2-第三章 裂解过程的工艺参数和操作指标
化学工艺学第3章烃类热裂解过程(三烯)
衡量裂解结果的指标
转化率（单程转化率、总转化率）
转化率=参加反应的原料量/通入反应器的原料量(%）
产气率（一般小于C4的产物为气体）
产气率=气体产物总质量/原料质量（%）
选择性
选择性= 转化为目的产物的原料量/反应掉的原料量（mol%)
收率和质量收率
收率=转化为目的产物的原料量/通入反应器的原料量（mol%) （wt%)
可判断原料可能达到的裂解深度，及C4 及 C4以下轻烃的收率
用元素分析法测得，是用于各种原料，用以关联 烃原料的乙烯潜在产率
氢含量高则乙烯产率越高
裂解原料含氢量≤低 于13%时，可能达到 的乙烯收率将低于 20%。
特性因数
表征烃类和石油馏分化学性质的参数 反映烃的氢饱和程度
主要用于液体燃料，K值可以通过下式算出：
K 1.216(TB)1/3 d1155..66
n
TB ( ViTi1/3)3 i1
K值以烷烃最高，环烷烃次之，芳烃最低
原料烃的K值越大则乙烯产率越高。乙烯和丙烯 总体收率大体上随裂解原料K值的增大而增加
芳烃指数
即美国矿务局关联指数（Bureau of Mines Correlation Index）,简称BMCI。
液体焦油 固体沥青质 焦炭
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％）
各族烃裂解生成乙烯、丙烯能力的规律:
正构烷烃在各族烃中最利于乙烯、丙烯的生成 大分子烯烃裂解为乙烯和丙烯 环烷烃生成芳烃的反应优于生成单烯烃的反应 无烷基的芳烃基本上不易裂解为烯烃，有烷基的芳烃，主要
反应部分 芳烃
3.2工艺参数和操作指标
不同裂解原料的裂解结果比较
项目
乙烷 丙烷
丁烷
石脑油 常压柴油 减压柴油
单程乙烯收率/ % 乙烯总收率/ % 原料消耗量/ 万t·a-1 相对投资
48.56 77.0 55.52 100
34.45 42.0 107.14 114
30.75 42.0 128.38 120
定义：
BMCI
48640 TV
473
d1155..66
456.8
正构烷烃的 BMCI值最小（正己烷为0.2） ，芳烃则相反（苯为99.8）
表征油品的芳烃含量，BMCI愈大，表明 油品的芳烃含量愈高。
烃原料的BMCI值越小则乙烯潜在收率越 高。
BMCI值直愈链大烷支则烃链乙单烯环环收烷双烃率环愈单芳低环烃、双结环焦三倾环向多环 愈大。
乙炔+氢
k3
分解
碳+氢
k1=1014 exp(-69000/RT) k2=2.57×108 exp(-40000/RT)
➢ 提高温度， k1、k2都增大；
➢ 一次反应的活化能大于二次反应的活化能，升高温度可提高k1/k2 ，即提高一次反应对二次反应的相对速度。
3.2.2.2 停留时间对裂解结果的影响
科威特石脑油 P,% N ,% A ,% 72.3 16.7 11
大庆石脑油 P,% N ,% A ,% 53 43 4
定性评价燃料的裂解性能 烷烃含量越高、芳烃越少，则乙烯收率越
高。 适宜表征轻质馏分油
氢含量(碳氢比）
定义：裂解原料中所含氢的质量分数
w(H2 )
H 12C
H
100
wm(H2 ) wi(H2 ) xi
裂解过程的工艺参数和操作指标共65页文档
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
裂解过程的工艺参数和操作指标 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
裂解过程的工艺参数和操作指标
KSF=1～2.3为中度裂解区
C5+含量继续下降，乙烯含 量 ↑减慢，丙烯、丁烯在 KSF=1.7左右达到峰值。
KSF>2.3为深度裂解区
一次反应停止，产物组成由 于二次反应而发生变化。 C5+ 以上馏分中原有的饱和烃经过 裂解反应达到最低值，丙烯↓、 丁烯↓，乙烯量达峰值。
第二节 裂解过程的工艺参数和操作指标
一、裂解原料 ➢原料选择：
氢含量越高，获得C4以下烯烃收率越高，低碳烷 烃是首选原料。 ➢裂解原料：
国外：以轻烃C4（以下）和石脑油为主，几乎占 90%左右。
国内：重柴油、重质油的比例高达20%以上，有 待优化。
2020/3/30
二、裂解温度和停留时间 1、裂解温度 温度对产品分布的影响：
2020/3/30
（1）原料转化率X 反应裂解原料的转化程度。 单一烃裂解 → 用转化率“X”表示 对于多组分烃裂解 → 分别计算各组分的X 重质馏裂解 → 选某一当量组分计算X，表征裂解
深度。
（2）甲烷收率y(C10) 裂解所得甲烷收率随裂解深度增加而提高。由
于甲烷较稳定，基本不发生二次反应，可以用来衡 量反应的深度。
（7）裂解深度函数
S=Tθm
T—裂解温度 θ—停留时间； m—0.06或0.027。
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（8）动力学裂解深度函数 KSF
原料性质
裂解深度的内因
反应条件
裂解深度的外因
内外因 的统一 KSF
KSF综合考虑了原料性质、停留时间和裂解温 度影响。
2020/3/30
① KSF定义
将原料裂解反应作为一级反应处理，原料转化率x和
化学工艺学课件04裂解反应过程
则要取决于自由基的夺氢反应和分解反应的
学 工
总结果。
程 与
工
艺
教
研
室
化
学 工
3.1.2
烃类裂解的反应机理-链增长
艺
学
? 电
子
裂解产物中各种不同碳原子数的烯烃的比
教 案
例(丙烷)
链引发
链增长途径A:
化 学 工 程 与 工 艺 教 研 室
化
学 工
3.1.2
烃类裂解的反应机理-链增长
艺
学
电
子
教
案
? 链增长途径B:
化
学 工
3.1.1 烃类裂解反应规律-异构烷烃
艺
学 电 子 教
(2)异构烷烃的裂解反应
与正构烷烃相比有如下特点：
案
? C-C键或C-H键的键能较正构烷烃的低，故容易裂
解或脱氢。
? 脱氢能力与分子结构有关，难易顺序为叔碳氢 >仲 碳氢>伯碳氢。
? 异构烷烃裂解所得乙烯、丙烯收率远较正构烷裂解
所得收率低，而氢、甲烷、 C1及C4以上烯烃收率 较高。
案 ? 烷烃裂解(脱氢或断链 )是强吸热反应，脱氢反应比
断链反应吸热值更高，这是由于 C-H键能高于C-C
键能所致。
? 断链反应有较大负值，是不可逆过程，而脱氢反应 是正值或为绝对值较小的负值，是可逆过程，受化 学平衡限制。
? 断链反应，从热力学分析 C-C键断裂在分子两端的
优势比断裂在分子中央要大；断链所得的分子，较 化
化
学 工
第三章 烃类热裂解
艺
学 电
?3.1 热裂解过程的化学反应
子
教 案
?3.2 裂解过程的工艺参数和操作指标
级石油化工工艺学布置部分作业答案要点
04级石油化工工艺学布置部分作业答案要点3-3 裂解过程的工艺参数选择裂解过程的工艺参数选择：高温短停留时间，低烃分压。
原因如下：1）高裂解温度裂解反应为一级不可逆强吸热反应；提高裂解温度，有利于乙烯产率的增加。
裂解温度的提高受到a)二次反应的产物分布及目的产品收率的限制；b)受到.裂解炉管的结焦影响及清焦周期的限制；c.受到裂解炉管材质要求的限制。
2）低停留时间停留时间越短，可以抑制二次反应的进行，对提高乙烯产率有利；3）低烃分压乙烯裂解反应为体积增大的化学反应。
降低压力有利乙烯的生成。
乙烯裂解反应为气相反应。
裂解反应为一级反应；缩合/聚合反应为二级反应，压力提高，反应物浓度增加，反应速度加快。
但对缩合/聚合反应增加的幅度更大。
所以应采取低的反应压力。
4）稀释剂稀释剂作用是降低烃分压，防止裂解炉管内壁的结焦。
同时可以.稳定裂解温度，.脱除结焦。
缺点是需要的急冷速度、急冷剂用量大；.处理能力下降；.所需炉管管径、管长增大，所需的热负荷增加。
3-9裂解气的预分馏及净化裂解气预分馏的目的与任务1）解气预分馏的目的与任务（1）经预分馏处理，尽可能降低裂解气的温度，从而保证裂解气压缩机的正常运转，并降低裂解气压缩机的功耗。
（2）裂解气经预分馏处理，尽可能分馏出裂解气的重组分，减少进入压缩分离系统的进料负荷。
（3）在裂解气的预分馏过程中将裂解气中的稀释蒸汽以冷凝水的形式分离回收，用以再发生稀释蒸汽，从而大大减少污水排放量。
（4）在裂解气的预分馏过程中继续回收裂解气低能位热量。
2）裂解气中的气体杂质裂解气中的气体杂质主要有H2S、CO2、H2O、C2H2、CO。
H2S、CO2无机碱洗或醇胺湿法脱除H2O：3A分子筛吸附脱除C2H2、CO催化加氢脱除。
3-12分离流程的共同点，顺序分离流程，前脱乙烷后加氢流程，前脱丙烷加氢流程的特点优缺点、适用范围。
1）分离流程的共同点：a.裂解气的分离由三个系统构成：气体净化系统，压缩与冷冻系统，精馏分离系统。
烃类热裂解过程
Qpt=△Ht
Δ Ht2 =Δ Ht1 + Δ Cpdt
t1
t2
Q0=Q1+Q2+Q3
Q0——裂解反应总吸热量 Q1——以裂解炉出口温度计算的裂解反应热效应 Q2——裂解原料从入口温度升至出口温度所需热量 Q3——稀释蒸汽从入口温度升至出口温度所需热量
反应热效应及生成热计算：
Q pt
H 0 t
热力学规律：
☆ 反应ΔH> 0，均为强吸热反应，由于C-H 键能
大于C-C键能，故ΔH脱氢﹥ΔH断链；
☆ 断链反应的ΔGθ < 0为不可逆反应，转化率受动
力学限制；脱氢反应的ΔGθ≤0或ΔGθ≥0，为 可逆反应，其转化率受热力学限制；
☆ 分子两端ΔGC-C﹤分子中间ΔGC-C，即断链反应
优先发生在分子两端，断链所得的分子中较小的 是烷烃，较大的是烯烃。但随分子量的增加，中 间断链的趋势增加，两端断链的优势减弱，最有 利生成乙烯和丙烯；
c. 用分子量M估算反应热
H298 ' A M A M -4 23262 10 M( D ' ) kJ/kg ' ' B CM B C M
A、B 、C 、D 、A’ 、B’ 、C’---系数
M平均分子量
2．化学平衡常数及平衡组成
ΔG = -RTlnKP
C2 H 6
c) 烯烃缩合、聚合、生成二烯烃，…直至多环芳烃， 结焦生炭
2CH2=CH2 CH2=CH-CH=CH2
n
d) 烯烃的结焦生炭过程
有机物在惰性介质中经高温裂解，释放出氢或其它小分子
化合物生成炭，并非独个碳原子，而是以若干碳原子稠合形式
的碳，称为生炭，氢含量甚微。若产物中尚含有少量氢，碳含 量约为95％以上，称为结焦。 CH2=CH2
常规热裂解工艺
常规热裂解工艺一、前言热裂解是一种将高分子物质加热至高温下使其分解为低分子物质的过程。
常规热裂解工艺是将生物质等可再生资源转化为液态燃料，是一种重要的能源转化技术。
本文将详细介绍常规热裂解工艺的步骤及相关参数。
二、原料准备1.生物质：包括木屑、秸秆、稻壳等可再生资源。
2.干燥：将原料进行干燥处理，以降低含水率，提高产率。
3.粉碎：将干燥后的原料进行粉碎处理，以增大表面积，提高反应速率。
三、反应器设计1.反应器类型：采用固定床反应器。
2.反应器材料：采用不锈钢材料。
3.反应器结构：设有进料口、出气口和收集液体产品的装置。
四、操作步骤1.预热：将反应器加热至适宜温度（450℃-550℃）。
2.进料：将粉碎后的原料均匀地投入到固定床反应器中。
3.加热：将反应器中的原料加热至适宜温度，开始热裂解反应。
4.收集产品：将反应器出口处的气体经过冷却后，收集液态产品。
五、反应参数控制1.温度：根据原料种类和反应器类型确定最佳温度范围（450℃-550℃）。
2.压力：常规热裂解工艺采用大气压下进行反应。
3.停留时间：根据原料种类和反应器类型确定最佳停留时间（1-3小时）。
4.流速：根据反应器尺寸和进料量确定气体流速。
六、产品分离1.液态产品：经过冷却后，液态产品分为两层，上层为水相，下层为油相。
2.固态产品：经过冷却后，固态产物为黑色颗粒状物质。
七、工艺优化1.催化剂添加：加入催化剂可提高产率和选择性。
2.温度控制：控制温度可提高产率和改善产物品质。
3.停留时间控制：合理控制停留时间可提高产率和改善产物品质。
八、工艺优势与不足1.优势：常规热裂解工艺简单易行，可利用生物质等可再生资源生产液态燃料。
2.不足：常规热裂解工艺存在产品选择性差、能量消耗大等问题，需要进一步改进和优化。
九、结论常规热裂解工艺是一种重要的能源转化技术，通过对原料的预处理和反应参数的控制，可实现高效率的液态燃料生产。
未来需要进一步改进和优化该工艺，以提高产率和改善产品品质。
03 烃类热裂解2-2
10
3 烃类热裂解
化 工 工 艺 学
烃类聚合和缩合的二次反应多是高于一级的反应， 其反应速率方程式为 r聚=k聚cn r缩=k缩cAcB 压力不能改变反应速率常数k，但压力↓→反应物 浓度↓，对一次反应、二次反应都不利。 反应级数不同影响不同，对高于一级的反应的影 响比对一级反应的影响要大得多。压力↓→一次反应 对于二次反应的相对速率↑→一次反应选择性↑ 。 结论： p↓→生成乙烯的一次反应↑ 聚合、缩合的二次反应(结焦)↓
2012-6-21
内蒙古工业大学化工学院----化学工艺学----
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3 烃类热裂解
化 工 工 艺 学
3.2.3 裂解深度（自学） 3.2.3.1 衡量裂解深度的参数 裂解深度是指裂解反应的进行程度。 （1）原料转化率X ： 反映裂解反应时裂解原料的转化程度。 （2）甲烷收率： 裂解深度↑，甲烷收率↑ 。 （3）乙烯对丙烯的收率比： 一定裂解深度范围内，裂解深度↑，乙烯收率↑ ，丙 烯收率增加缓慢。 到一定裂解深度后，裂解深度↑，乙烯收率↑ ，丙烯 收率将由最高值而开始下降。 裂解深度达到一定水平之后，裂解深度↑，乙烯收 率↓，收率比已不能正确反映裂解的深度。 2012-6-21 14 内蒙古工业大学化工学院----化学工艺学----
2012-6-21
内蒙古工业大学化工学院----化学工艺学----
7
3 烃类热裂解
化 工 工 艺 学
②温度限制。 管式炉，裂解温度↑→炉管管壁温度↑。 炉管管壁温度受炉管材质限制。 Cr25Ni20耐热合金钢，极限使用温度<1100℃。 Cr25Ni35耐热合金钢，极限使用温度<1150℃。 管式裂解炉出口温度 < 950℃ ③热强度限制。 给定裂解温度时，停留时间↓，炉管热通量↑，热 强度↑，管壁温度↑。 热强度对停留时间是很大的限制。
《化工工艺学》 第三章 烃类热裂解
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3.3.管式裂解炉及裂解工艺过程
3、3、1、管式裂解炉 30年代研究，40年代工业装置，50年代研究 提高乙烯效率（高温短停留时间），60年代开 发出实现这一措施的炉型，图3—11，铬镍合 金钢离心浇铸管放置在炉膛中心，双面接受辐 射，管壁温度高达1050℃，气体出口800— 860℃，停留时间0.25—0.60S，乙烯收率明 显提高，后为减少压力有利于提高乙烯收率， 又研制成分叉变径炉管，乙烯达30%。70年 代，新材料应用壁温可达1100℃，单台炉生 产能力5万吨/年。
3、1、1、1、烷烃的裂解反应 正构烷烃裂解主要有脱氢和断链 反应C5以上还可能发生环化脱氢. 脱氢反应是C-H键断裂的反应生 成碳原子数相同的烃烯和H2 。
通式: CnH2n+2 = CnH2n+H2 C5以上的正构烷烃可发生环化脱
氢生成环烷烃。
3
烷烃的裂解反应
断链反应是C—C键断链的反应 产物是 碳原子数较少的烷烃和烯烃， CnH2n+2 =CmH2m+CkH2k+2 m+k=n 裂解规律： 1、断链比脱氢容易； 2、链长容易断； 3、脱氢比断链吸热多；
真空不可取，漏入空气有危险；负压不利于后 工序产品分离。所以采取加入稀释剂的方法降 压，目前用水蒸汽作稀释剂。其原因如下： 易于分离（冷凝为水） 稳定反应器温度，防止炉管过热 抑制含硫对设备的腐蚀 脱除结碳 H2O+C=CO+H2 但不宜过大，否则生产能力下降，急冷负荷大。
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3.2.3. 裂解深度
裂解深度是指裂解反应进行的程度。 常用原料转化率、甲烷收率、乙烯对丙 烯的收率比、甲烷对乙烯或丙烯的收率 比（两者有极值所以衡量深度比较合 理）、液体产物的氢含量和氢碳比 （H/C）不小于0.96或氢含量不低8% （过高结焦）、出口温度、裂解深度函 数和动力学裂解深度函数来表示。
简述生物质热裂解工艺流程和主要控制参数
简述生物质热裂解工艺流程和主要控制参数下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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裂解工艺技术包括
裂解工艺技术包括裂解工艺技术是一种重要的石化工艺，用于将重质石油原料转化为轻质的石油产品。
它是一种化学过程，通过将原料加热到高温、高压下，使其发生热解、聚合、裂解等反应，最终得到石油产品。
首先，裂解工艺技术需要使用特殊的设备，如裂解炉。
裂解炉是一个密封的容器，内部设置有加热元件和反应物注入口。
原料通过注入口进入裂解炉，并加热到高温。
高温条件会使原料分子发生断裂，产生大量的低碳烃化合物。
其次，裂解工艺技术需要控制反应条件。
温度和压力是裂解反应的两个关键参数。
通常，裂解温度在500摄氏度至800摄氏度之间，压力在0.5 MPa至5 MPa之间。
高温和高压有利于原料分子断裂，并提高石油产品的产率。
再次，裂解工艺技术涉及催化剂的使用。
催化剂是一种可以加速裂解反应的物质。
常用的催化剂包括沸石和铝硅酸盐。
催化剂可以降低裂解反应的活化能，提高反应速率和选择性。
此外，裂解工艺技术还需要处理产生的废气和废水。
裂解反应会产生大量的废气，其中含有二氧化碳、一氧化碳、硫化物等有害气体。
这些废气需要经过净化处理，如脱硫和脱氮等。
同时，裂解过程中产生的废水也需要进行处理，以防止对环境造成污染。
最后，裂解工艺技术还需要考虑能源消耗和产品质量。
裂解过程需要大量的热能供应，通常通过燃烧燃料或利用延伸燃烧烟气来提供。
此外，裂解工艺技术还需要考虑产品质量，如产品的硫含量、馏分范围和粘度等。
因此，优化工艺参数和控制反应条件对于提高产品质量和降低能耗非常重要。
综上所述，裂解工艺技术是一种重要的石化工艺，通过加热和高温高压下的反应，将重质石油原料转化为轻质的石油产品。
它需要使用特殊的设备、控制反应条件、使用催化剂、处理废气和废水、考虑能源消耗和产品质量等多个方面。
裂解工艺技术的发展对于提高石油产品的产量和质量，促进石油工业的可持续发展具有重要意义。
轻柴油裂解工艺（2）
聚丙烯装置操作与控制工艺明细表主要设备主要工艺参数主要物流明细表工艺特点操作要点附属设备及辅助物料分离器要控制好压力气液相的丙烯丙烯回收单元产生的气/液混合物进入PRU气/液分离器产生的废气要排放到火炬系统脱气仓PRU压缩机冷凝器1 要控制好压力与温度气体丙烯脱气仓尾气被送至PRU后进入冷凝器冷凝通过冷凝是丙烯的温度降低以便后面的分离工作物料预热器、超压爆破片、安全阀、脉冲阀辅助物料：高压冷却水循环压缩机颗粒的气流输送系统均为气相，开路，输送气为空气。
聚丙烯粉末聚丙烯粉末由脱气仓或中间料仓经气流输送系统送至挤压造粒单元的粉料进料料斗掺混后的粒料由掺混后输送系统送至界区外的包装码垛单元。
颗粒的气流输送系统均为气相，开路，输送气为空气。
脱气仓螺杆输送器物料：PP粉料聚合反应器催化剂、助催化剂和改性剂按比例控制经计量加入至聚合反应器。
50%的聚丙烯粉末来自聚合反应器的聚合产物通过压差送到气体膨胀袋滤器，聚合物粉末和未反应单体在该袋滤器中分离。
分离出的气体由循环气压缩机升压后送回反应系统。
第二聚合反应单元的生产过程与第一聚合反应单元基本相同。
第二聚合反应器也是卧式带搅拌容器，在气相条件下连续聚合。
搅拌容器膨胀袋滤器气压缩机物料助催化剂（三乙基铝）和改性剂（有机硅烷）:学习情境一乙烯装置操作与控制一．乙烯装置操作与控制学习计划通过预习和认识中，在本学习情境中我应该掌握以下知识点：1、掌握烃类热裂解原理和裂解工艺的基本理论及生产制乙烯的生产过程2、明确裂解过程的工艺参数和操作指标3、掌握管式裂解炉的基本结构和炉型4、了解乙烯装置生产工艺流程5、掌握乙烯装置、乙烯生产特点6、掌握裂解气的净化与压缩、深冷分离流程及分离装置过程及顺序分离流程7、了解裂解反应实验装置流程图及工作原理8、了解乙烯产品的性质、用途9、了解乙烯装置技术发展和前景学习情境一乙烯装置操作与控制学习总结：通过对本学习情境的学习和认识，我将重点内容在课本上已勾画出来，我已掌握了烃类热裂解原理、制乙烯的生产过程：原料（轻柴油、重脑油、乙烷等）——热裂解（管式裂解炉）——裂解气预处理（净化与压缩、制冷）——裂解气分离（深冷分离）——产品（乙烯、丙烯）及联产品。
2-第三章-裂解过程的工艺参数和操作指标
本章 内容
1.1 热裂解过程的化学反应
1.2 工艺参数和操作指标 1.3 管式裂解炉及工艺过程
1.4 裂解气的预分馏及净化 1.5 压缩和制冷系统 1.6 裂解气的精馏分离系统
2021/8/14
Chemistry and chemical engineering institute
解深度的限度 （X T、t）。
温度限定 炉管管壁温度受炉管材质限制
Cr25Ni20→Cr25Ni35, 1050 →1100℃ 极限温度T≯950℃
热强度限定 热强度:单位时间内单位炉管表面积传递的热量。 炉管表面热强度越大，则完成相同热任务所需的传
热面积越小。
2021/8/14
Chemistry and chemical engineering institute
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。 (k1/k2)
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Chemistry and chemical engineering institute
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因此，应选择一个最适宜的裂解温度，发挥一次 反应在动力学上的优势，而克服二次反应在热力 学上的优势，即可得到较高的乙烯收率也可减少 焦炭的生成。
短停留时间有利
停留时间的选择主要取决于裂解温度，当停 留时间在适宜的范围内，乙烯的生成量最大，损 失较小，即有一个最高的乙烯收率。
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Chemistry and chemical engineering institute
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3、温度－停留时间效应 ➢ 不同温度-停留时间组合，裂解结果不同。
理论上适宜的裂解温度范围750~900℃。
热裂解器三个主要指标
热裂解器三个主要指标
热裂解器是石油炼制工业中的重要设备，用于加工原油并生产炼厂的产品，如汽油、润滑油和石油气等。
热裂解器的质量和效率对整个工业过程的经济性和环境影响至关重要。
在设计和运行热裂解器时，有三个主要指标需要考虑：热裂解温度、原料质量和塔床效率。
首先，热裂解温度是热裂解器设计的重要参数之一、裂解温度是指原料在裂解过程中的温度。
温度控制对于裂解过程的产物选择性和产量非常重要。
通常情况下，较高的裂解温度会导致产量增加和较高的重质烃产物生成，而较低的温度则会使产率降低。
因此，选择合适的热裂解温度非常重要，需要结合裂解过程的需求和经济考虑来进行决策。
其次，原料质量也是热裂解器的重要指标之一、原料质量指的是裂解过程中原料的组成和性质。
原料的质量决定了裂解过程中的产物分布。
高质量的原料通常会产生更多的高质量产物（如汽油），而低质量的原料则会产生较多的底渣。
因此，为了提高热裂解过程的效率和产物选择性，选择高质量的原料非常重要。
最后，塔床效率是热裂解器中的另一个重要指标。
塔床效率指的是原料在塔床上的停留时间和接触效果。
塔床效率会影响到裂解反应的平衡度和产物的选择性。
较低的塔床效率会导致裂解反应未能充分进行，从而导致产品收率低和产物选择性不理想。
因此，优化塔床的设计和操作，提高塔床效率是提高热裂解器性能的关键。
裂化工艺参数及工艺介绍
（1）在高温（高压）下进行反应，装置内的物料温度一般超过其自燃点，若漏出会立即引起火灾；
（2）炉管内壁结焦会使流体阻力增加，影响传热，当焦层达到一定厚度时，因炉管壁温度过高，而不能继续运行下去，必须进行清焦，否则会烧穿炉管，裂解气外泄，引起裂解炉爆炸；
（3）如果由于断电或引风机机械故障而使引风机突然停转，则炉膛内很快变成正压，会从窥视孔或烧嘴等处向外喷火，严重时会引起炉膛爆炸；
6、裂解（裂化）工艺
反应类型
高温吸热反应
重点监控单元
裂解炉、制冷系统、压缩机、引风机、分离单元
工艺简介
裂解是指石油系的烃类原料在高温条件下，发生碳链断裂或脱氢反应，生成烯烃及其他产物的过程。产品以乙烯、丙烯为主，同时副产丁烯、丁二烯等烯烃和裂解汽油、柴油、燃料油等产品。
烃类原料在裂解炉内进行高温裂解，产出组成为氢气、低/高碳烃类、芳烃类以及馏分为288℃以上的裂解燃料油的裂解气混合物。经过急冷、压缩、激冷、分馏以及干燥和加氢等方法，分离出目标产品和副产品。
在裂解过程中，同时伴随缩合、环化和脱氢等反应。由于所发生的反应很复杂，通常把反应分成两个阶段。第一阶段，原料变成的目的产物为乙烯、丙烯，这种反应称为一次反应。第二阶段，一次反应生成的乙烯、丙烯继续反应转化为炔烃、二烯烃、芳烃、环烷烃，甚至最终转化为氢气和焦炭，这种反应称为二次反应。裂解产物往往是多种组分混合物。影响裂解的基本因素主要为温度和反应的持续时间。化工生产中用热裂解的方法生产小分子烯烃、炔烃和芳香烃，如乙烯、丙烯、丁二烯、乙炔、苯和甲苯等。
在装置存在可燃气体、有毒气体泄漏的部位设置可燃气体报警仪和有毒气体报警仪。
（4）如果燃料系统大幅度波动，燃料气压力过低，则可能造成裂解炉烧嘴回火，使烧嘴烧坏，甚至会引起爆炸；
裂解过程的工艺参数和操作指标PPT文档65页
谢谢！Βιβλιοθήκη 45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
裂解过程的工艺参数和操作 指标
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
乙烯生产运行与操控—热裂解过程的工艺参数的确定
情境一：乙烯的生产运行与操控 任务三：热裂解反应的影响因素
影响热裂解反应的影响因素
原料特性对反应的影响
01
02
03
原料特性
04 05
族组成
氢含量 特性因数 关联指数 几种原料裂解结果比较
▪（一）族 组 成－PONA值
PONA值：各族烃的质量百分数含量。
一次反应多是一级反应
烃类聚合和缩合的二次 反应多是高于一级的反应
压力 ，一次反应对于二次反应的相对速率 ， 一次反应选择性 , 结焦 。
如何降压？
工业上 加入稀释剂 ,P烃 ↓,常压操作, 从而乙烯量↑。
O2
O2
O2
O2
O2
O2O2 O2源自O2O2O2 O2
O2
O2
O2
O2
O2
O2
稀释剂
目的：降低烃分压 稀释剂种类：水蒸气、氢气、惰性气体 优点：设备在常压或正压操作，安全性高，
裂解过程的工艺参数 ——裂解温度
1. 裂解温度
温度对产品分布的影响 （1）影响一次产物分布； （2）影响一次反应和二次反应的竞争。
温度对一次产物分布的影响
峰值收率
（2）温度对一次反应和二次反应竞争的影响 ——热力学和动力学分析
一次反应
二次反应
——热力学
（1）一次反应是吸热反应，升高温度有利。 （2）二次反应K比一次反应大，高温不占优势。
温度-停留时间效应对石脑油产物分布关系
高温-短停留时间
可根据对产品分布的要求和技术经济来选择适宜 的T－t组合。
裂解过程的工艺参数 ——反应压力
3. 反应压力
裂解过程的工艺参数和操作指标PPT文档65页
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
40、人类法律，事物有Hale Waihona Puke 律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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会对以后压缩操作增加能耗。
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水蒸汽作稀释剂的优势 易分离 热容量大 水蒸气汽升温时消耗热较多，可稳定炉 管温度，防止过热。 抑制原料中的S对镍铬合金炉管的腐蚀，由于高温 蒸汽的氧化性。 脱除积碳 由于H2O(g)可氧化Fe、Ni，形成氧化 膜，抑制铁镍催化烃类的生碳反应。 H2O + C 稀释比＝G水蒸汽／G烃
从反应速率分析 一次反应多是一级反应
r裂 k裂C
烃类聚合和缩合的二次反应多是高于一级的反应
r聚 k聚C
n
r缩 k缩C AC B
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压力对反应速率的影响 压力不能改变反应速度常数，但降低压力能降
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二、裂解温度和停留时间
1、裂解温度
温度对产品分布的影响： （1）影响一次产物分布； （2）影响一次反应和二次反应的竞争。 影响一次产物分布
热力学分析：在一定温度内，提高T有利于提高
乙烯收率。
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短停留时间有利
832 0.0805 60.2 76.5
停留时间的选择主要取决于裂解温度，当停 留时间在适宜的范围内，乙烯的生成量最大，损 失较小，即有一个最高的乙烯收率。
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3、温度－停留时间效应
不同温度-停留时间组合，裂解结果不同。
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（1）原料转化率X 反应裂解原料的转化程度。 单一烃裂解 → 用转化率“X”表示 对于多组分烃裂解 → 分别计算各组分的X 重质馏裂解 → 选某一当量组分计算X，表征裂解 深度。
（2）甲烷收率y(C10) 裂解所得甲烷收率随裂解深度增加而提高。由 于甲烷较稳定，基本不发生二次反应，可以用来衡 量反应的深度。
②平均停留时间：
tA
vR 0
dV VV
近似计算时：
VR tA V V
V’——原料气平均体积流量
av’——最终体积增大率，即所得裂解气的体积与
原料气体积之比。
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停留时间对乙烷转化率和乙烯收率的影响 温度℃ 停留时间，s 乙烷单程转化率，% 按分解乙烷计的乙烯 产率，% 832 0.0278 14.8 89.4
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CO + H2
各种裂解原料的管式炉裂解的水蒸汽稀释比
裂解原料 乙烷 丙烷 正丁烷 石脑油 粗柴油 原油 原料氢含量 20 18.5 17.24 14.16 ～13.6 ～13 容易结焦的程度 较不易 较不易 中等 较易 较易 很易 稀释比Ws 0.25～0.4 0.3～0.5 0.4～0.5 0.5～0.6 0.75～1.0 3.5～5.0
Cr25Ni20→Cr25Ni35, 1050 →1100℃
极限温度T≯950℃
热强度限定 热强度:单位时间内单位炉管表面积传递的热量。 炉管表面热强度越大，则完成相同热任务所需的传 热面积越小。
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三、烃分压与稀释剂 1、压力对裂解反应的影响 化学平衡分析 K x P n K P
高温-短停留时间 最佳组合
石脑油在不同温度下裂解乙烯收率随停留时间的变化
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温度--停留时间对产品收率影响
对于给定原料，相同裂解深度时，提高温度， 缩短停留时间的效应
可以获得较高的烯烃收率，并减少结焦。
抑制芳烃生成，所得裂解汽油的收率相对较低。
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（6）裂解炉出口温度 生产操作常用Tout 表示裂解深度。 690℃～720℃ → 浅度裂解 720℃～750℃ → 中深度裂解 750℃以上 → 深度裂解 虽然没有体现停留时间，较片面，但原料和炉 型确定，一定程度上可表征裂解的深度。 （7）裂解深度函数 S=Tθm
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2、理解的内容 烃类热裂解的特点；
管式裂解炉的主要炉型及其特点；
热裂解工艺流程；
压缩的目的；
前脱氢（前冷）工艺流程。
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低反应物浓度。 压力改变 浓度C改变 反应速度改变。
浓度↓，二次反应速度降低低压力，可增大一次反应对于二次 反应的相对速率，有利于提高一次反应选择性,减 轻结焦。
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压力对裂解过程中一次反应和二次反应的影响
从裂解反应的化学平衡也可以看出，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。 （Kp)
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。 (k1/k2)
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①表观停留时间：
VR S L tB V V
VR、S、L——反应器容积，裂解管截面积，管长。 V——单位时间通过裂解炉的气体体积，m3/s。 进出口体积流率的算术平均值 反映了所有物料（包括稀释蒸气）在裂解炉中 的停留时间。
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2、停留时间 定义：原料从反应开始到达某一转化率时，在反 应器中经历的时间，即经过辐射盘管的时间。 裂解管式反应器特点：
① 非等温
② 非等容－体积增大
停留时间的计算
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降低压力可以促进乙烯的一次反应，抑制发生聚合的二次反应
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稀释剂的降压作用
降低裂解压力利于生产
生产中直接采用减压操作 ⅹ
原 因
高温下，某些管件链接不严密，可能漏入空气，造 成裂解原料和产物部分氧化而造成损失，空气与裂 解气能形成爆炸性混合物。另外对后继分离部分的 裂解气压缩增加负荷，即增加能耗。
T—裂解温度 θ—停留时间； m—0.06或0.027。
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水蒸气的稀释比过大，会使裂解炉生产能力下降， 能耗增加，极冷负荷加大。
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四、裂解深度
1、定义：指裂解反应的进行程度。 2、裂解深度的衡量参数 原料转化率 甲烷收率 乙烯对丙烯的收率比 甲烷对乙烯或丙烯的收率比 液体产物的含氢量 裂解炉出口温度 裂解深度函数 动力学裂解深度函数
温度对一次产物分布的影响
裂解产 物组分 H2 CH4 C2H4 C3H6 其他 总计 收率 正戊烷 600℃ 1000℃ 1.2% 12.3% 43.2% 26.0% 17.3% 100.0 1.1% 13.1% 46.0% 23.9% 15.9% 100.0 异戊烷 600℃ 1000℃ 0.7% 16.4% 10.1% 15.2% 57.6% 100.0 1.0% 14.5% 12.6% 20.3% 50.6% 100.0
第三章 烃类热裂解
1.1 热裂解过程的化学反应 1.2 工艺参数和操作指标
本章 内容
1.3 管式裂解炉及工艺过程
1.4 裂解气的预分馏及净化 1.5 压缩和制冷系统 1.6 裂解气的精馏分离系统
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本章学习要求 1、熟练掌握的内容 烃类热裂解反应规律； 原料烃组成对裂解结果的影响； 裂解过程工艺参数； 动力学裂解深度函数KSF对产物分布的影响； 裂解气所含杂质的各种净化方法； 裂解气顺序分离流程； 深冷分离过程中，影响乙烯收率的因素分析； 甲烷塔、乙烯塔的作用和特点。
第二节 裂解过程的工艺参数和操作指标 1 裂解原料
本节 讲授 内容
2 裂解温度和停留时间
3 烃分压与稀释剂 4 裂解深度
2015/10/26
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第二节 裂解过程的工艺参数和操作指标
一、裂解原料 原料选择： 氢含量越高，获得C4以下烯烃收率越高，低碳烷 烃是首选原料。 裂解原料： 国外：以轻烃C4（以下）和石脑油为主，几乎占 90%左右。 国内：重柴油、重质油的比例高达20%以上，有 待优化。
△n<0时: 增大反应压力，Kx上升，平衡向生成产 物方向移动； △n>0时: 增大反应压力， Kx下降，平衡向原料方 向移动。 生成烯烃的一次反应 △n>0 烃聚合缩合的二次反应 △n<0 降低压力 有利于提高乙烯平衡组成 有利于抑制结焦过程