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1、裂解气分离裂解气分离本讲稿第一页，共三十四页A.裂解气的分离含义裂解气的分离含义B.汽包汽包C.精馏精馏蒸馏蒸馏水蒸气蒸馏水蒸气蒸馏本讲稿第二页，共三十四页含义：含义：裂解气主要指烃类裂解所生成的气体混合物，这种混合物中含有氢气和多种烃类，并有少量硫化物和碳的氧化物等杂质，经过分离提纯，可得到各种有机化工原料。本讲稿第三页，共三十四页原理：原理：分离过程是利用相平衡原理使进入分离器（塔）的物料在热量平衡和物料平衡的综合效果下，产生新的汽、液相组成。经过多次重复操作可将某一组分(或馏分)提浓。因此，裂解气分离过程实际上是多级相平衡过程。本讲稿第四页，共三十四页分离方法：分离方法：有裂解气深冷分离
2、裂解气深冷分离和和裂解气油吸收分裂解气油吸收分离离。前者是在前者是在-100-100甚至更低的温度下，使氢气和甲烷甚至更低的温度下，使氢气和甲烷与其他烃类分离。后者是向脱甲烷塔加入较重的烃类作为与其他烃类分离。后者是向脱甲烷塔加入较重的烃类作为吸收剂吸收剂,以降低混合物的蒸气压，相应地提高分离温度以降低混合物的蒸气压，相应地提高分离温度,使使制冷等级和材料选择等方面都可以降低要求。但是，由于制冷等级和材料选择等方面都可以降低要求。但是，由于增加了大量的吸收剂，使设备的钢材总量、过程的总能耗增加了大量的吸收剂，使设备的钢材总量、过程的总能耗均相应增加。均相应增加。2020世纪世纪4040年代后期
3、至年代后期至5050年代初期多采用油吸年代初期多采用油吸收法建厂。随着生产规模的扩大，对产品纯度的要求提高，收法建厂。随着生产规模的扩大，对产品纯度的要求提高，油吸收法很快被深冷法所取代。油吸收法很快被深冷法所取代。本讲稿第五页，共三十四页裂解气分离方法裂解气分离方法 深冷分离深冷分离在在-100左右左右的低温下，将裂解的低温下，将裂解气中除了气中除了氢和甲烷氢和甲烷以外的其它烃类全部以外的其它烃类全部冷凝冷凝下来。然下来。然后利用裂解气中各种烃类的相对挥发度不同，在合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，以适的温度和压力下，以精馏精馏的方法将各组分分离开的方法将各组分
4、分离开来。来。本讲稿第六页，共三十四页深冷操作的系统组成深冷操作的系统组成2、气体净、气体净化系统化系统 1、压缩冷、压缩冷冻系统冻系统3、低温精、低温精馏分离系统馏分离系统 为了排除对后继操作的干扰，提高产品的纯度，通常设置有脱酸性气体、脱水、脱炔和脱一氧化碳等操作过程。该系统的任务是加压、降温，以保证分离过程顺利进行。将各组分进行分离并将乙烯、丙烯产品精制提纯，这是深冷分离的核心。本讲稿第七页，共三十四页精馏分离方案：精馏分离方案：脱甲烷、脱乙烷、脱丙烷的顺序脱甲烷、脱乙烷、脱丙烷的顺序脱甲烷脱甲烷 脱乙烷脱乙烷 脱丙烷脱丙烷 顺序分离流程顺序分离流程脱乙烷脱乙烷 脱甲烷脱甲烷 脱丙烷脱丙
5、烷 前脱乙烷流程前脱乙烷流程脱丙烷脱丙烷 脱甲烷脱甲烷 脱乙烷脱乙烷 前脱丙烷流程前脱丙烷流程一、深冷分离流程一、深冷分离流程三种深冷分离流程三种深冷分离流程本讲稿第八页，共三十四页精馏分离方案：精馏分离方案：脱甲烷、脱乙烷、脱丙烷的顺序脱甲烷、脱乙烷、脱丙烷的顺序脱甲烷脱甲烷 脱乙烷脱乙烷 脱丙烷脱丙烷 顺序分离流程顺序分离流程脱乙烷脱乙烷 脱甲烷脱甲烷 脱丙烷脱丙烷 前脱乙烷流程前脱乙烷流程脱丙烷脱丙烷 脱甲烷脱甲烷 脱乙烷脱乙烷 前脱丙烷流程前脱丙烷流程三种深冷分离流程三种深冷分离流程顺序分离流程顺序分离流程本讲稿第九页，共三十四页前脱乙烷分离流程前脱乙烷分离流程本讲稿第十页，共三十四页
6、前脱丙烷分离流程前脱丙烷分离流程本讲稿第十一页，共三十四页本讲稿第十二页，共三十四页发展前景：发展前景：裂解气分离过程的关键问题是节约能量消耗。当前进一步的节能措施有下述几方面：减小温差和压差。采用高效换热器以降低温差，采用高效填料以减少压力降损失。以等熵膨胀代替等焓节流。在脱甲以等熵膨胀代替等焓节流。在脱甲烷塔顶尾气上安装膨胀机以获得额外的冷量。膨胀功率烷塔顶尾气上安装膨胀机以获得额外的冷量。膨胀功率或用于再生电能，或用于尾气的再压缩。或用于再生电能，或用于尾气的再压缩。双塔脱丙烷。双塔脱丙烷。通常脱丙烷塔顶采用通常脱丙烷塔顶采用 0 0制冷剂冷却，此时塔釜已接近生制冷剂冷却，此时塔釜已接近
7、生成聚合物的温度。当用两塔时成聚合物的温度。当用两塔时,蒸出轻组分的塔采用高压蒸出轻组分的塔采用高压,而排出重组分的塔采用低压，以冷却水等廉价冷却剂代替而排出重组分的塔采用低压，以冷却水等廉价冷却剂代替00制冷剂制冷剂,从而可节约能量。从而可节约能量。脱甲烷塔的预切割。大脱甲烷塔的预切割。大量重组分进入脱甲烷塔是不必要的，这将增加低温负荷；量重组分进入脱甲烷塔是不必要的，这将增加低温负荷；若在进塔前加一蒸馏塔将重组分预先除去，该重组分再若在进塔前加一蒸馏塔将重组分预先除去，该重组分再进入后面的塔，也可节约能量。进入后面的塔，也可节约能量。本讲稿第十三页，共三十四页汽包的概念：汽包的概念：气压通
8、过水循环导致气压下降或上升，也可以理解为汽包是气体和水分融合后形成的气压变化，极限压力中的空气与水分子会提高气体的压力上升，导致高压达到一定数值后产生的压力集分子。工业中汽包罐是能够承受汽包产生的空气压力和水位压力的一种工业设备本讲稿第十四页，共三十四页汽包的作用：1 1：是工质加热、蒸发、过热是工质加热、蒸发、过热三过程的连接枢纽，保证三过程的连接枢纽，保证锅炉正常的水循环。锅炉正常的水循环。2 2：内部有汽水分离装置和连内部有汽水分离装置和连续排污装置，保证锅炉蒸续排污装置，保证锅炉蒸汽品质。汽品质。3 3：有一定水量，具有一定有一定水量，具有一定蓄热能力，缓和汽压的蓄热能力，缓和汽压的变
9、化速度。变化速度。4 4：汽包上有压力表、水位计、汽包上有压力表、水位计、事故放水、安全阀等设备，事故放水、安全阀等设备，保证锅炉安全运行。保证锅炉安全运行。本讲稿第十五页，共三十四页本讲稿第十六页，共三十四页汽包的工作流程：汽包的工作流程：1 1、从水冷壁来的汽水混合物经过汽包上部引入管进入汽包内部，沿着汽包内壁与弧形衬板形成的狭窄的环形通道流下，使汽水混合物以适当的流速均匀的传热给汽包内壁，这样克服了锅炉启停时汽包上下壁温差过大的困难，可以较快的启动。本讲稿第十七页，共三十四页2、进入汽包的汽水混合物分别进入汽水旋风分离器，利用进入汽包的汽水混合物分别进入汽水旋风分离器，利用改变流动方向时
10、的惯性进行惯性分离，这是汽水混合物的改变流动方向时的惯性进行惯性分离，这是汽水混合物的第一次分离。第一次分离。本讲稿第十八页，共三十四页3、被分离出来的蒸汽仍带有不少水分，从分离器顶部进入波形板分离器，它装在旋风分离器顶部，带有部分水滴的蒸汽在波形板间的缝隙中流动，利用使水黏附在金属壁面上形成水膜往下流。本讲稿第十九页，共三十四页4、二次分离后的蒸汽最后经过蒸汽清洗，利用水二次分离后的蒸汽最后经过蒸汽清洗，利用水的密度差进行重力分离，这是三次分离的密度差进行重力分离，这是三次分离。本讲稿第二十页，共三十四页5 5、蒸汽经过三次分离后，达到了蒸汽质量标准，再蒸汽经过三次分离后，达到了蒸汽质量标准
11、，再由汽包顶部饱和蒸汽管引往屏式过热器。由汽包顶部饱和蒸汽管引往屏式过热器。本讲稿第二十一页，共三十四页精馏含义：精馏含义：一种利用回流使液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法，一种利用回流使液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法，是工业上应用最广的液体混合物分离操作，广泛用于石油、是工业上应用最广的液体混合物分离操作，广泛用于石油、化工、轻工、食品、冶金等部门。精馏操作按不同方法进化工、轻工、食品、冶金等部门。精馏操作按不同方法进行分类。行分类。根据操作方式，可分为连续精馏和间歇精馏；根据操作方式，可分为连续精馏和间歇精馏；根据混合物的组分数，可分为二元精馏和多元精馏；根据混合物的组分数，可分为二元
12、精馏和多元精馏；根据是否在混合物中加入影响汽液平衡的添加剂，可根据是否在混合物中加入影响汽液平衡的添加剂，可分为普通精馏和特殊精馏分为普通精馏和特殊精馏（包括萃取精馏、恒沸精馏（包括萃取精馏、恒沸精馏和加盐精馏）。若精馏过程伴有化学反应，则称为反应和加盐精馏）。若精馏过程伴有化学反应，则称为反应精馏精馏本讲稿第二十二页，共三十四页分类：分类：1.1.简单蒸馏简单蒸馏 对于与水互溶的挥发性物质，利用其在气对于与水互溶的挥发性物质，利用其在气液平衡条件下，在气相中的浓度大于在液相中的浓度液平衡条件下，在气相中的浓度大于在液相中的浓度这一特性。通过蒸汽直接加热，使其在沸点（水与挥发这一特性。通过蒸汽
13、直接加热，使其在沸点（水与挥发物两沸点之间的某一温度）下，按一定比例富集于气相。物两沸点之间的某一温度）下，按一定比例富集于气相。2.2.蒸汽蒸馏蒸汽蒸馏 对于与水互不相溶或几乎不溶的挥发性污染物。利用混合液的沸点低于两组分沸点这一特性，可将高沸点挥发物在较低温度下加以分离脱除。本讲稿第二十三页，共三十四页1 1按方式分：按方式分：简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特殊精馏 2 2按操作压强分：按操作压强分：常压、加压、减压 3 3按混合物中组分：按混合物中组分：双组分蒸馏、多组分蒸馏 4 4按操作方式分：按操作方式分：间歇蒸馏、连续蒸馏本讲稿第二十四页，共三十四页定义：定义：蒸馏是一种热力学的分离工
14、艺，它利用混合液体或液-固体系中各组分沸点不同，使低沸点组分蒸发，再冷凝以分离整个组分的单元操作过程，是蒸发和冷凝两种单元操作的联合。与其它的分离手段，如萃取、Absorption等相比，它的优点在于不需使用系统组分以外的其它溶剂，从而保证不会引入新的杂质。本讲稿第二十五页，共三十四页实质：实质：指利用液体混合物中各组分挥发性的差异而将组分分离指利用液体混合物中各组分挥发性的差异而将组分分离的传质过程。将液体沸腾产生的蒸气导入冷凝管，使之的传质过程。将液体沸腾产生的蒸气导入冷凝管，使之冷却凝结成液体的一种蒸发、冷凝的过程。蒸馏是分离冷却凝结成液体的一种蒸发、冷凝的过程。蒸馏是分离沸点相差较大的
15、混合物的一种重要的操作技术，尤其是沸点相差较大的混合物的一种重要的操作技术，尤其是对于液体混合物的分离有重要的实用意义。对于液体混合物的分离有重要的实用意义。本讲稿第二十六页，共三十四页蒸馏方式：蒸馏方式：水中蒸馏水中蒸馏 ：原料置于筛板或直接放入蒸馏锅，锅内加原料置于筛板或直接放入蒸馏锅，锅内加水浸过料层，锅底进行加热。水浸过料层，锅底进行加热。水上蒸馏：水上蒸馏：(隔水蒸馏隔水蒸馏)原料置于筛板，锅内加入水量要原料置于筛板，锅内加入水量要满足蒸馏要求，但水面不得高于筛板，并能保证水沸腾满足蒸馏要求，但水面不得高于筛板，并能保证水沸腾至蒸发时不溅湿料层，一般采用回流水，保持锅内水量至蒸发时不
16、溅湿料层，一般采用回流水，保持锅内水量恒定以满足蒸气操作所需的足够饱和整齐，因此可在锅恒定以满足蒸气操作所需的足够饱和整齐，因此可在锅底安装窥镜，观察水面高度。底安装窥镜，观察水面高度。本讲稿第二十七页，共三十四页直接蒸气蒸馏：直接蒸气蒸馏：在筛板下安装一条带孔环行管，由外来在筛板下安装一条带孔环行管，由外来蒸气通过小孔直接喷出，进入筛孔对原料进行加热，但蒸气通过小孔直接喷出，进入筛孔对原料进行加热，但水散作用不充分，应预先在锅外进行水散，锅内蒸馏快水散作用不充分，应预先在锅外进行水散，锅内蒸馏快且易于改为加压蒸馏。且易于改为加压蒸馏。水扩散蒸气蒸馏：水扩散蒸气蒸馏：水蒸气由锅顶进入，蒸气至上
17、而下逐渐向料层渗透，同时将料层内的空气推出，其水散和传质出的精油无须全部气化即可进入锅底冷凝器。蒸气为渗滤型，蒸馏均匀、一致、完全，而且水油冷凝液较快进入冷凝器，因此所得精油质量较好、得率较高、能耗较低、蒸馏时间短、设备简单。本讲稿第二十八页，共三十四页水蒸气蒸馏法：水蒸气蒸馏法：水蒸气蒸馏法系指将含有挥发性成分的混合物与水蒸水蒸气蒸馏法系指将含有挥发性成分的混合物与水蒸汽直接接触，使混合物中的挥发性物质按一定比例扩散汽直接接触，使混合物中的挥发性物质按一定比例扩散到气相中去，从而达到分离的目的。到气相中去，从而达到分离的目的。本讲稿第二十九页，共三十四页水蒸气蒸馏法水蒸气蒸馏法 水蒸气蒸馏法
18、可分为水蒸气蒸馏法可分为共水蒸馏法、通水蒸气蒸馏法、共水蒸馏法、通水蒸气蒸馏法、水上蒸馏法水上蒸馏法。为提高馏出液的浓度，一般需将馏出液进行重蒸馏或加盐重蒸馏。常用设备为多能提取罐、挥发油提取罐，它在生产活动中被广泛使用本讲稿第三十页，共三十四页水蒸气蒸馏装置水蒸气蒸馏装置本讲稿第三十一页，共三十四页区别：（设备）区别：（设备）精馏：精馏：典型的精馏设备是连续精馏装置，包括精馏塔、再典型的精馏设备是连续精馏装置，包括精馏塔、再沸器、冷凝器等。沸器、冷凝器等。蒸馏：蒸馏：主要设备汽提塔，有两大类：主要设备汽提塔，有两大类：1 1，填料塔，填料塔 塔内分层塔内分层放入各种不同的填料放入各种不同的填料 2 2，板式塔，板式塔 根据塔板结构不同又分根据塔板结构不同又分为：（为：（1 1）泡罩塔）泡罩塔 （2 2）浮阀塔）浮阀塔 （3 3）筛板塔）筛板塔 。板式塔的。板式塔的效率比填料塔高效率比填料塔高水蒸气蒸馏：水蒸气蒸馏：常用设备为多能提取罐、挥发油提取罐。本讲稿第三十二页，共三十四页本讲稿第三十三页，共三十四页本讲稿第三十四页，共三十四页