《石油化工基础》教学课件-4.2裂解气的分离

裂解气的分离Separationofcrackedgas

石油化工基础裂解气的组成及分离方法1.2.3.目录Content裂解气的压缩与制冷裂解气的气体净化4.裂解气深冷分离裂解气的组成及分离方法CompositionandseparationmethodofcrackinggasPart1裂解气的组成及分离方法Part

11裂解气的组成及分离要求组分原料来源乙烯裂解石脑油裂解轻柴油裂解H234.014.0913.18CO+CO2+H2S0.190.320.27CH44.3926.7821.24C2H20.190.410.37C2H431.5126.1029.34C2H624.355.787.58C3H4

0.480.54C3H60.7610.3011.42C3H8

0.340.36C40.184.855.21C50.091.040.51≥C6

4.534.58H2O4.364.985.40

各种石油化工产品的合成，对于乙烯、丙烯等原料纯度的要求是不同的。裂解气的组成及分离方法Part

12裂解气分离方法简介

工业生产上采用的裂解气分离方法，主要有深冷分离法和油吸收精馏分离法两种。深冷分离法深冷定义：冷冻温度等于或者低于-100℃的，称深度冷冻，简称“深冷”。分离原理：利用裂解气中各种烃的相对挥发度不同，在低温下除了氢和甲烷以外把其余的烃都冷凝下来，然后在精馏塔内进行多组分精馏分离。其实质是冷凝精馏过程。裂解气的组成及分离方法Part

1深冷分离法深冷分离过程：气体净化系统包括脱酸性气体、脱水、脱炔和脱一氧化碳(即甲烷化，用于净化氢)。压缩和冷冻系统使裂解气加压降温。精馏分离系统包括一系列的精馏塔，以便分离出甲烷、乙烯、丙烯、C4馏分以及C5等馏分。裂解气的组成及分离方法Part

1油吸收精馏分离法

利用溶剂油对裂解气中各组分的不同吸收能力，将到裂解气中除了氢气和甲烷以外的其它烃全都吸收下来，然后用精馏法将各种烃再逐个分离开。油吸收精馏法实质是吸收精馏过程。裂解气的压缩与制冷CompressionandrefrigerationofcrackedgasPart2裂解气的压缩与制冷Part

2目的：提供一个适宜的分离温度可除去部分重质烃和水。

原理：裂解气中很多组分在常压下都是气体，常压沸点都很低，提高压力可以使分离温度提高，降低压力可以使分离反应温度降低。

1裂解气的压缩低级烃类的主要物理参数裂解气的压缩与制冷Part

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为了使分离温度不会太低，可以适当提高分离的压力。裂解气的深冷分离温度与相应的分离压力有如下的数据关系:

组分压力/KPa110.310131519202625233039H2-263-244-239-238-237-235CH4-162-129-144-107-101-93C2H4-104-55-39-29-20-13C2H6-86-33-18-7311C3H6-47.7929374447裂解气的压缩与制冷Part

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深冷分离中常用的制冷方法有两种：冷冻循环制冷和节流膨胀制冷。现主要介绍冷冻循环制冷。原理：利用制冷剂自液态汽化时，要从物料或中间物料吸收热量因而使物料温度降低的过程。液体的汽化温度（即沸点）是随压力的变化而改变的，压力越低，相应的汽化温度也越低。

2裂解气的制冷深冷分离法裂解气的压缩与制冷Part

2氨蒸气压缩制冷系统可由四个基本过程组成：蒸发从通入液氨蒸发器的被冷物料中吸取热量，产生制冷效果，使被冷物料冷却到接近-30℃。压缩通过氨压缩机压缩，使氨蒸气压力升高。冷凝用普通冷水做冷却剂，使氨蒸气在冷凝器中变为液氨。膨胀节流膨胀后形成低压，低温的气液混合物进入蒸发器。氨蒸气压缩制冷裂解气的压缩与制冷Part

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将氨制冷循环中的氨改为丙烯，则在裂解气分离装置中，丙烯制冷系统可为装置提供-40°C以上温度级的冷量，同时加压到1.864MPa时，可以用普通冷水进行冷凝。但仍然不能提供-100°C的冷量。

丙烯制冷系统乙烯制冷系统

乙烯常压沸点-104℃,所以用乙烯可以提供-100°C的冷量。大多数乙烯制冷系统均采用三级节流的制冷循环，相应提供三个温度级的冷量，通常提供-50°C、-70°C、100℃左右三个温度级的冷量。裂解气的压缩与制冷Part

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工业生产中常采用丙烯作制冷剂来冷却乙烯，这样丙烯的冷冻循环和乙烯冷冻循环制冷组合在一起，构成乙烯－丙烯复迭制冷。

乙烯－丙烯复迭制冷特点：甲烷－乙烯－丙烯三元复迭制冷系统中，冷水向丙烯供冷，丙烯向乙烯供冷，乙烯向甲烷供冷，甲烷向低于-104℃的冷量用户供冷。裂解气的气体净化GaspurificationofcrackinggasPart3裂解气的气体净化Part

3裂解气在深冷精馏前首先要脱除其中所含杂质，包括脱酸性气体、脱水、脱炔和脱一氧化碳等。1酸性气体的脱除酸性气体：主要是指CO2和H2S。此外有少量有机硫化物，如氧硫化碳(COS)、二硫化碳(CS2)、硫醚、硫醇、噻吩等。酸性气体的危害：H2S能腐蚀设备管道，使干燥用的分子筛寿命缩短，还能使加氢脱炔用的催化剂中毒；CO2则在深冷操作中会结成干冰，堵塞设备和管道，影响正常生产。酸性气体杂质对于乙烯或丙烯的进一步利用也有危害。裂解气的气体净化Part

3酸性气体的来源：气体裂解原料带入的气体硫化物和CO2液体裂解原料中所含硫化物在高温下与氢或水蒸气反应生成H2S和CO2,如：RSH+H2→RH+H2SCS2+2H2O→CO2+H2SCOS+H2O→CO2+H2S裂解原料烃与水蒸气反应，如：CH4+H2O→CO2+4H2炉管中的结炭与水蒸气反应，如：C+2H2O→CO2+2H2裂解气的气体净化Part

3脱除的方法：工业生产中常采用的吸收剂有NaOH溶液或乙醇胺，用NaOH溶液脱酸性气体的方法称碱洗法，用乙醇胺脱酸性气体的方法称乙醇胺法。方法碱洗法醇胺法吸收剂原理氢氧化钠(NaOH)CO2+2NaOH→Na2C03+H2OH2S+2NaOH→Na2S+2H2O乙醇胺(HOCH2CH2NH2)2HOCH2CH2NH+H2S⇆(HOCH2CH2NH3)2S2HOCH2CH2NH2+CO2⇆(HOCH2CH2NH3)2C03优点缺点对酸性气体吸收彻底碱液不能回收，消耗量较大吸收剂可再生循环使用，吸收液消耗少醇胺法吸收不如碱洗彻底醇胺法对设备材质要求高，投资相应增大（醇胺水溶液呈碱性，但当有酸性气体存在时，溶液pH值急剧下降，从而对碳钢设备产生腐蚀）醇胺溶液可吸收丁二烯和其他双烯烃（吸收双烯经的吸收剂在高温下再生时易生成聚合物，由此既造成系统结垢，又损失了丁二烯）适用情况裂解气中酸性气体含量少时裂解气中酸性气体含量多时裂解气的气体净化Part

3在乙烯生产过程中，为避免水分在低温分离系统中结冰或形成水合物，堵塞管道和设备，需要对裂解气、氢气、乙烯和丙烯进行脱水处理，以保证乙烯生产装置的稳定运行，并保证产品乙烯和丙烯中水分达到规定值。2脱水水的危害：裂解气分离是在-100℃以下进行的，在低温下水能冻结成冰；与轻质烃类形成固体结晶水合物。例如能形成CH4·6H2O、C2H4·7H2O等。冰和水合物结在管壁上，轻则增大动力消耗，重则使管道堵塞，影响正常生产。脱水方法：工业上是采用吸附方法脱水，用分子筛、活性氧化铝或硅胶作吸附剂。裂解气的气体净化Part

3分子筛脱水与再生流程裂解气分离过程中，需要进行脱水的介质有：裂解气、C2馏分、C3馏分以及甲烷化后的氢气等。裂解气干燥用3A分子筛作吸附剂，分子筛填充在干燥器中，有两台干燥器，一台进行裂解气的脱水操作，另一台进行再生或者备用。裂解气在进入冷冻系统之前，首先进入干燥器，自上而下通过分子筛的床层，这样可以避免分子筛被带出。裂解气的气体净化Part

3在裂解反应中，由于烯烃进一步脱氢反应，使裂解气中含有一定量的乙炔，还有少量的丙炔、丙二烯。3脱炔炔烃的危害：影响乙烯、丙烯的质量；乙炔影响催化剂寿命，恶化乙烯聚合物性能，若积累过多还具有爆炸的危险；丙炔和丙二烯影响丙烯聚合反应的顺利进行。裂解气的气体净化Part

3脱炔的方法在裂解气分离过程中，裂解气中的乙炔将富集于C2馏分，丙炔和丙二烯将富集于C3馏分。乙炔的脱除方法：溶剂吸收法是采用特定的溶剂选择性将裂解气中少量的乙炔或丙炔和丙二烯吸收到溶剂中，达到净化的目的，同时也相应回收一定量的乙炔。催化加氢法是将裂解气中的乙炔加氢成为乙烯，一般在不需要回收乙炔时，都采用催化加氢法脱除乙炔。丙炔和丙二烯的脱除方法：催化加氢法精馏法裂解气的气体净化Part

3催化加氢除炔的反应原理选择性催化加氢法是在催化剂存在下，炔烃加氢变成烯烃。C2馏分加氢可能发生如下反应：主反应：CH≡CH+H2→CH2=CH2副反应：CH≡CH+2H2→CH3-CH3；CH2=CH2+H2→CH3-CH3乙炔也可能聚合生成二聚、三聚等俗称绿油的物质。C3馏分加氢可能发生下列反应：主反应：CH≡C-CH3+H2→CH2=CH-CH3；CH2=C=CH2+H2→CH2=CH-CH3副反应：CH2=CH-CH3+H2→CH3-CH2-CH3；nC3H4→(C3H4)n低聚物；nC4H6→高聚物裂解气的气体净化Part

34脱一氧化碳CO的来源：裂解气中的一氧化碳是在裂解过程中由如下反应生成的：焦炭与稀释水蒸气反应：C+H2O→CO+H2

烃类与稀释水蒸气反应：CH4+H2O→CO+3H2;C2H6+2H2O→2CO+5H2CO的危害：裂解气中少量的CO带入富氢馏分中，会使加氢催化剂中毒。脱除的方法:甲烷化法是在催化剂存在的条件下，使裂解气中的一氧化碳催化加氢生成甲烷和水，从而达到脱除CO的目的。CO+H2→CH4+H2O裂解气深冷分离CryogenicseparationofcrackedgasPart4裂解气深冷分离Part

4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。1深冷分离的任务主要的精馏塔：脱甲烷塔将甲烷、氢与C2馏分及比C2馏分更重的组分进行分离的塔。脱乙烷塔将C2馏分及比C2馏分更轻的组分与C3馏分及比C3馏分更重的组分

进行分离的塔。脱丙烷塔将C3馏分及比C3馏分更轻的组分与C4馏分及比C4馏分更重组分进

行分离的塔。乙烯精馏塔将乙烯与乙烷进行分离的塔。丙烯精馏塔将丙烯与丙烷进行分离的塔。裂解气深冷分离Part

4三种分离流程：顺序分离流程、前脱乙烷深冷分离流程和前脱丙烷深冷分离流程。2三种深冷分离流程顺序分离工艺流程1-压缩I、II、Ⅲ段；2-碱洗塔；3-压缩IV、V段；4-干燥器；5-冷箱；6-脱甲烷塔；7-第一脱乙烷塔；8-第二脱甲烷塔；9-乙烯塔；10-加氢反应器；11-脱丙烷塔；12-第二脱乙烷塔；13-丙烯塔；14-脱丁烷塔；15-甲烷化；16-氢气干燥器顺序分离流程是按裂解气中各组分摩尔质量增