第三章作业及参考答案

1.什么是烃类热裂解？答：烃类的热裂解是将石油系烃类燃料（天然气、炼厂气、轻油、柴油、重油等）经高温作用，使烃类分子发生碳链断裂或脱氢反应，生成相对分子质量较小的烯烃、烷烃和其他相对分子质量不同的轻质和重质烃类。2.烃类热裂解制乙烯可以分为哪两大部分？答：烃类热裂制乙烯的生产工艺可以分为原料烃的热裂解、裂解产物的分离两部分。3.在烃类热裂解系统内，什么是一次反应？什么是二次反应？答：一次反应是指原料烃裂解（脱氢和断链），生成目的产物乙烯、丙烯等低级烯烃的反应，是应促使其充分进行的反应；二次反应则是指一次反应产物（乙烯、丙烯等）继续发生的后续反应，生成分子量较大的液体产物以至结焦生炭的反应，是尽可能抑制其进行的反应。4.用来评价裂解燃料性质的4个指标是什么？答：评价裂解燃料性质的4个指标如下：（1）族组成—PONA值，PONA值是一个表征各种液体原料裂解性能的有实用价值的参数。P—烷

烃（Paraffin）；O—烯烃（Olefin）；N—环烷烃（Naphtene）；A—芳烃（Aromatics）。（2）氢含量，根据氢含量既可判断该原料可能达到的裂解深度，也可评价该原料裂解所得C4和C4以下轻烃的收率。氢含量可以用裂解原料中所含氢的质量百分数表示，也可以用裂解原料中C与H的质量比（称为碳氢比）表示。（3）特性因数—K，K是表示烃类和石油馏分化学性质的一种参数。K值以烷烃最高，环烷烃次之，芳烃最低，它反映了烃的氢饱和程度。（4）关联指数—BMCI值，BMCI值是表示油品芳烃含量的指数。关联指数愈大，则表示油品的芳烃含量愈高。5.温度和停留时间如何影响裂解反应结果？答：（1）高温：从裂解反应的化学平衡角度，提高裂解温度有利于生成乙烯的反应，并相对减少乙烯消失的反应，因而有利于提高裂解的选择性；根据裂解反应的动力学，提高温度有利于提高一次反应对二次反应的相对速度，提高乙烯收率。（2）短停留时间：从化学平衡的角度：如使裂解反应进行到平衡，由于二次反应的发生，所得烯烃很少，最后生成大量的氢和碳。为获得尽可能多的烯烃，必须采用尽可能短的停留时间进行裂解反应。从动力学的角度：由于有二次反应的竞争，对每种原料都有一个最大乙烯收率的适宜停留时间。温度--停留时间对产品收率影响（a）对于给定原料，相同裂解深度时，提高温度，缩短停留时间，可以获得较高的烯烃收率，并减少结焦。（b）高温-短停留时间可抑制芳烃生成，所得裂解汽油的收率相对较低。（c）高温-短停留时间可使炔烃收率明显增加，并使乙烯/丙烯比及C4中的双烯烃/单烯烃的比增大。6.提高反应温度的技术关键在何处？应解决什么问题才能最大限度提高裂解温度？答：裂解反应的技术关键之一是采用高温-短停留时间的工艺技术。提高裂解温度，必须提高炉管管壁温度，而此温度受到炉管材质的限制。因此，研制新型的耐热合金钢是提高反应温度的技术关键。当炉管材质确定后，可采用：（1）缩短管长（实际上是减少管程数）来实现短停留时间操作，才能最大限度提高裂解温度。（2）改进辐射盘管的结构，采用单排分支变径管、混排分支变径管、不分支变径管、单程等径管等不同结构的辐射盘管，这些改进措施，采用缩小管径以裂解气中的酸性气体主要是指CO2和H2S，这些酸性气体含量过多时，会带来如下危害：H2S：能腐蚀设备管道，使干燥用的分子筛寿命缩短，还能使加氢脱炔和甲烷化用的催化剂中毒。CO2：在深冷操作中会结成干冰，堵塞设备和管道，影响正常生产。当乙烯、丙烯产品中的酸性气体含量不合格时，可使下游加工装置的聚合过程或催化剂中毒。所以，必须将这些酸性气体脱除，要求将裂解气中的H2S和CO2的摩尔含量分别脱除至1*10-6以下。裂解气中的酸性气体，一般是用物理吸收法或化学吸收法脱除，应用最广泛的是以NaOH溶液作吸收剂的碱洗法，其次是以乙醇胺溶液作吸收剂的乙醇胺法。（2）水分的脱除经压缩并分离段间凝水后的裂解气中饱和水含量为600～700ppm，在低温分离系统会结冰，形成水烃合物白色结晶(如：CH4•6H2Ｏ，C2H6•7H2O等)，堵塞设备及管道。为避免低温系统冻堵，要求将裂解气中水含量（质量分数）降至1*10-6以下。工业上应用最广泛的是分子筛、活性氧化铝硅胶为干燥剂的固体吸附法。（3）少量炔烃的脱除：乙炔富集于C2馏分，甲基乙炔和丙二烯富集于C3馏分，若将它们混于乙烯、丙烯产品用于衍生物的生产过程，特别是用于聚合反应时，影响聚合催化剂寿命，产生不希望的副产品，恶化产品质量，形成不安全因素。因此，必须脱除，使乙烯产品中的乙炔（摩尔分数）低于5*10-6，丙烯产品中甲基乙炔低于5*10-6，丙二烯低于1*10-5。溶剂吸收法和催化加氢法。溶剂吸收法是使用溶剂吸收裂解气中的乙炔以达到净化目的，同时也回收一定量的乙炔。催化加氢法是将裂解气中乙炔加氢成为乙烯或乙烷，达到脱除乙炔的目的。10.脱除酸性气体有哪2种方法？各有什么优缺点？答：脱除酸性气体的方法有碱洗法和乙醇胺法两种。其优缺点如下表：方法优点缺点碱洗法除酸彻底①碱不可再生，消耗量大；②适于酸含量低；③产生黄油问题；④废水处理量大乙醇胺法①吸收剂可再生；②适用酸含量高①设备要求高；②吸收双烯烃，再生易聚合11.裂解气的压缩和制冷的目的是什么？答：裂解气的压缩是为了节约冷量，因为裂解气中许多组分在常压下都是气体，其沸点很低，常压下进行各组分精馏分离，则分离温度很低，需要大量冷量。为了使分离温度不太低，可通过压缩气体适当提高压力。裂解气的制冷是为了在深冷分离过程中，利用制冷剂压缩和冷凝得到制冷剂液体，再于不同压力下蒸发以获得不同温度级位的冷冻过程。12.压缩气的压缩为什么采用多级压缩？确定段数的依据是什么？答：目前，工业上一般认为经济上合理、技术上可行的裂解气压缩机出口压力约为3.7MPa，而压缩机的入口压力一般为0.14MPa，提高入口压力虽可节约压缩机功率，但对裂解反应不利，故为节约能量，采用多级压缩。原因：（1）节约压缩功耗：绝热压缩功耗大于等温压缩，将压缩分段进行，段间冷却移热，可节约压缩功耗。（2）降低出口温度；（3）实现段间净化分离，减少分离净化负荷。段间冷凝除去大部分水，冷凝部分C3及C3以上的重组分，减少进入深冷系统的负荷，相应节约了冷量依据：压缩段数应满足工艺要求，必须控制每段压缩机出口的裂解气温度不高于100℃，以避免发生二烯烃的聚合，由此根据下式计算出每段压缩比，最终确定段数。13.什么是裂解气的前加氢和后加氢工艺？答：裂解气的前加氢是指在裂解气中氢气未分离出来之前，利用裂解气中H2进行选择性加氢，以脱除其中的炔烃；后加氢是指裂解气分离出C2馏分、C3馏分后，再分别对C2和C3馏分进行催化加氢，以脱除乙炔、甲基乙炔和丙二烯。14.裂解气分离流程各有不同，其共同点是什么？答：（1）在分离顺序上遵循先易后难的原则，先将不同碳原子数的烃分开，再分同一碳原子数的烯烃和烷烃；（2）将生产乙烯的乙烯精馏塔和生产丙烯的丙烯精馏塔置于流程最后，可确保这两个主要产品纯度，同时也减少分离损失，提高烯烃收率。15.何谓非绝热精馏？何种情况下采用中间冷凝器或中间再沸器？分析其利弊？答：非绝热精馏——在塔中间对塔内物料进行冷却和加热的过程。使用条件：对于顶温低于环境温度、底温高于环境温度，且顶底温差较大的精馏塔。利：可降低分离过程的有效能损失，达到节省能量的目的。对中间再沸器而言，还可减小提馏段塔径。弊：由于中间冷凝器和中间再沸器的设置，在降低塔顶冷凝器和塔釜再沸器负荷的同时，会导致精馏段回流和提馏段上升蒸气的减少，故为了达到分离要求，就相应