【正文】 紛紛通過合資方式進(jìn)軍中國，中國已成為世界乙烯發(fā)展的目標(biāo)市場(chǎng)。 國內(nèi)外乙烯工業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展前景經(jīng)過 40 多年的建設(shè)發(fā)展，中國乙烯工業(yè)已躋身世界乙烯大國行列。本設(shè)計(jì)以石腦油為原料，管式爐裂解的方法生產(chǎn)乙烯。 Webster 公司的前脫丙烷前加氫技術(shù)；③ 前脫乙烷前加氫技術(shù)。目前烴類熱裂解法是乙烯的主要生產(chǎn)方法，其主要設(shè)備裂解爐的效率對(duì)乙烯生產(chǎn)有很大影響，因此選擇好的裂解爐型將會(huì)提高乙烯產(chǎn)量。隨著裂解爐生產(chǎn)能力的提高，不但單位乙烯生產(chǎn)能力的投資下降，而且操作成本和維修成本也相應(yīng)減少，從而降低了單位乙烯的生產(chǎn)成本。目前世界上乙烯的生產(chǎn)絕大多數(shù)來源于蒸汽裂解制烯烴技術(shù)。其中包括塔徑計(jì)算、塔板布置、流體力學(xué)計(jì)算，附件的計(jì)算與選型，其中包括塔冷凝器的選擇、再沸器的選取、接管及除沫器的計(jì)算、塔高的計(jì)算等內(nèi)容。乙烯裝置是石油化工行業(yè)的龍頭裝置，對(duì)應(yīng)乙烯裝置，石油烴裂解制乙烯技術(shù)研究始于 20 世紀(jì) 30 年代，經(jīng)過近 70 年的發(fā)展，裂解技術(shù)日臻完善，目前該技術(shù)所生產(chǎn)的乙烯已經(jīng)占到世界乙烯總產(chǎn)量的 98%以上。乙烯裝置 分離工段 丙烯精餾工序工藝設(shè)計(jì)摘 要乙烯是石油化學(xué)工業(yè)中最重要基礎(chǔ)有機(jī)原料之一。其產(chǎn)能是衡量一國乙烯競爭力的重要標(biāo)準(zhǔn),也是衡量一個(gè)國家石油化工產(chǎn)業(yè)的重要標(biāo)志。本設(shè)計(jì)內(nèi)容主要對(duì)丙烯精餾塔進(jìn)行了物料衡算、熱量衡算、塔型設(shè)計(jì)、尺寸計(jì)算與選型。隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，低級(jí)烯烴的需求呈逐年增加的趨勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，裝置規(guī)模從50萬噸/年增至70萬噸/ 年，可節(jié)省投資16%。 2 第一章、 文獻(xiàn)綜述 設(shè)計(jì)概述乙烯在國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著巨大作用，乙烯產(chǎn)量已成為衡量一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)水平的重要標(biāo)志，我國最近幾年乙烯產(chǎn)量有了很大的提高。典型工藝為 Stone amp。該設(shè)計(jì)是以**公司乙烯裂解裝置為依據(jù)，同時(shí)做了部分改動(dòng)。本設(shè)計(jì)中裂解爐選用的是魯姆斯公司的 SRT 型裂解爐， 脫丙烷塔采用的是浮閥塔，丙烯精餾塔采用填料塔。預(yù)計(jì) 2022 年國內(nèi)乙烯當(dāng)量需求量將達(dá) 2700 萬噸，與現(xiàn)有能力相比有近 2022 萬噸的供應(yīng)缺口。到2022年4月，我國共有乙烯裝置21套。到“ 十一五”末或“十二五” 初期，10 4t/a，乙烯的自給率大大提高，乙烯工業(yè)的技術(shù)水平也會(huì)大大提高。我國乙烯工業(yè)采用的是液體裂解原料路線，絕大部分需由煉油工業(yè)提供。近年來，世界乙烯工業(yè)保持了較快的發(fā)展速度，特別是亞洲(不含中東地區(qū)，下同) 、中東地區(qū)，乙烯工業(yè)發(fā)展明顯快于其他地區(qū)。2022年，世界乙烯產(chǎn)量 1110億噸，其中石腦油和混合原料裂解約占總生產(chǎn)量的57%，乙烷裂解占26%，丙烷和瓦斯油各占 7%，丁烷約占2%。從地區(qū)增長看，新增乙烯將主要集中在中東和亞太地區(qū)，其中中東地區(qū)新增2 000萬噸/年，約占總新增能力的55%，亞太地區(qū)新增1 600萬噸/年，約占新增能力的 40%。經(jīng)過近六十年的發(fā)展，石油烷烴經(jīng)管式爐裂解生產(chǎn)乙烯產(chǎn)量占世界乙烯生產(chǎn)的99％以上。五十年代處實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，由于其收率低、能耗大污水量大、因而除國內(nèi)的一些小乙烯企業(yè)還在生產(chǎn)外，國內(nèi)早已停產(chǎn)。IPC法、BASF法、 KK法均作為有代表性的流動(dòng)技術(shù)。其技術(shù)的關(guān)鍵在于高溫蒸汽的發(fā)生。克服管壁溫度和結(jié)焦的限制，是裂解爐裂解技術(shù)的關(guān)鍵。研究表明：催化裂解可以提高烯烴收率，同時(shí)也將提高烴的收率。 乙烯的主要分離技術(shù)目前占據(jù)世界乙烯市場(chǎng)的分離技術(shù)主要分為3大類，分別為順序分離技術(shù)、前脫丙烷前加氫技術(shù)和前脫乙烷前加氫技術(shù)。裂解氣首先進(jìn)入急冷系統(tǒng)進(jìn)行快速降溫，同時(shí)分離出重組分燃料油和粗裂解汽油。碳二加氫系統(tǒng)位于冷箱及脫甲烷下游，為后加氫。 (2) 前脫丙烷前加氫技術(shù)典型工藝為Stone amp。前脫丙烷前加氫技術(shù)中只有丙烯塔頂不凝氣循環(huán)。脫甲烷塔釜液只含碳二，直接進(jìn)入乙烯塔。由煉廠氣回收乙烯和丙烯，也是工業(yè)上生產(chǎn)烯烴的主要來源之一。近期，以甲烷偶合氧化制乙烯的研究又取得很大進(jìn)展。比重：氣體（空氣=1），黏度 ，在空氣中的爆炸極限：上限為 16～29%（體積） ，下限為 3～%（體積） 。g/g體積 181。g/g體積 181。g/g體積 181。性質(zhì)：常溫常壓下為無色可燃性氣體，微具烴類特有的臭味，℃，凝固點(diǎn)℃。g/g最低最高 7 質(zhì)量項(xiàng)目 指 標(biāo) 單 位 備 注乙烷丙烷乙烯丁烷+丁烯乙炔丙炔丙二烯 丁二烯總A+AM+PD+BD總硫( 以 S 計(jì))水羰基硫氫甲醇綠油10010555510155520摩爾%摩爾%體積 181。g/g體積 181。g/g體積 181。g/g體積 181。 主要副產(chǎn)品的性質(zhì)、用途和質(zhì)量規(guī)格 (1) 富 H2 氣體裝置所產(chǎn)富丙二烯 H2 氣體除本裝置外加氫外，部分氣體送往汽油加氫和環(huán)氧乙烷裝置。與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限 ～％（體積） 。 (4) 裂解汽油裝置所產(chǎn)生的裂解汽油送往汽油加氫裝置。**乙烯裝置采用美國魯姆斯專利技術(shù)，由加拿大公司總承包，日本東洋工程公司負(fù)責(zé)工程設(shè)計(jì)。同時(shí)裝置還設(shè)有水精制、熱水和污水處理三套輔助裝置。④環(huán)烷烴的脫環(huán)基反應(yīng)，開環(huán)裂解反應(yīng)。乙烷裂解：連鎖開始：C 2H6 + C2H6→2CH 3 + C2H6連鎖傳播：C 2H6 + CH3 C2H6 + H+ R3+ R1H→R 5H + R1+ R4 分子 C2H2→2C+H 2+ 千卡/公斤③ 甲基乙炔及丙二烯的脫除裝置利用液相 C 產(chǎn)品選擇性催化加氫的方法脫除甲基乙炔和丙二烯，Cat 為鈀系3Cat，反應(yīng)如下：主反應(yīng)：C 3H4（甲基乙炔）+H 2→C 3H6+38000 千卡/公斤 分子 C4H8+H2→C 4H8+ 千卡/公斤在清焦期間備用爐可以連續(xù)進(jìn)行操作以達(dá)到最大生產(chǎn)能力。以 SRTIV HS 爐為例，到所有裂解爐的每根爐管的烴進(jìn)料都有流量控制，烴首先在對(duì)流段的最上部盤管中預(yù)熱，再注入稀釋蒸汽，然后烴與稀釋蒸汽的混合物在進(jìn)入輻射段爐管（發(fā)生裂解反應(yīng)的地方）之前返回對(duì)流段進(jìn)一步預(yù)熱，每個(gè)爐子中的四根輻射段爐管的出口在爐膛內(nèi)成對(duì)地合并，送到每臺(tái)爐的兩臺(tái)廢熱鍋爐（TLE）中，控制出口溫度：820℃～880℃，每臺(tái)爐的兩臺(tái)廢熱鍋爐通過熱虹吸系統(tǒng)與每臺(tái)爐共用的一臺(tái)汽包相連，發(fā)生 126 kg/ 的蒸氣，到每個(gè)汽包的鍋爐給水用急冷油（來自 EA138 換熱器）和對(duì)流段煙道氣預(yù)熱在 TLE 中發(fā)生蒸汽。正常情況下氣體燃料是氫氣甲烷混合物，底部燒咀提供爐子所需總熱量的 60%，余下的熱量由側(cè)壁燒咀來提供。汽油分餾部分包括一個(gè)起粘度控制作用的燃料油汽提塔 DA103，以使循環(huán)急冷油的粘度保持在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。然后送到燃料油系統(tǒng) FB752。汽油在急冷塔內(nèi)冷凝，在塔底與循環(huán)急冷水和冷凝水相分離與部分烴凝液返回到汽油分餾塔做回流，余下部分一粗裂解汽油經(jīng) EA415 冷卻被送到貯罐用作裂解汽油加氫的原料。⑸ 裂解氣壓縮、堿洗、裂解氣干燥和凝液汽提急冷塔塔頂餾出物在五段離心式壓縮機(jī)中從 ，在 EA203A/B、EA204A/B、EA205A/B、EA20EA20EA209 、EA210 中段間冷卻至大約為 39℃，第五段用汽化來至界區(qū)的新鮮丙烷物料進(jìn)一步冷卻。干燥器用甲烷氣再生。汽提出的氣體循環(huán)返回四段吸入罐 FA205，塔底物料被送回 2脫丙烷塔 DA409(低壓)按這種方法將凝液汽提塔塔釜物料送至脫丙烷塔 DA409 以限制壓縮機(jī)循環(huán)系統(tǒng)中重組份 (主要是C3混合物 )達(dá)最小量。汽化新鮮丙烷使五段吸入口冷卻，以減少第五段的結(jié)垢。氣體在冷箱EA309X 中與脫甲烷塔塔頂物料和回流物料、氫氣、甲烷尾氣、換熱和汽化部分液態(tài)甲烷進(jìn)行冷卻，然后送至第 3分離罐 FA306。氫氣在一個(gè)絕熱的焦耳湯姆森交換系統(tǒng) EA408X、EA308X 、EA309X、EA312X、EA314X 、EA316X 、EA321X 中進(jìn)行，這個(gè)系統(tǒng)所需的冷量是液態(tài)甲烷被低壓汽化提供的。C、汽油加氫單元 DPG、丁烯裝置和輸出。控制塔頂溫134℃，釜溫為 54℃。提供兩臺(tái)往復(fù)式壓縮機(jī) GB302A/B 一臺(tái)供正常操作使用，一臺(tái)用于備用。將所需要的氫氣加入到脫乙烷塔塔頂物料中，然后整個(gè)物流通過與乙炔轉(zhuǎn)化器 EA437A/B 出料和低壓蒸汽 EA438 換熱進(jìn)行預(yù)熱。g/g 的乙炔，同 EA444 冷卻水和轉(zhuǎn)化器 EA437A/B進(jìn)料進(jìn)行換熱冷卻。從綠油罐的罐頂出來的氣體經(jīng)過一個(gè)用分子篩干燥的乙烯干燥器 FF401，到乙烯精餾塔 DA402。被循環(huán)到裂解氣壓縮機(jī)。液態(tài)乙烯產(chǎn)品經(jīng)裂解氣(EA446)、丙烯冷劑 (EA445)二次加熱，在被作為產(chǎn)品送到界區(qū)之前汽相(EA321X)過熱。脫丙烷塔系統(tǒng)為雙塔系統(tǒng)。1脫丙烷塔塔底含有的 C3組分保持足夠的低溫，以防止過多的結(jié)垢。2脫丙烷塔塔頂汽化物在 EA427 被冷卻水和在 EA431 用丙烯冷凝劑冷凝。脫丁烷塔用冷卻水在 EA414 中冷凝，用低壓蒸汽在 EA413 中再沸。⑽ 丙炔、丙二烯加氫和丙烯精餾在這個(gè)部分，C 3物流中的 MAPD 在一個(gè)兩床層的 IFP 系統(tǒng)中進(jìn)行選擇性加氫，生成丙烷和丙烯。兩個(gè)用于正常操作，一個(gè)備用。 16 來自第二段的純凈出料送到甲烷汽提塔 DA407，在此汽提出多余的氫氣和甲烷。丙烯精餾塔采用雙塔系統(tǒng)，便于設(shè)備維修和操作。DA410 塔釜溫度為 52℃，塔頂溫度℃。壓縮機(jī)出口排氣在 EA501 中用冷卻水冷凝。使用蒸汽透平驅(qū)動(dòng)的離心式壓縮機(jī) GB601。⒀ 廢堿處理單元來自堿洗塔的廢堿首先在 FA237 中用汽油洗滌，然后貯存在貯罐 FB232 中，再送進(jìn)氧化反應(yīng)器。⒁ 裂解汽油加氫單元(DPG 單元)從 C5～200℃裂解汽油中分離出 C5餾分，C 9～200℃組份，剩下的 C6～C 8組份，在使用魯姆斯的一段和二段 DPG 工藝的裂解汽油加氫單元中被加氫。脫戊烷塔進(jìn)料中所含的水分從塔頂分離并從回流罐的接受器中采出，脫戊烷塔底物流送到 DA7752，再沸器用中壓蒸汽，采用負(fù)壓操作，用壓縮來的丙烯冷卻塔頂不凝氣，循環(huán) 17 塔底物 C9餾份用塔底循環(huán)泵送往 FB809，塔頂采出 C6～C 8部分送到 FA755，剩余部分送到 UFB855。通過改變冷卻的循環(huán)液體的比例來控制反應(yīng)器入口溫度，此溫度需隨著催化劑的活性下降而逐漸提高。包括進(jìn)料循環(huán)氣體和補(bǔ)充氫氣的整個(gè)氣相被送到二段反應(yīng)器 ，進(jìn)料中所存的烯烴被加氫，硫化物轉(zhuǎn)化成烴和H2S。冷卻后的汽相/液相混合物隨之在高壓閃蒸罐 FA756 中被分離。 工藝條件控制指標(biāo)(1) 裂解爐操作條件的選擇① 物料橫跨溫度提高物料的橫跨溫度有利于降低輻射段熱負(fù)荷。② 稀釋蒸汽比 18 增大稀釋蒸汽比可降低爐管內(nèi)的烴分壓，因而有利于裂解的選擇性，并減少裂解過程中的結(jié)焦。因此，提高裂解的選擇性對(duì)于已建成的裂解爐而言，其輻射管結(jié)構(gòu)尺寸已經(jīng)確定。但是，由于裂解氣冷卻過程中將在廢熱鍋爐中形成結(jié)焦，不論在清潔管的情況下廢熱鍋爐出口裂解氣溫度降到什么程度，隨運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的延長，廢熱鍋爐出口裂解氣溫度將開至某一溫度才趨于平穩(wěn)。表 24 丙烯精餾塔工藝條件參數(shù)工藝條件項(xiàng)目 單位 指標(biāo)塔頂壓力 MPa 塔頂溫度 ℃ 40塔底壓力 MPa 塔底溫度 ℃ 51側(cè)線壓力 MPa 側(cè)線溫度 ℃ 43 19 第三章、 乙烯裝置的物料衡算 物料衡算 裂解裝置的物料衡算⑴ 總物料圖石腦油熱裂解初分餾壓縮堿洗干燥冷卻脫甲烷脫乙烷脫丙烷脫丁烷H2 提純甲烷化C3 餾份加氫丙烯精餾燃料油乙烯精餾汽油乙烯 C4 餾份 丙烯 丙烷圖 31 總物料圖⑵ 計(jì)算條件乙烯收率 %（wt%） ；丙烷產(chǎn)率 %（wt%） ；丙烯產(chǎn)率 %（wt%） ；C 4 產(chǎn)率 %（wt% ） ；輕汽油產(chǎn)率 %（wt% ） ；乙烯產(chǎn)量 10 萬噸/ 年。s)σi(103N/m)yDi Ki XDi XDi′甲烷160 0 6197288乙 22 0 3 26 烯 0 9931 .7 2684 6962乙烷220 0 762.55046580丙烯4855 60.9988丙烷470 024280.840289002675丁烯570 0 0.320 0氣相平均分子量 kg/kmol??液相平均分子量 kg/kmol671iLX氣相密度 kg/?PT液相密度 ?iDL?39。1 = kg/m3 液相黏度 ?FiX? 液相表面張力 103N/m?iL?③ 塔底條件下的參數(shù) P= t=51℃該條件下的物性數(shù)據(jù)由文獻(xiàn)[4]和[6] 查得填入下表。本設(shè)計(jì)選用 250Y 波紋板填料。由于它是規(guī)整填料結(jié)構(gòu)，故壓力降較一般亂堆填料低，因而空塔氣速可以提高。 97 12(4) 塔徑的計(jì)算① 精餾段流動(dòng)參數(shù) [10]?LVFP?查填料指南 91 頁圖 48 得 CS=（～）C max [10]取 CS=== 30 ????????m