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1、精馏分离方法及原理,精馏分离方法及原理,乙烯生产 精馏分离方法 精馏分离基本原理 乙烯生产中分离方法及原理,1 乙烯生产,1.1 乙烯生产方法 1.2 石油裂解的产物 1.3 精馏分离的对象和目的,1.1 乙烯生产方法,原油裂解制乙烯 原油渣油裂解制乙烯 催化干气精制生产乙烯 甲醇制乙烯的MTO 工艺 甲烷氧化偶联法（OCM）制乙烯,裂解是利用高温将烷烃、环烷烃、芳烃等通过脱氢、断链等反应生成烯烃、碳原子数较少的产物。分蒸汽裂解和加氢热裂解。,原油：石脑油、煤油、轻柴油、重柴油,原油：石蜡基原油渣油、环烷基原油渣油,1.2 石油裂解的产物,裂解原料性质,THR-DC （管式固定床催化裂解） 裂
2、解条件,THR-DC裂解原料产品收率（vol% ）,THR-DC裂解条件与主要产品收率,1.3 精馏分离的对象和目的,精馏分离对象 分离具有不同挥发度（沸点）的混合液或混合气 精馏分离目的 将混合物分离成符合标准的各产品。,2 精馏分离方法,2.1 分离过程的发展现状 2.2 精馏分离方法,2.1 分离过程的发展现状,2.2 精馏分离方法,用于分离物系沸点较低,用于分离物系沸点较高，易结焦,蒸馏用于混合物各组分沸点相差很大的分离,用于混合物各组分沸点相差不大，且要获得较高收率的分离,用于混合物各组分沸点相近，且要获得较高收率的分离,用于获得一定馏程范围产品的分离,3 分离基本原理,3.1 分离
3、的基本原理 3.2 操作压力对汽液平衡的影响 3.3 分离方法及原理 3.4 理论板数对精馏分离效率的影响 3.5 操作条件对精馏分离效率的影响 3.6 多组分精馏分离,3.1 分离的基本原理,分离的基本原理与具体分离方法有关 蒸馏的基本原理将混合物进行部分汽化或部分冷凝的分离 分馏、精馏和特殊精馏的基本原理将混合物进行多次部分汽化和多次部分冷凝的分离 理论依据汽液平衡关系,汽液平衡关系,对多组分汽液平衡关系表达形式 K表达式yi=Kixi Ki值称汽液平衡常数由K图获得 表达式yi/yj=ijxi/xj ij值称相对挥发度ij=Ki/Kj,轻 烃 汽 液 平 衡 关 系 K 图 （ 高 温
4、段 ）,汽液平衡关系,对双组分汽液平衡关系表达形式 表达式 T-x-y图 X-y图 注意：上述汽液平衡关系仅表达形式不同，汽、液相组成是一致的。,双组分汽液平衡关系T-x-y图,理想溶液，拉乌尔定律p=px； 理想气体，道尔顿分压定律p=Py。 总压：,双组分汽液平衡关系 T-x-y、 x-y图,双组分汽液平衡关系x-y图,越大，x-y线离对角线越远，汽液平衡组成相差越大，说明混合物容易分离。 趋近于1， x-y线离对角线越近，汽液平衡组成相差很小，说明混合物不容易分离。,3.2 操作压力对汽液平衡的影响,3.3 分离方法及原理,简单蒸馏,3.3 分离方法及原理,分馏、精馏和特殊精馏原理 平衡
5、级 理论板,精馏流程及操作线,理论板及分离效果,对一定的物系，操作条件恒定，理论板（梯级数）越多，xD越高，xW越低，说明分离效果好。 平衡线和操作线间距表示理论板分离效果。,理论板与塔内温度分布,3.4 理论板数对精馏分离效率 的影响,在进料热状况和回流比不变的条件下，理论板减少，分离效率降低。,3.5 操作条件对精馏分离效率 的影响操作压力,在回流比和进料热状态一定，塔内操作压力降低，平衡线远离操作线，所需理论板数减少，实际分离效果提高。,3.5 操作条件对精馏分离效率 的影响回流比,在操作压力和进料热状态恒定，回流比增大，操作线与平衡线间距增大，所需理论板减少，实际分离效果增大。 此时，
6、增加了塔釜的加热量。,3.5 操作条件对精馏分离效率 的影响进料状态,在回流比恒定的情况下，进料温度降低，提馏段操作线远离平衡线，所需理论板少，实际分离效果好。 冷液进料不足，塔釜加热量大，易使物料产生聚合或结焦。,说 明,操作压力降低，分离效果提高。 回流比提高，分离效果提高。 进料温度降低，分离效果提高。 改变上述操作工艺条件，可提高分离效果，即提高塔顶产品组成。但受全塔物料衡算的限制。,举 例,乙烯和乙烷混合溶液，其中含乙烯0.32（摩尔分率，下同）以每小时1000kmol流量进入一精馏塔，要求塔顶产量不低于325 kmol/hr。进料为泡点液体，用间接蒸汽加热，回流比取。从塔顶采出量可
7、以达到： 塔顶产品中苯含量可达0.98 （ ） 增加理论板数才能达到0.99 （ ） 增加回流比才能达到0.99 （ ）,xD=FxF/DmaX=10000.32/325=0.9846,3.6 多组分精馏分离,对多组分精馏其精馏原理与双组分相同。理论板数和操作条件对分离效率的影响趋势也相同。不同在于处理对象由双组分变为多组分，导致考虑问题的方法有所变化。 根据对多组分分离的要求确定预分离混合物中的轻、重关键组分。以轻、重关键组分作为双组分考虑对设备的要求和操作条件改变对分离效率的影响。,3.6 多组分精馏分离,对其他组分： 当各组分间沸点相差较大，可近似认为轻组分全部在塔顶馏出，重组分全部在塔
8、釜排出。 当各组分间沸点相差不大，则轻、重组分在塔顶、塔釜排出的组成可由理论板数确定。 说明各组分在塔顶和塔釜的分配，不仅受理论板数和塔操作条件限制，而且受全塔物料衡算的限制。,4 乙烯生产中分离方法及原理,4.1 裂解气预分馏 4.2 脱甲烷塔 4.3 脱乙烷塔 4.4 乙烯精馏塔 4.5 脱丙烷塔加氢回流,4.1 裂解气预分馏,裂解气预分馏属于多组分分离。 裂解气预分馏的作用是将裂解气中的重组分（如燃料油、裂解汽油、水分）与轻组分（如甲烷、乙烷、乙烯、丙烯）分离。 根据裂解气中各组分沸点，裂解气最终应冷却到40左右，可采用冷却分馏。,4.1 裂解气预分馏,轻烃裂解装置裂解气预分馏,4.1
9、裂解气预分馏,馏分油裂解装置裂解气预分馏过程 水在0.038MPa，沸点75；0.057MPa，沸点85 ；0.025MPa，沸点65 。,4.1 裂解气预分馏,油洗塔,水洗塔分离C5，C6,典型的顺序深冷分离流程,4.2 脱甲烷塔,分离氢气、甲烷与乙烯,4.2 脱甲烷塔,P=40.2MPa， 塔顶温度：T= -98 -141， 提高压力，可节省冷量。 要提高乙烯回收率，应降低塔顶温度。,4.2 脱甲烷塔,压力升高，甲烷对乙烯的相对挥发度降低。 P=4.4MPa，1,4.2 脱甲烷塔,压力升高，和回流比降低，可节省冷量。但塔釜甲烷组成升高，而且分离也不易。 但为了节省冷量，故只有牺牲设备投资，增加塔板数。,4.3 脱乙烷塔,分离乙烷与丙烯,4.3 脱乙烷塔,操作压力2.27MPa，,4.4 乙烯精馏塔,分离乙烯与乙烷 侧线采出乙烯 压力或X乙烯 ,4.4 乙烯精馏塔,回流比影响，压力确定,4.5 前脱丙烷塔加氢回流流程,说明 可用反应回流,
