裂解气深冷分离流程青岛科技大学精品课程网站

第一章烃类热裂解第四节裂解气深冷分离流程一、深冷分离流程1、※三种深冷分离流程问题1：深冷分离流程包括哪些?如何定义？他们的共同点和不同点各是什么？问题2：画出顺序流程示意图，并作简要流程叙述。

典型的深冷分离流程，主要有顺序分离流程、前脱乙烷流程和前脱丙烷流程三种，以下分别介绍这三种流程。

(1)顺序分离流程：按碳原子的个数从低到高的顺序用精馏塔逐个分开的分离流程。

顺序分离流程见图1-34，裂解气经过离心式压缩机压缩后，送入碱洗塔，脱去硫化氢、二氧化碳等酸性气体。

碱洗后的裂解气经过压缩机去干燥器脱水，干燥后的裂解气在前冷箱中分离出富氢气体，再进入脱甲烷塔，塔顶脱去甲烷馏分，塔底的液体是C2以上馏分，进入脱乙烷塔，脱乙烷塔的塔顶分出C2馏分，塔底的液体为C3以上馏分。

从脱乙烷塔塔顶出来的C2馏分经过换热升温，进行气相加氢脱乙炔气，脱乙炔以后的气体进入绿油塔，在绿油塔内用乙烯塔来的侧线馏分洗去绿油，干燥，然后送去乙烯塔。

脱乙烷塔塔底的液体进入脱丙烷塔，在塔顶分出C3馏分，塔底的液体为C4以上馏分，液体里面含有二烯烃，易聚合结焦，所以脱丙烷塔塔底温度不宜超过一百度，并且必须加入阻聚剂。

为了防止结焦堵塞，脱丙烷塔一般有两个再沸器，以便轮换检修使用。

脱丙烷塔塔顶蒸出的C3馏分，里面含有丙炔和丙二烯，进入加氢脱炔反应器，加氢脱除丙炔和丙二烯，然后进入绿油塔，脱除加氢带入的甲烷、氢气，再进入丙烯塔进行精馏，丙烯塔的塔顶蒸出纯度为99.9%的丙烯产品，丙烯塔的塔底液体为丙烷馏分。

脱丙烷塔的塔底液体进入脱丁烷塔，在脱丁烷塔内分成C4馏分和C5以上馏分，C4馏分和C5以上馏分分别送往下道工序，进一步分离加工和利用。

(2)前脱乙烷分离流程：是以乙烷和丙烯为分离界限，将轻组分例如氢气、甲烷、乙烯、乙烷等，和重组份例如丙烯、丙烷、丁烯、丁二烯、丁烷和C5以上组分等在第一个精馏塔内首先分开的分离流程。

前脱乙烷分离流程示意图见图1-35，裂解气经过压缩、碱洗、干燥等工序之后，在3.6MPa(36atm)左右首先进入脱乙烷塔。

脱乙烷塔塔底出来的是C3以上的重组分，进入脱丙烷塔。

脱乙烷塔塔顶出来的是C2以上的轻组分，这股物流先送去加氢，然后再进入脱甲烷塔。

脱甲烷塔塔顶出来的甲烷、氢气在冷箱中进行分离；脱甲烷塔塔底出来的C2馏分，则在乙烯塔中分离成乙烯和乙烷。

脱乙烷塔的塔底液体依次进入脱丙烷塔、脱丁烷塔、丙烯塔等，分离成丙烯、丙烷、C4馏分和C5以上馏分。

前脱乙烷分离流程的特点：由于脱乙烷塔的操作压力比较高，这样势必造成塔底温度升高，结果可使塔底温度高达80~100C以上，在这样高的温度下，不饱和重质烃及丁二烯等，容易聚合结焦，这样就影响了操作的连续性。

重组份含量越多，这种方法的缺点就越突出。

(3)前脱丙烷分离流程：是以丙烷和丁烯为分离界限，轻组分例如氢气、甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷等，和重组份例如丁烯、丁二烯、丁烷和C5以上组分等在第一个精馏塔内首先分开的分离流程。

前脱丙烷分离流程示意图见图1-36。

裂解气经过三段压到0.96MPa(约为9.6atm)，经碱洗、干燥等工序之后，冷却到-15摄氏度，进入脱丙烷塔，C4以上馏分从脱丙烷塔塔底分出，然后进入脱丁烷塔，分离成C4馏分和C5以上馏分。

脱丙烷塔塔顶出来的C3以下轻组分，进入压缩机四段，压缩升压到3.7MPa(36.6atm)，进入加氢脱炔反应器，然后送往冷箱。

在冷箱中分离出富氢气体，其余馏分进入脱甲烷塔，甲烷馏分从脱甲烷塔的塔顶蒸出来，脱甲烷塔的塔底液体送到脱乙烷塔。

在脱乙烷塔C2馏分和C3馏分分离开，塔顶出来的C2馏分至乙烯塔中分离成乙烯和乙烷。

C3馏分在丙烯塔中分离成丙烯和丙烷。

前脱丙烷分离流程的特点：C2以上馏分不进行压缩，减少了聚合现象的发生，节省了压缩功，减少了精馏塔和再沸器的结焦现象，适合于裂解重质油的裂解气分离。

2、三种深冷分离流程的比较上述三种深冷分离流程，比较起来，有共同之处，也有不同之处，各有优缺点。

三种流程的共同点：(1)先将不同碳原子数的烃类分开，再分离同一碳原子数的烯烃和烷烃，采取先易后难的分离顺序。

表1-29 低级烃类的主要物理常数从表1-29的沸点数据可以看出，不同碳原子数的烃类沸点相差比较大，而同一碳原子数的烯烃和烷烃沸点相差比较小。

所以不同碳原子数的烃类分离容易，而相同碳原子数的烃类分离比较困难。

例如，C1和C2、C2和C3的分离比较容易；而乙烷和乙烯、丙烷和丙烯的分离是比较困难的。

(2)最终出产品的乙烯塔和丙烯塔并联安排，并且排在最后，作为二元组分精馏处理。

I这种流程安排方法，物料比较单纯，容易保证产品纯度。

II并联安排，相互干扰比串联安排要少一些，有利于稳定操作，有利于提高产品质量。

III乙烯塔和丙烯塔的塔底液体是乙烷和丙烷，都是中间产物，不是作为裂解原料，就是作为燃料，质量要求不严格，流量又比较小，这样，就能保证塔顶产品乙烯和丙烯产品质量。

（创造了有利条件。

）三种流程的不同点：(1)精馏塔的排列顺序不同：顺序分离流程是按组份碳原子数顺序排列的，其顺序为：1)脱甲烷塔2)脱乙烷塔3)脱丙烷塔；即顺序分离流程中的C1、C2、C3逐个脱除，按顺序分离。

排列顺序简称为［1 2 3］。

前脱乙烷流程的排列顺序是［2 1 3］。

前脱丙烷流程的排列顺序是［3 1 2］。

(2)加氢脱炔的位置不同：在脱甲烷塔之前进行加氢脱炔的称为前加氢；在脱甲烷塔之后进行加氢脱炔的称为后加氢。

图1-35(P74)前脱乙烷深冷分离流程和图1-36(P74)前脱丙烷深冷分离流程都是采用前加氢脱炔流程。

前加氢的原料气中就含有氢气，不需要外加氢气，可以使流程简化。

但是加氢用的氢气用量不能控制，加氢气体中的组份也比较复杂。

图1-34(P73)顺序深冷分离流程是采用后加氢脱炔流程。

(3)冷箱位置不同：在脱甲烷塔系统中有些冷凝器、换热器和气液分离罐的操作温度非常低，为了防止散冷，减少与环境接触的表面积，把这些冷设备集装在一起成箱，就称为冷箱。

比较三个流程图可以看出，图1-34的顺序分离流程和图1-36的前脱丙烷流程的冷箱是在脱甲烷塔之前。

而在图1-35的前脱乙烷流程的冷箱是在脱甲烷塔之后。

冷箱在脱甲烷塔以前的称“前冷流程”，冷箱在脱甲烷塔之后的称“后冷流程”。

应当说明的是，上述三种流程的冷箱中位置，可以放在脱甲烷塔以前，也可以放在脱甲烷塔之后。

关于前、后冷流程的优点和缺点，在讨论脱甲烷塔的操作条件时再作论述。

上述三种流程是有代表性的深冷分离流程，各有优缺点，三种流程的优缺点见下表。

表1-31 塔的操作条件与相对挥发度二、脱甲烷塔及操作条件在深冷分离流程中，脱甲烷塔过程也就是脱甲烷塔系统是裂解气分离的关键，乙烯塔和丙烯塔是出产品的，也是很重要的。

因为脱甲烷塔温度最低，工艺复杂，原料预冷和脱甲烷塔系统在整个分离过程中，冷量消耗最大，也就是冷量消耗占的比重最大。

有的资料提出，甲烷塔系统消耗冷量占分离部分总冷量消耗的42%。

由于脱甲烷塔的操作效果对产品（乙烯、丙烯）回收率、纯度以及经济性的影响最大，所以在分离设计中，对于工艺的安排、设备和材质的选择，都是围绕脱甲烷塔系统考虑的。

裂解气中氢气、甲烷最轻，沸点也最低，为了能分离出裂解气中的乙烯、丙烯等组份，得到合格产品乙烯、丙烯，首先要脱去氢气和甲烷。

脱甲烷塔的任务就是将裂解气中氢气、甲烷以及其它惰性气体与C2以上组份进行分离，脱甲烷塔的关键组份是甲烷和乙烯。

在脱甲烷塔系统中，要求塔顶产品中少含乙烯，塔底产品中少含甲烷及惰性气体。

塔顶产品中少含乙烯，是为了减少乙烯的损失；塔底产品中少含甲烷及惰性气体，是为了保证产品乙烯的纯度和分离精度。

脱甲烷塔的分离温度比较低，一般在-100摄氏度左右。

在冷量消耗上则要求尽可能地少。

对于气液两相的平衡系统，根据相律F=C-P+2，一个有C组份的多元系统，系统的自由度等于C。

在脱甲烷塔塔顶的操作条件下，当组成规定以后（例如乙烯在尾气中的损失等），可以自由变化的参数只有１个，温度或压力，压力确定之后，温度就不能任意变化了。

那么怎样选择脱甲烷塔的操作温度和操作压力呢？工业生产上脱甲烷过程有高压法与低压法之分。

1.低压法：低压法分离效果好，乙烯收率高，操作条件为：压力0.18~0.25MPa (约18~25atm)，塔顶温度-140摄氏度左右，塔底温度-50摄氏度左右。

由图1-37可以看出，甲烷与乙烯的相对挥发度a随着操作压力的增高而降低：操作压力高，甲烷与乙烯的相对挥发度a就比较低；相反，操作压力比较低，甲烷与乙烯的相对挥发度a就比较高。

由于低压法脱甲烷塔的操作压力比较低，甲烷与乙烯的相对挥发度a比较大，分离效果比较好。

由于操作温度比较低，乙烯回收率比较高，因此对于含氢气和甲烷比较多的裂解气也能分离。

适用范围比较宽。

虽然要用到低温级的制冷剂，但是分离比较容易，回流比比较小，每吨乙烯的能量消耗并不大，低压法的能量消耗仅为高压法的70%多一点。

虽然低压法的能耗比较低，但是低压法也有缺点，例如要用到耐低温的钢材、多一套甲烷制冷系统、流程比较复杂等。

2.高压法高压法的脱甲烷塔塔底温度为-96摄氏度左右，不必采用甲烷制冷系统，只需要用液态乙烯制冷剂就可以。

由于脱甲烷塔塔顶气体产物（尾气）压力比较高，可借助脱甲烷塔塔顶的高压气体的自身节流膨胀来获得额外的降温，这种降温方法比甲烷冷冻系统要简单一些（流程简单、设备也简单）。

另外，提高压力可缩小精馏塔的体积（塔径），所以从总投资和材质的要求来看，高压法是比较有利的。

从上述两种方法的比较来看，高压法和低压法各有优缺点，工业生产上两种方法都有采用。

表1-32列出了几个脱甲烷塔的操作条件。

表1-32 脱甲烷塔操作条件表中两个厂的脱甲烷塔都是前冷，有４股进料。

但是由于B塔的回流比比较小和有中间再沸器，所以塔板数比S塔的多10块塔板。

脱甲烷塔的塔顶产品是气相产品，主要甲烷和氢气，他们在塔顶的操作条件（温度、压力）下，是不能全部冷凝下来的，因此脱甲烷塔与一般的精馏塔是不相同的，一般的精馏塔塔顶产品都可以全部冷凝下来，脱甲烷塔的塔顶产品含有不凝气甲烷和氢气，所以塔顶回流的液体组成与气相产品的组成是不同的，这就是脱甲烷塔的特点。

也是脱甲烷塔的特殊性。

三、乙烯塔和丙烯塔（自己看）(一)乙烯塔C2馏分经过加氢脱炔之后，进入乙烯塔进行精馏，塔顶得到乙烯产品，塔底产品为乙烷。

乙烯塔的塔顶产品为乙烯，乙烯的纯度要求要达到聚合级。

因此乙烯塔设计和操作的好坏，对乙烯产品的产量和质量有很大的关系。

乙烯塔的操作温度比脱甲烷塔的操作温度要高一点，冷量消耗占总制冷量的比例也很大，约占38~44%，消耗的冷量对产品的成本有较大的影响。

乙烯塔在深分离装置中是一个比较关键的塔。