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1、裂解气分离工艺流程裂解气分离工艺流程授课内容：授课内容： 裂解气分离工艺流程裂解气分离工艺流程 裂解气分离过程操作裂解气分离过程操作知识目标：知识目标： 掌握裂解气分离原则流程掌握裂解气分离原则流程 掌握裂解气分离过程操作步骤和方法掌握裂解气分离过程操作步骤和方法 能力目标：能力目标： 混合物精馏分离方案设计混合物精馏分离方案设计 混合物精馏分离过程操作条件制定混合物精馏分离过程操作条件制定思考与练习：思考与练习： 裂解气分离工艺流程主要由哪些过程构成？裂解气分离工艺流程主要由哪些过程构成？ 裂解气分离过程操作主要异常现象及处理方法裂解气分离过程操作主要异常现象及处理方法第四节第四节 裂解气深
2、冷分离裂解气深冷分离一、深冷分离流程一、深冷分离流程1 1深冷分离的任务深冷分离的任务裂解气经压缩和制冷、净化过程为深冷分离创造了条件高压、低温、净化。深冷分离的任务就是根据裂解气中各低碳烃相对挥发度的不同，用精馏的方法逐一进行分离，最后获得纯度符合要求的乙烯和丙烯产品。2 2三种深冷分离流程三种深冷分离流程深冷分离工艺流程比较复杂，设备较多，能量消耗大，并耗用大量钢材，故在组织流程时需全面考虑，因为这直接关系到建设投资、能量消耗、操作费用、运转周期、产品的产量和质量、生产安全等多方面的问题。裂解气深冷分离工艺流程，包括裂解气深冷分离中的每一个操作单元。每个单元所处的位置不同，可以构成不同的流
3、程。目前具有代表性三种分离流程是：顺序分离流程，前脱乙烷分离流程和前脱丙烷分离流程。（1）顺序分离流程顺序分离流程是按裂解气中各组分碳原子数由小到大的顺序进行分离，即先分离出甲烷、氢，其次是脱乙烷及乙烯的精馏，接着是脱丙烷和丙烯的精馏，最后是脱丁烷，塔底得碳五馏分。图图 2-42-4 顺序分离工艺流程简图顺序分离工艺流程简图1 1压缩压缩、段；段；2 2碱洗塔；碱洗塔；3 3压缩压缩、段；段；4 4干燥器；干燥器；5 5冷箱；冷箱；6 6脱甲烷塔；脱甲烷塔；7 7第一脱第一脱乙烷塔；乙烷塔；8 8第二脱甲烷塔；第二脱甲烷塔；9 9乙烯塔；乙烯塔；1010加氢反应器；加氢反应器；1111脱丙烷塔
4、；脱丙烷塔；1212第二脱乙烷塔；第二脱乙烷塔；1313丙烯丙烯塔；塔；1414脱丁烷塔；脱丁烷塔；15-15-甲烷化；甲烷化；1616氢气干燥器氢气干燥器顺序深冷分离流程如图 2-4 所示。裂解气经过压缩机、段压缩（1） ，压力达到 1.0MPa，送入碱洗塔（2） ，脱除酸性气体。碱洗后的裂解气再经压缩机的、段压缩（3） ，压力达到 3.7MPa，送入干燥器（4）用分子筛脱水。干燥后的裂解气进入冷箱（5）逐级冷凝，分出的凝液分为四股按其温度高低分别进入脱甲烷塔（6）的不同塔板，分出的富氢经过甲烷化（15）脱除 CO 及干燥器（16）脱水后，作为碳二馏分和碳三馏分加氢脱炔用氢气。在脱甲烷塔顶脱
5、除甲烷馏分，塔釜是 C2以上馏分，送入脱乙烷塔（7） 。在脱乙烷塔顶分出的 C2馏分，经加氢反应器（10）脱除乙炔和经干燥器（16）脱水后送入第二脱甲烷塔（8） ，在塔顶脱除加氢时带入的甲烷、氢，循环回压缩机，塔釜主要是乙烷和乙烯，送入乙烯精馏塔（9） ，通过精馏操作塔顶得乙烯产品，塔釜的乙烷循环回裂解炉；脱乙烷塔釜的 C3以上馏分，进入脱丙烷塔（11） ，塔顶分出 C3馏分经加氢反应器（10）脱除丙炔、丙二烯和经干燥器（16）脱水后送入第二脱乙烷塔（12） ，在塔顶脱除加氢时带入的 C2以下馏分，循环回压缩机，塔釜主要是丙烷和丙烯，送入丙烯精馏塔（13） ，通过精馏操作塔顶得丙烯产品，塔釜的
6、丙烷循环回裂解炉；脱丙烷塔釜的 C4以上馏分进入脱丁烷塔（15） ，塔顶分出 C4馏分，塔底得 C5馏分。（2）前脱乙烷分离流程前脱乙烷分离流程是以脱乙烷塔为界限。将物料分成两部分。一部分是轻馏分，即甲烷、氢、乙烷和乙烯等组分；另一部分是重组分，即丙烯、丙烷、丁烯、丁烷以及碳五以上的烃类。然后再将这两部分各自进行分离，分别获得所需的烃类。图图 2-52-5 前脱乙烷流程工艺流程前脱乙烷流程工艺流程1 1段压缩；段压缩；2 2碱洗；碱洗；3 3、段压缩；段压缩；4 4干燥；干燥；5 5脱乙烷塔；脱乙烷塔；6 6催化加氢；催化加氢；7 7脱甲烷塔；脱甲烷塔；8 8冷箱；冷箱；9 9乙烯塔；乙烯塔；
7、1010甲烷化；甲烷化；1111脱丙烷塔；脱丙烷塔；1212丙烯塔；丙烯塔；1313脱丁烷塔；脱丁烷塔；前脱乙烷分离流程如图 2-5 所示。该流程的压缩、碱洗及干燥等部分与顺序分离流程相同。不同的是干燥后的裂解气首先进入脱乙烷塔（5） ，塔顶分出 C2以下馏分，即甲烷、氢、C2馏分，然后送入（前）加氢反应器（12）脱除乙炔，再经干燥器脱水后送入冷箱，冷箱作用与顺序分离流程相同，四股进料进入脱甲烷塔（7） ，塔顶分出甲烷、氢，塔釜的乙烷和乙烯送入乙烯精馏塔（8） ，经精馏塔顶得到乙烯产品；脱乙烷塔釜的 C3以上馏分，送入脱丙烷塔（9） ，后续流程与顺序分离流程相同。（3）前脱丙烷分离流程前脱丙烷
8、分离流程是以脱丙烷塔为界限，将物料分为两部分，一部分为丙烷及比丙烷更轻的组分；另一部分为碳四及比碳四更重的组分，然后再将这两部分各自进行分离，获得所需产品。 前脱丙烷分离流程如图 2-6 所示。裂解气经、段压缩（1）后，经碱洗（2）和干燥（3）首先进入脱丙烷塔（4） ，塔顶分出 C3以下馏分，即甲烷、氢、C2馏分和 C3馏分，再进入、段压缩（5） ，之后经冷箱（11）进入脱甲烷塔，后序操作与顺序分离流程相同；脱丙烷塔釜得到的 C4以上馏分，送入脱丁烷塔（10） ，塔顶分出 C4馏分，塔釜得C5馏分。图图 2-62-6 前脱丙烷深冷分离流程图前脱丙烷深冷分离流程图1-11-1段压缩；段压缩；2
9、2碱洗；碱洗；3 3干燥；干燥；4-4-脱丙烷塔；脱丙烷塔；5-5-脱丁烷塔；脱丁烷塔；6-6-段压缩；段压缩；7-7-加氢除炔反应；加氢除炔反应；8-8-冷箱；冷箱；9-9-脱甲烷塔；脱甲烷塔；10-10-脱乙烷塔；脱乙烷塔；11-11-乙烯塔；乙烯塔；12-12-丙烯塔丙烯塔 3 3三种流程的比较三种流程的比较三种工艺流程的比较见表 26 所示。表表 2 26 6 三种工艺流程的比较三种工艺流程的比较比较项目顺序分离流程前脱乙烷分离流程前脱丙烷分离流程操作问题脱甲烷塔在最前，釜温低，再沸器中不易发生聚合而堵塞脱乙烷塔在最前，压力高，釜温高，如 C4以上烃含量多，二烯烃在再沸器聚合，影响操作
10、且损失丁二烯脱丙烷在最前，且放置在压缩机段间，低压时就除去了丁二烯，再沸器中不易发生聚合而堵塞冷量消耗全馏分都进入了脱甲烷塔，加重了脱甲烷塔的冷冻负荷，消耗高能级位的冷量多，冷量利用不够合理 C3、C4烃不在脱甲烷而是在脱乙烷塔冷凝，消耗低能级位的冷量，冷量利用合理C4烃在脱丙烷塔冷凝，冷量利用比较合理分子筛干燥负荷分子筛干燥是放在流程中压力较高、温度较低的位置，对吸附有利，容易保证裂解气的露点，负荷小与顺序分离流程相同由于脱丙烷塔在压缩机三段出口，分子筛干燥只能放在压力较低的位置，以吸附不利，且三段出口 C3以上重质烃不能较多冷凝下来，负荷大加氢脱炔方案多采用后加氢可用后加氢，但最有利于采用
11、前加氢可用后加前，但前加氢经济效果更好塔径大小脱甲烷塔负荷大，塔径大，且耐低温钢材耗用多脱甲烷塔负荷小，塔径小，而脱乙烷塔塔径大脱丙烷塔负荷大，塔径大，脱甲烷塔塔径介于前两种流程之间对原料的适应性对原料适应性强，无论裂解气轻、重，均可最适合 C3、C4烃含量较多而丁二烯含量少的气体可处理较重的裂解气，对含 C4烃较多的裂解气，本流程更能体现其优点采用该流程的公司美国鲁姆斯公司和凯洛格公司德国林德公司和美国布朗路特公司美国斯通韦伯斯特公司 二、脱甲烷塔二、脱甲烷塔脱甲烷塔的中心任务是将裂解气中甲烷氢和乙烯及比乙烯更重的组分进行分离，分离过程是利用低温，使裂解气中除甲烷氢外的各组分全部液化，然后将
12、不凝气体甲烷氢分出。分离的轻关键组分是甲烷，重关键组分为乙烯。对于脱甲烷塔，希望塔釜中甲烷的含量应该尽可能低，以利于提高乙烯的纯度。塔顶尾气中乙烯的含量应尽可能少，以利于提高乙烯的回收率，所以脱甲烷塔对保证乙烯的回收率和纯度起着决定性的作用；同时脱甲烷塔是分离过程中温度最低的塔，能量消耗也最多，所以脱甲烷塔是精馏过程中关键塔之一。对整个深冷分离系统来说，设计上的考虑、工艺上的安排、设备和材料的选择，都是围绕脱甲烷塔而进行的。影响脱甲烷的操作条件有进料中 CH4H2分子比、温度和压力。1 1进料中进料中 CHCH4 4H H2 2分子比分子比CH4H2分子比大，尾气中乙烯含量低，即提高乙烯的回收
13、率。这是由于裂解气中所含的氢和甲烷都进入了脱甲烷塔塔顶，在塔顶为了满足分离要求，要有一部分甲烷的液体回流。但如有大量氢气存在，降低了甲烷的分压，甲烷气体的冷凝温度会降低，即不容易冷凝，会减少甲烷的回流量。所以在满足塔顶露点的要求条件下，在同一温度和压力水平下，分子比越大，乙烯损失率越小。2 2温度和压力温度和压力降低温度和提高压力都有利于提高乙烯的回收率，但温度的降低，压力的提高都受到一定条件的制约，温度的降低受温度级位的限制，压力升高主要影响分离组分的相对挥发度。所以工业中有高压法、中压法和低压法三种不同的压力操作方法。（1）低压法 操作条件为压力 0.60.7MPa，顶温-140左右，釜温
14、-50左右。由于压力低，相对挥发度较大，所以分离效果好。又由于温度低，所以乙烯回收率高。虽然需要低温级冷剂，但因易分离，回流比较小，折算到每吨乙烯的能量消耗，低压法仅为高压法的 70%多一些。低压法也有不利之处，如需要耐低温钢材、多一套甲烷制冷系统、流程比较复杂，同时低压法并不适合所有的裂解气分离，只适用于裂解气中的CH4/C2H4比值较大的情况。（2）中压法 压力为 1.051.25 MPa，脱甲烷塔顶温度为113。采用低压脱甲烷，为了满足脱甲烷塔顶温度的要求，低压脱甲烷工艺增加了独立的闭环甲烷制冷系统，因此低压脱甲烷只适用于以石脑油和轻柴油等重质原料裂解的气体分离，以保证有足够的甲烷进入系
15、统，以提供一定量的回流。而对乙烷、丙烷等轻质原料进行裂解，则由于裂解气中甲烷量太少，不适宜采用低压脱甲烷工艺。为此 TPL 公司采用了中压脱甲烷的工艺流程。（3）高压法 压力为 3.14.1MPa，高压法的脱甲烷塔顶温度为-96左右，不必采用甲烷制冷系统，只需用液态乙烯冷剂即可。由于脱甲烷塔顶尾气压力高，可借助高压尾气的自身节流膨胀获得额外的降温，比甲烷冷冻系统简单。此外提高压力可缩小精馏塔的容积，所以从投资和材质要求看，高压法是有利的，但分离效果不如低压法。在生产中，脱甲烷塔系统为了防止低温设备散冷，减少其与环境接触的表面积，常把节流膨胀阀、高效板式换热器、气液分离器等低温设备，封闭在一个有
16、绝热材料做成的箱子中，此箱称之为冷箱。冷箱可用于气体和气体、气体和液体、液体和液体之间的热交换，在同一个冷箱中允许多种物质同时换热，冷量利用合理，从而省掉了一个庞大的列管式换热系统，起到了节能的作用。按冷箱在流程中所处的位置，可分为前冷(又称前脱氢)和后冷(又称后脱氢)两种。冷箱在脱甲烷塔之前的称为前冷流程，冷箱在脱甲烷塔之后的称为后冷流程。前冷流程适用于规模较大、自动化程度较高、原料较稳定、需要获得纯度较高的副产氢的场合。目前工业生产中应用前冷流程的较多。三、乙烯的精馏三、乙烯的精馏乙烯精馏的目的是以混合碳二馏分为原料，分离出合格的乙烯产品，并在塔釜得到乙烷产品。碳二馏分经加氢脱炔后，主要含有乙烷和乙烯。乙烷乙烯馏分
