乙烯1-6第一章乙烯生产(6)

温度级位
• 乙烯制冷系统一般采用三段压缩、三级节流的制 冷循环，提供三种温度级位的冷量：
-55℃，-75℃，-101℃。用于脱甲烷塔顶冷凝、 裂解气预冷等。
• 丙烯制冷系统大多采用四段压缩、四级节流的制 冷循环，提供四种温度级位的冷量：
6℃，-7℃，-24℃、-40℃。用于乙烯精馏塔、 脱乙烷塔、脱丙烷塔的塔顶冷凝及乙烯制冷剂的 冷凝冷却、裂解气预冷等。
1 .5 .3 裂解气的压缩和制冷 P84
• 裂解气深冷分离要将裂解气、丙烯、乙烯压缩升 压有“三机”：裂解气压缩机、丙烯制冷压缩机、 乙烯制冷压缩机。是深冷分离的核心。能耗占深 冷分离总能耗的 70% 。
• 1 ．裂解气的压缩
• 深冷分离要求裂解气的压力为 3.6 Mpa 左右。
• 压缩过程中可凝出部分水和重质烃高压的部分馏 分等焓节流膨胀或等熵膨胀过程有制冷作用，为 深冷分离提供部分冷量。。
图1-28 甲烷-乙烯-丙烯复叠式制冷系统示意图
（2）乙烯—丙烯制冷系统
图1-29为乙烯和丙烯闭式制冷系统.
• 为减少制冷功耗和产生不同温度级位的冷量，乙烯—丙烯 制冷系统采用多段压缩、多级节流的制冷循环。
• 压缩冷凝后的制冷剂进入贮罐，然后分级节流膨胀，产生 不同度级别温位的冷量。
• 闭式制冷循环：制冷剂与工艺系统物料隔离。 • 开式制冷循环：制冷系统与精馏系统组成开式的
1639KW,蒸汽
透平功率
三段
33331 -29.2 52 714 1899 1803KW
表1-24 典型丙烯制冷压缩机主要工艺参数 P912
装置 规模
万t/a
段数
吸入流 量kg/h
吸入 温度 ℃
排出 温度 ℃
吸入 压力 kPa
一段
187044 -40 -10.1 137
二段补气 29533 -23
排出 吸入 排出 温度 压力 压力 ℃ kPa kPa
备注
一段
11217 -101.1 -13.2 116 417 工作转速9195
二段补气 3339 -75
417
转/分,最大转
速9655转/分,
30 二段
14556 -26.5 -13.4 417 714 压缩机功率
三段补气 18775 -62
714
图1-30 前脱氢高压脱甲烷工艺流程（Lummus） p95
2．C2馏分的分离 P96
图1-31 前脱乙烷法C2分离流程(Linde公司) P97 • C2馏分的分离包括脱乙烷和乙烯精馏系统。 • 脱乙烷塔的目的是从裂解气中分离出C2馏分。 • 前脱乙烷流程：脱乙烷塔顶出甲烷-氢、C2馏分，去脱甲烷塔脱除甲烷
发，则获得不同温度级位的冷冻过程。 • （ 1 ）制冷循环及复叠制冷 • 制冷循环：压缩—冷凝—膨胀—蒸发。
①制冷剂
• 原则上沸点为低温的物质都可以用作制冷剂，而 实际选用时，则需选用可以降低制冷装置投资、 运转效率高、来源丰富、毒性小的制冷剂。
• 对乙烯装置而言，装置产品为乙烯、丙烯，且乙 烯和丙烯具有良好的热力学特性，因而均选用丙 烯、乙烯作为装置制冷系统的制冷剂。
• 在压缩机的三、四段间设置设置酸性气体脱除系 统。
• 五段压缩机出口气体经水冷后再用丙烯冷剂冷却 至 15 ℃，进一步降低水含量，减轻干燥器负荷。
• 为防止压缩机喘振，设有三段返回一段，五段返 回四段的气相旁路。
• 压缩机还设置多种联锁保护。
表 1-21 典型裂解气压缩机主要工艺参数 P86
装置规 段 吸 入 流 气 体 吸 入 排 出 吸 入 排 出
②热泵
• “热泵”是通过作功将低温热源的热量传送给高温 热源的供热系统热泵也是采用制冷循环，利用制 冷循环在制取冷量的同时进行供热。。
• 在单级蒸汽压缩制冷循环中，通过压缩机作功将 低温热源（蒸发器）的热量传送到高温热源（冷 凝器）。
• 如果以制取冷量为目的，则称之为制冷机。 • 如果在此循环中将冷凝器作为加热器使用，利用
1．5．4裂解气的蒸馏分离 P93
• 精馏分离是深冷分离的主体。 • 精馏分离是在不同温度条件下，通过一系列
精馏塔将裂解气的C1~C4按碳数逐一分开， 并将主产品乙烯和丙烯提纯精制的过程。 • 深冷分离精馏塔包括脱甲烷塔、脱乙烷塔、 脱丙烷塔、脱丁烷塔、乙烯精馏塔、丙烯精 馏塔。
表1-25 各精馏塔主要工艺参数 P94
制冷剂
丙烯
乙烯
甲烷
沸点,℃
-42.70 -103.71 -161.49
温度级位,℃ -40
-100
-120~160
④深冷制冷循环——复叠制冷循环
• 在乙烯装置中广泛采用复叠制冷循环实现深冷制 冷循环。
• 在压缩—冷凝—节流—蒸发的蒸气压缩制冷循环 中，由于受乙烯临界点的限制，乙烯制冷剂不可 能在环境温度下冷凝，其冷凝温度必须低于其临 界温度（9.21℃）。为此，乙烯蒸气用液体丙烯 冷凝，丙烯蒸气用水冷凝，将乙烯、丙烯两个制 冷循环复叠起来，组合成复叠式制冷系统。
• 要求：塔顶乙烯含量尽可能低，塔底甲烷含量尽可能低。 • 增加压力有利于乙烯的冷凝。但相对挥发度降低。 • 降低压力可相应降低塔顶温度，提高相对挥发度，提高分
离效果。但设备材质要求高，要用更低温位的冷量。 • 根据脱甲烷塔操作压力不同可分高、中、低压脱甲烷工艺。 • 高压：3.0~3.2MPa; • 中压：1.05~1.25MPa; • 低压：0.6~0.7MPa; • 高压脱甲烷流程简单，操作稳定，多数公司采用。
塔名 脱甲烷塔
关键组分
轻
重
甲烷 乙烯
Байду номын сангаас相对 挥发 度
6.7
压力 MPa
3.15
操作条件举例
顶温 釜温 ℃℃
回流比
-96 7 0.6~1
塔板数 ~70
脱乙烷塔 乙烷 丙烷 3.5 2.82 -12 76 0.6~1.3 35~68
乙烯蒸馏塔 乙烯 乙烷 1.36 1.94 -31 8 3.5~5 109~179
（ 2 ）典型的工艺流程
裂解气
去火炬
裂解汽油
汽 油 汽 提 塔
LS 裂解汽油 回水洗塔
CW
凝水 凝液
脱
闪
凝
酸 性 气
C =2R
蒸
液
罐
汽
提
塔
CW
CW
CW
QW
CW LS
裂解气去 分离系统
一段
二段
三段
四段
五段
图 1-26 裂解气五段压缩工艺流程
去脱丙烷塔
• 段间设水冷器及吸入罐 ( 气液分离罐) ，裂解气凝 液在吸入罐中分层，水相返回水洗塔，油相送汽 油汽提塔或凝液汽提塔。
模万t/ 数 量
分子 温度 温度 压力 压 力
a
公斤/h 量 ℃ ℃ kPa kPa
备注
一 136339 28.4 44 二 127887 27.9 41 30 三 122677 27.4 41 四 126181 27.1 40 五 121166 26.5 41
91.9 145 292 工作转速 215
与空气的爆炸极限 (V%)
上限
下限
27.0
15.5
丙烯 -42.7 -185.25 437.94 4.61 丙烷 -42.07 -187.69 426.22 4.25
91.6 96.67
11.1
2.0
9.5
2.37
乙烯 -103.71 -169.15 482.74 5.03
乙烷 -88.63 -183.27 489.86 4.88
冷箱
• 冷箱：用绝缘材料将高效换热器及其边带的气液 分离罐包在一个箱体里，称为冷箱。
• 前冷：裂解气先经冷箱逐级冷凝，分出大部分氢 气和相当部分甲烷，然后再进脱甲烷塔。有利于 提高乙烯收率[99.9%(V)]和氢气纯度[95%(V)]。
• 后冷：裂解气先进脱甲烷塔，塔顶甲烷-氢再进冷 箱，氢纯度80%（V），乙烯损失2%。
• 脱乙烷塔塔底温度控制在80℃以下，操作压力在 2.0~2.8MPa之间。
乙烯精馏塔
• 乙烯精馏塔是制取乙烯产品的最终精馏塔。乙烯乙烷的相 对挥发度较小，塔间物料浓度梯度很小，而产品质量（纯 度）要求高，所以乙烯精馏塔塔板数多，回流比大。
• 乙烯精馏有高压法和低压法之分。
• 高压：1.9 ~2.3MPa，塔顶冷凝温度-25~-30℃左右。
• 低压：0.5 ~0.8MPa，塔顶冷凝温度-50~-60℃左右。
• 高压法对设备材质要求较低,总功耗较少,操作简便,大多采 用高压法。
• 为节约能耗，乙烯蒸馏塔一般有中间再沸器，用丙烯或裂 解气加热。用热泵加热系统，如乙烯精馏塔与乙烯制冷系 统组成开式热泵流程。（图1-31）：乙烯精馏塔顶的乙烯 气体进入乙烯压缩机二段入口，压缩后，一部分作乙烯精 馏塔再沸器的热源，同时乙烯被冷凝返回三段吸入罐，乙 烯液体节流后作乙烯精馏塔的回流。
（ 1 ）多段压缩
• 为了节约能量，气体压缩采用多级（段）压缩。
• ①节约压缩功耗
• 压缩机压缩过程接近绝热压缩，功耗大于等温压 缩，若把压缩分为多段进行，段间冷却移出热量， 则可节省部分压缩功，段数愈多，愈接近等温压 缩。
• ②降低出口温度
• 裂解气重组分中的二烯烃易发生聚合，生成的聚 合物沉积在压缩机内，严重危及操作的正常进行 而二烯烃的聚合速度与温度有关，温度愈高，聚 合速度愈快。为了避免聚合现象的发生，必须控 制每段压缩后气体温度不高于 100 ℃。
• 也可以组合成甲烷—乙烯—丙烯三元复叠式制冷 系统，提供更低温度冷量。
• 图1-28为甲烷—乙烯—丙烯复叠式制冷系统示意 图。
复叠式制冷循环
• 复叠式制冷循环是能耗较 低的深冷制冷循环，复叠 制冷循环的主要缺陷是制 冷机组多，又需有贮存制 冷剂的设施，相应投资较 大，操作较复杂。
• 在乙烯装置中，所需制冷 温度的等级多，所需制冷 剂又是乙烯装置的产品， 贮存设施完善，加上复叠 制冷循环能耗低，因此， 在乙烯装置中仍广泛采用 复叠制冷循环。
甲烷 -161.49 -182.48 509.37 4.60
氢
-252.80 -259.20 454.27 1.30
9.21
28.6
3.05
32.28 12.45 3.22
-82.60 15.0
5.0
-239.9 74.2
4.1
选择制冷剂
• 乙烯、丙烯、甲烷是乙烯装置产品，具有良好热 力学性质，这些制冷剂就地取材，能满足要求。
262
二段
216577 -10.7 31.7 262
30 三段补气 9870 2
613
三段
226447 30.6 56.6 613
四段补气 51970 18
985
四段
278417 49.4 91.5 985
排出 压力 kPa 262
613
985
1961
备注
工作转速 4459转/分,最 大转速4682 转/分,压缩机 功率 11916KW,蒸 汽透平功率 13108KW
转/分,最大转速 90.7 274 565 5476 转/ 分，
92.8 540 93.5 982
1098 压缩机功率 16406 千瓦，蒸
2024 汽透平功率
93.1 1976 3825 18047 千瓦。
2 ．制冷系统
• 裂解气深冷分离要求有一定的压力，还要求-90 ℃以下的低温。 • 制冷是利用制冷剂压缩和冷凝得到制冷剂液体，然后在不同压力下蒸
脱丙烷塔 丙烷 丁二烯 2.79 0.85 14 80 1~1.6 35~69
丙烯蒸馏塔 丙烯 丙烷 1.08 1.83 44 55 7~15 120~200
脱丁烷塔 正丁烷 异戊烷 2.17 0.50 47 106 0.8~2 30~50
1．甲烷—氢的分离
• 脱甲烷塔目的是将甲烷—氢馏分从裂解气中分离出来。需 要在-90℃以下低温下分离，冷冻功耗占全部深冷功耗的 50%以上，是温度最低、冷量消耗最多、投资最大的环节。
制冷剂供热，则可称此制冷循环为热泵。
③制冷温度
• 制冷温度取决于制冷剂的沸点要获得低温必须用沸点低的 制冷剂。。
表 1-22 工业上常用制冷剂性质 P88
制冷剂 沸点 名称 (℃)
氨
-33.5
凝固点 ( ℃)
-77.8
蒸发潜热 (kJ/kg)
临界压力 (MPa·A)
临界温 度
(℃)
1373.27 11.28 132.4
-过氢程，带然入后的C甲2馏烷分，加最氢后脱，除C乙2馏炔分，经脱乙乙烯炔精后馏进塔入精第制二得脱到甲乙烷烯塔产脱品除。加氢
前脱丙烷和顺序分离流程
• 前脱丙烷和顺序分离流程：脱乙烷在脱乙烷塔之 后，脱乙烷塔顶出C2馏分，然后是加氢脱乙炔和 乙烯精馏，得到乙烯产品。
• 为降能耗，节约投资，可取消第二脱甲烷塔。乙 烯精馏塔侧线出乙烯产品，富含甲烷气体从塔顶 出，冷却后返回裂解气压缩机。
热泵流程。制冷剂与产品同为一体。 • 旁路流量调节，防止压缩机喘振。 • “冷喷”控制压缩机入口气体温度。 • 气体排火炬管线，防止系统压力过高。 • 液面监控调节，防止液体制冷剂进入压缩机。
表1-23 典型乙烯制冷压缩机主要工艺参数 P91
装置 规模
万t/a
段数
吸入 流量 kg/h
吸入 温度 ℃