工艺设计流程_裂解炉生产乙烯.doc

利用裂解炉生产乙烯热裂解特点：高温,吸热量大低烃分压,短停留时间,避免二次反应的发生反应产物是复杂的混合物热裂解的供热方式如下所示：直接供热法：工艺复杂,裂解气质量低,成本过高 其裂解工艺一直没有很大发展！工业上烃类裂解生产乙烯的主要过程为：原料à热裂解à裂解气预处理〔包括热量回收、净化、气体压缩等à裂解气分离à产品乙烯、丙烯及联产物等一、 原料烃组成对裂解结果的影响 影响裂解结果的因素： 原料特性；裂解工艺条件；裂解反应器型式；裂解方法等原料特性是最重要的影响因素！<一> 原料烃的族组成、含氢量、芳烃指数、特性因数裂解产物分布的影响1. 族组成〔简称PONA值　定义：是指原料烃分子中所含各族烃的质量百分比　　　　P—烷族烃　　 N—环烷族烃 　　　　O—烯族烃 　　A—芳香族烃　　从表1-7作一比较,在管式裂解炉的裂解条件下,原料愈轻,乙烯收率愈高随着烃分子量增大,N+A含量增加,乙烯收率下降,液态裂解产物收率逐渐增加　　表1-7 组成不同的原料裂解产物收率裂解原料乙烷丙烷石脑油抽余油轻柴油重柴油原料组成特性PPP+NP+NP+N+AP+N+A主要产物收率,%〔质量乙烯84*44.031.732.928.325.0丙烯1.415.613.015.513.512.4丁二烯1.43.44.75.34.84.8混合芳烃0.42.813.711.010.911.2其它12.834.236.835.8 42.546.6　　*包括乙烷循环裂解　　原料的PONA值常常被用来判断其是否适宜作裂解原料的重要依据。

表1-8介绍我国几个产地的轻柴油馏分族组成　　　　表1-8 我国常压轻柴油馏分族组成族组成,%〔质量XX145～350℃胜利145～350℃任丘145～350℃大港145～350℃P烷族烃正构烷烃异构烷烃62.641.021.653.223.030.265.430.025.444.4环烷族烃其中一环二环三环以上24.216.45.62.228.019.67.01.423.817.45.41.034.420.610.43.4A芳烃其中一环二环三环以上 13.27.05.30.918.813.55.00.310.87.23.40.221.213.27.30.7　　我国轻柴油作裂解原料是较理想的2. 原料氢组成定义：是指原料烃分子中氢原子的质量百分比,不包含溶解的H2烃类裂解过程也是氢在裂解产物中重新分配的过程原料含氢量对裂解产物分布的影响规律,大体上和PONA值的影响一致表1-9位各种烃和焦的含氢量比较　　　　　表1-9 各种烃和焦的含氢量物质分子式含氢量,%〔质量甲烷乙烷丙烷丁烷烷烃CH4C2H6C3H8C4H10CnH2n+2252018.217.2n+1/<7n+1>×100环戊烷环己烷C5H10C6H1214.2614.26苯甲苯萘蒽C6H6C7H8C10H8C14H107.78.76.255.62焦碳CaHbCn0.3 ～0.1～0　可以看出,碳原子数相同时,含氢量：烷烃＞环烷烃＞芳烃。

　含氢量高的原料,裂解深度可深一些,产物中乙烯收率也高　对重质烃类的裂解,按目前的技术水平,原料含氢量控制在大于13%〔质量,气态产物的含氢量控制在18%〔质量,液态产物含氢量控制在稍高于7～8%〔质量时,就容易结焦,阻塞炉管和急冷换热设备图1-3给出了不同含氢量原料裂解时产物收率　从图中可以看出：　　含氢量 P＞N＞A 　　液体产物收率 P＜N＜A　　乙烯收率 P＞N＞A 　　容易结焦倾向 P＜N＜A3. 芳烃指数〔BMCI定义：BMCI=48640/TV+473.7×d15.615.6－456.8　　　TV=/5TV—体积平均沸点,KT10、T30…—分别代表恩氏蒸馏馏出体积为10%,30%…时的温度,K 　　基准：n-C6H14的BMCI=0　　　　　　芳烃的BMCI=100　因此,BMCI值越小,乙烯收率越高,当BMCI﹤35时,才能做裂解原料4. 特性因素K　　K=1.2161/3 /d15.6　　　T立=〔 3　　　T立—立方平均沸点；　　　xiv—I组分的体积分率；　　　Ti—I组分的沸点,k　小结：原料烃参数对裂解结果的影响　1> 当PONA增大,乙烯收率增大；　2> 当氢含量增大,乙烯收率增大；　3> 当BMCI减小,乙烯收率增大；　4> 当K增大,乙烯收率增大。

<二>几种烃原料的裂解结果比较<二>几种烃原料的裂解结果比较　这里列举了乙烷、丙烷、石脑油、轻柴油、重柴油作原料的裂解产物〔表1-11　　　 　　　表1-11 不同原料的裂解产物分布〔单程原料乙烷丙烷石脑油轻柴油原料规格94%95.7%43～159℃173～131℃裂解条件辐射管出口温度,℃737840820790辐射管出口压力,kpa154.7100100107水蒸气/油〔质量0.330.40.600.75裂解产物组成,%〔质量    H23.081.250.80.6CH47.4520.3513.710.1C2H443.329.9726.123.0C2H637.33.764.04.2C3H632.720.3316.014.75C3H832.719.260.50.3C41.13.5812.49.65C5+4.640.9225.619.0燃料油  25.617.25　由表1-11可见,原料不同,裂解产物组成是不同的,裂解条件也有差异适宜的裂解条件是:①最大可能的乙烯收率；②合适的裂解周期以保证年开工率　按生产单位乙烯所需的原料及联产品数量来比较见表1-12 　　　　表1-12 生产1吨乙烯所需原料量及联副产物量指 标乙烷丙烷石脑油轻柴油需原料量,t1.302.383.183.79联产品,t0.29951.382.6027.9其中,丙烯,t0.03740.3860.470.538丁二烯,t0. 01760.0750.1190.148B、T、X* 0.0950.490.50　　　　　*B、T、X为苯、甲苯、二甲苯从表1-11,1-12比较可得：　1> 原料由轻到重,相同原料所得乙烯收率下降。

　2> 原料由轻到重,裂解产物中液体燃料油增加,产气量减少　3> 原料由轻到重,联产物量增大,为降低乙烯成本,必然考虑联产物的回收和综合利用,由此增加了装置和投资 二、 操作条件对裂解结果的影响〔一衡量裂解结果的几个指标. 转化率　　转化率= 2. 选择性 　　选择性= 　　　　　= 3. 收率和质量收率〔Y　　收率= 　　质量收率= 　　　　　Y=X×S　　X:单程转化率,总转化率　　Y:单程收率,总收率4. 产气率　　产气率=气体总质量/原料质量*100%<二裂解温度的影响温度对产物分布的影响主要有两方面：①影响一次产物分布；②影响一次反对二次反应的竞争1.温度对一次反应产物分部的影响 温度对一次反应产物分布的影响,按链式反应机理,是通过各种链式反应相对量的影响来实现的表1-13是应用链式反应动力学数据计算得到的异戊烷在不同温度裂解式的一次产物分布由表1-13可以看出,裂解温度不同,就有不同的一次产物分布,提高温度,可以获得较高的乙烯、丙烯收率 表1-13 裂解温度对异戊烷一次产物分布的影响<计算值>组分wt%H2CH4C2H4C3H6i-C4H81-C4H82-C4H8总计C=2+C=3600℃0.716.410.115.234.010.113.510025.31000℃1.6 14.513.620.322.513.614.510033.92.温度对一次反应和二次反应相互竞争的影响—热力学的动力学分析　烃类裂解时,影响乙烯收率的二次反应主要是烯烃脱氢、分解生碳和烯烃脱氢缩合结焦反应。