第四节 裂解气深冷分离流程

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第四节裂解气深冷分离流程

思考题：

1.简述三种深冷分离流程并画简图，三种深冷分离流程有什么不同点和不同点？脱丙塔塔底温度为什不能超过100℃？

2.什么叫“前冷”流程，什么叫“后冷”流程？前冷流程有什么优缺点？

3.脱甲烷塔在深冷分离中的地位和作用是什么？脱甲烷塔的特点是什么？

4.脱甲烷过程有哪两种方法，各有什么优缺点？

乙烯塔在深冷分离中的地位是什么？乙烯塔应当怎样改进？

5．简述影响乙烯回收的诸因素。

一、深冷分离流程

生产流程的确定要考虑基建投资、能量消耗、运转周期、生产能力、产品成本以及安全生产等各方面的因素。有了工艺以后，怎样实现工艺问题就属于工程上的问题。

1、三种深冷分离流程（思考题１）

典型的深冷分离流程，主要有顺序分离流程、前脱乙烷流程

和前脱丙烷流程三种，以下分别介绍这三种流程。

(1)顺序分离流程

顺序分离流程见图1-34(P73)。

裂解气的预处理包括碱洗、压缩和脱水过程。

经预处理的裂解气在前冷箱中分离出富氢气体和馏分，富氢气体甲烷化作为加氢氢气；馏分经脱甲烷塔和脱乙烷塔分别脱去甲烷和C2馏分。

从脱乙烷塔塔顶出来的C2馏分经过气相加氢脱乙炔气，脱乙炔以后的气体进入乙烯塔，实现乙烷与乙炔的分离。

脱乙烷塔塔底的液体进入脱丙烷塔，在塔顶分出C3馏分，塔底的液体为C4以上馏分，液体里面含有二烯烃，二烯烃容易聚合结焦，所以脱丙烷塔塔底温度不宜超过100℃，并且必须加入阻聚剂。为了防止结焦堵塞，脱丙烷塔一般有两个再沸器，以便轮换检修使用。（思考题１）

脱丙烷塔塔顶蒸出的C3馏分，加氢脱除丙炔和丙二烯，再进入丙烯塔进行精馏。脱丙烷塔的塔底液体脱丁烷及进行后续工作。

顺序分离流程的特点：

1)以轻油（60～200℃的馏分）为裂解原料，常用顺序分离流程法；

2)技术成熟，运转平稳可靠，产品质量好，对各种原料有比较强的适应性，流程比较长，分馏塔比较多，深冷塔（脱甲烷塔）消耗冷量比较多，压缩机循环量和流量比较大，消耗定额偏高；

3)按裂解气组成和分子量的顺序分离，然后再进行同碳原子数的烃类分离，例如乙烷和乙烯、丙烷和丙烯分开；

4)顺序分离流程采用后加氢脱除炔烃的方法。

(2)前脱乙烷分离流程(把脱乙烷塔放在最前面)

前脱乙烷分离流程以乙烷和丙烯为分离界限，前脱乙烷分离流程示意图见图1-35。

裂解气经过预处理进入脱乙烷塔。脱乙烷塔塔顶出来的是

C2以上的轻组分先加氢再进入脱甲烷塔。

脱甲烷塔塔顶出来的甲烷、氢气在冷箱中进行分离；脱甲烷塔塔底出来的C2馏分，则在乙烯塔中分离成乙烯和乙烷。

脱乙烷塔的塔底液体依次进入脱丙烷塔、脱丁烷塔、丙烯塔等，分离成丙烯、丙烷、C4馏分和C5以上馏分。

前脱乙烷分离流程的特点：

由于脱乙烷塔的操作压力比较高，这样势必造成塔底温度升高，结果可使塔底温度高达80～100℃以上，在这样高的温度下，不饱和重质烃及丁二烯等，容易聚合结焦，这样就影响了操作的连续性。重组份含量越多，这种方法的缺点就越突出。因此前脱乙烷流程不适合于裂解重质油的裂解气分离。(3)前脱丙烷分离流程(把脱丙烷塔放在最前面)

前脱丙烷分离流程以丙烷和丁烯为分离界限，前脱丙烷分离流程示意图见图1-36。

裂解气经过三段压缩和预处理进入脱丙烷塔，塔底产品脱丁烷等后续处理。

脱丙烷塔塔顶出来的C3以下轻组分，进入压缩机四段，然

后进行加氢脱炔再送往冷箱。在冷箱中分离出富氢气体，其余馏分依次进入脱甲烷塔、脱乙烷塔、乙烯塔和丙烯塔等，依次分离出甲烷馏分、C2馏分、C3馏分、乙烯、乙烷、丙烯和丙烷。

前脱丙烷分离流程的特点：

C4以上馏分不进行压缩，减少了聚合现象的发生，节省了压缩功，减少了精馏塔和再沸器的结焦现象，适合于裂解重质油的裂解气分离。

2、三种深冷分离流程的比较

上述三种深冷分离流程，比较起来，有共同之处，也有不同之处，各有优缺点。

三种流程的共同点：（思考题１）

(1)先将不同碳原子数的烃类分开，再分离同一碳原子数的烯烃和烷烃，采取先易后难的分离顺序。

从表1-29（P71）的沸点数据可以看出，不同碳原子数的烃类易分，同碳原子数的烃类难分。

关于分离的难易程度，可以由相对挥发度的数据来分析，见表1-31(P74)。

表1-31 塔的操作条件与相对挥发度

在丙烯塔中，丙烯与丙烷的相对挥发度很小，分离比较困难。在乙烯塔中，乙烯和乙烷的相对挥发度也比较小，所以也比较难于分离。而脱甲烷塔、脱乙烷塔和脱丙烷塔的关键组份及其相对挥发度是比较大的，分离比较容易。

流程都是采取先易后难的分离顺序，即先分离各容易分离的不同碳原子数的烃类，然后再进行C2的分离和C3的分离。

(2)最终出产品的乙烯塔和丙烯塔并联安排，并且排在最后，作为二元组分精馏处理。

并联安排，相互干扰比串联安排要少一些，有利于稳定操作，有利于提高产品质量。

乙烯塔和丙烯塔的塔底液体是乙烷和丙烷，都是中间产物，不是作为裂解原料，就是作为燃料，质量要求不严格，流量又比较小，这样，就能保证塔顶产品乙烯和丙烯产品质量。

三种流程的不同点：（思考题１）

(1)精馏塔的排列顺序不同：（原料的适用性不同）

顺序分离流程是按组份碳原子数顺序排列的，其顺序为：

1)脱甲烷塔2)脱乙烷塔3)脱丙烷塔

即顺序分离流程中的C1、C2、C3逐个脱除，按顺序分离。排列顺序简称为［1 2 3］。

前脱乙烷流程的排列顺序是［2 1 3］。

前脱丙烷流程的排列顺序是［3 1 2］。

(2)加氢脱炔的位置不同：

在脱甲烷塔之前进行加氢脱炔的称为前加氢。

在脱甲烷塔之后进行加氢脱炔的称为后加氢。

图1-35(P74)前脱乙烷深冷分离流程和图1-36(P74)前脱丙烷深冷分离流程都是采用前加氢脱炔流程。

(3)冷箱位置不同：

在脱甲烷塔系统中有些冷凝器、换热器、节流膨胀阀和气液分离罐等设备的操作温度非常低，为了防止散冷，减少与环境接触的表面积，把这些冷设备集装在一起成箱，就称为冷箱。

比较三个流程图可以看出，图1-34的顺序分离流程和图

1-36的前脱丙烷流程的冷箱是在脱甲烷塔之前。而在图1-35的前脱乙烷流程的冷箱是在脱甲烷塔之后。冷箱在脱甲烷塔以前的称“前冷流程”，冷箱在脱甲烷塔之后的称“后冷流程”。（思考题２）

二、脱甲烷塔及操作条件

甲烷塔系统消耗冷量占分离部分总冷量消耗的42%。

由于脱甲烷塔的操作效果对产品（乙烯、丙烯）回收率、纯度以及经济性的影响最大，所以在分离设计中，对于工艺的安