第二章 裂解气的分离

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。
2．丙烯制冷系统：

在裂解气分离装臵中，用丙烯作冷冻剂可以得到-40℃ 以上温度级的冷量。 因为丙烯常压下沸点为-47.72 ℃，用丙烯作制冷剂构 成的冷冻循环制冷过程，把丙烯压缩到l.864MPa的条 件下，丙烯的冷凝点为45℃，很容易用冷水冷却使之 液化，但是在维持压力不低于常压的条件下，其蒸发 温度受丙烯沸点的限制，只能达到－47℃左右的低温 条件，即在正压操作下，用丙烯作制冷剂，也不能获 得－100℃的低温条件。
深冷分离：

深冷分离是在-100℃左右的低温下，将裂解气中除了氢和甲烷以外 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)；
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。



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。
低级烃类
裂 解 气 的 组 成 及 分 离 方 法
1、组成
氢气 少量杂质
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
表2－1 几种裂解气组成%(体积)
组 分 氢 气 甲 烷 乙 炔 原料来源
乙烷裂解
36.7 3.7 0.2
石脑油裂解
14.6 28.5 0.6
一、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 对于聚合用的乙烯和丙烯的质量要求则很 乙烯与苯烷基化生产乙苯时，对乙烯纯 严，生产聚乙烯、聚丙烯要求乙烯、丙烯 度要求不太高，则可以分离纯度低一些， 纯度在99.9%或99.5%以上，其中有机杂质 用丙烯与苯烷基化生产异丙苯时，甚至 不允许超过5～10PPm。这就要求对裂解气 可以用丙烯-丙烷混合馏分。 进行精细的分离和提纯。
第二章 裂解气的分离
复
习
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
第二章 裂解气的分离



第一节 法 第二节 第三节 第四节 第五节 常现象
裂解气的组成及分离方
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
第一节
裂解气的组成及分离方法

（二）节流膨胀制冷
所谓节流膨胀制冷，就是气体由较高的压力 通过一个节流阀迅速膨胀到较低的压力，由于过 程进行得非常快，来不及与外界发生热交换，膨
胀所需的热量，必须由自身供给，从而引起温度
降低。 工业生产中脱甲烷分离流程中，利用脱甲烷 塔顶尾气的自身节流膨胀可降温到获得-130℃～ －160℃的低温。

油吸收法：
油吸收法是利用裂解气中各组分在某种吸收剂中的溶解度
不同，用吸收剂吸收除甲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。
深冷操作的系统组成：
1、压缩 冷冻系统

3．乙烯制冷系统

用乙烯作制冷剂构成冷冻循环制冷中，维持压力不低 于常压的条件下，其蒸发温度可降到-103℃左右(乙烯 常压沸点为103.68 ℃) ，即乙烯作制冷剂可以获－ 100℃的低温条件。 但是乙烯的临界温度为9.9℃，临界压力为5.15MPa， 在此温度之上，不论压力多大，也不能使其液化，即 乙烯冷凝温度必须低于其临界温度9.9℃，所以不能用 普通冷却水使之液化。为此，乙烯冷冻循环制冷中的 冷凝器需要使用制冷剂冷却。 工业生产中常采用丙烯作制冷剂来冷却乙烯，这样丙 烯的冷冻循环和乙烯冷冻循环制冷组合在一起，构成 乙烯－丙烯复迭制冷。

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。 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。 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。
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。
（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
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℃， 如果降压到0.011MPa，其蒸发温度为-40℃。 但是在负压下操作是不安全的。因此，用氨作冷冻剂， -40℃的低温都不能获得。所以要满足深冷分离，获得 工业上常用的冷冻剂种类较多，在石油化工深冷分离中 -100℃的低温，必须用沸点更低的气体作为冷冻剂。 使用最广泛的是氨、丙烯和乙烯等。 对乙烯装臵而言，乙烯和丙烯为本装臵产品，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。 在装臵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臵换为乙烯。


4、乙烯—丙烯复迭制冷循环


在乙烯—丙烯复迭制冷循环中，冷水在换热器(2)中向丙 烯供冷，带走丙烯冷凝时放出的热量，丙烯被冷凝为液 体，然后，经节流膨胀降温，在复迭换热器中汽化，此 时向乙烯气供冷，带走乙烯冷凝时放出的热量，乙烯气 变为液态乙烯，液态乙烯经膨胀阀降压到换热器(1)中汽 化，向被冷物料供冷，可使被冷物料冷却到-100℃左右。 在图2-2中可以看出，复迭换热器既是丙烯的蒸发器(向 乙烯供冷)，又是乙烯的冷凝器(向丙烯供热)。当然，在 复迭换热器中一定要有温差存在，即丙烯的蒸发温度一 定要比乙烯的冷凝温度低，才能组成复迭制冷循环。
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，通常设臵有脱酸性气体、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。
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
30.9
27.1 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 100
32.4
5.7 10.5 0.7 2.5 4.3 0.2 不计 100
20.3
7.7 13.1 1.7 1.6 5.6 0.2 12.2 100
第二节
一、裂解气的压缩
压缩与制冷
二、制冷 （一）冷冻循环制冷 （二）节流膨胀制 （三）热泵
一、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。
乙烯—丙烯复迭制冷循环图
5、三元复迭制冷 用乙烯作制冷剂在正压下操作，不能获得-103℃ 以下的制冷温度。 生产中需要-103℃以下的低温时，可采用沸点更 低的制冷剂，如甲烷在常压下沸点-161.5℃，因 而可制取-160℃温度级的冷量。但是由于甲烷的 临界温度是-82.5℃，若要构成冷冻循环制冷， 需用乙烯作制冷剂为其冷凝器提供冷量，这样就 构成了甲烷－乙烯－丙烯三元复迭制冷。 在这个系统中，冷水向丙烯供冷，丙烯向乙烯供 冷，乙烯向甲烷供冷，甲烷向低于-100℃冷量用 户供冷。
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。
多段压缩：