裂解氣深冷分離分離過程

工業(yè)上廣泛采用的深冷分離方法有低壓法和高壓法兩種。前者脫甲烷塔在 0.6～0.7MPa的低壓下操作，后者脫甲烷塔在約3.0MPa下操作。低壓法的特點是在低壓下甲烷與乙烯的相對揮發(fā)度增大。這在提餾段要求釜液甲烷含量低時更顯得重要。另外，利用分氫過程冷凝的重組分由高壓節(jié)流至低壓脫甲烷塔時，能夠蒸發(fā)部分甲烷并使液體降溫，因此可降低該塔的回流比，從而節(jié)省能量。但塔頂溫度低至-130℃，需用甲烷－乙烯-丙烯三級制冷,使系統(tǒng)復(fù)雜化，低溫鋼材用量也相應(yīng)增多。高壓法的脫甲烷塔塔頂溫度為-96℃,只需用乙烯作制冷劑，制冷系統(tǒng)簡單，低溫鋼材用量少；其缺點是壓力增加，相對揮發(fā)度減小，不利于組分分離，需加大塔的回流比，能耗增大。

以輕柴油為裂解原料的裂解氣高壓法順序分離流程（見圖）為例，分離步驟是：①裂解氣經(jīng)冷卻預(yù)分餾除去重組分后，進(jìn)入五段的透平壓縮機(jī)。壓縮后的氣體，進(jìn)入裝填分子篩的干燥器中，干燥后的氣體同各種冷物料、丙烯制冷劑和乙烯制冷劑進(jìn)行熱交換。冷凝的液態(tài)烴根據(jù)輕重分別進(jìn)入脫甲烷塔塔板相應(yīng)的位置，即多股進(jìn)料。未冷凝的富氫氣體可作為乙炔加氫的氫氣來源，或進(jìn)一步用變壓吸附法提高濃度以得到產(chǎn)品氫氣。②脫甲烷塔頂操作壓力3.4MPa、溫度－96℃，用蒸發(fā)-101℃乙烯冷卻，塔釜用冷凝氣相丙烯再沸。③脫甲烷塔釜液流入脫乙烷塔,此塔頂部分出的乙烯-乙烷餾分與氫混合后進(jìn)入乙炔轉(zhuǎn)化塔脫炔，用氧化鋁載體上的鈀催化劑，使乙炔轉(zhuǎn)化為乙烯或乙烷,殘存乙烴僅1～2ppm。加氫后的氣體脫除加氫過程所生成的少量聚合物(綠油)后，進(jìn)入乙烯精餾塔。產(chǎn)品乙烯從塔頂?shù)?8塊側(cè)線抽出；塔頂排出因加氫帶入的甲烷，并返回壓縮機(jī)三段以回收其中伴隨的乙烯；塔底的乙烷則作為裂解原料送入裂解爐。④脫乙烷塔的釜液進(jìn)入脫丙烷塔,釜溫達(dá)109℃,在此溫度下,雙烯烴有聚合的傾向。故另有備用再沸器以便定期切換及清理。塔頂C3餾分含丙烯約90%,進(jìn)行加氫除去甲基乙炔與丙二烯后，可作為化學(xué)級丙烯產(chǎn)品。為了獲得聚合級產(chǎn)品,則要用精餾法除去少量C2，再進(jìn)入丙烯精餾塔,分離丙烷。⑤脫丙烷塔底物料送入脫于烷塔，塔頂餾出的碳四餾分可作商品出售或用于抽提丁二烯與丁烯。塔底得到碳五以上裂解汽油。

裂解氣各組分分離的先后，在不違反其組分沸點的順序下，是可以采用多種排列的方法分離的，在工業(yè)上普遍采用的是以碳原子數(shù)由少到多依次分離的順序流程。此外，還有將裂解氣先分為氫氣-甲烷-C2烴和其他重組分兩部分，然后再逐個分離，這是前脫乙烷流程。也有用先分出氫氣和C1～C3烴的前脫丙烷流程。后兩個流程的乙炔催化加氫通常在脫甲烷之前進(jìn)行，故亦稱前加氫流程。這時可以利用裂解氣中本身所含的氫而無需另行補(bǔ)充。但裂解氣中因有大量過剩的氫，反應(yīng)難以控制，難免有少量的乙烯也被加氫而變成乙烷。此外，前加氫流程在脫乙烷（或脫丙烷）時，由于含有大量的輕組分，塔頂溫度較低，因而比在順序流程中相應(yīng)部分所消耗的能量高10%～15%。如果采用后加氫流程則可嚴(yán)格控制氫炔之比，使乙炔轉(zhuǎn)為乙烯，乙烯總量因而略增加。2100433B

裂解氣主要指烴類裂解所生成的氣體混合物，這種混合物中含有氫氣和多種烴類，并有少量硫化物和碳的氧化物等雜質(zhì)，經(jīng)過分離提純，可得到各種有機(jī)化工原料。分離過程是利用相平衡原理使進(jìn)入分離器（塔）的物料在熱量平衡和物料平衡的綜合效果下，產(chǎn)生新的汽、液相組成。經(jīng)過多次重復(fù)操作可將某一組分(或餾分)提濃。因此，裂解氣分離過程實際上是多級相平衡過程。

裂解氣分離過程可利用電子計算機(jī)進(jìn)行計算，隨著軟、硬件的迅速發(fā)展，使復(fù)雜的多級相平衡得以采用嚴(yán)格的逐板計算，或流程模擬。因此，已有可能準(zhǔn)確地預(yù)計這些過程。

分離方法 　有裂解氣深冷分離和裂解氣油吸收分離。前者是在-100℃甚至更低的溫度下，使氫氣和甲烷與其他烴類分離。后者是向脫甲烷塔加入較重的烴類作為吸收劑,以降低混合物的蒸氣壓，相應(yīng)地提高分離溫度,使制冷等級和材料選擇等方面都可以降低要求。但是，由于增加了大量的吸收劑，使設(shè)備的鋼材總量、過程的總能耗均相應(yīng)增加。20世紀(jì)40年代后期至50年代初期多采用油吸收法建廠。隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，對產(chǎn)品純度的要求提高，油吸收法很快被深冷法所取代。

基本過程 　無論是深冷分離法或是油吸收分離法，都包括以下幾個基本過程：

壓縮 　為了使裂解氣不在過低的溫度下發(fā)生部分液化,必須加壓。過高的壓力會增大分離的難度,當(dāng)達(dá)到混合物的臨界壓力時（見p－V－T關(guān)系）則無法分離，普遍采用的是五段透平式壓縮機(jī)，使壓力增加至3.5MPa左右。一套能力為年產(chǎn) 450kt乙烯的裝置，壓縮需耗用功率2600～3300kW。

干燥 　水分在加壓、低溫下，能與烴類生成固體水合物，而堵塞閥門和管路，應(yīng)在裂解氣冷卻之前用干燥劑除去,使露點達(dá)到-65℃以下。所剩余的水分則溶于液相烴類，即使在更低的溫度下，也不至于析出。干燥劑普遍采用分子篩（過去常用活性氧化鋁）。

凈化 　二氧化碳和低于 0.1%（體積）的硫化氫等酸性氣體,在壓縮機(jī)三四段之間，被8%的熱堿液循環(huán)吸收而洗掉。若硫含量介于0.1%～0.5%，則先用一乙醇胺溶液除去90%的酸性氣體，所余部分再用堿洗。若硫含量大于0.5%,則先回收硫磺較為經(jīng)濟(jì)。一氧化碳的脫除一般采用甲烷化法。

除炔烴 　同碳數(shù)的炔烴與烯烴不能用普通的精餾方法分離。在精餾分離前，可先用丙酮或二甲基甲酰胺，Ν－甲基吡咯烷酮等溶劑將炔烴（主要是乙炔）選擇吸收。但目前絕大部分生產(chǎn)裝置是采用催化加氫的方法，將炔烴轉(zhuǎn)化為同碳數(shù)的烯烴或烷烴。加氫普遍使用固定床反應(yīng)器和鈀催化劑（見金屬催化劑），所需的氫氣取自本裝置中甲烷化后的氫-甲烷混合氣體。

烴分離 　裂解氣在7～8個串聯(lián)和并聯(lián)的精餾塔中，根據(jù)沸點的不同，在加壓下最終分離出氫－甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、碳四餾分、碳五餾分和裂解汽油等產(chǎn)品。分離程序視分離流程的不同而異。精餾塔的壓力是可選擇的，混合物的泡點隨壓力的增加而升高，增大壓力，可使塔頂冷卻費用降低，塔的單位截面積處理量增大；但相對揮發(fā)度隨之減小，從而導(dǎo)致回流比的增大；同時，會因塔釜溫度升高而可能生成聚合物。

甲烷與乙烯的分離就沸點而論并不困難。但由于含有大量的氫而不得不采取低溫，致使這里成為消耗能量最大的部分。聚合級的乙烯純度要求極高，且由于催化加氫帶入甲烷，需要第二次脫除。另外，乙烯與乙烷的分離、丙烯與丙烷的分離也是十分重要的，因為它們的相對揮發(fā)度都相當(dāng)小,分離時回流比大(前者為3.5～4.5，后者高達(dá)20)，分離效果直接影響最終產(chǎn)品的純度。

制冷 　年產(chǎn) 450kt乙烯的深冷分離裝置制冷總動力消耗為30000～40000kW，可見制冷系統(tǒng)在深冷分離過程中的重要性。目前廣泛采用以丙烯、乙烯為制冷劑串級制冷(見彩圖)。高于－40℃用蒸發(fā)液體丙烯來冷卻，乙烯制冷劑則最低可用于-100℃。為了減小冷卻溫差，每種制冷劑各分三四段壓力下蒸發(fā)。蒸發(fā)后的氣體進(jìn)入透平壓縮機(jī)相應(yīng)的段間進(jìn)行壓縮。丙烯最終以水冷卻，乙烯則用蒸發(fā)丙烯來冷卻，兩者都是液化后循環(huán)使用。

石腦油裂解裂解氣預(yù)分餾

裂解爐出口的高溫裂解氣經(jīng)廢熱鍋爐冷卻，再經(jīng)急冷器進(jìn)一步冷卻后，裂解氣的溫度可以降到200~300℃之間。將急冷后的裂解氣進(jìn)一步冷卻至常溫，并在冷卻過程中分餾出裂解氣的重組分，這個環(huán)節(jié)稱為裂解氣的預(yù)分餾。

石腦油裂解裂解氣凈化

經(jīng)預(yù)分餾的裂解氣是含氫和各種烴的混合物，其中尚含有一定水分、酸性氣、一氧化碳等雜質(zhì)。為了得到合格的分餾產(chǎn)品，在精餾分離的過程中采用吸收、吸附或化學(xué)反應(yīng)的方法脫除裂解氣中水分、酸性氣、一氧化碳炔烴等雜質(zhì)。

石腦油裂解精餾分離

可利用各組分沸點的不同，在加壓低溫的條件下經(jīng)過多次精餾分離，依次分離并得到純度較高的甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、丁二烯等物質(zhì)。

由不同的精餾分離方案和凈化可以組成不同的裂解氣分離流程，主要差別在于精餾分離烴類的順序和脫炔烴的安排。 2100433B

liejieqi youxishou fenli

裂解氣油吸收分離

oil absorption separation of pyrolysis gas

裂解氣分離方法之一，它是利用溶劑油對裂解氣中各組分的不同吸收能力，將裂解氣中除氫氣和甲烷以外的其他烴全部吸收，然后用精餾法將各種烴逐個分離。其實質(zhì)是吸收精餾過程，作為吸收劑的溶劑油有輕質(zhì)芳烴、碳四餾分、碳三餾分等。吸收劑的沸點愈高，吸收的平均溫度也愈高。與裂解氣深冷分離相比，在脫甲烷塔中加入吸收劑可避免該塔采用低溫（-100℃或更低），但有關(guān)塔釜也因溫度的升高使烯烴、炔烴易于聚合而堵塞，并因加入大量吸收劑使能耗增大。所以除個別小型廠外，大型乙烯裝置已不再采用此法。

油吸收流程隨吸收劑和生產(chǎn)目的不同而不同，以C餾分作吸收劑的吸收分離流程（見圖[以碳四餾分為吸收劑的吸收分離流程。