【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ................................... 95 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................ 96 致 謝 ........................................................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 1 第一章 總 述 前言 “烴 ”就是碳、氫兩種元 素以不同的比例混合而成的一系列物質(zhì)。 其中較輕的部分，就叫做輕烴 [6]。 天然氣的主要成份是 C1，含少量的 C2，液化石油氣的主要成份是 CC4，它們?cè)诔爻合鲁蕷鈶B(tài)，叫氣態(tài)輕烴。 C5C16的烴在常溫常壓下是液態(tài)，我們就叫它液態(tài)輕烴。液態(tài)輕烴中最輕的部分是 C C6，飽和的 C5 、 C6是鼓泡制氣的最好原料，再重一點(diǎn)的部分就是汽油、煤油和柴油等。如果把石油按碳原子數(shù)排列起來(lái)分成段，第一段就是天然氣，即碳一、碳二；第二段是液化石油氣，即碳三、碳四，這兩段在常溫常壓下呈氣態(tài)，是氣態(tài)輕烴；我們制氣所用的原料主要是油氣田開(kāi)采過(guò)程中以碳五碳六為主的這段伴 生副產(chǎn)品，在常溫常壓下呈液態(tài)。用其所制成的燃?xì)庠谑褂蒙虾吞烊粴?、液化石油氣是一樣的。輕烴永遠(yuǎn)與石油、天然氣共存。 輕烴具有一系列優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì)。輕烴燃?xì)馀c天然氣一樣，都是清潔燃料。除了熱值高、燃燒排放清潔外，與天然氣和液化石油氣相比，其運(yùn)輸、貯存、分銷(xiāo)更為方便安全，不僅可作為居民飲食、洗浴、采暖等各種生活用燃?xì)庠O(shè)施的氣源，也是機(jī)關(guān)、學(xué)校、飯店等公用事業(yè)和玻璃、陶瓷、建材、食品等工業(yè)企業(yè)烹飪、采暖、制冷和生產(chǎn)加熱設(shè)施的理想氣源。所以設(shè)計(jì)合理優(yōu)化的輕烴分離裝置，在化工生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位。 主 題 輕烴的分離原理 輕烴分離技術(shù)是現(xiàn)在最常用的技術(shù)之一，研究輕烴分離技術(shù)至關(guān)重要。精餾是分離液體混合物最常用的一種單元操作，在化工、煉油、石油化工等工業(yè)中具有廣泛應(yīng)用。 精餾按操作壓力可分為以下三類(lèi) [6]。 常壓精餾：精餾在常壓下進(jìn)行。 減壓精餾 :用于常壓下物系沸點(diǎn)較高，使用高溫加熱介質(zhì)不經(jīng)濟(jì)或熱敏性物質(zhì)不能承受的情況。減壓可降低操作溫度。 加壓精餾 :對(duì)常溫常壓下為氣體的物系 (如空氣 )進(jìn)行精餾分離，可采用加壓精餾以 2 提高混合物的沸點(diǎn)。 精餾過(guò)程中，傳熱、傳質(zhì)過(guò)程同時(shí)進(jìn)行，屬傳質(zhì)過(guò)程控制。在精 餾塔中，原料從塔中部適當(dāng)位置進(jìn)塔，將塔分為兩段，上段為精餾段，不含進(jìn)料，下段含進(jìn)料板為提餾段，冷凝器從塔頂提供液相回流，再沸器從塔底提供氣相回流。在精餾段，氣相在上升的過(guò)程中，氣相輕組分不斷得到精制，在氣相中不斷地增濃，在塔頂獲得輕組分產(chǎn)品。在提餾段，其液相在下降的過(guò)程中，其輕組分不斷地提餾出來(lái)，使重組分在液相中不斷地被濃縮，在塔底獲得重組分的產(chǎn)品。氣、液相回流是精餾操作的重要特點(diǎn)。 分離順序的選擇 用經(jīng)驗(yàn)法確定分離順序。經(jīng)驗(yàn)法又稱(chēng)啟發(fā)法，它憑借在分離過(guò)程和工程領(lǐng)域長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)所歸納出來(lái)的經(jīng) 驗(yàn)規(guī)則，對(duì)具體的問(wèn)題進(jìn)行定性的分析而確定分離順序的方法。使用該方法可免于對(duì)所用可能的分離順序進(jìn)行考察，在不作設(shè)計(jì)和設(shè)備費(fèi)估計(jì)的情況下很快地選出較好的分離順序 [10]。 (1)按相對(duì)揮發(fā)度遞減的順序逐個(gè)從塔頂分離出各種組分。 (2)最困難的分離應(yīng)該放在塔序的最后。 (3)應(yīng)使各個(gè)塔的餾出液的摩爾數(shù)與釜液的摩爾數(shù)盡量接近。 (4)分離很好回收率的組分的塔應(yīng)放在塔序的最后。 (5)進(jìn)料中含量很高的組分盡量提前分出 上述五條規(guī)則在實(shí)際應(yīng)用中常常是相互矛盾的，根據(jù)某些規(guī)則導(dǎo)出一個(gè)塔序，而從另外 規(guī)則又導(dǎo)出不同的塔序。 在實(shí)際設(shè)計(jì)中有必要評(píng)比若干不同的塔序方案，以明確在該具體條件下哪個(gè)因素是主要的。所以上述方法的真正作用是在于減少需要評(píng)比的不同方案的數(shù)目，因?yàn)橛泻芏嗨?，由?jīng)驗(yàn)法已可以確定是不可取的，大大縮小了評(píng)比的范圍。進(jìn)一步評(píng)比的方法有調(diào)優(yōu)合成法和算法合成技術(shù)。 產(chǎn)品性能用途 (一 )液化氣產(chǎn)品 高壓或低溫液化的石油氣，是由丙烷、正丁烷、異丁烷及少量的乙烷、不飽和烴等組成；具有污染少、發(fā)熱量高、壓力穩(wěn)定、儲(chǔ)存設(shè)備簡(jiǎn)單、供應(yīng)方式靈活等特點(diǎn)。 產(chǎn)品用途：煉油廠在進(jìn)行原油催化裂解與熱裂解時(shí)所得到的副產(chǎn)品； 主要用作石油化工原料，用于 烴類(lèi)裂解制乙烯或蒸氣轉(zhuǎn)化制合成氣，可作為工業(yè)、民用、內(nèi)燃機(jī)燃料 [1]。 3 (二 )異戊烷 中文名稱(chēng) 2， 2甲基丁烷。分子式： C5H12；熔點(diǎn) ℃ ，沸點(diǎn)： ℃ ，相對(duì)密度(水 =1) ，相對(duì)蒸氣密度 (空氣 =1) ，飽和蒸氣壓 (kPa) (℃ )， 燃燒熱(kJ/mol) ，臨界溫度 (℃ ) ，臨界壓力 (MPa) ；純品為無(wú)色透明的易揮發(fā)液體，具有令人愉快的芳香氣味，不溶于水，可混溶于乙醇、乙醚等多數(shù)有機(jī)溶劑；極易燃， 其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物，遇明火、高熱極易燃燒爆炸，且對(duì)人體具有麻醉及輕度的刺激作用，皮膚長(zhǎng)期接觸可發(fā)生輕度皮炎。 生產(chǎn)方法：石油煉廠和石油化工廠的副產(chǎn)品。在煉廠鉑重整拔頭油的碳五餾分中含有異戊烷 在催化裂化汽油的碳五餾分中也含有異戊烷 (勝利原油中約含 2%)工業(yè)級(jí)的異戊烷含雜質(zhì)是沸點(diǎn)相近的烷烴、環(huán)烷不飽和烴及水分其不飽和烴用濃硫酸洗滌除去水分用無(wú)水氯化鈣、五氧化二磷或金屬鈉等脫水劑脫除工業(yè)生產(chǎn)可用分子篩脫水最后再分餾精制分餾液用高溫活化的硅膠吸附柱除去微量的直鏈烴即得精制異戊烷產(chǎn)品。此外工戊烷在氯化鋁 或氯化氫存在下經(jīng)異構(gòu)化也可生成異戊烷 [1]。 產(chǎn)品用途：可以作聚乙烯生產(chǎn)中催化劑的溶劑、可發(fā)性聚苯乙烯的發(fā)泡劑、聚氨酯泡沫體系的發(fā)泡劑、脫瀝青溶劑等；其辛烷值高，可用于汽車(chē)、飛機(jī)燃料。 (三 )正戊烷 無(wú)色液體，具有微弱的薄荷香味；極易燃，其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物；遇明火、高熱極易燃燒爆炸。與氧化劑能發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)，甚至引起燃燒；液體比水輕，不溶于水，可隨水漂流擴(kuò)散到遠(yuǎn)處，遇明火即引起燃燒；屬于低毒類(lèi)，高濃度可引起眼與呼吸道粘膜輕度刺激癥狀和麻醉狀態(tài)，甚至意識(shí)喪失，慢性作用為眼和呼吸道的輕度刺激。 生產(chǎn)方法：生產(chǎn)方法由石油裂解產(chǎn)物分離而得。例如在煉廠拔頭油的碳五餾分中主要含有正戊烷和異戊烷。大慶原油的汽油餾分中正戊烷約占 8%勝利原油的碳五餾分中正戊烷約占 3%通過(guò)戊烷分離塔或分子篩分離可得正戊烷和異戊烷。南京棲霞山采用五塔精餾生產(chǎn)流程制得發(fā)泡戊烷不僅發(fā)泡率大 (達(dá)到 50%60%)且穩(wěn)定性好、沸點(diǎn)高、能耗小大大提高了發(fā)泡戊烷的附加值。 產(chǎn)品用途：在三氯化鋁存在下，經(jīng)異構(gòu)化可制備異戊烷；也用作萃取溶劑，聚苯乙烯理想的發(fā)泡劑，液態(tài)空氣機(jī)的潤(rùn)滑劑；用于低溫溫度計(jì)，制人造冰，麻醉劑，以及合成戊醇等。 4 (四 )正己 烷 低毒、有微弱的特殊氣味的無(wú)色液體，熔點(diǎn) ℃ ，沸點(diǎn) ℃ ；具有一定的毒性，會(huì)通過(guò)呼吸道、皮膚等途徑進(jìn)入人體，長(zhǎng)期接觸可導(dǎo)致人體出現(xiàn)頭痛、頭暈、乏力、四肢麻木等慢性中毒癥狀，嚴(yán)重的可導(dǎo)致暈倒、神志喪失、甚至死亡。極易揮發(fā)著火，極易燃易爆其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物。遇明火、高熱極易燃燒爆炸。與氧化劑接觸發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)甚至引起燃燒。在火場(chǎng)中受熱的容器有爆炸危險(xiǎn)其蒸氣比空氣重能在較低處擴(kuò)散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地方遇明火會(huì)引著回燃。 產(chǎn)品用途：正己烷的主要作溶劑、如丙烯等烯烴聚合時(shí)的溶劑、食用植物油的提取劑、 橡膠和涂料的溶劑以及顏料液化氣的使用涉及有色金屬冶煉、窯爐培燒、汽車(chē)燃料、居民生活等領(lǐng)域。有色金屬冶煉中要求燃料熱質(zhì)穩(wěn)定無(wú)燃爐產(chǎn)物 無(wú)污染 而液化石油氣都具備了這些條件。液化石油氣被加熱氣化后可以方便地引入冶煉爐燃燒。山東金升有色金屬集團(tuán)公司已將液化石油氣成功地用于德國(guó)克虜伯熔煉爐的銅冶煉工藝代替了原煤氣燃燒工藝減少了硫、磷等雜質(zhì)的危害提高了銅材質(zhì)量。 生產(chǎn)現(xiàn)狀 正戊烷的生產(chǎn)現(xiàn)狀：目前，國(guó)內(nèi)戊烷生產(chǎn)技術(shù)主要來(lái)自于天津大學(xué)和北京化工研究院。 [1]主要生產(chǎn)原料為油田輕烴、原油預(yù)處理裝置的拔頭油、加 氫裝置的輕石腦油、重整加氫后的混合烴、煉廠氣分裝置的 C5及乙烯裝置裂解副產(chǎn)的 C5餾分，也可采用 C5醚化后的混合 C5分離精制處理得到，也可采用環(huán)戊二烯加氫制得。從直餾汽油、天然氣凝析油、加氫裂化尾油、重整汽油中經(jīng)分餾獲得的 C5餾分，以戊烷分離塔和異戊烷塔高效精餾分離而得到正戊烷和異戊烷產(chǎn)品居主導(dǎo)地位。目前戊烷產(chǎn)品還沒(méi)有國(guó)家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但生產(chǎn)企業(yè)有各自的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，且與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)。 發(fā)展前景 戊烷混合烴在我國(guó)的儲(chǔ)量與液化石油氣產(chǎn)量相當(dāng)，作為一次能源替代液化氣、柴油、電等二次能源，對(duì)優(yōu)化我 國(guó)能源結(jié)構(gòu)，提高能源利用效率，作為天然氣投入產(chǎn)出不經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)的有益補(bǔ)充，具有重要的戰(zhàn)略意義和現(xiàn)實(shí)意義。我國(guó)的油田和煉廠的輕石腦油資源豐富， “碳五輕石腦油綜合利用技術(shù) ”利用廉價(jià)的原料生產(chǎn)較高附加值的產(chǎn)品，使石油資源得到合理利用，可給企業(yè)帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益。 [1] 由于戊烷燃料成功地解決了汽化、管輸、壓力調(diào)配等技術(shù)問(wèn)題，戊烷燃料可以罐裝形式供用戶(hù)使用，也可通過(guò)建立戊烷燃?xì)夤?yīng)站。它具有建站靈活，占地少，可集群管網(wǎng)供氣，儲(chǔ)運(yùn)安全便捷， 5 價(jià)格適宜等優(yōu)勢(shì)，具備了向市場(chǎng)推廣的條件。在天然氣、液化氣無(wú)法滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)生活增長(zhǎng)需求的 情況下，戊烷燃料將是一些地區(qū)未來(lái)較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)的理想燃料。可以預(yù)見(jiàn)，其市場(chǎng)開(kāi)發(fā)潛力較大。 6 第二章 工藝流程設(shè)計(jì) 工藝流程設(shè)計(jì)是工藝設(shè)計(jì)的核心，在整個(gè)設(shè)計(jì)中，設(shè)備選型、工藝計(jì)算、設(shè)備布置等工作都與工藝流程有直接關(guān)系。只有流程確定后，其他各項(xiàng)工作才能展開(kāi)，工藝流程設(shè)計(jì)影響各個(gè)方面，而各個(gè)方面的變化又反過(guò)來(lái)影響工藝流程的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)使工藝流程發(fā)生較大的變化。 工藝流程設(shè)計(jì) 工藝方案 表 11 原料組成表 （一） 由產(chǎn)品要求將原料分為四組： A 丙烷，異丁烷，正丁烷 B 異戊烷 C 正戊烷，異己烷 D 正己烷 根據(jù)以下原則，來(lái)選擇最佳方案： 。 頂分離出各組分。 。 。 (二 )生產(chǎn)方案的確定 序號(hào) 原料組分 組成， m% 1 丙烷 2 異丁烷 3 正丁烷 4 異戊烷 5 正戊烷 6 異己烷 7 正己烷 合計(jì) 7 圖 21 方案流程圖 優(yōu)點(diǎn)：進(jìn)料中含量多的組分提前分離，減少了后續(xù)塔的流率及再沸器的熱負(fù)荷，節(jié)約能耗和設(shè)備費(fèi)用，同時(shí)分離很高回收率的組分的塔放在了塔序的最后，這時(shí)非關(guān)鍵組分減少了，使得塔徑減小，進(jìn)而減少了設(shè)備費(fèi)用。 缺點(diǎn)： A、 B 兩組份相對(duì)揮發(fā)度較近，且放在第一個(gè)塔分離，增加了板間汽相流率，造成了塔直徑增加，設(shè)備費(fèi)用增加。第二個(gè)塔餾出液與塔釜液的摩爾 數(shù)相差很大，塔頂?shù)酿s出物很多，需要的塔徑相應(yīng)增加，同樣使得設(shè)備費(fèi)用增加。 8 第三章 物料衡算 簡(jiǎn)捷計(jì)算主要步驟： 一．假設(shè)滿(mǎn)足清晰分割，進(jìn)行初步物料衡算 二．確定塔的操作壓力及溫度 三．確定 mR 、 mN 四．校核物料平衡 五．確定 R、 N 六．確定進(jìn)料位置 七．板式塔還需計(jì)算全塔效率及實(shí)際板數(shù) 原始數(shù)據(jù)的獲得 裝置總進(jìn)料量為 萬(wàn)噸 /年，每年按開(kāi)工 7200 小時(shí)計(jì)算，則流量為 17083kg/h。各組分原始數(shù)據(jù)表如下： 表 31 原料各組分性質(zhì)及原料數(shù)據(jù)匯總