乙烯装置操作与控制

乙烯装置操作与控制

学习情境描述：

乙烯装置操作与控制工作是由内操人员通过DCS操作系统并外操作人员的协助下对整个装置进行操作、控制，包括开车、停车、正常运行中的工艺参数调整和事故处理等。

通过仿真软件模拟真实现场操作，学生在操作仿真装置的过程中，学习乙烯装置工艺流程与原理，学会装置的DCS操作并能够对异常工况进行分析和处理。

要求学生以小组为单位根据装置生产情况和装置的开车、停车及事故处理的操作规程，制定出工作计划，完成仿真操作，能够分析和处理操作中遇到的异常情况，写出工作报告。一、烃类热裂解

石油二次加工过程，石油化工的基础不用催化剂，将烃类加热到750­900℃发生热裂解1. 原料：石油系烃类原料（天然气、炼厂气、轻油、柴油、重油等）低分子烷烃（乙烷、丙烷）

2. 主要产品：三烯（乙烯、丙烯、丁二烯）

三苯（苯、甲苯、二甲苯）

热裂解工艺总流程热裂解工艺总流程

二、热裂解过程

烃类热裂解过程中的主要产物及其变化关系一次反应，即由原料烃类经热裂解生成乙烯和丙烯的反应。

二次反应，主要是指一次反应生成的乙烯、丙烯等低级烯进一步发生反应生成多种产物，甚至最后生成焦或碳。

烃类热裂解过程图

三、热裂解反应过程的特点

强吸热反应高温

n 存在二次反应短停留时间低烃分压

n 反应产物是复杂的混合物

供热方式裂解设备

四、裂解装置的性能和技术水平

热裂解的工艺方法

间接供热管式炉裂解

直接供热以小颗粒固体如金属氧化物、砂子、焦炭为载热体，由气化的烃原料和水蒸气使之流态化并进行裂解反应。

蓄热炉裂解沙子炉裂解流化床裂解工艺

五、管式裂解炉

1.SRT(Short Residence Time) 管式裂解炉的发展

（1）60年代初期 SRT­Ⅰ型炉

双辐射立管实现了高温、短停留时间

（2）60年代中期 SRT­Ⅱ型炉

分叉变径炉管降低烃分压

（3）70年代中期 SRT­Ⅲ型炉

材质炉内管排增加提高热强度提高生产能力

(4)80年代SRT­Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ型炉

多分支变径管带内翅片 2程停留时间缩短降低管内热阻延长清焦周期

2.鲁姆斯SRT-Ⅲ型炉（Lummus Short Residence Time-ⅢType）

SRT型炉，即短停留时间裂解炉，是60年代开发的，最先为SRT-Ⅰ型，后为SRT-Ⅱ型，近发展为SRT-Ⅲ及SRT-Ⅳ型。SRT各型裂解炉外形大体相同，而裂解径及排布则各异，Ⅰ型为均径管，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型为变径管。炉型见图运行技术条件分析：

（1）实现了高温、短停留、低烃分压裂解。采用双面辐射的单排管，能最大限度地接受辐射热量。其次是对流段的预热管布置更合理使烟气出口温从SRTⅡ型的180～200℃降到

130～140℃，炉子热效率提高至93.5％。

（２）炉型结构合理。辐射室底部侧壁均有均匀分布的加热烧嘴，使炉管周边温度分布均匀，管上下温差较小；炉管能上下自由伸长缩短，不因温度效应而变形；炉管吊装件埋在上部隔热层内，避免高温辐射；在裂解管出口上方即接装急冷换热器，使裂解气更快急冷，减少二次反应发生的机会。

SPT-Ⅱ型裂解炉1-对流室；2-辐射室；3-炉管组；4-烧嘴1P-Ф89（64）；2PФ114（89）3P4P Ф178（146）总长48.8m

3.凯洛格毫秒裂解分区域裂解炉

凯洛格毫秒裂解炉MSF(Milli Second Furnace)美国凯洛格公司（M.Kelogg co.）在60 年代开始研究此种炉型，1978年开发成功。在高裂解温度下，使物料在炉管内的停留时间缩短到0.05～0.1s（50～100ms），是一般裂解炉停留时间的1/4～1/6。以石脑油为原料裂解时，乙烯单程收率提高到32～34.4%（质量）。毫秒裂解炉系统见图7-3，炉管布置见图7-4，裂解管是由单排垂直管组成，仅一程，管径25～30mm，管长10m，热通量大，可使原料烃在极短时间内加热至高温（裂解气出口温度可高等850～880℃）；且因裂解管是一程，没有弯头，阻力降小，烃分压低。

毫秒裂解炉流量均匀分配问题不易解决，近年采用“猪尾管”分配流量，效果较好。

毫秒裂解炉系统毫秒裂解炉炉管组

裂解工艺流程

轻柴油裂解装置工艺流程图

1-原料油贮罐；2-原料油泵；3-原料油预热器；4-原料油预热器；5-裂解炉；6-急冷换热器；7-汽包；8-急冷器；9-油洗塔（汽油初分馏塔）；10-急冷油过滤器；11-急冷油循环不问；12-燃料油汽提塔；13-裂解烃柴油汽提塔；14-燃料油输送泵；15-裂解轻柴油输送泵；

16-燃料油过滤器；17-水洗塔；18-油水分离罐；19-急冷水循环泵；20-汽油回流泵；

21-工艺水泵；22-工艺水过滤器；23-工艺水汽提塔；24-再沸器；25-稀释蒸汽发生器给水泵；26-预热器；27-预热器；28-稀释蒸汽发生器汽包；29-分离器；30-中压蒸汽加热器；

31-急冷油加热器；32-排污水冷却器；33，34-急冷水冷却QW-急冷水；CW-冷却水；

MS-中压水蒸气；LS-低压水蒸气；QO-急冷油；FO-燃料油；GO裂解轻柴油；BW-锅炉给水

裂解工艺流程包括原料油供给和预热系统、裂解和高压水蒸气系统、急冷油和燃料油系统、急冷水和稀释水蒸气系统。不包括压缩、深冷分离系统。

六、乙烯裂解工艺流程

工艺流程原理图如下

主要反应

(—)裂解RlH→R2十R3

R2十R1H →R 2H 十R1 R3十R1H →R 3H 十R1 R1→CnH2n 十R4 Rl 十R4→生成物 (二)分离

碱洗： H2S 十2NaOH →Na2S 十2H 2O H2S 十Na2S →2NaHS

COS 十2NaOH →NaSCOONa 十H 2O NaSCOONa 十2NaOH →Na 2CO3十Na2S 十H2O CO2十2NaOH →Na2C03十H2O 杂质甲烷化：CO 十3H 2→CH4十H 2O CO2十4H 2→CH4十2H2O O 2十2H2→2H2O 炔烃加氢： C2H2十H2→C2H4 C2H2十2H2→C2H6 C2H4十H2→C2H6 C3加氢：C3H4十H 2→C3H6 C3H6十H 2→C3H 8 压缩系统过程机理与控制条件分析

裂解气中许多组分在常压下都是气体，其沸点都很低，为了使分离温度不太低，可以适当提高分离压力。裂解气的深冷分离温度与相应的压力有如下数据： 分离压力，MPa 分离温度 ℃ 3.0～4.0…………………………………………-96 0.6～1.0…………………………………………-130 0.15～0.3……………………………………… -140

分离压力高时，则分离温度也高；压力高时，使精馏塔塔釜温度升高，易引起重组分聚合，增加分离困难。低压下，塔釜温度低不易发生聚合；相对挥发度大，分离较容易。

◆ 经过压缩，重组分中的二烯烃能发生聚合，生成的聚合物或焦油沉积在离心式压缩

机的扩压器内，严重地危及操作的正常进行。因此在压缩机的每段入口处常喷入雾状油，使喷入量正好能湿润压缩机通道，以防聚合物和焦油的沉积。 ◆ 二烯烃的聚合速度与温度有关，温度愈高，聚合速度愈快。为了避免聚合现象发生，

必须控制每段压缩后气体温度不高于100℃。

◆ 裂解气压缩基本上是一个绝热过程，气体压力升高后，温度也上升，经压缩后的温

度可由气体绝热方程式算出。 式中 T1，T2 —— 压缩前后的温度，K ； P1，P2 —— 压缩前后的压力，MPa ； k —— 绝热指数，k=Cp/Cv

◆ 如果采用五段压缩，则每段压缩比为2.03，每段压缩后升高温度的气体需要进行段

间冷却冷凝，以维持低的入口温度，才能保证出口温度不高于90～100℃。

◆ 现在大规模生产的裂解气压缩机都是离心式的，一般为四～五段。每分钟转数可达

到3000～16000。由于裂解炉的废锅炉副产高压水蒸气，因此多用蒸气透平驱动离心式压缩机。

五段离心裂解气压压缩机的温度压力操作运行参数表 ()k

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