裂解气的分离

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 精馏 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。 主要矛盾 是如何将裂解气 所以分离过程的主要矛盾 中的甲烷和氢气先行分离。 甲烷和氢气 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。
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
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。
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 -100℃ 乙烯作制冷剂可以获－100℃的低温条件。 9.9℃ 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。 丙烯 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。
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 -33.4℃， ℃ 如果降压到0.011MPa，其蒸发温度为-40 ℃。 -40 ℃ 但是在负压下操作是不安全的。因此，用氨作冷冻剂， -40 ℃ -40 ℃的低温都不能获得。所以要满足深冷分离，获得 -100℃的低温，必须用沸点更低的气体作为冷冻剂。 工业上常用的冷冻剂种类较多，在石油化工深冷分 离中使用最广泛的是氨、丙烯和乙烯等。 乙烯 丙烯 对乙烯装置而言，乙烯和丙烯为本装置产品，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。 在装置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置换 为乙烯。

油吸收法
油吸收法是利用裂解气中各组分在某种吸 吸收 收剂中的溶解度不同，用吸收剂吸收除甲 精馏 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
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。
深冷分离
深冷分离是在-100℃左右的低温下，将裂解气中除 冷凝 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 精馏 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)； 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。
（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。
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
裂解气的分离



第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
裂解气的组成及分离方法 压缩与制冷 气体净化 裂气的组成及分离方法
低级烃类 裂 解 气 的 组 成 及 分 离 方 法 1、组成 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 氢气 少量杂质
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，要从物料或中间物料(又叫载冷体)吸收热量， 因而使物料温度降低的过程。 所吸收的热量，在热值上等于它的汽化潜热。 液体沸腾时，汽化在整个液体中进行，液体的温 度保持不变，直至液体全部汽化。 液体的汽化温度(即沸点)是随压力的变化而改变 的，压力越低，相应的汽化温度也越低。
冷水将所放出的热量带走。 力下汽化，温度可降到-30℃。由于此过程进 行的很快，汽化热量来不及从周围环境吸取， 全部取自液氨本身。节流后形成低压，低温的 汽液混合物进入蒸发器。在此液氨又重新开始 下一次低温蒸发吸热。反复进行，形成一个闭 合循环操作过程。
在低压下液氨的沸点很低，如压力为O.12MPa 时沸点为-30℃。液氨在此条件下，在蒸发器中 蒸发变成氨蒸气，则必须从通入液氨蒸发器的 被冷物料(或载冷体)中吸取热量，产生制冷效 果，使被冷物料(或载冷体)冷却到接近-30℃。 蒸发器中所得的是低温、低压的氨蒸气。为了使 其液化，首先通过氨压缩机压缩，使氨蒸气压力 升高，则冷凝点也随之升高。
多段压缩
在多段压缩中，被压缩机吸入的气体先进行一段压缩， 压缩后压力、温度均升高，经冷却，降低气体温度并分离 出凝液，再进二段压缩，以此类推。压缩机每段气体出口 温度都不高于规定范围。 根据深冷分离法对裂解气的压力要求及裂解气压缩过 程中的特点，目前工业上对裂解气大多采用三段至五段压 缩。石油裂解气压缩的分段方法和工艺流程，通常随裂解 气组成的不同而有所差异。 同时，压缩机采用多段压缩也便于在压缩段之间进行 净化与分离，例如脱硫、干燥和脱重组分可以安排在段间 进行。 在深冷分离操作中，裂解气的压缩常采用往复式压缩 机和离心式压缩机，由于裂解炉的废热锅炉副产高压水蒸 汽，因此多用蒸气透平驱动离心式压缩机，达到能量合理 利用。现在大规模生产厂的裂解气压缩机广泛采用离心式 的。
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是 －160℃ －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 乙烯 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。
2．丙烯制冷系统


在裂解气分离装置中，用丙烯作冷冻剂可以得 到－40℃以上温度级的冷量。 － 47.72℃ 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 l.864MPa 的条件下，丙烯的冷凝点为45℃， 45℃ 到l.864MPa 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 －47℃ 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。 －100℃
几种冷冻循环介绍
1、氨蒸汽压缩制冷 2、丙烯制冷系统 3．乙烯制冷系统 4、乙烯—丙烯复迭制冷 5、三元复迭制冷
1、氨蒸汽压缩制冷




氨蒸汽压缩制冷系统可由四个基本过程组 成。 (1)蒸发 (2)压缩 (3)冷凝 高压下的氨蒸气的冷凝点是比较高的。例如把 若液氨在 1.55MPa 压力下汽化，由于沸点为 氨蒸气加压到 1.55MPa 时，其冷凝点是 40℃， 40℃，不能得到低温，为此，必须把高压下的 (4)节流膨胀 此时，氨蒸气在冷凝器中变为液氨，可由普通 液氨，通过膨胀阀降压到0.12MPa，若在此压
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。 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。