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1、乙烯装置分离工段脱乙烷塔工序工艺设计第一章 文献综述1.1 设计概述本设计是对年产 10 万吨乙烯装置裂解分离工段的设计。该设计是以*石油公司乙烯裂解装置为依据，同时做了部分改动。本设计以石脑油为原料，管式炉裂解的方法生产乙烯。主要对脱乙烷塔进行了物料衡算和热量衡算，并对其进行了工艺参数的确定以及设备尺寸计算与选型。本设计中裂解炉选用的是鲁姆斯公司的 SRT型裂解炉， 脱乙烷塔采用的是筛板塔。整个设计工作持续了近 4 个月，在指导老师的帮助下，我们去*乙烯厂进行了毕业实习，参观了实际生产设备，在工厂老师的细心讲解下，对生产流程有了较深刻的了解。回来后查阅了大量的文献资料和相关书籍，对理论知识有
2、了更深的认识，并应用到毕业设计当中，顺利的完成了设计。1.2 乙烯等主要产品和主要副产品的性质、用途和质量规格1.2.1 聚合物乙烯本装置生产的乙烯产品送往下述装置：聚乙烯装置、环氧乙烷装置、聚丙烯装置、对二甲苯装置。性质：常温常压下为无色可燃性气体，略具烃类特有的臭味，冰点169.4沸点103.8、比重：气体（空气=1）0.9852、粘度 0.000093Cp,在空气中的爆炸极限：上限为 1629（体积分数） ，下限为 33.5（体积分数） 。规格乙烯 99.9 wt 最小氢气 1 ppm wt 最大乙炔 5 ppm wt 最大一氧化碳 5 ppm wt 最大二氧化碳 5 ppm wt 最大
3、氧 1 ppm wt 最大硫（按 H2S） 1 ppm wt 最大甲烷 500 ppm wt 最大饱和烃总量 1000 ppm wt 最大烯烃 50 ppm wt 最大甲醇 10 ppm wt 最大大气压下露点 60用途：乙烯为石油化工基本原料之一，乙烯可以制备多种有机原料，如乙醇、乙醛、醋酸、环氧乙烷等，也可以作为合成材料的单体，如聚乙烯等。1.2.2 聚合级丙烯装置生产的聚合级丙烯送往聚丙烯装置，部分产品送往对二甲苯装置，作为冷剂。 性质：常温常压下为无色可燃性气体，微具烃类特有的臭味，沸点47.7，凝固点185.25，液体的比重（d 204 ）0.5139,零度时气体比重（空气=1）1.
4、46，可溶于乙醇和乙醚，微溶于水。规格纯度 99.5 V 最小氢 50 ppm wt 最大乙烯 300 ppm wt 最大乙烷 1000 ppm wt 最大丙炔 10 ppm wt 最大丙二烯 10 ppm wt 最大丁二烯 10 ppm wt 最大丁烯 50 ppm wt 最大硫 1 ppm wt 最大水丙烷 5 ppm wt 最大丙烷 余量 最大用途：丙烯是石油加工的基本原料之一，它可以生产多种重要的有机化工原料，如丙烯腈、环氧丙烷、异丙醇、甘油等，也可直接合成材料聚丙烯的单体，丙烯在炼油工业上是制取叠合汽油的原料。1.2.3 主要副产品的性质，用途和质量规格。1.2.3.1 富 H2 气
5、体装置所产生的富 H2 气体除本装置加氢外，部分气体送往汽油加氢和环己烷装置。纯度 90 V 最小一氧化碳 10ppm V 最大水 环境温度下饱和1.2.3.2 丙烷 性质：无色气体，气体的相对密度 1.56（空气=1） ，液体的相对密度 0.531（0） ，微溶于水。化学性质很稳定，不容易发生化学反应，与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限 2.49.5（体积） 。规格丙烷 70.53 wt丙烯 29.47 wt丁烯 200ppm wt 最大用途：丙烷是裂解制造乙烯和丙烯的原料也可用作燃料和冷冻剂，在有机合成中，可用于制备氧化合物和低级硝基烷等。1.2.3.3C4 馏分装置所产生的 C4 馏分送往
6、界区外贮罐。规格丙烷+丙烯 各 200ppm wt 最大丙二烯 200ppm wt 最大1，3 丁二烯 41.6 wt丁烯 55.6 wt炔烃 3000ppm wt用途：1，3 丁二烯为 C4 馏分中的主要成分，可将其提纯，用于合成橡胶，与多种化合物共聚制造各种合成橡胶和合成树脂，丁二烯又是多种涂料和有机化工产品的原料。1.2.3.4 裂解汽油装置生产的裂解汽油送往汽油加氢装置。规格C-4 1000ppm wt 最大C5 23.6 wtC6 25.7 wtC7 17.1 wtC8 12.0 wtC-9 21.5 wt胶质 30mg/100ml wt酸性硫 30ppm wt总硫 200ppm w
7、t用途：裂解汽油烃一段加氢可作为高六烷值汽油组分。1.2.3.5 裂解焦油规格闪点（闭口） 70粘度（50） mm2/s50比重（10 204） 1.01BMCI 值 110用途：可用作燃料，还可用于建筑方面，同时也是生产炭黑的良好原料。1.3 国内外乙烯工业的现状和发展前景乙烯是石油化工基础原料之一，乙烯产量的大小是衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志。中国乙烯工业经过四十多年的发展、已具有一定的生产能力、积累了丰富的经验、培育了一大批懂生产会管理的人才、并研究和开发了一批技术成果。目前世界上乙烯生产的主要技术是管式炉蒸汽热裂解和顺序深冷分离流程，生产装置趋于大型化、1979 年世界第一套
8、 72.5 万吨/年乙烯装置在美国德克萨斯州迪尔帕克建成，现在已能设计出百万吨级规模的乙烯装置，但由于原料供应不易稳定，设备制备等方面的问题，使使继续大型化优越减弱，因此一般装置的规模都在4060 万吨/年。就乙烯生产的布局来看，虽然拉美，非洲及亚太地区的乙烯生产能力有了飞速的发展，但目前还属美国、西欧、日本三个地区和国家的乙烯生产能力较高、占世界的 70。我国的第一套乙烯装置是兰州化学工业公司合成橡胶厂 5250 吨/年乙烯装置，1962 年元旦试车成功。我们乙烯工业就跻身于世界主要乙烯生产国之列，生产技术水平已达到八十年代国际先进水平。近年来，各乙烯生产国均采用新技术、新工艺、新材料、新设
9、备、对原乙烯装置进行改造，以提高收率，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。就国内而言，我国已经把基点放在生产能力上，通过内涵挖潜，使现在装置的效益得到充分的发挥。我国的乙烯工业应该相对集中于沿海、沿江地区，同时，建设乙烯还有工业基础和人员素质等问题，因此依托老企业新建是有利的。随着科技的进步，新技术、新材料的出现，乙烯工业的前景会更加光明。第二章 乙烯生产方法选择和工艺流程的确定2.1 乙烯的主要生产方法2.1.1 烃类热裂解法生产乙烯早在三十年代就开始对石油烃高高温裂解生产烯烃技术进行研究，并在四十年代初建成了管式炉裂解生产烯烃的工业装置，经过五十多年
10、的发展，石油烷烃经管式炉热裂解生产乙烯的方法至今仍在乙烯生产中占统治地位，乙烯产量占世界乙烯生产的 99以上。主要裂解方法：（1） 蓄热炉裂解 该裂解方法是以蓄热砖为热载体使石油烃裂解制烯烃的技术。五十年代初实现工业化，由于其收率低，能耗大，污水量大，因而除国内的一些小乙烯企业尚在使用之外，国外已关闭停产。（2） 流动床裂解 该裂解方法是在催化裂化技术基础上发展的烃类裂解技术。TPC 法、 Lurgi-Rubrgas 砂子炉法，BASF 流动床法， K-K 法均为代表性的流动床裂解技术。（3）流化床部分氧化裂解 该裂解方法是在流化床反应器中将空气或氧气混入原料烃，部分原料烃燃烧产生的热量供其剩
11、余原料烃进行裂解反应也称为自然裂解法。其致命弱点是裂解气分离大大复杂，不可避免地将增加分离系统的投资和操作费用。因而该方法难以发展。高温水蒸汽裂解 该裂解方法是以水蒸汽为热载体，利用高温水蒸汽的热量为裂解反应供热，其关键是高温水蒸汽的发生。（4） 高温水蒸汽裂解 该裂解方法是以水蒸汽为热载体，利用高温水蒸汽的热量为裂解反应供热，其关键是高温水蒸汽的发生。（5） 管式炉裂解 该裂解方法是以间壁加热方式为烃类裂解提供热量。通常、首先在对流段中将管内的烃类和水蒸汽混合物预热至“开始”裂解的温度。将烃/水蒸汽混合物送至高温辐射管继续开高温度，以进行裂解。该方法是国内外普遍采用的裂解方法。（6） 加氢热
12、裂解 该裂解方法是以管式炉裂解技术为基础用氢气代替水蒸汽做稀释剂的裂解技术。（7） 催该裂解 该裂解方法是在催化剂存在条件下，对石油烃进行高温裂解的过程，该方法烯烃收率较高，同时芳烃的收率也有所提高炉内结焦也有限，因此该方法前景为光明。（8） 小结 在烃类裂解生产乙烯的各种裂解方法中，对轻烃、石脑油、煤油、轻柴油、甚至部分重柴油等裂解原料，至今仍是管式炉热裂解法在工业生产中占绝对优势。当使用减压柴油或常压重油作裂解原料时，催化裂化法显示出相当的竞争力。预计，在重质油裂解方面，催化裂化法前途十分可观。裂解气的分离法（1）深冷分离法 由于裂解气中的氢及不同碳数烃的沸点不同，可以利用各组分相对挥发度
13、的不同，在不同温度条件下采用精馏方法进行分离，这种采用低温精馏分离裂解气中甲烷和氢的方法，称为深冷分离法。目前大都采用此种分离方法。（2）油吸收分离法 油吸收法是利用吸收剂（如碳三碳四馏分）吸收裂解气中分离出甲烷和氢（3）其它分离方法 工业上曾采用活性炭吸附分离方法回收低浓度乙烯气体中的乙烯。在此基础上，日本神户制钢所曾对裂解气的吸附分离法进行研究，目的是用活性炭吸附分离装置分离高温裂解联产乙烯和乙炔的裂解气。其中试装置所得乙烯和乙烯的回收率为 8590.由于经济性差，难于实现工业化。2.1.2 乙烯生产的其它方法除烃类裂解生产乙烯和丙烯外，由炼厂气回收乙烯和丙烯，也是工业上生产烯烃的主要来源
14、之一。此外，采用丙烷催化脱氢的工艺由丙烷生产的丙烯技术也实现了工业化，近来在乙烷脱氢生产乙烯方面的研究也取得进展。在石油化工发展的早期，由乙醇脱水制乙烯和焦炉气深冷分离回收乙烯，均为乙烯工业生产的途径之一。随着碳一化学的发展，由合成气制乙烯或以合成气经甲醇制乙烯的生产路线受到广泛的重视，近期，以甲烷偶合氧化制乙烯的研究又取得很大进展。但是，在油价相对稳定的情况下，预计在相当时期中，碳一化学的乙烯生产路线，尚难与烃裂解竞争。2.2 *乙烯厂乙烯生产工艺技术简介2.2.1 装置简介*乙烯以石脑油为原料，管式炉裂解来生产乙烯。*乙烯装置采用美国鲁姆斯专利技术，由加拿大公司总承包，日本东洋工程公司负责
15、工程设计。本装置包括两套工艺单元：即乙烯单元和汽油加氢单元。以丙烷馏分、丁烷馏分、重整液化气、重整泊头油、直流石脑油及不凝气、粗丙烷为原料。采用五台 SRT-型裂解炉和一台 CBL-型裂解炉裂解，经急冷、压缩、顺序深冷分离等工序年产 14 万吨/ 聚合级乙烯、6 万吨/年聚合级丙烯及 4.8 万吨/年加氢汽油。同时装置还设有水精制、热水和污水处理三套辅助装置。2.2.2 基本原理 裂解烃类裂解过程是一个十分复杂的化学反应过程，对于石脑油的裂解，因其组分复杂，目前尚未得出统一结论，一般包括下述部分：链烷烃的裂解生成乙烯，丙烯的反应。丙烯、丁烯的裂解，加氢生成乙烯，甲烷的反应。烯烃或二烯烃的聚合环
16、化反应。环烷烃的脱环基反应，开环裂解反应。环烷烃的开环脱氧反应，脱氢反应。烷基芳烃的脱烷基反应。芳烃的重缩合反应，生成多环芳香族烃反应，连烷烃的裂解目前认为是游离基的连锁反应。乙烷裂解：连锁开始：C 2H6 + C2H62CH 3 + C2H6连锁传播：C 2H6 + CH3CH 4 + C2H5C2H5C 2H4 + HC2H6 + HC 2H5+ H2连锁停止：C 2H5+ C2H5C 5H10石脑油裂解：连锁开始：R 1HR 2+ R3连锁传播：R 2+ R1HR 3H + R1R3+ R1HR 5H + R1R1C nH2n + R4连锁停止：R 1+ R4 生成物 分离 脱硫裂解气中酸性气体的清除在裂解气压缩机三、四段段间碱洗塔内进行，发生的中和反应如下：H2S +2NaOHNa 2S+2H
