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1、毕业设计-年产13.8万吨乙烯装置分离工段乙烯精馏工序工艺设计 沈阳化工大学 本科毕业论文 题目：年产13.8万吨乙烯装置分离工段乙烯精馏工序工艺设计 院系：化学工程学院 专业：化学工程与工艺 班级：化工 0703班 学生姓名： 指导教师： 论文提交日期：年月日 论文答辩日期：年月日 毕业设计任务书 化学工程与工艺化工0703班学生： 内容摘要 乙烯是石油化工的主要代表产品，在石油化工重占主导地位。目前世界上乙烯的生产绝大数来源于蒸汽裂解制烯烃技术。由于蒸汽裂解是石油化工中的大能耗装置，而且完全依赖不可再生的石油资源，因此研究和开发人员进行了新的乙烯生产技术的探索和开发。乙烷脱氢、催化裂解、甲
2、烷氧化偶联和甲醇转化等乙烯生产新工艺，希望能够以此作为蒸汽裂解制乙烯的补充，甚至在将来替代蒸汽裂解制乙烯。乙烯主要用于生产聚乙烯、聚氯乙烯和乙二醇等。乙烯除少量由酒精脱水制得外，绝大部分石油烷烃裂解生产。 本设计是以抚顺乙烯化工有限公司裂解装置为蓝本，完成了年产13.8万吨级得乙烯装置分离工段乙烯精馏工序的工艺设计。本设计对乙烯精馏塔进行了物料衡算和热量衡算，并且对乙烯精馏塔进行了工艺设计与选型设计。乙烯精馏塔采用了浮阀塔,并符合流体力学验算和操作条件。 在指导老师的指导下，我们在整个设计过程中查阅了大量的相关文献及资料，深入掌握了有关的基本理论和专业知识，对理论知识有了更深的认识，灵活的应用
3、到设计当中，并结合了有关的化工过程的要求去设计，还是比较顺利的完成了此次毕业设计。 关键词：乙烯；分离；乙烯精馏 Abstract The ethylene is petroleum chemical industry main representative the product, occupies the dominant position in the petroleum chemical industry. At present in the world the ethylene production overwhelming majority originates from the
4、steam decomposition system alkene technology. Because the stearu decomposition is in the petroleum chemical industry big energy consumption installment, moreover total dependence non-renewable oil resource, therefore the research and the development personnel have carried on the new ethylene product
5、ion technology exploration and the development.Ethylene and so on ethane dehydrogenation, catalytic pyrolysis, methane oxidation coupling and methyl alcohol transformation produce the new crafi, the hope can by this achievement steam decomposition system ethylene supplement, even in future substitut
6、ion steam decomposition system ethylene.The ethylene mainly uses in producing the polyethylene, the polyvinyl-chloride and the glycol and so on. The ethylene besides by the dehydration of alcohol system, the major part decomposes few by the petroleum alkane the production. The design is based on Che
7、mical Co., Ltd. Fushun ethylene cracker based on the completion of the annual production capacity of 138,000 ton ethylene cracker plant section of the separation process design . This design has carried on the material balance and the thermal graduated arm to the ethylene rectifying tower calculated
8、, and has carried on the technological design and the shaping design to the t ethylene rectifying ower, and has also drawn up the belt control point flow chart. The deethanization tower used the float valve tower to carry on the computation. The design calculates finally results in tower neck 2.2m,
9、tower high 16.75m. And conforms to the hydromechanics checking calculation and the operating condition. Under supervising teachers instruction, we have consulted the massive correlation data and the literature in the entire design process, has known the related elementary theory and the specialized
10、knowledge thoroughly, had a deeper understanding to the theoretical knowledge, the nimble application design, and unified the related chemical process request to design, compared with smooth has completed the graduation project. Key words: Ethylene; Separation;ethylene rectifying 目录 引言 乙烯是石油化工的基础原料。
11、随着世界经济的发展，低级烯烃的需求呈逐年增加的趋势。面对新形势，乙烯生产企业应依靠技术创新，努力提高装置技术水平，以增强产品竞争力。 近年来，世界乙烯装置规模大型化趋势明显。2022年5月，全球最大的乙烷裂解装置在卡塔尔建成，该装置的设计乙烯产能为130万吨年。随着裂解炉生产能力的提高，不但单位乙烯生产能力的投资下降，而且操作成本和维修成本也相应减少，从而降低了单位乙烯的生产成本。 我国乙烯装置普遍规模较小，其平均能耗、物耗也相应较高。对装置规模小、缺乏市场竞争力的小型乙烯装置，专家建议可借鉴大型乙烯装置改造的经验，进行扩能改造，形成中型乙烯装置以有效地提高现有装置竞争力。同时由于我国原油中轻
12、质油含量普遍偏低，直馏石脑油和轻柴油一般只占原油的30%左右，因此，在我国发展重质油裂解技术研究具有极其重大的现实意义。 随着中国乙烯工业的发展，供需平衡关系将逐步得到改善，市场竞争则更加激烈。面对以市场国际化、资源国际化、技术与人才国际化、资本国际化为主要特征的经济全球化大趋势，市场占有率主要取决于产品品种、质量和成本。因此，每个乙烯厂应有各自的特色，形成自身的强势，如果只是简单地重复建设，产品结构雷同，则难以形成竞争优势。中国乙烯存在巨大的市场缺口和消费增长空间，国产乙烯的市场占有率一直较低。为缓解国内乙烯供应紧张，满足国内经济发展需求，虽然中国石油、中国石化和中海油加快实施乙烯扩能计划，
13、但预计到2022年中国乙烯当量消费供需缺口将达1119万吨。从整体情况看，中国乙烯工业还有较大的发展空间。 本设计是年产13.8万吨乙烯装置分离工段乙烯精馏工序工艺设计，在指导老师的带领下，结合课本知识，完成了本次设计。 第一章文献综述 1.1 设计概述 本设计是对年产13.8万吨乙烯装置乙烯精馏塔的工艺设计。该设计是以抚顺石油公司乙烯装置为依据，同时做了部分改动。本设计以石脑油为原料，管式炉裂解的方法生产乙烯。主要对乙烯精馏塔进行了物料衡算和热量衡算，并对其进行了工艺参数的确定以及设备尺寸计算与选型。本设计中乙烯精馏塔采用的是浮阀塔。 1.2 乙烯原料的来源 裂解原料的来源主要有两个方面，一
14、是天然气加工厂的轻烃，如乙烷、丙烷、丁烷、天然气油等，二是炼油厂的加工产品，如炼厂气、汽油、煤油、柴油、重油、渣油等，以及炼油厂二次加工油，如焦化加氢油、加氢裂化油等。 1.2.1 天然气 蕴藏在地层内的可燃性气体称为天然气，它的组成主要是甲烷，还含有乙烷、丙烷等低相对分子质量烷烃，和少量N2、H2、S2等非烃类成分。 天然气分干气和湿气两种，干气的主要成分是甲烷，含甲烷在90%以上。湿气含90%以下的甲烷，其余成分是乙烷、丙烷和丁烷等烷烃，之所以称为湿天然气，是因为C2C5这部分可以经压缩冷却得到液态的凝缩汽油。 1.2.2 炼厂气 炼厂气是炼厂在石油加工过程中所得到的气体的总称。它主要包括
15、催化裂解气、加氢裂化气、焦化气、重整气。 本设计采用的乙烯原料主要有石脑油、拔头油、Cl、C4等。 1.3 乙烯的生产工艺 1.3.1 乙烯的生产基本方法 早在30年代就开始对石油烃高温裂解生产技术进行研究，并在四十年代建成了裂解生产烯烃的工业装置。经过近六十年的发展，石油烷烃经管式炉裂解生产乙烯产量占世界乙烯生产的99%以上。 目前主要的裂解方法： (1)蓄热炉裂解 该方法以蓄热砖为载体使石油烃裂解来制取烯烃。此法先用燃料和空气在炉内燃烧，使蓄热砖升至高温。然后停止供给燃料和空气用蒸汽吹扫残存空气，即可通入裂 解原料和水蒸气。五十年代处实现工业化，由于其收率低、能耗大污水量大、因而除国内的一
16、些小乙烯企业还在生产外，国内早已停产。 (2)流动床裂解 流动床裂解技术是在催化裂解技术的基础上发展的烃类裂解技术。它以流动床方式循环固体颗粒加热载体，循环的热载体在加热器中被加热，在反应器中则利热载体积蓄的热量进行烃类裂解反应。由于此法在裂解过程中生成的结炭可在加热载体加热过程中烧除，因而可作为重质油裂解手段。IPC法、BASF法、K-K法均作为有代表性的流动技术。 (3)流动床部分氧化裂解 本法是在流动床反应器中将空气或氧气混合入原料烃，部分原料烃燃烧生成的热量供应其余原料烃进行裂解反应，也称为自然裂解法。对重质裂解原料则用于制取烯烃。 (4)高温水蒸汽裂解 高温水蒸汽裂解法是以水蒸汽为热
17、载体，利用高温水蒸汽的热量为裂解反应热。其技术的关键在于高温蒸汽的发生。 (5)管式炉裂解 管式炉裂解是在以间壁加热方式为烃类裂解提供热量。通常，首先在对流段中将管内的烃类和水蒸汽混合物预热至“开始”裂解的温度，再将烃水蒸汽混合物送到高温辐射管继续升温，以进行裂解。由于烃类裂解过程总是伴随着生碳的副反应，在管内进行裂解时，副反应产生的碳会逐渐积附于管壁中形成焦层。克服管壁温度和结焦的限制，是裂解炉裂解技术的关键。此法是国内外普遍采用的裂解方法。 (6)加氢热裂解 加氢热裂解法是以管式炉裂解为基础，以氢气代替水蒸汽作为裂解稀释剂的裂解技术。 (7)催化裂解法 催化裂解法是在催化剂存在的条件下，对
18、石油烃进行高温裂解的过程。研究表明：催化裂解可以提高烯烃收率，同时也将提高烃的收率。由于催化剂的存在作为稀释剂的水蒸汽可生成活性基因OHo和Ho，即可加速裂解反应，又可加速水煤气反应而将裂解生成的碳气化。由此可大大减少裂解过程中的结焦，但相应在裂解气中生成一定 量的CO和C02等酸性气体，正是由于结焦少。因而催化裂解有可能在加压下反应。 1.3.2 乙烯的分离技术 目前占据世界乙烯市场的分离技术主要分为3大类，分别为顺序分离技术、前脱丙烷前加氢技术和前脱乙烷前加氢技术。随着催化剂技术和性能的改进，前加氢的优点越来越被人们接受，而前加氢与顺序流程相配合时，C3以上馏分中的双烯烃与C2馏分中的乙炔
19、等一起加氢，对反应的选择性存在不利影响。因此，近来国内采用前脱丙烷、前加氢流程的逐渐多起来。 (1)顺序分离技术(图1-1) 典型的生产工艺为ABBLummus公司的顺序分离低压脱甲烷技术。裂解气首先进入急冷系统进行快速降温，同时分离出重组分燃料油和粗裂解汽油。然后经过裂解气压缩机将裂解气压力提高到约3.6 MPa，干燥脱水后进人深冷系统，经过冷箱和脱甲烷塔分离出氢气和甲烷。脱甲烷塔釜物料含有C2及以上组分，依次进入脱乙烷塔、脱丙烷塔、脱丁烷塔，从塔顶分出C2、C3和C4组分。脱乙烷塔和脱丙烷塔顶的C2和C3分别经C2和C3加氢脱炔后进入乙烯塔和丙烯塔，精馏后得到乙烯和丙烯产品。C2加氢系统位
20、于冷箱及脱甲烷下游，为后加氢。乙烯塔须设置巴氏精馏段，并需设置绿油洗涤系统，这些使投资和能耗增多。另外，由于C2加氢系统需要冷箱分离出的氢气物料，所以在不能从外部引入氢气的情况下，生产出合格乙烯产品所需要的时间长。由于顺序分离技术中的循环物料稍多，故不利于系统节能。 图1-1 典型的顺序流程深冷分离装置 (2)前脱丙烷前加氢技术(图1-2) 典型工艺为StoneWebster公司的前脱丙烷前加氢技术。该技术是在进行脱甲烷之前先将C3及轻组分与C4及重组分进行分离，并将分离出的C3及轻组分进行C2加氢，然后送入深冷系统。前C2加氢技术有很多优势： (a)前C2加氢产生的绿油 量甚微，无需绿油洗涤
21、系统； (b)由于C2加氢位于脱甲烷塔上游，从脱乙烷塔釜进人乙烯塔的C2馏分中不含氢气和甲烷轻组分，乙烯塔可采用开式热泵技术降低能耗； (c)由于C2加氢进料中富含氢气，不需要冷箱分离出的氢气，所以，在装置开车时，能很快生产出合格的乙烯产品，缩短开车时间； (d) 由于在进行C2加氢时也对50%以上的MAPD加氢，下游的C3加氢系统负荷降低； (e) 乙烯塔不需要巴氏精馏段，也没有不凝气返回。前脱丙烷前加氢技术中只有丙烯塔顶不凝气循环。 图1-2 典型的前脱丙烷深冷分离装置 (3)前脱乙烷前加氢技术（图1-3） 典型工艺为Linde公司的前脱乙烷前加氢技术。从裂解炉来的裂解气经急冷、压缩后预冷，首先进入脱乙烷塔系统，把比C2轻的组分和比C3重的组分分开。C2及轻组分先进行C2加氢，然后进入冷箱和脱甲烷系统。脱甲烷塔釜液只含C2，直接进入乙烯塔。脱乙烷塔塔釜物料进入脱丙烷塔，脱丙烷塔顶的C3进行C3加氢后进入丙烯塔。该技术也采用前C2加氢，所以具有与前脱丙烷前加氢类似的优点。 图1-3 典型的前脱乙烷深冷分离装置 1.4 乙烯的国内研究情况