年产30万吨乙烯裂解气脱甲烷系统工艺设计(毕业设计)

摘要

摘要：在乙烯生产中，脱甲烷系统的能量消耗相当的大，大约是整个分离系统能量的50%，确立一个能量消耗低、投资小、流程简单的脱甲烷系统流程相当的重要。这次设计过程中将首先对几种分离方法做简单的比较，然后选择技术成熟、操作稳定、产品纯度高、能耗低的深冷分离法。从能耗来看，在深冷分离的三种流程中，以顺序流程的能耗最低。流程确立后，将要根据已知产品的产量和要求，对整个脱甲烷系统工艺流程进行相应的计算，确定各部分的操作条件，然后对主要的分离设备的工艺尺寸计算，并做出流程图和主设备图。

关键词：乙烯；脱甲烷塔；深冷分离；乙烯生产

Abstract

Abstract:In the production of ethylene , energy consumption of demethanizing system is rather remarkable, about accupying the separate system of 50% entirely , establish one energy consumption lower , little invest , the simple flow of demethanizing system is equal to importance. At first, compared to several kinds of separation methods in this design, then choose mature technology , operate stability , and produce product quality, which is separation by deep refrigeration. According to energy consumption, in separation by deep refrigeration include three kinds, but it is the lowest energy consumption of sequential process. After process established, according to the product of output and the request of process requirements, demethanizing system of process flow going on corresponding calculation, and confirm the operation condition of every part, then calculate anyone which are separate equipment, process and dimension. And do the process flow diagram and the main drawing.

Keywords:Ethylene; Demethanizer; Separation by deep refrigeration ; Ethylene producing.

目录

1 绪论 (1)

1.1乙烯裂解气分离技术的现状 (1)

1.2乙烯脱甲烷系统设计的目的、意义 (1)

1.3设计过程主要解决的问题 (2)

1.4设计的指导思想 (2)

2 脱甲烷系统流程及基础数据 (3)

2.1脱甲烷系统流程的确定 (3)

2.1.1 后脱氢高压深冷法 (3)

2.1.2 前脱氢高压深冷法 (3)

2.1.3 带膨胀机的前脱氢高压深冷法 (3)

2.1.4 带C

回收塔的高压脱甲烷法 (3)

2

2.1.5 前脱氢低压深冷法 (4)

2.1.6 结论 (4)

2.2设计基础数据 (5)

2.2.1 设计要求 (5)

2.2.2 基础数据 (5)

3 工艺过程计算 (8)

3.1分离器的计算 (8)

3.1.1 分离器的操作参数 (8)

3.1.2 分离器的工艺计算 (8)

3.1.2.1 第一分离器 (8)

3.1.2.2 第二分离器 (9)

3.1.2.3 第三分离器 (10)

3.1.2.4 第四分离器 (11)

3.1.2.5 第五分离器 (11)

3.1.2 富氢产品和低压甲烷产品 (12)

3.2脱甲烷塔的计算 (12)

3.2.1 进料的确定 (12)

3.2.2 脱甲烷塔塔板数计算 (13)

3.2.2.1 塔顶和塔底抽出物料 (13)

3.2.2.2 塔顶和塔底操作温度、压力 (15)

3.2.2.3 理论和实际塔板数计算 (17)

3.2.2.4 脱甲烷塔热量衡算 (19)

3.2.2.5 换热器及冷箱热负荷计算 (20)

4 主要设备工艺尺寸计算 (26)

4.1压缩机 (26)

4.1.1 甲烷压缩机 (26)

4.1.2 去脱乙烷塔原料压缩机 (28)

4.2分离器 (29)

4.3.1 塔径和板间距 (35)

4.3.2 堰及降液管 (36)

4.3.3 塔板设计 (38)

4.3.4 板压降的计算 (39)

4.3.5 几个极限的校核 (40)

4.3.6 塔板的负荷性能图 (42)

4.3.7 设计结果 (48)

4.3.8 塔件设计 (49)

谢词 (50)

参考资料 (51)

1 绪论

乙烯是石油化工工业中最重要的基本原料之一，由乙烯装置生产的乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯，即“三烯三苯”是生产各种有机化工原料和合成树脂、合成纤维、合成橡胶三大合成材料的基本原料。乙烯工业的发展水平代表一个国家石油化学工业的水平。乙烯也是世界上产量最大的化学品之一。

乙烯装置是最复杂的化工装置之一，近年来随着我国乙烯工业的迅速发展，对乙烯技术的研究和开发取得了重大的进展。

1.1 乙烯裂解气分离技术的现状

分离裂解气中烃类的方法有深冷分离法，油吸收法、络合分离法和吸附分离法。

油吸收分离法虽然可以省略乙烯制冷系统，但是吸收过程中不能得到氢气产品，只能获得甲烷-氢气混合馏分，而且总的能耗很高，生产一吨的乙烯的能耗大约为深冷法的1.5至2倍，产品质量差，回收率低，因此在大型装置上都不采用油吸收法，但由于其投资低的缘故，在小型的生产装置中仍然采用此法。

此外，尚对络合分离法和吸附分离法进行过研究，但现在还没有实现工业化。

深冷分离法技术成熟，操作稳定，产品纯度高、能耗低，是应用最广泛的工业分离技术。按照裂解气中烃类分离顺序的不同，深冷分离法可分为以下不同的流程：顺序分离流程；前脱丙烷流程；前脱乙烷流程。其中，以顺序分离法的适应性最广泛，能耗最低，所以其应用也最广泛。

目前，Lummus、S&W、Kellogg等公司均采用顺序流程，Linde公司采用前脱乙烷流程，三菱油化及Brawn、UOP公司等多采用前脱丙烷流程。

1.2 乙烯脱甲烷系统设计的目的、意义

脱除裂解气中的氢和甲烷，是裂解气分离装置中投资最大、能耗最多的环节。在深冷分离装置中，需要在－90℃以下的低温条件下进行氢和甲烷的脱除，其冷冻功耗约占全装置冷冻功耗的50％以上。

在顺序分离流程中，进入脱甲烷系统的裂解气除含有氢、甲烷之外，还有碳二至碳五以上的各种烃类。在前脱丙烷的分离流程中，进入脱甲烷系统的裂解气除氢和甲烷之外，其余为碳二和碳三馏分。在前脱乙烷的分离流程中，进入脱甲烷系统的裂解气仅含氢、甲烷和碳二烃类。

显然，在不同分离流程中，进入脱甲烷系统的气体组成相差甚大。由于不同流程的差异，找一种合适的、最优化的流程来满足工艺的要求成为十分必要的问题。