第2章 裂解气分离

第2章化学工艺基础2-3何谓化工生产工艺流程？举例说明工艺流程是如何组织的？答：化工生产工艺流程——将原料转变成化工产品的工艺流程。

教材上有2个例子。

2-4何谓循环式工艺流程？它有什么优缺点？答：循环流程的特点：未反应的反应物从产物中分离出来，再返回反应器。

循环流程的优点：能显著地提高原料利用率，减少系统排放量，降低了原料消耗，也减少了对环境的污染。

循环流程的缺点：循环体系中惰性物质和其他杂质会逐渐积累，对反应速率和产品产率有影响，必须定期排出这些物质以避免积累。

同时，大量循环物料的输送会消耗较多动力。

2-5何谓转化率？何谓选择性？对于多反应体系，为什么要同时考虑转化率和选择性两个指标？答：转化率是指某一反应物参加反应而转化的数量占该反应物起始量的百分率。

选择性是指体系中转化成目的产物的某反应物量与参加所有反应而转化的该反应物总量之比。

在复杂反应体系中，选择性表达了主、副反应进行程度的相对大小，能确切反映原料的利用是否合理。

有副反应的体系，希望在选择性高的前提下转化率尽可能高。

但是，通常使转化率提高的反应条件往往会使选择性降低，所以不能单纯追求高转化率或高选择性，而要兼顾两者，使目的产物的收率最高。

2-6催化剂有哪些基本特征？它在化工生产中起到什么作用？在生产中如何正确使用催化剂？答：三个基本特征：①催化剂是参与了反应的，但反应终了时，催化剂本身未发生化学性质和数量的变化。

②催化剂只能缩短达到化学平衡的时间，但不能改变平衡。

③催化剂具有明显的选择性，特定的催化剂只能催化特定的反应。

在化工生产中的作用主要体现在以下几方面：⑴提高反应速率和选择性。

⑵改进操作条件。

⑶催化剂有助于开发新的反应过程，发展新的化工技术。

⑷催化剂在能源开发和消除污染中可发挥重要作用。

在生产中必须正确操作和控制反应参数，防止损害催化剂。

催化剂使用时，必须在反应前对其进行活化，使其转化成具有活性的状态，应该严格按照操作规程进行活化，才能保证催化剂发挥良好的作用。

裂解气分离设计范文裂解气分离设计是一种常见的化工过程，用于将原料气体进行分离和提纯。

该过程主要用于石油化工工业中，在裂解炉中对重质石油化工原料进行热裂解，生成炼油气等多种气体组分，然后通过分离和提纯过程，将所需的各种气体分离出来。

裂解气分离设计的关键步骤包括原料气体的预处理、主分离过程和后处理过程。

其中，原料气体的预处理是为了去除杂质和调整气体组分的组成，以满足下一步的分离要求。

该步骤通常包括氢气、烯烃、硫化氢和一氧化碳等气体的除去，并根据具体工艺要求，调整气体组分的比例。

主分离过程是指将原料气体中的不同组分进行有效分离的过程。

常用的主分离技术包括吸收、膜分离、吸附和蒸馏等。

吸收是指通过溶剂将原料气体中的特定组分吸收到液相中，从而达到分离的目的。

常用的溶剂包括乙二醇、N-甲基吡咯烷酮和脱氟溶剂等。

膜分离是通过选择适当的膜材料，根据不同气体分子的大小和极性差异，使其通过膜的速率不同，从而实现分离。

吸附是指利用吸附剂的亲和性差异，将原料气体中的特定组分吸附到固体表面上，然后通过调整吸附条件，使吸附剂释放出被吸附的组分。

蒸馏是利用原料气体中各组分的沸点差异，通过加热和冷凝的方式，将各组分逐一分离出来。

后处理过程是指对分离出来的气体进行进一步净化和提纯的过程。

常见的后处理技术包括冷却凝结、压缩和吸附等。

冷却凝结是将气体通过冷却和压缩，使其凝结成液体，然后通过重力分离或离心分离的方式，将液体与气体分离。

压缩是将气体通过增加压力，使其体积减小，从而使其中的杂质浓度增加，然后通过吸附或冷却凝结的方式将杂质去除。

吸附是通过在固体表面上吸附分子的方式，将气体中的杂质吸附到固体表面上，从而净化气体。

裂解气分离设计的关键是选择合适的分离技术和优化操作条件。

在选择分离技术时，需要考虑气体组分的差异和目标分离效果，并综合考虑经济性、操作简便性和安全性等因素。

优化操作条件可以通过调整温度、压力、流量和各组分的比例等参数，以达到最佳的分离效果和经济效益。

第一章 例题与习题解答例1每100 kg 乙烷（纯度100%）在裂解器中裂解，产生45.8 kg 乙烯，乙烷的单程转化率为59%，裂解气经分离后，所得到的产物气体中含有4.1kg 乙烷，其余未反应的乙烷返回裂解器。

求乙烯的选择性、收率、总收率和乙烷的总转化率。

解：以B 点的混合气体为计算基准进行计算即得到单程转化率和单程收率，而以对A 点的新鲜气体为计算基准进行计算得到全程转化率和全程收率。

新鲜原料通过反应器一次所达到的转化率，单程转化率（反应器进口为基准）；新鲜原料进入反应系统起到离开系统止所达到的转化率，全程转化率（新鲜原料为基准）。

现对B 点进行计算，设B 点进入裂解器的乙烷为100 kg 。

新鲜乙烷产品由于乙烷的单程转化率为59%，则在裂解器中反应掉的原料乙烷量为1000.5959H kg =⨯=E 点乙烷的循环量100 4.110059 4.136.9Q H kg =--=--=A 点补充的新鲜乙烷量为10010036.963.1F Q kg =-=-=乙烯的选择性为45.8/2845.8/28100%100%83.172%/3059/30S H =⨯=⨯=乙烯的单程收率45.8/28100%49.07%100/30y =⨯=乙烯的总收率（摩尔收率）45.8/2845.8/28100%100%77.77%/3063.1/30Y F =⨯=⨯= 乙烯的总质量收率'45.845.8100%100%72.58%63.1Y F =⨯=⨯= 乙烷的总转化率 %.%.%59310016359100＝＝＝⨯⨯F H X 例2工业上采用铜锌铝催化剂由一氧化碳和氢合成甲醇，其主副反应如下：OH CH H CO 322⇔+ ））（O H O CH H CO 223242+⇔+ O H CH H CO 2423+⇔+ O H OH H C H CO 2942384+⇔+222H CO O H CO +⇔+由于化学平衡的限制，反应过程中一氧化碳不可能全部转化成甲醇。

：，Dβ=289.8k J/m o l，而烷的容易程度按下列顺序递增：烷烃的C-C键<双键β位置的C-和反应过程的标准吉布斯函准吉布斯函数变，简称标衡常数。

——化合物i 在化学反应中的化学计量系数；化合物i 的标准生成吉布斯函数，k J /m o l ；度的函数：=A +B T +C T 2+D T 3、C 、D 为计算系数。

几种烃的计算系数见教材52页表2-1。

得，示反应达到平衡时成物愈占率越高，反应可能向向进行而若是正值，并负值的情若时就可以第二节裂解反应机理和动力学规律•§2-1自由基链反应机理一．乙烷的自由基链反应机理•首先从裂解过程最简单的乙烷脱氢生成乙烯的反应谈起。

C2H6→C2H4+H2•该反应式只是说明了从什么反应物分子，按什么计量关系，最后生成什么产物分子。

但这个反应式仅给出了总的反应结果，并不说明反应进行的途径。

说道这里我们不禁要问：是不是乙烷分子中两个C-H键断裂而脱下就生成乙烯分子哪？还是通过生成其他的中间物质，经过几步才生成乙烯哪？乙烷的裂解反应的三个阶段：如表中数据所示，乙烷中C-C键的解离能是88.0k c a l/l，而C-H键的解离能是98.0k c a l/m o l，所以乙烷的引发是C-C键的断裂引起的。

第二阶段是链增长反应，又称链传递反应或链转移反应就是自由基与分子反应，生成目的产物及新的自由基的程。

第三阶段是链终止反应。

如果链增长阶段不受阻碍的继链反应长度L c h在乙烷裂解中：随着温度的上升链长度是减小的，但乙烯的生成对于乙烷的分解的相对速度仍是一个很大的数值。

而且从各个基元反应的速度常数看乙烷引发反应的k11远小于其主基元反应的k33、k44、k55。

乙烷的引发反应是整个反应的控制步骤，而随着温度的上升，k比k33、k44、k55增大的倍数要大的多，所以提高温度对提高整个反应速度是有利的，此时链长度仍是很大的数值。

1.烃类在裂解时的几条规律1．烃烃分子中不同位置氢原子与自由基的反应速度不同，其反应途径也不同。

第2章化学工艺基础2-1 为什么说石油、天然气和煤是现代化学工业的重要原料资源它们的综合利用途径有哪些答：石油化工自20世纪50年代开始蓬勃发展至今，基本有机化工、高分子化工、精细化工及氮肥工业等产品大约有 90%来源于石油和天然气。

90%左右的有机化工产品上游原料可归结为三烯（乙烯、丙烯、丁二烯）、三苯（苯、甲苯、二甲苯）、乙炔、萘和甲醇。

其中的三烯主要有石油制取，三苯、萘、甲醇可有石油、天然气、煤制取。

2-2生物质和再生资源的利用前景如何答：生物质和再生能源的市场在短期内不可能取代，传统能源的市场，但是在国家和国际政策的指引下，在技术上的不断突破中，可以发现新能源在开始慢慢进入试用阶段，在石油等传统资源日益紧张的前提下，开发新能源也是势不可挡的，那么在我国生物质作现阶段主要仍是燃烧利用，但是越来越的的研究开始往更深层次的利用上转变，估计在未来的一段时间生物质能源会开始慢慢走入人们的视线2-3何谓化工生产工艺流程举例说明工艺流程是如何组织的答：化工生产工艺流程——将原料转变成化工产品的工艺流程。

教材上有2个例子。

2-4何谓循环式工艺流程它有什么优缺点答：循环流程的特点：未反应的反应物从产物中分离出来，再返回反应器。

循环流程的优点：能显着地提高原料利用率，减少系统排放量，降低了原料消耗，也减少了对环境的污染。

循环流程的缺点：循环体系中惰性物质和其他杂质会逐渐积累，对反应速率和产品产率有影响，必须定期排出这些物质以避免积累。

同时，大量循环物料的输送会消耗较多动力。

2-5何谓转化率何谓选择性对于多反应体系，为什么要同时考虑转化率和选择性两个指标答：转化率是指某一反应物参加反应而转化的数量占该反应物起始量的百分率。

选择性是指体系中转化成目的产物的某反应物量与参加所有反应而转化的该反应物总量之比。

在复杂反应体系中，选择性表达了主、副反应进行程度的相对大小，能确切反映原料的利用是否合理。

有副反应的体系，希望在选择性高的前提下转化率尽可能高。

第二章裂解气的分离第一节裂解气的组成及分离方法一、裂解气的组成及分离要求石油烃裂解的气态产品—裂解气是一个多组分的气体混合物，包括以下：一、低级烃类，主要是甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷与碳四、碳五、碳六等烃类，二、氢气三、少量杂质，如硫化氢和二氧化碳、水份、炔烃、一氧化碳等，基本有机原料乙烯、丙烯等，根据工业上的需要，使之达到一定的纯度。

裂解、分离、合成是有机化工生产中的三大加工过程。

（各种有机产品的合成，对于原料纯度的要求是不同的。

例如用乙烯与苯烷基化生产乙苯时，对乙烯纯度要求不太高。

生产聚乙烯、聚丙烯要求乙烯、丙烯纯度在99.9%或99.5%以上。

）二、裂解气分离方法简介裂解气的分离和提纯工艺，是以精馏分离的方法完成的。

精馏方法要求将组分冷凝为液态。

甲烷和氢气不容易液化，碳二以上的馏分相对地比较容易液化。

分离过程的主要矛盾：将裂解气中的甲烷和氢气先行分离。

工业生产上采用的裂解气分离方法，主要有深冷分离和油吸收精馏分离两种。

油吸收法：利用裂解气中各组分在某种吸收剂中的溶解度不同，用吸收剂吸收除甲烷和氢气以外的其它组分，然后用精馏的方法，把各组分从吸收剂中逐一分离。

特点：此方法流程简单，动力设备少，投资少，但技术经济指标和产品纯度差，现已被淘汰。

冷冻温度高于-50℃称为浅度冷冻(简称浅冷)；而在-50～-l00℃之间称为中度冷冻；把等于或低于-100℃称为深度冷冻(简称深冷)。

表2－1 不同裂解原料得到的几种裂解气组成%(体积)深冷分离：在-100℃左右的低温下，将裂解气中除了氢和甲烷以外的其它烃类全部冷凝下来。

然后利用裂解气中各种烃类的相对挥发度不同，在合适的温度和压力下，以精馏的方法将各组分分离开来，达到分离的目的。

因为这种分离方法采用了-100℃以下的冷冻系统，故称为深度冷冻分离，简称深冷分离。

特点：它的经济技术指标先进，产品纯度高，分离效果好，但投资较大，流程复杂，动力设备较多，需要大量的耐低温合金钢。

裂解气分离工艺流程授课内容：●裂解气分离工艺流程●裂解气分离过程操作知识目标：●掌握裂解气分离原则流程●掌握裂解气分离过程操作步骤和方法能力目标：●混合物精馏分离方案设计●混合物精馏分离过程操作条件制定思考与练习：●裂解气分离工艺流程主要由哪些过程构成？●裂解气分离过程操作主要异常现象及处理方法第四节裂解气深冷分离一、深冷分离流程1．深冷分离的任务裂解气经压缩和制冷、净化过程为深冷分离创造了条件—高压、低温、净化。

深冷分离的任务就是根据裂解气中各低碳烃相对挥发度的不同，用精馏的方法逐一进行分离，最后获得纯度符合要求的乙烯和丙烯产品。

2．三种深冷分离流程深冷分离工艺流程比较复杂，设备较多，能量消耗大，并耗用大量钢材，故在组织流程时需全面考虑，因为这直接关系到建设投资、能量消耗、操作费用、运转周期、产品的产量和质量、生产安全等多方面的问题。

裂解气深冷分离工艺流程，包括裂解气深冷分离中的每一个操作单元。

每个单元所处的位置不同，可以构成不同的流程。

目前具有代表性三种分离流程是：顺序分离流程，前脱乙烷分离流程和前脱丙烷分离流程。

（1）顺序分离流程顺序分离流程是按裂解气中各组分碳原子数由小到大的顺序进行分离，即先分离出甲烷、氢，其次是脱乙烷及乙烯的精馏，接着是脱丙烷和丙烯的精馏，最后是脱丁烷，塔底得碳五馏分。

图2-4 顺序分离工艺流程简图1—压缩Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段；2—碱洗塔；3—压缩Ⅳ、Ⅴ段；4—干燥器；5—冷箱；6—脱甲烷塔；7—第一脱乙烷塔；8—第二脱甲烷塔；9—乙烯塔；10—加氢反应器；11—脱丙烷塔；12—第二脱乙烷塔；13—丙烯塔；14—脱丁烷塔；15-甲烷化；16－氢气干燥器顺序深冷分离流程如图2-4所示。

裂解气经过压缩机Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段压缩（1），压力达到1.0MPa，送入碱洗塔（2），脱除酸性气体。

碱洗后的裂解气再经压缩机的Ⅳ、Ⅴ段压缩（3），压力达到3.7MPa，送入干燥器（4）用分子筛脱水。

干燥后的裂解气进入冷箱（5）逐级冷凝，分出的凝液分为四股按其温度高低分别进入脱甲烷塔（6）的不同塔板，分出的富氢经过甲烷化（15）脱除CO及干燥器（16）脱水后，作为碳二馏分和碳三馏分加氢脱炔用氢气。

绪论一、填空题1 •化学工业按产品元素构成可分为两大类： ____________________ 和 ________________ 。

2•—般___________ 、 _______ 、_______ 称为有机化工的三大原料资源。

3._______________________ 煤液化分为 _______ 和。

4._____________________________________ 根据天然气的组成可将天然气分为和________________________________________________ 。

5•原油经常减压蒸馏后，得到______________ 、________ 、_______ 、 ________ 、_或 __________________ 等。

6.________________________________ 原油的常减压蒸馏过程只是过程，并不发生 ________________________________________ 变化，所以得到的轻质燃料无论是数量和质量都不能满足要求。

7.__________________________石油不是一种单纯的 ____________________________ ,而是由数百种碳氢化合物组成的 _____ ,成分非常复杂。

8.__________________________石油按化学组成可分为和两大类。

9.初馏塔顶和常压塔顶得到的轻汽油和重汽油，称为______________ ,也称为 __________ <10. _______ 是炼油厂中提高原油加工深度，生产柴油，汽油，最重要的一种重油轻质化的工艺过程。

11. _________________________催化重整是生产____ 和的主要工艺过程，是炼油和石油化工的重要生产工艺之一。

12. ______________________________________________ 催化加氢裂化的产品中，气体产品主要成分为 __________________________________________ 和__________ ，可作为裂解的原料。

绪论一、填空题1 •化学工业按产品元素构成可分为两大类：_____________ 和 _____________ 。

2•—般_______ 、______ 、______ 称为有机化工的三大原料资源。

3. ______________________ 煤液化分为 _____ 和。

4. ____________________________________ 根据天然气的组成可将天然气分为_________________________________________ 和_______ 。

5•原油经常减压蒸馏后，得到_________ 、______ 、______ 、_______ 、_或_______________ 等。

6. _______________________________ 原油的常减压蒸馏过程只是过程，并不发生__________________________________ 变化，所以得到的轻质燃料无论是数量和质量都不能满足要求。

7. ________________________ 石油不是一种单纯的______________________ ,而是由数百种碳氢化合物组成的 ,成分非常复杂。

8. ________________________ 石油按化学组成可分为和两大类。

9.初馏塔顶和常压塔顶得到的轻汽油和重汽油，称为 ________ ,也称为________ <10. _______ 是炼油厂中提高原油加工深度，生产柴油，汽油，最重要的一种重油轻质化的工艺过程。

11. _______________________ 催化重整是生产_ 和的主要工艺过程，是炼油和石油化工的重要生产工艺之一。

12. ____________________________________________ 催化加氢裂化的产品中，气体产品主要成分为____________________________ 和________ ，可作为裂解的原料。