《有机化工生产工艺》 学案 第二章.docx
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《有机化工生产工艺》学案第二章
第二章乙烯工业——烃类热裂解
本章学习要求
了解烃类裂解的一次反响和二次反响以及其对乙烯收率影响；熟悉管式炉裂解的生产工艺流程并掌握各个工艺参数和原料性质对乙烯收率的影响；熟悉不同深冷别离流程并掌握裂解气的各种净化方法、原理和工艺条件；了解生产中的异常现象和节能措施。
1．何谓烃类热裂解？
2．查资料了解乙烯的其它生产方法及未来世界乙烯工业开展趋势。
第一节烃类管式炉裂解生产乙稀
工业上烃类热裂解制乙烯，虽然各生产装置所用原料和生产技术有所差异，相应的工艺流程也不完全相同，但均包括和两个重要局部。
一、管式炉裂解工艺流程
1．裂解工艺流程包括系统，系统、
系统以及系统。
2．画出轻柴油裂解主物料流的工艺流程方框示意图。
二、烃类热裂解过程中的化学反响
1．什么叫烃类热裂解过程的一次反响和二次反响？
它们对烃类热裂解过程有何影响？
2．烃类热裂解的一次反响主要有哪几个？
烃类热裂解的二次反响主要有哪几个？
3．简述各族烃热裂解一次反响规律。
理想的裂解原料是何样的？
4．什么叫焦，什么叫碳？
结焦与生碳的区别有哪些？
第二节管式裂解炉和烃类裂解的操作条件
一、管式裂解炉
1．管式裂解炉
〔1〕管式裂解炉主要由和两大局部组成。
用钢构体和耐火材料砌筑，分为对流室和辐射室。
安装在对流室内，布置在辐射室内，在辐射室的炉侧壁和炉顶或炉底安装了一定数量的烧嘴〔燃料喷嘴、火嘴等〕。
〔2〕由于和及的不同，管式炉的炉型有多种。
2．裂解炉的结焦与清焦
〔1〕裂解炉的结焦的表现有哪些？
〔2〕裂解炉为什么要清焦？
如何清焦？
〔3〕查资料了解目前我国采用的清焦方法有哪几种？
二、裂解气急冷与急冷换热器
1．裂解气急冷的目的是什么？
它具有什么意义？
2．急冷的方法的哪两种？
对这两种急冷方法进行比拟。
3．对急冷换热器的结构要求是什么？
4．防止急冷换热器结焦应控制哪些指标？
三、烃类裂解的操作条件
1．衡量裂解结果的指标有哪些？
2．影响化学反响速度和化学平衡的因素有哪些？
在生产实际中为提高产品的收率应如何做？
3．烃类热裂解反响的特点是什么？
4．分析温度对裂解反响的影响，并确定适宜的温度。
5．什么是停留时间？
并分析停留时间对裂解反响的影响。
6．什么是烃分压？
并分析压力对裂解反响的影响。
7．为何通常在原料其中参加稀释剂〔惰性气体或水蒸气〕来降低烃分压。
8．工业上为什么采用水蒸汽作为稀释剂？
9．烃类裂解促进一次反响，抑制二次反响提高乙烯收率的操作条件如何？
第三节裂解气的净化与别离技术
一、裂解气的组成和别离方法
1．工业生产中别离气体混合物的方法有哪些？
较最用的方法是什么？
要想获得较纯洁的产品应采用何方法？
2．裂解气净化别离的任务是什么？
裂解气的别离方法有哪几种？
3．什么是深冷？
什么是深冷别离？
深冷别离流程包括那几局部？
各局部的任务是什么？
4．什么是顺序别离流程，前脱乙烷别离流程和前脱丙烷别离流程？
5．三种工艺流程的比拟〔阅读下表〕
比拟工程
顺序别离流程
前脱乙烷流程
前脱丙烷流程
操作中的问题
脱甲烷塔居首，釜温低，再沸器不易堵塞
脱乙烷塔居首，压力大，釜温高，如C4以上烃含量多，二烯烃在再沸器聚合，影响操作且损失丁二烯
脱丙烷塔居首，置于压缩机段间除去C4以上烃，再送入脱甲烷塔、脱乙烷塔，可防止二烯烃聚合
对裂解气的适应性
不管裂解气是轻是重，都能适应
最适合C3、C4含量较多而丁二烯含量少的气体〔如炼厂气别离后的裂解的气体〕，但不能处理丁二烯含量较多的裂解气
可处理较重裂解气，特别是含C4较多的裂解气
冷量消耗及利用
所有组分都进入甲烷塔，加重甲烷塔冷冻负荷，消耗高能位的冷量多，冷量利用不合理
C3、C4烃不经甲烷塔冷凝，而在脱乙烷塔冷凝，消耗低能位的冷量，冷量利用合理
C4烃在脱丙烷塔冷凝，冷量利用比拟合理
分子筛枯燥负荷
分子筛枯燥在流程中压力较高而温度较低的位置，吸附有利，容易保证裂解的露点，负荷小
〔情况与顺序流程相同〕
由于有脱丙烷塔在压缩机三段出口，分子筛只能放在压力较低的位置，且三段出口C3以上重烃不能较多冷凝下来，影响分子筛吸附性能，所以负荷大，费用高
塔径大小
所有馏分进入甲烷塔，负荷大深冷塔直径大，耐低温合金钢耗用多
甲烷塔负荷小，耐低温合金钢可节省。
而脱乙烷塔径大
该流程情况介于前两种流程之间
设备多少
流程长，设备多
随加氢方案不同而不同
采用前加氢时，设备较少
二、压缩与制冷
〔一〕裂解气的压缩
1．为什么裂解气要进行压缩？
2．裂解气的压缩为什么采用多段压缩技术？
3．裂解气压缩后的温度应控制在何范围内？
为什么？
怎样实现？
4．目前大规模生产厂的裂解气压缩机都是式，一般为段。
由于裂解炉的废热锅炉副产高压水蒸气，因此，多采用压缩机，到达能量综合利用。
〔二〕制冷
1．的过程称为制冷。
深冷别离中常用的制冷方法有两种：
制冷和制冷。
2．举例说明冷冻循环制冷的原理。
3．举例说明复迭制冷的原理。
4．画出甲烷-乙烯-丙烯三元复迭制冷示意图。
5．何谓节流膨胀制冷？
三、裂解气的净化
〔一〕酸性气体的脱除
1．裂解气中的酸性气体主要有哪些组分？
2．酸性气体的来源有哪些？
3．假设酸性气体过多时，对别离过程带来什么样的危害？
工业上采用什么方法来脱除酸性气体？
4．碱洗法与醇胺法脱除酸性气体的比拟〔填写下表〕
方法
碱洗法
醇胺法
吸收剂
优点
缺点
适用情况
5．碱洗法流程中，碱洗塔为什么要分成四段进行洗涤？
〔二〕脱水
1．水在裂解气深冷别离中有什么危害？
工业上常采用什么方法脱除裂解气中的水分？
2．工业上采用吸附的方法脱水，用、或等作吸附剂，效果较好的是吸附剂。
3．以裂解气的枯燥为例，说明枯燥及再生的操作过程。
〔三〕脱炔
1．裂解气为什么要脱除炔烃？
工业上脱除炔烃的方法有哪些？
2．什么叫前加氢流程？
什么叫后加氢流程？
各有什么优缺点？
3．前加氢与后加氢技术的比拟〔填写下表〕。
工程
前加氢
后加氢
工艺流程
反响器体积
能量消耗
操作难易
催化剂用量
乙烯损失量
4．图2-10、图2-11、图2-12中各采用了哪种加氢方案？
〔四〕脱一氧化碳〔甲烷化〕
1．CO的来源是什么？
2．裂解气为什么要脱除CO？
工业上脱除CO的方法有哪些？
的危害
四、精馏别离系统
1．裂解气经压缩和制冷、净化过程为深冷别离创造了条件——、、
。
2．深冷别离的任务是什么？
3．深冷别离的主要精馏塔有哪些？
各自的作用是分别是什么？
〔一〕脱甲烷塔系统
1．深冷别离流程程中，脱甲烷塔系统的中心任务是什么？
其轻、重关键组分是分别是何组分？
2．为什么说脱甲烷塔是别离过程中温度最低、能耗最多的塔？
3．分析原料气CH4/H2摩尔比、操作温度和压力对脱甲烷塔乙烯回收率的影响。
4．为什么脱甲烷塔塔项要有局部甲烷液体回流？
5．脱甲烷塔提高乙烯回收率的措施有哪些？
6．什么是冷箱？
什么是前冷流程和后冷流程？
〔二〕乙烯精馏
1．乙烯精馏的目的是什么？
2．分析温度、压力能乙烯精馏的影响。
3．乙烯精馏塔的改良有哪些？
〔三〕丙烯塔
1．丙烯精馏塔的任务是什么？
其关键组分是什么？
2．深冷别离操作中为提高乙烯的收率，采取了哪些措施？
3．塔是别离过程中温度最低的塔，能量消耗也最多。
塔是别离系统中塔板数最多，回流比最大的一个塔，也是运转费和投资费较多的一个塔。
五、裂解气别离操作中的异常现象〔阅读下表〕
序号
生产工序
不正常现象
产生原因
1
碱洗法脱硫
〔1〕碱洗塔H2S分析不合格
〔2〕碱洗塔CO2分析不合格
〔1〕碱洗液浓度过低；碱洗液循环量过少；泵停车
〔2〕碱洗液浓度过高
2
脱水
枯燥后水含量不合格
枯燥剂再生不好；使用周期过长；物料含水量过高；枯燥剂结炭；装填量不够或枯燥剂质量不合格
3
脱炔及CO
〔1〕加氢反响器反响温度过高；
〔2〕加氢反响器温差低；
〔3〕甲烷化反响器反响温度过低
〔1〕氢气参加量过高；进口温度过高；催化剂活性太高而选择性太差，导致乙烯深度加氢；
〔2〕氢气与甲烷之比过小；催化剂中毒
〔3〕预热温度不高；氢气流量过高或过低
4
制冷
〔1〕制冷机喘振；
〔2〕制冷剂用后温度高
〔1〕流量低于波动点；吸入的物料温度过高；制冷剂中含不凝气过高；
〔2〕制冷剂蒸发压力高；冷剂量少；制冷剂中重组分含量高
5
深冷别离
〔1〕塔液泛；
〔2〕冻塔
〔1〕加热太剧烈，釜温过高；负荷过大；
〔2〕物料枯燥不好，水分积累太多
第四节乙烯生产过程的节能措施
一、裂解系统
1．乙烯生产过程中，是乙烯装置的能耗大户，其能耗占装置总能耗的50%~60%，降低其能耗是降低乙烯生产本钱的重要途径之一。
2．乙烯生产裂解系统有哪些节能措施？
二、深冷别离系统
1．在深冷别离中，有哪些节能措施？
2．采用中间冷凝器和中间再沸器的优点是什么？
3．什么叫热泵？
精馏塔的热泵制冷方式有哪几种？
稳固与提高
一、填空题
1．石油烃热裂解的主要目的是，同时可得，通过进一步的别离还可以得到以及、和等产品，它们都是重要的根本有机原料，所以石油烃热裂解是有机化学工业获取根本有机原料的主要手段。
2．轻柴油裂解生产工艺流程包括、、
、四局部。
3．急冷的方法有两种，一种是，另一种是。
4．清焦方法有清焦和清焦法。
5．烃类热裂解的操作条件宜采用、、。
6．在乙烯-丙烯复迭制冷中，向供冷，向供冷，向冷量用户供冷。
7．深冷别离的任务就是根据裂解气中的不同，用精馏的方法逐一进行别离，最后获得纯度符合要求的乙烯和丙烯产品。
主要的精馏塔分别是：
、、、和。
8．在石油化工深冷别离中使用最多制冷剂是、和等。
9．影响脱甲烷塔乙烯回收率的主要因素是、和。
10．理论上烃类裂解制乙烯的最适宜温度一般为之间，实际裂解温度的选择还与、产品分布、裂解技术、等因素有关。
二、选择题
1．烃类热裂解生产乙烯的原料中，以下哪族烃的含量高些好
A．烷烃B．环烷烃C．芳烃D．烯烃
2．以下裂解反响条件，不能提高乙烯收率的是
A．高温B．低温C．短停留时间D．低烃分压
3．在裂解气别离的精馏别离系统中，塔板数最多的精馏塔是
A．脱甲烷塔B．乙烯精馏塔C．丙烯精馏塔D．脱丁烷塔
4．氨蒸气压缩制冷系统，可向用户提供的准是的温度级位是
A．-30℃B．-40℃C．-100℃D．低于-100℃
5．乙烯工业中，裂解气采用吸附的方法脱水，常用吸附剂是
A．活性氧化铝B．活性铁钒土C．A型分子筛D．硅胶
6．乙烯工业中，通过节流膨胀提高乙烯回收率的精馏塔是
A．脱甲烷塔B．脱乙烷塔C．乙烯塔D．丙烯塔
7．甲烷-乙烯-丙烯三元复迭制冷中，向用户提供冷量的制冷剂是
A．水B．甲烷C．乙烯D．丙烯
8．烃类裂解制乙烯，采用的压力操作方法是
A．间接加压B．间接减压C．直接加压D．直接减压
三、判断题
1．由于烯烃带有双键，结构比拟不稳定，自然界中也有大量烯烃，所以用烯烃来直接生产乙烯也是合理，经济的方法。
〔〕
2．升温有利于加快石油烃裂解生成乙烯的反响速率，所以温度越高越好。
〔〕
3．乙烯精馏塔是出成品的塔，作用相当关键，所以塔板数最多。
〔〕
6．石油烃热裂解中不采用抽真空降总压是因为经济上不合理。
（）
7．急冷的目的是将裂解炉出口高温裂解气尽快冷却，以终止其二次反响。
（）
8．不停炉清焦就是裂解炉在清焦的同时一直不中断加原料。
（）
9．归纳各族烃类的热裂解反响的大致规律得出：
高含量的烷烃，低含量的芳烃和烯烃是理想的裂解原料。
〔〕
10．尽量的增加水蒸气的量，不仅可以降低烃分压而且可以及时的清焦。
〔〕
四、问答题
1．为什么在生产中要促进一次反响、抑制二次反响？
2．结焦与生碳的区别是什么？
3．为什么要对裂解气进行急冷？
“间接急冷〞与“直接急冷〞各有何优缺点？
工业上普遍采用何急冷方法？
4．什么叫停留时间？
停留时间与裂解温度对裂解产物分布有何影响？
5．什么叫烃分压？
为什么要采用参加稀释剂的方法来实现减压目的？
采用水蒸
汽为稀释剂有何优点？
6．裂解气深冷别离为何采用多段压缩技术？
确定段数的依据是什么？
7．裂解气净化主要包括哪些步骤？
各步的目的是什么？
8．乙烯精馏的影响因素有哪些？
乙烯精馏过程采用了哪些节能措施。
五、综合题
1．用管式炉裂解轻柴油，输入轻柴油量为1000kg/h,裂解后得到乙烯259kg/h，参加反响原料量为700kg/h，求乙烯的收率。
2．举例说明在轻柴油热裂解流程中有哪些节能措施。
3．裂解气出口的急冷操作目的是什么？
可采取的方法有几种，你认为哪种好，为什么？
假设设计一个间接急冷换热器其关键指标是什么？
如何评价一个急冷换热器的优劣？
4．某乙烯装置采用低压法别离甲烷，整个装置中需要的最低冷冻温度为-115℃，根据乙烯装置中出现的原料、产品，设计一个能够提供这样低温的制冷系统，绘出制冷循环示意图。
5．根据本章所学知识，试设计一个简单的流程表述烃类热裂解从原料到产品所经历的主要工序及彼此的关系。
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