烃类热裂解制乙烯的生产技术.教学文案
制取乙烯方案
制取乙烯方案背景介绍乙烯是一种重要的有机化工原料，在化工行业具有广泛的应用。
乙烯的制取方法有很多种，每种方法都有其优缺点。
本文将介绍一种常用的乙烯制取方案，并对其原理和步骤进行详细的说明。
方案介绍本方案是采用石油作为原料，通过烷烃裂解的方法制取乙烯。
这种方法相对来说比较成熟，工艺流程较为简单，能够大规模生产乙烯。
方法原理乙烯是由含有碳原子的大分子有机化合物（烷烃）通过热裂解而得到的。
烷烃经过加热后，分子内的化学键被断裂，生成较小分子的烯烃和烷烃。
实施步骤以下为制取乙烯方案的实施步骤：1.原料准备：采用石油作为原料。
石油中的烷烃含量较高，适合用于乙烯的制取。
2.加热：将石油原料加热至适当的温度，使其分子内的化学键发生断裂。
3.分离：将加热后的石油原料进行分离，得到含有乙烯的烃烯混合物。
4.纯化：采取适当的纯化工艺，将乙烯从烃烯混合物中分离出来。
5.收集：将纯化后的乙烯收集起来，进行后续加工或销售。
方案优缺点分析优点：•方案简单：该方案的工艺流程相对简单，易于操作。
•原料易得：石油作为原料广泛存在，世界范围内易于获得。
•产量大：该方案能够大规模生产乙烯，适用于工业生产。
缺点：•能耗较高：石油加热过程需要消耗大量能量，对环境有一定影响。
•裂解产物复杂：石油的裂解产物中不仅包含乙烯，还有其他副产物，需要进行后续的分离和纯化。
方案改进为了提高乙烯的产量和纯度，可以在原有方案的基础上进行改进。
以下是一些建议的改进方向：1.优化加热温度：通过调整加热温度，找到最佳的裂解条件，提高乙烯的产量。
2.改善分离和纯化工艺：采取更先进的分离和纯化工艺，提高乙烯的纯度和收率。
3.应用催化剂：引入催化剂可以加速裂解反应速率，降低反应温度，提高乙烯的产量和选择性。
结论制取乙烯是一项重要的工艺，对于满足化工行业对乙烯的需求具有重要意义。
本文介绍了一种常用的乙烯制取方案，包括方案原理、实施步骤以及优缺点分析。
同时，还提出了一些改进方向，以进一步提高制取乙烯的效率和质量。
石油烃热裂解制乙烯
石油烃热裂解制乙烯摘要：综述了石油烃热裂解制取乙烯的生产技术及工艺流程。
提出了我国石油烃裂解制乙烯技术的发展方向。
关键词：乙烯；石油烃热裂解；生产技术；工艺流程引言：乙烯工业是石化工业的“龙头”,其生产规模和水平已成为衡量企业技术实力的重要标志之一。
石化工业的基本有机化工原料包括三烯和三苯,均主要产自乙烯装置,生产规模大,产品及衍生物繁多,产品链长。
因此,提高乙烯生产能力是发展石油化工新技术、新产品的重要途径。
2006年世界乙烯的生产能力为1.176亿t/a,2007年增加到1.196亿t/a[1]。
2010年世界乙烯生产能力将达到1.55亿t/a,新增3800万t/a,其中一半集中于中东[2]。
我国乙烯工业经过近50a的发展,在生产能力和技术水平上都取得了长足进步,至2009年,国内乙烯产量达 1 178.5万t/a,已成为世界上仅次于美国的乙烯生产大国。
1.石油烃热裂解生产技术石油烃热裂解为目前制取乙烯和丙烯的主流方法[3]。
高反应温度和短停留时间有利于获得尽可能高的烯烃产率，也有利于减少副产物的生成，这要求在极短的时间内向裂解反应供给大量热量. 从传热的角度，热裂解可分为直接加热裂解和间接加热裂解，前者指热源不经传热介质将热量直接传给反应物，后者则需通过传热介质(反应管壁)向反应物传递热量。
间接加热裂解的典型代表是采用管式裂解炉的蒸汽裂解技术。
目前，绝大部分乙烯都是由蒸汽裂解产出的，全世界每年采用蒸汽裂解生产的乙烯约为1.2 亿吨[4]。
作为蒸汽裂解技术的核心，管式裂解炉技术经过长期的不断改进，性能已近完善。
1.1 原料构成裂解原料种类对乙烯收率有重要影响，由于原料费用占乙烯生产70%-75%(以石脑油和轻柴油为原料)，而乙烯成本又直接影响其下游产品的成本，因此如何优选原料倍受乙烯生产者的关注[5]。
世界乙烯的原料结构见表1。
1.2 裂解炉大型化由于裂解炉占乙烯装置投资的30%左右，因此，为了适应乙烯装置大型化的技术发展趋势，各乙烯技术专利商纷纷推出新的大型化裂解炉。
2024年教学教材《石油裂解与乙烯》教案
一、教学目标1. 知识目标（1）了解石油裂解的定义、原理及目的。
（2）掌握乙烯的制备方法、性质及应用。
（3）理解石油裂解与乙烯生产之间的关系。
2. 能力目标（1）培养学生分析问题和解决问题的能力。
（2）培养学生实验操作能力和团队协作能力。
3. 情感、态度与价值观目标（1）培养学生对石油化工行业的兴趣。
（2）增强学生对科学研究的热情。
二、教学重点与难点1. 教学重点（1）石油裂解的原理及目的。
（2）乙烯的制备方法、性质及应用。
（3）石油裂解与乙烯生产之间的关系。
2. 教学难点（1）石油裂解的反应机理。
（2）乙烯生产过程中的催化剂选择和优化。
三、教学方法1. 采用问题驱动的教学方法，引导学生主动探究石油裂解与乙烯的相关知识。
2. 利用案例分析，使学生了解乙烯在实际工业中的应用。
3. 开展小组讨论，培养学生团队协作能力。
4. 利用多媒体手段，形象直观地展示石油裂解与乙烯的生产过程。
四、教学内容1. 石油裂解的定义、原理及目的。
2. 乙烯的制备方法、性质及应用。
3. 石油裂解与乙烯生产之间的关系。
五、教学过程1. 导入新课通过展示石油化工产业的现状和前景，引发学生对石油裂解与乙烯的兴趣，导入新课。
2. 教学内容的讲解（1）讲解石油裂解的定义、原理及目的。
（2）讲解乙烯的制备方法、性质及应用。
（3）讲解石油裂解与乙烯生产之间的关系。
3. 案例分析以某石化公司为例，分析乙烯在实际工业中的应用，加深学生对乙烯重要性的理解。
4. 小组讨论学生分组讨论石油裂解与乙烯生产过程中可能遇到的问题及解决方法，培养学生团队协作能力。
5. 课堂小结6. 作业布置布置相关思考题，巩固所学知识，激发学生课后学习兴趣。
六、教学评价1. 过程评价（1）观察学生在课堂讨论中的参与程度，了解学生对石油裂解与乙烯知识的理解和运用能力。
（2）评估学生在案例分析中的表现，检验学生对乙烯实际应用的掌握情况。
2. 结果评价（1）通过课后作业和学生小测，检查学生对教学内容的理解和记忆。
烃类热裂解教案
烃类热裂解教案教案标题：烃类热裂解教案教案目标：1. 了解烃类热裂解的定义和原理。
2. 掌握烃类热裂解的反应条件和影响因素。
3. 理解烃类热裂解在工业生产中的应用。
4. 培养学生的实验技能，能够进行烃类热裂解实验。
教案步骤：引入：1. 利用实例或图片引入烃类热裂解的概念，引发学生的兴趣。
2. 介绍烃类热裂解的定义和原理，强调其在石油化工领域的重要性。
知识讲解：3. 解释烃类热裂解的反应条件，包括温度、压力和催化剂等。
4. 介绍烃类热裂解的影响因素，如碳链长度、烃类结构和反应时间等。
5. 分析烃类热裂解在工业生产中的应用，如石油炼制和烯烃生产等。
实验演示：6. 进行烃类热裂解实验演示，展示实验装置和步骤。
7. 强调实验中的安全注意事项，如佩戴实验手套和护目镜等。
8. 观察实验现象，记录实验结果。
讨论与总结：9. 引导学生讨论实验结果，分析烃类热裂解的产物和反应机理。
10. 总结烃类热裂解的重要性和应用领域，与学生进行互动讨论。
拓展活动：11. 提供相关阅读材料或视频，让学生进一步了解烃类热裂解的研究进展和应用前景。
12. 设计小组讨论或实验报告，让学生深入探讨烃类热裂解相关问题。
评估：13. 设计简单的选择题或填空题，检验学生对烃类热裂解知识的掌握程度。
14. 对学生的实验操作和观察记录进行评估，评价其实验技能和数据分析能力。
教学资源：- 实验装置和化学试剂- 图片或实例展示材料- 相关阅读材料或视频资源教学延伸：- 将烃类热裂解与其他有机化学反应进行比较和对比，加深学生对有机化学反应的理解。
- 鼓励学生进行独立研究，了解烃类热裂解在可持续能源领域的应用和发展。
这个教案提供了一个基本的框架，可以根据不同教育阶段的要求进行适当的调整和扩展。
同时，教师可以根据学生的实际情况，灵活运用各种教学方法和资源，提高学生的学习兴趣和参与度。
实验室制乙烯的原理
实验室制乙烯的原理
乙烯是一种重要的有机化合物，广泛应用于化工、塑料和橡胶工业中。
制备乙烯的常用方法是从石油化工过程中的烃类中裂解得到。
原理上，乙烯的制备通常通过裂解长链烃类分子得到较小分子量的烃类。
具体的步骤如下：
1. 原料准备：选取适当的烃类作为原料，常见的原料包括石油馏分、天然气等。
这些原料中含有较长的碳链，需要通过裂解来得到乙烯。
2. 加热：原料需要加热到一定温度，通常在500-900摄氏度之间。
加热的目的是使得分子内部的键能量增加，以便于分子的裂解。
3. 裂解：在高温下，原料中的长链烃类分子发生裂解反应，分解为较小的烃类分子。
这个过程中产生了乙烯以及其他一些烃类。
4. 分离：裂解产物中含有多种不同的烃类，需要进行分离和纯化，以提取出纯度较高的乙烯。
总结起来，实验室制备乙烯的原理是通过烃类的裂解反应得到较小分子量的烃类，其中包括乙烯。
这个过程需要一定的温度条件和分离纯化步骤，最终得到纯度较高的乙烯产物。
乙烯生产原理
乙烯生产原理乙烯是一种重要的有机化工产品，广泛应用于塑料、橡胶、合成纤维等领域。
乙烯的生产原理主要是通过裂解石油烃或裂解天然气中的烃类物质来获得。
下面我们将详细介绍乙烯的生产原理。
首先，乙烯的生产主要通过烃类物质的裂解来实现。
烃类物质经过加热和催化剂的作用，分解成较小分子量的烃类物质，其中包括乙烯。
裂解石油烃或裂解天然气中的烃类物质是乙烯生产的关键步骤。
其次，裂解的原料主要包括石脑油、轻烃和天然气。
石脑油是石油的副产品，主要包括碳数为4-10的烷烃、烯烃和芳烃。
轻烃主要包括乙烷、丙烷等低碳烷烃。
天然气中的主要成分是甲烷，同时还含有少量的乙烷、丙烷等烷烃。
这些原料经过裂解反应后，可以得到乙烯。
在裂解过程中，需要使用催化剂来促进反应的进行。
常用的催化剂包括铝酸盐、硅铝酸盐和氧化铝等。
这些催化剂可以提高裂解反应的速率和选择性，从而提高乙烯的产率。
此外，裂解反应需要在一定的温度和压力条件下进行。
通常情况下，裂解反应的温度在600-850摄氏度之间，压力在0.1-0.5MPa之间。
在这样的条件下，可以获得较高的乙烯产率。
最后，乙烯的生产还需要进行分离和提纯过程。
由于裂解反应产生的产物中含有其他烃类物质，需要通过精馏、萃取等方法将乙烯从其他物质中分离出来，得到纯净的乙烯产品。
总的来说，乙烯的生产原理是通过烃类物质的裂解反应来获得。
裂解的原料包括石脑油、轻烃和天然气，经过催化剂的作用，在一定的温度和压力条件下进行裂解反应，最终通过分离和提纯得到乙烯产品。
乙烯的生产原理是一个复杂的过程，需要多种条件和技术的配合，才能实现高效生产乙烯的目标。
项目一、乙烯的生产
（一）反应原理
CO2 +2NaOH→Na2CO3 + H2O
H2S +2NaOH→Na2S+2H2O
NaOH吸收剂不可再生
（二）碱洗工艺流程
塔分三段：I段水洗塔为泡罩塔板
Ⅱ段和Ⅲ段为碱洗段填料层
碱液浓度由上而下降低：新鲜碱液含量为18％～20％，Ⅱ段循环碱液NaOH含量约为5～7％Ⅲ段循环碱液NaOH含量为2％～3％.流程图（略）
1．原料油供给和预热系统
2．裂解和高压蒸汽系统
3．急冷油和燃料油系统
4．急冷水和稀释水蒸汽系统
第二节裂解气的净化与分离技术
一、裂解气的组成与分离方法
1、组成
烃类：CH4、C2H2、C2H4、C2H6、C3H4、C3H6、C3H8、C4、C5、C6～204℃馏分
非烃类：H2、H2O、CO、CO2、H2S
所以从动力学分析得出：降低压力可增大一次反应对于二次反应的相对速度。
故无论从热力学还是动力学分析，降低裂解压力对增产乙烯的一次反应有利，可抑制二次反应，从而减轻结焦的程度。
(3).稀释剂的降压作用
如果在生产中直接采用减压操作，因为裂解是在高温下进行的，当某些管件连接不严密时，有可能漏入空气，不仅会使裂解原料和产物部分氧化而造成损失，更严重的是空气与裂解气能形成爆炸性混合物而导致爆炸。另外如果在此处采用减压操作，而对后继分离部分的裂解气压缩操作就会增加负荷，即增加了能耗。工业上常用的办法是在裂解原料气中添加稀释剂以降低烃分压，而不是降低系统总压。
另外从以上讨论，可以归纳各族烃类的热裂解反应的大致规律：
烷烃—正构烷烃最利于生成乙烯、丙烯，是生产乙烯的最理想原料。
环烷烃—在通常裂解条件下，环烷烃脱氢生成芳烃的反应优于断链（开环）生成单烯烃的反应。含环烷烃多的原料，其丁二烯、芳烃的收率较高，乙烯的收率较低。
乙烯生产运行与操控—烃类热裂解反应原理
426.8
CH3-CH3
346
CH3CH2-H
405.8
CH3-CH2-CH3
343.1
CH3CH2CH2-H
397.5
CH3CH2-CH2CH3
338.9
CH3-CH(CH3)H
384.9
CH3CH2CH2-CH3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ341.8
异构比正构C烷H3C烃H更2CH易2C裂H2-解H 或脱氢393..2
CH3CH2CH(CH3)H
3. 环烷烃的裂解反应
裂解反应包括：
断链开环反应 脱氢反应 侧链断裂 开环脱氢
3. 环烷烃的裂解反应
裂解规律为： （1）长链环烷烃较无侧链的裂解时乙烯产率
高。先在侧链中间断侧链再裂解。 （2）脱氢成芳烃比开环容易。 （3）五元环较六元环更难裂解。 （4）环烷烃更易于产生焦炭。
裂解产物组成： 苯 > 丙烯、丁二烯 > 乙烯、丁烯 > 己二烯
• 900-1000℃以上乙烯经过乙炔中间阶段而生碳；
C H C H H C H C H H C H C H H C H C H C C
2
2
2
Cn
• 500-900℃经过芳烃中间阶段而结焦。 单环或少环芳烃 多环芳烃 稠环芳烃 液体焦油 固体沥青质 焦
典型的连串反应。
焦和碳的区别
形成过程不同:烯烃经过炔烃中间阶段 而生碳；经过芳烃中间阶段而结焦 。
氢含量不同:碳几乎不含氢，焦含有微 量氢（0.1-0.3％）。
6. 小结
烷烃——正构烷烃最有利于乙烯、丙烯的生成；分子量愈 小则烯烃总产率愈高。异构烷烃的烯烃总产率低于相同碳 原子的正构烷烃，但随着分子量增大，差别减少；
制备乙烯的工艺流程
制备乙烯的工艺流程
《制备乙烯的工艺流程》
乙烯是一种重要的化工原料，广泛应用于塑料、合成橡胶、溶剂等方面。
其制备工艺主要包括石油裂解和乙醇脱水两种方法。
下面将分别介绍这两种制备乙烯的工艺流程。
一、石油裂解法制备乙烯
石油裂解是利用高温和催化剂将原油或重油裂解成低碳烷烃和芳烃的过程。
其中，乙烯是其中的重要产物之一。
其具体工艺流程如下：
1. 原料准备：选用适合的原油或重油作为裂解的原料。
2. 加热裂解：原料经加热后，进入裂解炉，在催化剂的作用下，发生烷烃和芳烃的裂解反应。
3. 分离提取：裂解产物经过冷却后，进行分离提取，将目标产物乙烯进行提取和纯化。
4. 收集储存：最后将提取得到的乙烯进行收集和储存，为后续生产利用做准备。
二、乙醇脱水法制备乙烯
乙醇脱水法是利用醇类化合物在高温下发生脱水反应，制备乙
烯的一种方法。
其工艺流程如下：
1. 乙醇准备：选用高纯度的乙醇作为原料，进行准备和储存。
2. 脱水反应：将乙醇加热至适当温度，通过搅拌或加入催化剂，促使乙醇分子发生脱水反应，生成乙烯。
3. 产品提取：对反应产物进行冷却和提取，将得到的乙烯进行分离和纯化。
4. 收集储存：将提取得到的乙烯进行收集和储存，为后续生产利用做准备。
通过上述两种工艺流程，可以得到高纯度的乙烯原料，为后续的工业生产提供了可靠的原料保障。
随着化工技术的不断发展，乙烯制备工艺也在不断完善和改进，以满足市场对乙烯的需求。
乙烯生产技术和工艺流程介绍
乙烯具有可燃性和麻醉性，常温下易 于聚合，因此需要避免长时间暴露于 空气中。
乙烯生产工艺简介
裂解工艺
01
通过高温裂解石油烃类或天然气等原料，生成含有乙烯的裂解
气。
分离工艺
02
裂解气经过急冷、压缩、深冷分离等步骤，将乙烯从其他气体
中分离出来。
精制工艺
03
对分离得到的乙烯进行进一步精制，以去除杂质和提高纯度。
安全联锁保护
定期安全检查
对关键设备和阀门设置安全联锁保护，避 免误操作导致的事故发生。
定期对装置进行安全检查和维护，确保各项 安全防护措施的有效性。
环保法规遵循及污染治理
废气治理
对裂解炉废气和压缩机尾气进行治理，采用干法 或湿法脱硫、脱硝技术，降低废气中的污染物排 放。
固体废弃物处理
对废催化剂、废保温材料等固体废弃物进行分类 收集和处理，避免对环境造成污染。
往复式压缩机
适用于高压比、小流量的场合，但易损件较多，维护成本较高。
螺杆式压缩机
运转平稳、可靠性高，适用于中等流量和压力范围，但制造成本 较高。
制冷原理及设备配置方案
制冷原理
设备配置方案
通过压缩机将制冷剂压缩成高温高压气体， 然后通过冷凝器将其冷却成高压液体，再通 过节流装置降压降温后进入蒸发器吸收热量， 实现制冷效果。
产品纯度提升措施
优化精馏塔操作条件
调整回流比、塔顶温度等参数，提高产品纯 度。
采用高效分离元件
如高效填料、新型塔板等，提高传质效率。
加强原料气预处理
如脱水、脱硫等，减少杂质对分离效果的影 响。
定期检测和维护设备
确保设备处于良好状态，减少因设备问题导 致的产品纯度下降。
乙烯生产方法选择—烃类热裂解制乙烯
任务二 烃类热裂解制乙烯
1、原料加热及反应系统
由原料罐区来的石脑油等原料换热后，与DS (180℃， 0. 55MPa)按相应的油汽比混合进入裂解 炉对流段加热后进入辐射段。
物料在辐射段炉管内迅速升温进行裂解反应(以控 制辐射炉管出口温度COT的方式控制裂解深度， COT大约为800~900℃)。裂解气出口温度COT通 过调节每组炉管的烃进料量来控制，要求高于裂 解气的露点(裂解气中重组分的露点)，若低于露点 温度，则裂解气中的较重组分有一部分会冷凝， 凝结的油雾黏附在急冷换热器管壁上形成流动缓 慢的油膜，既影响传热，又容易发生二次反应。
任务二 烃类热裂解制乙烯
4、水急冷和稀释水蒸气系统
油冷塔顶的裂解气，通过和水冷塔中的循环 急冷水进行直接接触进行冷却和部分冷凝， 温度冷却至28℃，水冷塔的塔顶裂解气被送 到裂解气压缩工段。
任务二 烃类热裂解制乙烯
4、水急冷和稀释水蒸气系统
急冷水和稀释水蒸气系统的生产目的是用水 将裂解气继续降温到40°C左右，将裂解气 中所含的稀释蒸汽冷凝下来，并将油洗时没 有冷凝下来的一部分轻质油也冷凝下来，同 时也可回收部分热量。稀释蒸汽发生器接收 工艺水，发生稀释蒸汽送往裂解炉管，作为 裂解炉进料的稀释蒸汽，降低原料裂解中烃 分压。
任务二 烃类热裂解制乙烯
二.世界乙烯原料情况
平均下来石脑油是最主要的，占了43%，排 第二名是乙烷占36%。但是具体到各国或地 区的情况却不同。欧洲、中国、日本一样主 要采用石脑油作原料。
任务二 烃类热裂解制乙烯
二.世界乙烯原料情况
典型的是西欧乙烯71%来自石脑油，来自轻 烃和LPG的各占11%仅7%来自乙烷。而美 国恰恰相反，主要使用乙烷作原料。它的乙 烯52%来自乙烷，22%来自轻烃5%来自石 脑油。
乙烯生产工艺条件的确定—烃类热裂解制乙烯热力学和动力学分析
1. 岗位单元操作原理及反应机理
1.1 烃类热裂解的反应机理 （二）烃类裂解的二次反应
1. 小分子的烯烃或二烯
烃。例如戊烯可以按下式分解
C5H10
C2H4+C3H6 C4H6+CH4
裂解的结果，可以增加乙烯、丙烯收率。此反应在热力学 上是有利的。
气体吸收过程在吸收塔中进行。
吸收过程
逆流操作 并流操作
吸收过程：溶质溶解于吸收剂中 解吸过程：溶质从溶液中释放出
吸收
解吸
1. 岗位单元操作原理及反应机理
1.2 岗位单元操作原理——吸收、解吸 吸收剂选择的原则
❖溶解度 吸收剂对溶质组分的溶解度要大。 ❖选择性 吸收剂应对溶质组分有较大溶解度，而
对混合气体中的其它组分溶解度甚微。
CH3C≡CH+H2
CH3CH2CH=CH2
CH2=CH—CH=CH2+H2
从热力学分析，烯烃的脱氢反应比烷烃的脱氢反应推动
力更小，故需要更高的温度。
1. 岗位单元操作原理及反应机理
1.1 烃类热裂解的反应机理
（二）烃类裂解的二次反应
3．烃的分解生碳反应 在较高温度下，低分子烷烃、烯烃都可能分解为碳和氢。
❖挥发度 吸收剂的蒸汽压要低，即挥发度要小。 ❖黏度 吸收剂在操作温度下的黏度要低。 ❖其它 无毒、无腐蚀、不易燃易爆、不发泡、冰
点低、价廉易得，且化学性质稳定。
生产工艺条件的确定
任务一 烃类热裂解制乙烯热力 学和动力学分析
1. 岗位单元操作原理及反应机理
1.1 烃类热裂解的反应机理 烃类热裂解时发生的基元反应大部分遵循自由基反应机
丙烯裂解主要产物是乙烯和甲烷。
乙烯裂解生产原理与重要技术
年份 生产能力（亿吨/年）
2002年 2003年 2004年 2005年 1.094 1.108 1.129 1.173
到2007年世界乙烯生产能力达到1.25亿吨，预计2010年将 达到1.45亿吨。
由上表可以看出，世界乙烯生产能力每年以1%～4%的速度 递增。
我国乙烯产量以11.6％的速度递增，如果将每年进口的乙烯 衍生物折算成乙烯量，乙烯递增量则达30％。
5.2.2 乙烯裂解装置工艺流程
H2 处理
H2
乙烯产 品
酸性气体 干燥器
C2H2
三元冷剂
乙烯精馏塔
进料
裂解炉 急冷油塔
CGC
脱
丙
急冷水塔
烷
C4 OSBL
脱
冷箱
甲
烷
塔
CH4 压缩机
脱乙烷塔
燃料
丙烯产品
MAPD
循环
脱丁烷塔
丙烯精馏
PyGas OSBL
Recycle
工艺流程
原料预热
裂解炉
工艺蒸汽系统 急冷油/水系统
生产能力 （(%)
2005年 888.5 1850
48
2010年 1400 2500-2600 56-53.8
2020年 2000 3700-4100 54-48
5.1 乙烯装置的主要生产原料
• 裂解原料的来源主要有两个方面，一是天然 气加工厂的轻烃，如乙烷、丙烷、丁烷、天然汽 油等，二是炼油厂的加工产品，如炼厂气、汽油 、煤油、柴油、重油、渣油等。
我国乙烯供需现状和预测
近十多年来我国乙烯工业发展较快，1998～2003年能力和产 量年增长率分别为5.83%和10.17%以上，同期进口乙烯下游产 品折乙烯后的当量消费年均增长达15.9%，自给率由1998年的 48.6%下降到2003年的37.8%，进口依存度逐年增长。乙烯需 求预测如下表 。
乙烯裂解原理和技术(第四章)
第四章乙烯生产原理与技术第一节概述一、石油化工及其地位石油化学工业（简称石油化工）就是利用石油及天然气资源，经过各种化学和物理过程生产化工产品的工业。
石油化工所用的原料是很广泛的。
包括原油、油田气、天然气、炼厂气、汽油、煤油、柴油、重油、渣油等。
石油化工的生产过程主要有裂解、气化、分离、合成和聚合等。
其中裂解和分离是生产乙烯等基础原料的最基本的生产过程。
石油化工的化工产品是多种多样的。
其中最重要的，以通俗的说法，有八大基础原料、十四种基本有机原料、三大合成材料以及其他各种化工产品。
八大基础原料是乙烯、丙烯、丁二烯、乙炔、苯、甲苯、二甲苯和萘；十四种基本有机原料是甲醇、甲醛、乙醛、醋酸、环氧乙烷、环氧氯丙烷、甘油、异丙醇、丙酮、丁醇、辛醇、苯酚和苯酐；三大合成材料是塑料、合成橡胶和合成纤维；其他各种化工产品有化肥、农药、合成药物、染料、涂料、溶剂、助剂等。
从石油和天然气资源，经过各种生产过程制取基础原料、基本有机原料、合成材料和其他各种化工产品的情况，见图4-1。
石油化工是重要的原料工业，是国民经济的基础工业。
它为工业、农业、交通运输和国防建设提供大量的化工原材料，直接关系到整个国民经济的发展。
例如，石油化工生产的合成氨，是生产化肥的基础原料；合成树脂是生产各种塑料产品的基础原料；合成橡胶是生产各种橡胶制品的原料；合成纤维是纺织工业的原料。
石油化工的生产不受自然条件的约束，可以实现均衡、稳定、长周期生产。
而且，石油化工生产的产品大多数是新型材料，不仅用途广，而且不少产品的性能已超过天然材料。
石油化工科学技术的进步，必将为国民经济各个部门和人民生活提供更多更好的产品。
石油化工与人民的日常生活更是密不可分，息息相关。
人们的衣、食、住、行离不开石油化工，它为人们提供了多种多样的日用必需品，繁荣了市场，丰富了人们的生活。
例如，各种合成纤维制品，以其价廉物美、品种繁多成为美化人们生活不可缺少的纺织品；化肥、农用塑料薄膜、农药和各种植物生长激素，用来增加农作物产量；各种合成材料，以其可塑性好、成型方便、质轻、不生锈、耐腐蚀等优点在建筑行业中得到广泛应用，如代替钢材、木材和水泥，为建筑的轻型化、美观和易施工提供了便利条件。
工艺流程—裂解炉生产乙烯
利用裂解炉生产乙烯热裂解特点：高温，吸热量大低烃分压，短停留时间，避免二次反应的发生反应产物是复杂的混合物热裂解的供热方式如下所示：直接供热法：工艺复杂，裂解气质量低，成本过高。
其裂解工艺一直没有很大发展！工业上烃类裂解生产乙烯的主要过程为：原料→热裂解→裂解气预处理（包括热量回收、净化、气体压缩等）→裂解气分离→产品乙烯、丙烯及联产物等。
一、原料烃组成对裂解结果的影响影响裂解结果的因素：原料特性；裂解工艺条件；裂解反应器型式；裂解方法等。
原料特性是最重要的影响因素！(一) 原料烃的族组成、含氢量、芳烃指数、特性因数裂解产物分布的影响1. 族组成（简称PONA值）定义：是指原料烃分子中所含各族烃的质量百分比P—烷族烃 N—环烷族烃O—烯族烃A—芳香族烃从表1-7作一比较，在管式裂解炉的裂解条件下，原料愈轻，乙烯收率愈高。
随着烃分子量增大，N+A含量增加，乙烯收率下降，液态裂解产物收率逐渐增加。
*包括乙烷循环裂解原料的PONA值常常被用来判断其是否适宜作裂解原料的重要依据。
表1-8介绍我国几个产地的轻柴油馏分族组成。
表1-8 我国常压轻柴油馏分族组成我国轻柴油作裂解原料是较理想的。
2. 原料氢组成定义：是指原料烃分子中氢原子的质量百分比，不包含溶解的H2烃类裂解过程也是氢在裂解产物中重新分配的过程。
原料含氢量对裂解产物分布的影响规律，大体上和PONA值的影响一致。
表1-9位各种烃和焦的含氢量比较。
表1-9 各种烃和焦的含氢量可以看出，碳原子数相同时，含氢量：烷烃＞环烷烃＞芳烃。
含氢量高的原料，裂解深度可深一些，产物中乙烯收率也高。
对重质烃类的裂解，按目前的技术水平，原料含氢量控制在大于13%（质量），气态产物的含氢量控制在18%（质量），液态产物含氢量控制在稍高于7～8%（质量）时，就容易结焦，阻塞炉管和急冷换热设备。
图1-3给出了不同含氢量原料裂解时产物收率。
从图中可以看出：含氢量 P＞N＞A 液体产物收率 P＜N＜A乙烯收率 P＞N＞A 容易结焦倾向 P＜N＜A3. 芳烃指数（BMCI）定义：BMCI=48640/TV+473.7×d15.615.6－456.8TV=(T10+ T30+ T50+ T70+ T90)/5TV—体积平均沸点，KT10、T30…—分别代表恩氏蒸馏馏出体积为10%，30%…时的温度，K基准：n-C6H14的BMCI=0芳烃的BMCI=100因此，BMCI值越小，乙烯收率越高，当BMCI﹤35时，才能做裂解原料。
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第7章 烃类热裂解制乙烯的生产技术
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7.2 烃类热裂解技术
7.2.1.1 一次反应
3、芳烃热裂解的一次反应
由于芳环的热稳定性很高，故在一般的裂解条件下不易发生芳环开裂的反应， 而主要发生芳烃脱氢缩合反应、烷基芳烃的侧链发生断裂生成苯、甲苯、二甲苯 等反应和脱氢反应。
因此，含芳烃多的原料油不仅烯烃收率低，而且结焦严重，不是理想的裂 解原料
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5、烃类热裂解的含义 ——是将石油系烃类原料（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 质量较小的烃类，以制取乙烯、丙烯、丁二烯和芳烃等有机化工产 品的化学过程。
6、烃类热裂解的主要生产过程：
原料 → 热裂烯的生产技术
1
7.1 概述
1、乙烯的基本理化性质——乙烯（CH2CH2），ethylene 。
2、乙烯的主要用途 —— 图 7.1 乙烯的主要用途
第7章 烃类热裂解制乙烯的生产技术
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7.1 概述
3、乙烯的重要性
——乙烯作为最简单的烯烃，是石油化工的重要基础原料，其在烯烃中的
产量最大、用途最广、影响最为重要，而且乙烯的产量成为衡量一个
1、反应复杂—已知道的有：脱氢、断链、二烯合成、异构化、脱氢环化、
脱烷基、迭合、歧化、聚合、脱氢交联和焦化等 ；
2、产物多样—裂解产物中已鉴别出的化合物多达数十种乃至百余种。P210
图7.2烃类热裂解反应过程中的主要产物及其变化关系
例如，乙烷热裂解的产物有氢、甲烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烯、丁二烯、芳烃、 碳五以上组分以及未反应的乙烷等等。
烯烃可以加氢生成相应的烷烃，且反应温度低时，有利于加氢平衡;烯烃 也可以脱氢生成二烯烃或炔烃。 （4）烃的分解生碳：
第7章 烃类热裂解制乙烯的生产技术 7.2 烃类热裂解技术
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7.2.1 反应原理 7.2.1.1 一次反应（又：主反应）
定义——即由原料烃类热裂解生成乙烯和丙烯的反应。
种类——烷烃、环烷烃、芳烃、烯烃等。
1、烷烃热裂解的一次反应：
（1）正构烷烃的一次反应
——反应类型（断链、脱氢、环化脱氢）
——反应规律分析（6点）
乙烯
丙烯
7、裂解 ——是指天然气或石油中烃类原料经一定的预加工后， 进行高温裂解化学反应而获得裂解气的过程。
联产品
8、分离——是指裂解的后续加工过程，其任务是将裂解气分离，
生产出高纯度的乙烯、丙烯和其他烃类产品。
第7章 烃类热裂解制乙烯的生产技术 7.2 烃类热裂解技术
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7.2.1 反应原理
热裂解反应特性：
国家和地区化学工业发展水平的标志之一。
4、乙烯的来源（工业生产方法）
——思考题：在自然界中乙烯能否独立存在？为什么？
——早期工业上采用乙醇脱水制乙烯的方法；
——目前，世界上99%左右的乙烯产量都是由烃类管式炉热裂解法生产的；
——近年来，我国新建的乙烯生产装置均采用管式炉热裂解生产技术。
第7章 烃类热裂解制乙烯的生产技术 7.1 概述
（b）异构烷烃裂解所得丙烯与乙烯的质量比大于同原子数的正构烷烃。
2、环烷烃热裂解的一次反应
（1）侧链烷基比烃环易裂解，断链一般从中部开始直至断裂成无侧链的环烷烃，但比 同碳数的正构烷烃裂解速度慢；进一步裂解可发生环烷烃脱氢反应或开环反应生成乙烯、 丙烯、丁二烯、环烯烃和芳烃。
（2）环烷烃脱氢比开环容易； （3）环烷烃比同碳数的链烷烃裂解时的乙烯、丙烯收率较低，丁二烯和芳烃的收率较 高。 （4）一般五碳环环烷烃开环反应较六碳环环烷烃困难。
4、烯烃热裂解的一次反应
（1）了解烯烃热裂解的反应规律的重要性 （2）烯烃在裂解条件下也能发生断链反应、脱氢反应以及同分子歧化，生成乙 烯、丙烯等低级烯烃和二烯烃。
第7章 烃类热裂解制乙烯的生产技术 7.2 烃类热裂解技术
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7.2.1.1 一次反应
5、各类烃类热裂解的一次反应规律（总结）
（1）烷烃——正构烷烃最有利于生成乙烯、丙烯，分子愈小则烯烃的总收率愈 高。异构烷烃的烯烃总收率低于同碳原子数的正构烷烃。随着分子增大，这种差 别就减小。 （2）环烷烃——在一般裂解条件下，环烷烃生成芳烃的反应优于生成单烯烃的 反应。含环烷烃较多的原料，其丁二烯、芳烃的收率较高，乙烯的收率较低。 （3）芳烃——无侧链的芳烃基本上不易裂解为烯烃；有侧链的芳烃，主要是侧 链逐步断裂及脱氢。芳环倾向于脱氢缩合生成稠环芳烃，直至结焦。 （4）烯烃——大分子的烯烃能裂解为乙烯和丙烯等低级烯烃，烯烃脱氢生成的 二烯烃，能进一步反应生成芳烃和焦。 （ 5）各类烃热裂解的易难顺序可归纳为；
前4点通过数据说明之。
第7章 烃类热裂解制乙烯的生产技术
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7.2 烃类热裂解技术
7.2.1.1 一次反应
1、烷烃热裂解的一次反应
（2）异构烷烃的一次反应
——反应类型：由于结构复杂、多样，裂解反应差异较大，且没有简单的规律可循。 ——反应规律分析：
（a）异构烷烃裂解所得的乙烯、丙烯比正构烷烃裂解所得的乙烯、丙烯较低（但随C原 子数的增加，其差异减小），而氢气、甲烷及碳四以上烯烃的收率较高；
第7章 烃类热裂解制乙烯的生产技术 7.2 烃类热裂解技术
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7.2.1.2 二次反应（又：副反应）
3、二次反应的种类
（1）烯烃的裂解：
一次反应所生成的较大分子烯烃可以继续裂解成乙烯、丙烯等小分子烯烃 或二烯烃。例如：戊烯裂解；丙烯裂解的主要产物是乙烯和甲烷。 （2）烯烃的结焦：
烯烃发生聚合、环化、缩合生成较大分子的烯烃、二烯烃和芳香烃。所生 成的芳烃在裂解温度下很易脱氢缩合生成多环芳烃、稠环芳烃直至转化为焦。 （3）烯烃的加氢和脱氢
——正构烷烃 > 异构烷烃 > 环烷烃（C6>C5）> 芳烃
第7章 烃类热裂解制乙烯的生产技术 7.2 烃类热裂解技术
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7.2.1.2 二次反应（又：副反应） 1、二次反应定义 ——即由一次反应生成的乙烯、丙烯进一步反应生成各种产物， 甚至最后生成焦或碳。
2、二次反应的副作用：
（1）浪费了原料； （2）降低了一次反应产物（乙烯、丙烯）的收率； （3）生成的焦或碳堵塞设备及管道，影响裂解操作的稳定。 所以，二次反应是我们不希望发生的副反应。