第三章作业及参考答案讲解

1. 什么是烃类热裂解？

答：烃类的热裂解是将石油系烃类燃料（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烯烃、烷烃和其他相对分子质量不同的轻质和重质烃类。

2.烃类热裂解制乙烯可以分为哪两大部分？

答：烃类热裂制乙烯的生产工艺可以分为原料烃的热裂解、裂解产物的分离两部分。

3. 在烃类热裂解系统内，什么是一次反应？什么是二次反应？

答：一次反应是指原料烃裂解（脱氢和断链），生成目的产物乙烯、丙烯等低级烯烃的反应，是应促使其充分进行的反应；

二次反应则是指一次反应产物（乙烯、丙烯等）继续发生的后续反应，生成分子量较大的液体产物以至结焦生炭的反应，是尽可能抑制其进行的反应。

4. 用来评价裂解燃料性质的4个指标是什么？

答：评价裂解燃料性质的4个指标如下：

（1）族组成—PONA值，PONA值是一个表征各种液体原料裂解性能的有实用价值的参数。

P—烷烃（Paraffin）；O—烯烃（Olefin）；

N—环烷烃（Naphtene）；A—芳烃（Aromatics）。

（2）氢含量，根据氢含量既可判断该原料可能达到的裂解深度，也可评价该原料裂解所得C4和C4以下轻烃的收率。

氢含量可以用裂解原料中所含氢的质量百分数表示，也可以用裂解原料中C 与H的质量比（称为碳氢比）表示。

（3）特性因数—K，K是表示烃类和石油馏分化学性质的一种参数。

K值以烷烃最高，环烷烃次之，芳烃最低，它反映了烃的氢饱和程度。

（4）关联指数—BMCI值，BMCI值是表示油品芳烃含量的指数。关联指数愈大，则表示油品的芳烃含量愈高。

5. 温度和停留时间如何影响裂解反应结果？

答：（1）高温：

从裂解反应的化学平衡角度，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；

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。

（2）短停留时间：

从化学平衡的角度：如使裂解反应进行到平衡，由于二次反应的发生，所得烯烃很少，最后生成大量的氢和碳。为获得尽可能多的烯烃，必须采用尽可能短的停留时间进行裂解反应。

从动力学的角度：由于有二次反应的竞争，对每种原料都有一个最大乙烯收率的适宜停留时间。

温度--停留时间对产品收率影响

（a）对于给定原料，相同裂解深度时，提高温度，缩短停留时间，可以获得较高的烯烃收率，并减少结焦。

（b）高温-短停留时间可抑制芳烃生成，所得裂解汽油的收率相对较低。

（c）高温-短停留时间可使炔烃收率明显增加，并使乙烯/丙烯比及C4中的双烯烃/单烯烃的比增大。

6.提高反应温度的技术关键在何处？应解决什么问题才能最大限度提高裂解温度？

答：裂解反应的技术关键之一是采用高温-短停留时间的工艺技术。提高裂解温度，必须提高炉管管壁温度，而此温度受到炉管材质的限制。因此，研制新型的耐热合金钢是提高反应温度的技术关键。

当炉管材质确定后，可采用：

（1）缩短管长（实际上是减少管程数）来实现短停留时间操作，才能最大限度提高裂解温度。

（2）改进辐射盘管的结构，采用单排分支变径管、混排分支变径管、不分支变径管、单程等径管等不同结构的辐射盘管，这些改进措施，采用缩小管径以

增加比表面积来提高传热面积，使壁温下降，提高了盘管的平均传热强度，由此达到高温-短停留时间的操作条件。

7.为了降低裂解烃分压，通常加入稀释剂，试分析稀释剂加入量确定的原则是什么？

答：工业上常用水蒸气作为稀释剂，加水蒸气量的原则：

（1）水蒸气的加入量随裂解原料不同而异，一般是以能防止结焦，延长操作周期为前提。

（2）若加入过量的水蒸气，可使炉管的处理能力下降，增加了炉子热负荷，也增加了水蒸气的冷凝量和急冷剂用量，并造成大量废水。

8.裂解气出口的急冷操作目的是什么？可采取的方法有几种？你认为哪种好？为什么？若设计一个间接急冷换热器其关键指标是什么？如何评价一个急冷换热器的优劣？

答：从裂解管出来的裂解气是富含烯烃的气体和大量水蒸汽，温度在727-927℃，由于烯烃反应性强，若在高温下长时间停留，仍会继续发生二次反应，引起结焦，并使烯烃收率下降，因此必须使裂解气急冷以终止反应。

采取的方法有两种：直接急冷和间接急冷。

一般认为间接急冷比较好，因为：

（1）直接急冷的急冷剂是用油或水，急冷下来的油水密度相差不大，分离困难，污水量大，不能回收高品位的热能。

（2）间接急冷可回收高品位热能，产生高压水蒸汽作为动力能源以驱动三机等机械（三机：裂解气压缩机、乙烯压缩机、丙烯压缩机），可减少对环境的污染程度。

设计一个间接急冷换热器的关键指标是：急冷换热器的运转周期应不低于裂解炉的运转周期。为了减少裂解气在急冷换热器内的结焦倾向，使之能正常操作，控制指标：

（1）增大裂解气在急冷换热器中的线速度，一般控制裂解气在急冷换热器中的停留时间小于0.04秒；

（2）必须控制裂解气的出口温度要高于裂解气的露点。

评价急冷换热器的优劣：

急冷换热器的结构必须满足裂解气急冷的特殊条件：急冷换热器管内通过高温裂解气，入口温度约827℃，压力约110KPa（表），要求在极短时间内（0.01~ 0.1s），将裂解气温度降到350-360℃，传热的热强度达400 103KJ/m2•h；管外走高压热水，温度约为320-330℃，压力8-13MPa。

由此可知，急冷换热器与一般换热器不同的地方是高热强度，管内外必须同时承受很大的温度差和压力差，同时又要考虑急冷管内的结焦操作操作条件极为苛刻。

9.裂解气进行预分馏的目的和任务是什么？裂解气中要严格控制是杂质有哪些？这些杂质存在的害处？用什么方法除掉这些杂质，这些处理方法的原理是什么？

答：裂解气预分离的目的是：

✓尽可能降低裂解气的温度，T<650℃时，二次反应基本终止

✓尽可能分馏出裂解气的重组分

✓在裂解气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

✓降低压缩工段负荷

✓继续回收裂解气低能位热量

裂解气预分馏的作用是：

✓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，减少压缩分离系统的进料负荷；

✓大大减少污水排放量；

✓合理的热量回收，由急冷油回收的热量用于发生稀释蒸汽，由急冷水回收的热量用于分离系统的工艺加热。

裂解气中含有H2S、CO2、H2O、C2H2、CO等气体杂质，若不脱除，进入到乙烯、丙烯产品中，影响产品质量，故必须脱除杂质。

（1）酸性气体的脱除