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气态产物

裂解气(乙烯、丙烯)

石 油 烃

液态产物

裂解汽油 裂解轻柴油 燃料油

固态产物

焦、碳

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裂解气的分离

第一节 第二节 第三节 第四节 第五节

裂解气的组成及分离方法 压缩与制冷 气体净化 裂解气深冷分离 裂解气分离操作中的异常现象

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第一节 裂解气的组成及分离方法

低级烃类 裂 解 气 的 组 成 及 分 离 方 法 1、组成 一、裂解气的组成 及分离要求 2、分离要求 深冷分离 二、裂解气分离方法简介 油吸收精馏分离 深冷操作的系统 组成 氢气 少量杂质

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表2-1 几种裂解气组成%(体积)原料来源

组 分 氢 气 甲 烷 乙 炔

乙烷裂解36.7 3.7 0.2

石脑油裂解14.6 28.5 0.6

轻柴油裂解9.9 27.6 0.1

乙 烯乙 烷 丙 烯 丙 烷 丁二烯 丁 烯 丁 烷 碳 五 合计

30.927.1 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 100

32.45.7 10.5 0.7 2.5 4.3 0.2 不计 100

20.37.7 13.1 1.7 1.6 5.6 0.2 12.2 100

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分离要求要得到高纯度的单一的烃，如重要的基本有机原料 乙烯、丙烯等，就需要将它们与其它烃类和杂质等 分离开来，并根据工业上的需要，使之达到一定的 纯度，这一操作过程，称为裂解气的分离。 各种有机产品的合成，对于原料纯度的要求是不同的。 所以分离的程度可根据后续产品合成的要求来确定。

有的产品对原料纯度要求不高，例如用 乙烯与苯烷基化生产乙苯时，对乙烯纯 度要求不太高，则可以分离纯度低一些， 用丙烯与苯烷基化生产异丙苯时，甚至 可以用丙烯-丙烷混合馏分。

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对于聚合用的乙烯和丙烯的质量要求则很 严，生产聚乙烯、聚丙烯要求乙烯、丙烯 纯度在99.9%或99.5%以上，其中有机杂质 不允许超过5~10PPm。这就要求对裂解气 进行精细的分离和提纯。

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二、裂解气分离方法简介裂解气的提浓、提纯工作，是以精馏方法 精馏 完成的。 精馏方法要求将组分冷凝为液态。氢气常 压沸点为-263 ℃、甲烷-161.5℃,很难液化， 碳二以上的馏分相对地比较容易液化(乙烯沸点 -103.68 ℃ )。因此，裂解气在除去甲烷、氢 气以后，其它组分的分离就比较容易。 主要矛盾 所以分离过程的主要矛盾是如何将裂解气 中的甲烷和氢气先行分离。 甲烷和氢气 工业生产上采用的裂解气分离方法，主要 有深冷分离和油吸收精馏分离两种。

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深冷分离深冷分离是在-100℃左右的低温下，将裂解气中除 冷凝 了氢和甲烷以外的其它烃类全部冷凝下来。然后利用裂 解气中各种烃类的相对挥发度不同，在合适的温度和压 力下，以精馏的方法将各组分分离开来，达到分离的目 精馏 的。实际上，此法为冷凝精馏过程。 工业上把冷冻温度高于-50℃称为浅度冷冻(

简称浅冷); 在-50~-l00℃之间称为中度冷冻；(简称中冷) 等于或低于-100℃称为深度冷冻(简称深冷)。 因为这种分离方法采用了-100℃以下的冷冻系统，故 -100℃ 称为深度冷冻分离，简称深冷分离。 深冷分离法是目前工业生产中应用最广泛的分离方 法。它的经济技术指标先进，产品纯度高，分离效果好， 但投资较大，流程复杂，动力设备较多，需要大量的耐 低温合金钢。因此，适宜于加工精度高的大工业生产。

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油吸收法油吸收法是利用裂解气中各组分在某种吸 吸收 收剂中的溶解度不同，用吸收剂吸收除甲 精馏 烷和氢气以外的其它组分，然后用精馏的 方法，把各组分从吸收剂中逐一分离。 其实质是一个吸收精馏过程。 此方法流程简单，动力设备少，投资少， 但技术经济指标和产品纯度差，现已被淘 汰。

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深冷操作的系统组成1、压缩冷 冻系统该系统的任务是加压、降温，以保证分离过程 顺利进行。

2、气体净 化系统

为了排除对后继操作的干扰，提高产品的纯度， 通常设置有脱酸性气体、脱水、脱炔和脱一氧化 碳等操作过程。

3、低温精馏 分离系统

这是深冷分离的核心，其任务是将各组分进行分 离并将乙烯、丙烯产品精制提纯。它由一系列塔器 构成，如脱甲烷塔，乙烯精馏塔和丙烯精馏塔等。

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第二节 压缩与制冷一、裂解气 的压缩

(一)冷冻循环制冷

(二)节流膨胀制冷 二、制冷 (三)热泵

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裂解气的压缩低级烃类在常温常压下是气体，其沸点很低，如在常 压条件下把它们冷凝下来进行分离，就要冷却到极低的温 度。这不仅需要大量的冷量，而且要用很多耐低温钢材制 造的设备，在经济上不够合理。 根据物质的冷凝温度随压力增加而升高的规律，可对 裂解气加压，从而使各组分的冷凝点升高，即提高深冷分 离的操作温度，这既有利于分离，又可节约冷冻量和低温 材料。 此外，对裂解气压缩冷却，还能除掉相当量的水份和 重质烃，以减少后继干燥及低温分离的负担。 但不能任意加压，压力增高，对设备材料强度要求增 高，动力消耗增大；加大压力后，也会使低温分离系统精 馏塔釜温升高，易引起一些不饱和烃的聚合，进而，使烃 类相对挥发度降低，增加了分离的困难。因此，在深冷分 离中要采用经济上合理而技术上可行的压力，一般为 3.54~3.95MPa。

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压缩后的气体温度必须要限制

裂解气经压缩后，不仅会使压力升高，而 且气体温度也会升高，这对某些烃类尤其是丁 二烯之类的二烯烃，容易在较高的温度下发生 聚合和结焦。 这些聚合物和结焦物的存在，会堵塞压缩 机阀片和磨损气缸，或沉积在

叶轮上。 同时温度升高，还会使压缩机润滑油粘度 下降，从而使压缩机运转不能正常进行。 因此，裂解气压缩后的气体温度必须要限 制，当裂解气中含有碳四、碳五等重组分时， 压缩机出口温度一般不能超过100~110℃,在 生产上主要是通过裂解气的多段压缩和冷却相 结合的方法来实现。

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多段压缩在多段压缩中，被压缩机吸入的气体先进行一段压缩， 压缩后压力、温度均升高，经冷却，降低气体温度并分离 出凝液，再进二段压缩，以此类推。压缩机每段气体出口 温度都不高于规定范围。 根据深冷分离法对裂解气的压力要求及裂解气压缩过 程中的特点，目前工业上对裂解气大多采用三段至五段压 缩。石油裂解气压缩的分段方法和工艺流程，通常随裂解 气组成的不同而有所差异。 同时，压缩机采用多段压缩也便于在压缩段之间进行 净化与分离，例如脱硫、干燥和脱重组分可以安排在段间 进行。 在深冷分离操作中，裂解气的压缩常采用往复式压缩 机和离心式压缩机，由于裂解炉的废热锅炉副产高压水蒸 汽，因此多用蒸气透平驱动离心式压缩机，达到能量合理 利用。现在大规模生产厂的裂解气压缩机广泛采用离心式 的。

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二、制冷深冷分离裂解气需要把温度降到-100℃以 下。为此，需向裂解气提供低于环境温度 的冷剂。 获得冷量的过程称为制冷。 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。

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(一)冷冻循环制冷

将物料冷却到低于环境温度的冷冻过程称为冷冻 冷冻循环制冷的原理是利用冷冻剂自液态汽化 时，要从物料或中间物料(又叫载冷体)吸收热量， 因而使物料温度降低的过程。 所吸收的热量，在热值上等于它的汽化潜热。 液体沸腾时，汽化在整个液体中进行，液体的温 度保持不变，直至液体全部汽化。 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。

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几种冷冻循环介绍

1、氨蒸汽压缩制冷 2、丙烯制冷系统 3.乙烯制冷系统 4、乙烯—丙烯复迭制冷 5、三元复迭制冷

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氨蒸汽压缩制冷系统可由四个基本过程组 成。 在低压下液氨的沸点很低，如压力为O.12MPa 时沸点为-30℃。液氨在此条件下，在蒸发器中 蒸发变成氨蒸气，则必须从通入液氨蒸发器的 被冷物料(或载冷体)中吸取热量，产生制冷效 果，使被冷物料(或载冷体)冷却到接近-30℃。

(1)蒸发

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1、氨蒸汽压缩制冷

(2)压缩 (3)冷凝

蒸发器中所得的是低温、低压的氨蒸气。为了使 其液化，首先通过氨压缩机压缩，使氨蒸气压力 升高，则冷凝点也随之升高。

高压下的氨蒸气的冷凝点是比较高

的。例如把 氨蒸气加压到1.55MPa时，其冷凝点是40℃, 此时，氨蒸气在冷凝器中变为液氨，可由普通 冷水将所放出的热量带走。

(4)节流膨胀

若液氨在1.55MPa压力下汽化，由于沸点为 40℃,不能得到低温，为此，必须把高压下的 液氨，通过膨胀阀降压到0.12MPa,若在此压 力下汽化，温度可降到-30℃。由于此过程进 行的很快，汽化热量来不及从周围环境吸取， 全部取自液氨本身。节流后形成低压，低温的 汽液混合物进入蒸发器。在此液氨又重新开始 下一次低温蒸发吸热。反复进行，形成一个闭 合循环操作过程。

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冷冻剂冷冻剂本身物理化学性质决定了制冷温度的范围。如 液氨降压到0.098MPa时进行蒸发，其蒸发温度为-33.4℃, 0.098MPa -33.4℃ 0.011MPa 如果降压到0.011MPa,其蒸发温度为-40℃。 -40℃ 但是在负压下操作是不安全的。因此，用氨作冷冻剂， -40℃ -40℃的低温都不能获得。所以要满足深冷分离，获得 -100℃的低温，必须用沸点更低的气体作为冷冻剂。 工业上常用的冷冻剂种类较多，在石油化工深冷分 离中使用最广泛的是氨、丙烯和乙烯等。 乙烯 丙烯 对乙烯装置而言，乙烯和丙烯为本装置产品，已有 贮存设施，且乙烯和丙烯已具有良好的热力学特性，因 而均选用乙烯和丙烯作为制冷剂。 在装置开工初期尚无乙烯产品时，可用混合C2馏分 代替乙烯作为制冷剂，待生产出合格乙烯后再逐步置换 为乙烯。