦的有效表面積，在爐管表面形成氧化層，延長爐管結焦周期。（2）爐管表面涂層國外許多公司在輻射段爐管的內表面噴涂特定的涂層來抑制和減少結焦，延長運轉周期，在這方面取得了顯著的成果。（3）新型爐管材料S＆W公司和Linde公司正在開發(fā)一種結焦的“陶瓷裂解爐管”，可以從根本上避免爐管結焦。四、裂解工藝流程裂解工藝流程包括原料供給和預熱系統、裂解和高壓水蒸汽系統、急冷油和燃料油系統、急冷水和稀釋水蒸汽系統。圖1－4所示是輕柴油裂解工藝流程。1．原料油供給和預熱系統原料油從貯罐（1）經換熱器（3）和（4）與過熱的急冷水和急冷油熱交換后進入裂解爐的預熱段。原料油供給必須保持連續(xù)、穩(wěn)定，否則直接影響裂解操作的穩(wěn)定性，甚至有損毀爐管的危險。因此原料油泵須有備用泵及自動切換裝置。2．裂解和高壓蒸汽系統預熱過的原料油入對流段初步預熱后與稀釋蒸汽混合，再進入裂解爐的第二預熱段預熱到一定溫度，然后進入裂解爐輻射段（5）進行裂解。爐管出口的高溫裂解氣迅速進入急冷換熱器（6）中，使裂解反應很快終止。急冷換熱器的給水先在對流段預熱并局部汽化后送入高壓汽包（7），靠自然對流流入急冷換熱器（6）中，產生11MPa的高壓水蒸汽，從汽包送出的高壓水蒸汽進入裂解爐預熱段過熱，過熱至470℃后供壓縮機的蒸汽透平使用。3．急冷油和燃料油系統從急冷換熱器（6）出來的裂解氣再去油急冷器（8）中用急冷油直接噴淋冷卻，然后與急冷油一起進入油洗塔（9），塔頂出來的氣體為氫、氣態(tài)烴和裂解汽油以及稀釋水蒸汽和酸性氣體。裂解輕柴油從油洗塔（9）的側線采出，經汽提塔（13）汽提其中的輕組分后，作為裂解輕柴油產品。裂解輕柴油含有大量的烷基萘，是制萘的好原料，常稱為制萘餾份。塔釜采出重質燃料油。自油洗塔釜采出的重質燃料油，一部分經汽提塔（12）汽提出其中的輕組分后，作為重質燃料油產品送出，大部分則作為循環(huán)急冷油使用。循環(huán)急冷油分兩股進行冷卻，一股用來預熱原料輕柴油之后，返回油洗塔作為塔的中段回流，另一股用來發(fā)生低壓稀釋蒸汽（31），急冷油本身被冷卻后循環(huán)送至急冷器作為急冷介質，對裂解氣進行冷卻。急冷油系統常會出現結焦堵塞而危及裝置的穩(wěn)定運轉，結焦產生原因有二：一是急冷油與裂解氣接觸后超過300℃時不穩(wěn)定，會逐步縮聚成易于結焦的聚合物，二是不可避免地由裂解管、急冷換熱器帶來的焦粒。因此在急冷油系統內設置6mm濾網的過濾器（10），并在急冷器油噴嘴前設較大孔徑的濾網和燃料油過濾器（16）。圖1－4輕柴油裂解工藝流程1－原料油貯罐；2－原料油泵；3，4－原料油預熱器；5－裂解爐；6－急冷換熱器；7－氣包；8－急冷器；9－油洗塔；10－急冷油過濾器；11－急冷油循環(huán)泵；12－燃料油汽提塔；13－裂解輕柴油汽提塔；14－燃料油輸送泵；15－裂解輕柴油輸送泵；16－燃料油過濾器；17－水洗塔；18－油水分離器；19－急冷水循環(huán)泵；20－汽油回流泵；21－工藝水泵；22－工藝水過濾器；23－工藝水汽提塔；24－再沸器；25－稀釋蒸汽發(fā)生器給水泵；26，27－預熱器；28－稀釋蒸汽發(fā)生器汽包；29－分離器；30－中壓蒸汽加熱器；31－急冷油換熱器；32－排污水冷卻器；33，34－急冷水冷卻器QW－急冷水；CW－冷卻水；MS一中壓水蒸氣；LS－低壓水蒸氣；QO－急冷油；BW－鍋爐給水；GO－輕柴油；FO－燃料油4．急冷水和稀釋水蒸汽系統裂解氣在油洗塔（9）中脫除重質燃料油和裂解輕柴油后，由塔頂采出進入水洗塔（17），此塔的塔頂和中段用急冷水噴淋，使裂解氣冷卻，其中一部分的稀釋水蒸汽和裂解汽油就冷凝下來。冷凝下來的油水混合物由塔釜引至油水分離器（18），分離出的水一部分供工藝加熱用，冷卻后的水再經急冷水換熱器（33）和（34）冷卻后，分別作為水洗塔（17）的塔頂和中段回流，此部分的水稱為急冷循環(huán)水，另一部分相當于稀釋水蒸汽的水量，由工藝水泵（21）經過濾器（22）送入汽提塔（23），將工藝水中的輕烴汽提回水洗塔（17），保證塔釜中含油少于100ppm。此工藝水由稀釋水蒸汽發(fā)生器給水泵（25）送入稀釋水蒸汽發(fā)生器汽包（28），再分別由中壓水蒸汽加熱器（30）和急冷油換熱器（31）加熱汽化產生稀釋水蒸汽，經氣液分離器（29）分離后再送入裂解爐。這種稀釋水蒸汽循環(huán)使用系統，節(jié)約了新鮮的鍋爐給水，也減少了污水的排放量。油水分離槽（18）分離出的汽油，一部分由泵（20）送至油洗塔（9）作為塔頂回流而循環(huán)使用，另一部分從裂解中分離出的裂解汽油作為產品送出。經脫除絕大部分水蒸汽和裂解汽油的裂解氣，溫度約為40℃送至裂解氣壓縮系統。

本章總結及練習一．要求1．知識目標：·了解國內外乙烯生產現狀及主要生產方法·掌握石油烴熱裂解的原理·熟悉石油烴熱裂解的生產步驟及相關知識2．能力目標：·根據化學反應規(guī)律，能夠判斷原料的優(yōu)劣·能夠分析如何選擇工藝條件·能夠畫出石油烴熱裂解的工藝原理流程圖二．本章總結石石油烴裂解目的：生產低分子烯烴，包括C2,C3,C4烯烴原料：石油，天然氣，餾分油產品：裂解氣，裂解汽油，燃料油等方法：烴類熱裂解概述反應原理主要反應：①一次反應：烷烴，烯烴裂解；環(huán)烷烴斷環(huán)，斷側鏈；芳烴斷側鏈等②二次反應：縮合，環(huán)化，芳構化等反應機理：自由基反應，鏈引發(fā)、鏈增長、鏈終止影響因素：①原料：正構烷烴含量高，雜質含量低②工藝條件：高溫，低壓，短時間③設備結構：管式反應器工藝流程：①管式爐裂解反應②急冷：油急冷，水急冷③裂解產物分餾三．習題練習1．什么是石油烴裂解？主要目的是什么？聯產的產品有哪些？2．烴類裂解的原料主要有哪些？選擇原料應考慮哪些方面？3．裂解過程中一次反應和二次反應的含義是什么？為什么要盡力促進一次反應而抑制二次反應？4．選擇裂解溫度主要考慮哪些因素？5．停留時間長與短對裂解有何影響？6．裂解溫度與停留時間有何關系？在生產中如何合理選擇？7．從動力學和熱力學兩方面來分析裂解壓力對裂解反應有何影響？8．裂解生產中為什么不采用抽真空辦法降低系統總壓？9．裂解過程中為什么要加入水蒸汽？它還起到了哪些作用？10．裂解氣為什么要急冷？急冷有哪些方法？各自的優(yōu)缺點是什么？12．急冷換熱器有什么特點？13．在管式裂解爐中為什么會結焦？結焦對生產操作有什么影響？14．在生產中出現什么情況需要清焦？清焦的常用方法有哪些？15．魯姆斯裂解工藝流程主要包括哪些部分？各部分的主要作用是什么？四．拓展知識從催化干氣中回收乙烯的新方法－變壓吸附法催化裂化干氣中乙烯含量高達10%～20%。同石油裂解氣相比，催化干氣規(guī)模小、乙烯含量低，如采用傳統的分離方法，則投資和生產成本均很高，經濟上不可行，致使這些乙烯都作為加熱爐的燃料氣燒掉了。變壓吸附工藝利用同種氣體在吸附劑上的吸附量隨氣體壓力升高而增大、隨氣體壓力降低而減少的特性以及吸附劑對不同氣體組分吸附量不同的特性，實現氣體的分離與凈化，同時使吸附劑得到再生。變壓吸附分離過程具有常溫操作、易于控制、產品純度高、投資和生產成本低的優(yōu)點。

課題：裂解氣組成及分離方法授課內容：●裂解氣的組成及分離要求●裂解氣的壓縮●裂解氣的制冷知識目標：●掌握裂解氣的主要組成、特點及分離要求●掌握裂解氣壓縮原理、方法●掌握裂解氣制冷原理、方法能力目標：●分析和判斷不同裂解原料、工藝過程的裂解產物組成分布特點●分析和判斷產物分離過程對原料組成、狀態(tài)的要求及實現方法思考與練習：●烴類熱裂解氣體的組成分布及特點●裂解氣分離過程及產品要求對裂解氣分離有何要求？●為什么要對裂解氣進行多段壓縮？●裂解氣制冷過程要考慮哪些因素？裂解氣的分離 第一節(jié)裂解氣的組成及分離方法一、裂解氣的組成及分離要求石油烴裂解的氣態(tài)產品—裂解氣是一個多組分的氣體混合物，其中含有許多低級烴類，主要是甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷與碳四、碳五、碳六等烴類，此外還有氫氣和少量雜質如硫化氫和二氧化碳、水份、炔烴、一氧化碳等，其具體組成隨裂解原料、裂解方法和裂解條件不同而異。表2－1列出了用不同裂解原料所得裂解氣的組成。要得到高純度的單一的烴，如重要的基本有機原料乙烯、丙烯等，就需要將它們與其它烴類和雜質等分離開來，并根據工業(yè)上的需要，使之達到一定的純度，這一操作過程，稱為裂解氣的分離。裂解、分離、合成是有機化工生產中的三大加工過程。分離是裂解氣提純的必然過程，為有機合成提供原料，所以起到舉足輕重的作用。各種有機產品的合成，對于原料純度的要求是不同的。有的產品對原料純度要求不高，例如用乙烯與苯烷基化生產乙苯時，對乙烯純度要求不太高。對于聚合用的乙烯和丙烯的質量要求則很嚴，生產聚乙烯、聚丙烯要求乙烯、丙烯純度在99.9%或99.5%以上，其中有機雜質不允許超過5～10PPm。這就要求對裂解氣進行精細的分離和提純，所以分離的程度可根據后續(xù)產品合成的要求來確定。二、裂解氣分離方法簡介裂解氣的分離和提純工藝，是以精餾分離的方法完成的。精餾方法要求將組分冷凝為液態(tài)。甲烷和氫氣不容易液化，碳二以上的餾分相對地比較容易液化。因此，裂解氣在除去甲烷、氫氣以后，其它組分的分離就比較容易。所以分離過程的主要矛盾是如何將裂解氣中的甲烷和氫氣先行分離。解決這對矛盾的不同措施，便構成了不同的分離方法。表2－1不同裂解原料得到的幾種裂解氣組成%(體積)組分原料來源乙烷裂解石腦油裂解輕柴油裂解H2CO＋CO2＋H2SCH4C2H2C2H4C2H6C3H4C3H6C3H8C4C5≥C6H2O34.00.194.390.1931.5124.350.760.180.094.3614.090.3226.780.4126.105.780.4810.300.344.851.044.534.9813.180.2721.240.3729.347.580.5411.420.365.210.514.585.40工業(yè)生產上采用的裂解氣分離方法，主要有深冷分離和油吸收精餾分離兩種。油吸收法是利用裂解氣中各組分在某種吸收劑中的溶解度不同，用吸收劑吸收除甲烷和氫氣以外的其它組分，然后用精餾的方法，把各組分從吸收劑中逐一分離。此方法流程簡單，動力設備少，投資少，但技術經濟指標和產品純度差，現已被淘汰。工業(yè)上一般把冷凍溫度高于-50℃稱為淺度冷凍(簡稱淺冷)；而在-50～-l00℃之間稱為中度冷凍；把等于或低于-100℃稱為深度冷凍(簡稱深冷)。深冷分離是在-100℃左右的低溫下，將裂解氣中除了氫和甲烷以外的其它烴類全部冷凝下來。然后利用裂解氣中各種烴類的相對揮發(fā)度不同，在合適的溫度和壓力下，以精餾的方法將各組分分離開來，達到分離的目的。因為這種分離方法采用了-100℃以下的冷凍系統，故稱為深度冷凍分離，簡稱深冷分離。深冷分離法是目前工業(yè)生產中廣泛采用的分離方法。它的經濟技術指標先進，產品純度高，分離效果好，但投資較大，流程復雜，動力設備較多，需要大量的耐低溫合金鋼。因此，適宜于加工精度高的大工業(yè)生產。本章重點介紹裂解氣的精餾分離的深冷分離方法。在深冷分離過程中，為把復雜的低沸點混合物分離開來需要有一系列操作過程組合。但無論各操作的順序如何，總體可概括為三大部分。1．壓縮和冷凍系統該系統的任務是加壓、降溫，以保證分離過程順利進行。2．氣體凈化系統為了排除對后繼操作的干擾，提高產品的純度，通常設置有脫酸性氣體、脫水、脫炔和脫一氧化碳等操作過程。3．低溫精餾分離系統這是深冷分離的核心，其任務是將各組分進行分離并將乙烯、丙烯產品精制提純。它由一系列塔器構成，如脫甲烷塔，乙烯精餾塔和丙烯精餾塔等。下面就按以上三大系統順序，分別詳細介紹。第二節(jié)壓縮與制冷裂解氣分離過程中需加壓、降溫，所以必須進行壓縮與制冷來保證生產的要求。一、裂解氣的壓縮在深冷分離裝置中用低溫精餾方法分離裂解氣時，要求溫度最低的部位是在甲烷和氫氣的分離，而且所需的溫度隨操作壓力的降低而降低。例如：脫甲烷塔操作壓力為3.0MPa時，為分離甲烷所需塔頂溫度約－90～－100℃左右；當脫甲烷塔壓力為0.5MPa時，為分離甲烷所需塔頂溫度則需下降到－1300～－140℃。而為獲得一定純度的氫氣，則所需溫度更低。這不僅需要大量的冷量，而且要用很多耐低溫鋼材制造的設備，這無疑增大了投資和能耗，在經濟上不夠合理。所以生產中根據物質的冷凝溫度隨壓力增加而升高的規(guī)律，可對裂解氣加壓，從而使各組分的冷凝點升高，即提高深冷分離的操作溫度，這既有利于分離，又可節(jié)約冷凍量和低溫材料。不同壓力下某些組分的沸點如表2－2所示。從表中我們可以看出，乙烯在常壓下沸點是－104℃，即乙烯氣體需冷卻到－104℃才能冷凝為液體，但當加壓到10.13×105Pa時，只需冷卻到－55℃即可。對裂解氣壓縮冷卻，能除掉相當量的水份和重質烴，以減少后繼干燥及低溫分離的負擔。提高裂解氣壓力還有利于裂解氣的干燥過程，提高干燥過程的操作壓力，可以提