乙烯装置分离工段脱乙烷塔工序工艺设计.docx
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1、乙烯装置分别工段脱乙烷塔工序工艺设计1.1 设计概述第一章 文献综述本设计是对年产 10 万吨乙烯装置裂解分别工段的设计。该设计是以*石油公司乙烯裂解装置为依据,同时做了局部改动。本设计以石脑油为原料,管式炉裂解的方法生产乙烯。主要对脱乙烷塔进展了物料衡算和热量衡算,并对其进展了工艺参数确实定以及设备尺寸计算与选型。本设计中裂解炉选用的是鲁姆斯公司的 SRT 型裂解炉, 脱乙烷塔承受的是筛板塔。整个设计工作持续了近 4 个月,在指导教师的帮助下,我们去*乙烯厂进展了毕业实习,参观了实际生产设备,在工厂教师的细心讲解下,对生产流程有了较深刻的了解。回来后查阅了大量的文献资料和相关书籍,对理论学问
2、有了更深的生疏,并应用到毕业设计当中,顺当的完成了设计。1.2 乙烯等主要产品和主要副产品的性质、用途和质量规格1.2.1 聚合物乙烯本装置生产的乙烯产品送往下述装置:聚乙烯装置、环氧乙烷装置、聚丙烯装置、对二甲苯装置。性质:常温常压下为无色可燃性气体,略具烃类特有的臭味,冰点169.4沸点103.8、比重:气体空气=10.9852、粘度 0.000093Cp,在空气中的爆炸极限:上限为 1629体积分数,下限为 33.5体积分数。规格乙烯99.9wt最小氢气1ppmwt最大乙炔5ppmwt最大一氧化碳5ppmwt最大二氧化碳5ppmwt最大氧1ppmwt最大硫按 H2S1ppmwt最大甲烷5
3、00ppmwt最大饱和烃总量1000ppmwt最大烯烃50ppmwt最大甲醇10ppmwt最大大气压下露点60用途:乙烯为石油化工根本原料之一,乙烯可以制备多种有机原料,如乙醇、乙醛、醋酸、环氧乙烷等,也可以作为合成材料的单体,如聚乙烯等。1.2.2 聚合级丙烯装置生产的聚合级丙烯送往聚丙烯装置,局部产品送往对二甲苯装置,作为冷剂。性质:常温常压下为无色可燃性气体,微具烃类特有的臭味,沸点47.7,凝固点185.25,液体的比重d204 乙醇和乙醚,微溶于水。规格0.5139,零度时气体比重空气=11.46,可溶于纯度99.5V最小氢50ppmwt最大乙烯300ppmwt最大乙烷1000ppm
4、wt最大丙炔10ppmwt最大丙二烯10ppmwt最大丁二烯10ppmwt最大丁烯50ppmwt最大硫1ppmwt最大水丙烷5ppmwt最大丙烷余量最大用途:丙烯是石油加工的根本原料之一,它可以生产多种重要的有机化工原料,如丙烯腈、环氧丙烷、异丙醇、甘油等,也可直接合成材料聚丙烯的单体,丙烯在炼油工业上是制取叠合汽油的原料。1.2.3 主要副产品的性质,用途和质量规格。1.2.3.1 富 H2 气体装置所产生的富 H2 气体除本装置加氢外,局部气体送往汽油加氢和环己烷装置。纯度一氧化碳水1.2.3.2 丙烷90V最小10ppmV最大环境温度下饱和性质:无色气体,气体的相对密度 1.56空气=1
5、,液体的相对密度 0.5310,微溶于水。化学性质很稳定,不简洁发生化学反响,与空气形成爆炸性混合物,爆炸极限 2.49.5体积。规格丙烷70.53丙烯29.47丁烯200ppmwt wtwt最大用途:丙烷是裂解制造乙烯和丙烯的原料也可用作燃料和冷冻剂,在有机合成中, 可用于制备氧化合物和低级硝基烷等。1.2.3.3 C4 馏分装置所产生的 C4 馏分送往界区外贮罐。规格丙烷+丙烯各 200ppmwt最大丙二烯200ppmwt最大1,3 丁二烯41.6wt丁烯55.6wt炔烃3000ppmwt用途:1,3 丁二烯为 C4 馏分中的主要成分,可将其提纯,用于合成橡胶,与多种化合物共聚制造各种合成
6、橡胶和合成树脂,丁二烯又是多种涂料和有机化工产品的原料。1.2.3.4 裂解汽油C41000ppmwtC523.6wtC625.7wtC717.1wtC812.0wt装置生产的裂解汽油送往汽油加氢装置。规格-最大C4-9胶质酸性硫总硫21.530mg/100ml30ppm200ppmwtwtwtwt用途:裂解汽油烃一段加氢可作为高六烷值汽油组分。1.2.3.5 裂解焦油规格闪点闭口粘度50比重1020 BMCI 值70mm2/s501.01110用途:可用作燃料,还可用于建筑方面,同时也是生产炭黑的良好原料。1.3 国内外乙烯工业的现状和进展前景乙烯是石油化工根底原料之一,乙烯产量的大小是衡量
7、一个国家石油化工进展水平的重要标志。中国乙烯工业经过四十多年的进展、已具有确定的生产力气、积存了丰富的阅历、培育了一大批懂生产会治理的人才、并争论和开发了一批技术成果。目前世界上乙烯生产的主要技术是管式炉蒸汽热裂解和挨次深冷分别流程,生产装置趋于大型化、1979 年世界第一套 72.5 万吨/年乙烯装置在美国德克萨斯州迪尔帕克建成,现在已能设计出百万吨级规模的乙烯装置,但由于原料供给不易稳定,设备制备等方面的问题,使使连续大型化优越减弱,因此一般装置的规模都在4060 万吨/年。就乙烯生产的布局来看,虽然拉美,非洲及亚太地区的乙烯生产力气有了飞速的发展,但目前还属美国、西欧、日本三个地区和国家
8、的乙烯生产力气较高、占世界的70。我国的第一套乙烯装置是兰州化学工业公司合成橡胶厂 5250 吨/年乙烯装置,1962 年元旦试车成功。我们乙烯工业就跻身于世界主要乙烯生产国之列,生产技术水平已到达八十年月国际先进水平。近年来,各乙烯生产国均承受技术、工艺、材料、设备、对原乙烯装置进展改造,以提高收率,增加生产力气,扩大原料的灵敏性,降低能耗和物耗,最终到达提高经济效益的目的。就国内而言,我国已经把基点放在生产力气上,通过内涵挖潜,使现在装置的效益得到充分的发挥。我国的乙烯工业应当相对集中于沿海、沿江地区,同时,建设乙烯还有工业根底和人员素养等问题,因此依托老企业建是有利的。随着科技的进步,技
9、术、材料的消灭,乙烯工业的前景会更加光明。其次章 乙烯生产方法选择和工艺流程确实定2.1 乙烯的主要生产方法2.1.1 烃类热裂解法生产乙烯早在三十年月就开头对石油烃高高温裂解生产烯烃技术进展争论,并在四十年月初建成了管式炉裂解生产烯烃的工业装置,经过五十多年的进展,石油烷烃经管式炉热裂解生产乙烯的方法至今仍在乙烯生产中占统治地位,乙烯产量占世界乙烯生产的99以上。主要裂解方法:(1) 蓄热炉裂解 该裂解方法是以蓄热砖为热载体使石油烃裂解制烯烃的技术。五十年月初实现工业化,由于其收率低,能耗大,污水量大,因而除国内的一些小乙烯企业尚在使用之外,国外已关闭停产。(2) 流淌床裂解 该裂解方法是在
10、催化裂化技术根底上进展的烃类裂解技术。TPC 法、Lurgi-Rubrgas 砂子炉法,BASF 流淌床法,K-K 法均为代表性的流淌床裂解技术。(3) 流化床局部氧化裂解 该裂解方法是在流化床反响器中将空气或氧气混入原料烃,局部原料烃燃烧产生的热量供其剩余原料烃进展裂解反响也称为自然裂解法。其致命弱点是裂解气分别大大简洁,不行避开地将增加分别系统的投资和操作费用。因而该方法难以进展。高温水蒸汽裂解 该裂解方法是以水蒸汽为热载体,利用高温水蒸汽的热量为裂解反响供热,其关键是高温水蒸汽的发生。(4) 高温水蒸汽裂解 该裂解方法是以水蒸汽为热载体,利用高温水蒸汽的热量为裂解反响供热,其关键是高温水
11、蒸汽的发生。(5) 管式炉裂解 该裂解方法是以间壁加热方式为烃类裂解供给热量。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“开头”裂解的温度。将烃 /水蒸汽混合物送至高温辐射管连续开高温度,以进展裂解。该方法是国内外普遍承受的裂解方法。(6) 加氢热裂解 该裂解方法是以管式炉裂解技术为根底用氢气代替水蒸汽做稀释剂的裂解技术。(7) 催该裂解 该裂解方法是在催化剂存在条件下,对石油烃进展高温裂解的过程,该方法烯烃收率较高,同时芳烃的收率也有所提高炉内结焦也有限,因此该方法前景为光明。(8) 小结在烃类裂解生产乙烯的各种裂解方法中,对轻烃、石脑油、煤油、轻柴油、甚至局部重柴油等裂解原料,至
12、今仍是管式炉热裂解法在工业生产中占确定优势。当使用减压柴油或常压重油作裂解原料时,催化裂化法显示出相当的竞争力。估量,在重质油裂解方面,催化裂化法前途格外可观。裂解气的分别法(1) 深冷分别法 由于裂解气中的氢及不同碳数烃的沸点不同,可以利用各组分相对挥发度的不同,在不同温度条件下承受精馏方法进展分别,这种承受低温精馏分别裂解气中甲烷和氢的方法,称为深冷分别法。目前大都承受此种分别方法。(2) 油吸取分别法 油吸取法是利用吸取剂如碳三碳四馏分吸取裂解气中分别出甲烷和氢(3) 其它分别方法 工业上曾承受活性炭吸附分别方法回收低浓度乙烯气体中的乙烯。在此根底上,日本神户制钢所曾对裂解气的吸附分别法
13、进展争论,目的是用活性炭吸附分别装置分别高温裂解联产乙烯和乙炔的裂解气。其中试装置所得乙烯和乙烯的回收率为 8590.由于经济性差,难于实现工业化。2.1.2 乙烯生产的其它方法除烃类裂解生产乙烯和丙烯外,由炼厂气回收乙烯和丙烯,也是工业上生产烯烃的主要来源之一。此外,承受丙烷催化脱氢的工艺由丙烷生产的丙烯技术也实现了工业化,近来在乙烷脱氢生产乙烯方面的争论也取得进展。在石油化工进展的早期,由乙醇脱水制乙烯和焦炉气深冷分别回收乙烯,均为乙烯工业生产的途径之一。随着碳一化学的进展,由合成气制乙烯或以合成气经甲醇制乙烯的生产路线受到广泛的重视,近期,以甲烷偶合氧化制乙烯的争论又取得很大进展。但是,
14、在油价相对稳定的状况下,估量在相当时期中,碳一化学的乙烯生产路线,尚难与烃裂解竞争。2.2 *乙烯厂乙烯生产工艺技术简介2.2.1 装置简介*乙烯以石脑油为原料,管式炉裂解来生产乙烯。*乙烯装置承受美国鲁姆斯专利技术,由加拿大公司总承包,日本东洋工程公司负责工程设计。本装置包括两套工艺单元:即乙烯单元和汽油加氢单元。以丙烷馏分、丁烷馏分、重整液化气、重整泊头油、直流石脑油及不凝气、粗丙烷为原料。承受五台 SRT-型裂解炉和一台CBL-型裂解炉裂解,经急冷、压缩、挨次深冷分别等工序年产 14 万吨/聚合级乙烯、6 万吨/年聚合级丙烯及 4.8 万吨/年加氢汽油。同时装置还设有水精制、热水和污水处
15、理三套关心装置。2.2.2 根本原理 裂解烃类裂解过程是一个格外简洁的化学反响过程,对于石脑油的裂解,因其组分简洁,目前尚未得出统一结论,一般包括下述局部:链烷烃的裂解生成乙烯,丙烯的反响。丙烯、丁烯的裂解,加氢生成乙烯,甲烷的反响。烯烃或二烯烃的聚合环化反响。环烷烃的脱环基反响,开环裂解反响。环烷烃的开环脱氧反响,脱氢反响。烷基芳烃的脱烷基反响。芳烃的重缩合反响,生成多环芳香族烃反响,连烷烃的裂解目前认为是游离基的连锁反响。乙烷裂解:连锁开头:C2H+ C H 2CH+ C H626连锁传播:C2H + CH CH326+ C H 63425524C2H C H + H610C2H + HC
16、2H + H525连锁停顿:C2H+ C H25C5H石脑油裂解:3连锁开头:R1HR2+ R 1连锁传播:R2+ RR + R3HR3HRH + R 1H + R 12nR1CnH51+ R 44连锁停顿:R1+ R 生成物 分别 脱硫裂解气中酸性气体的去除在裂解气压缩机三、四段段间碱洗塔内进展,发生的中和反响如下:2H S +2NaOHNa2S+2H O2H S +Na22SNaHSCOS+2NaOHNaSC0ONa+Na2S2NaSC0ONa+2NaOHNa2CO3+HO+Na S22CO2+2NaOHNa2CO3+H O2SO2+2NaOHNa2SO3+H O 乙炔加氢本装置承受气相
17、C2 馏分产品选择性加法脱除乙炔,加氢反响是在含 Cat 存在下进展的,反响式如下:2242266主反响:C2H2+H C H +42.200 千卡/公斤分子副反响:C2H2+H C H +76.500 千卡/公斤分子2C H +H24C2H+33.8 千卡/公斤分子C2H22C+H2+54.500 千卡/公斤分子2C H22+H2高分子烯烃或固体聚合物+发热量选择催化剂加氢反响分三个过程第一:C 馏分及 H 从气相集中 Cat 外表,并在其上进展吸附,为到达选择性化加氢的目的,首先要求 Cat 对于乙炔的吸附力气大于对乙烯的吸附力气。其次:吸附的 C2 馏分在 Cat 上进展加 H,吸附的乙
18、炔和吸附的 H 原子加氢H 生成吸附的乙烯基,吸附的乙烯基发生歧化反响生成吸附乙烯。第三:生成的吸附乙烯进展而脱附为乙烯,为削减乙烯进一步加 H 生成乙烷,要求 Cat 对乙烯的吸附力气假设,即要求乙烯的脱附速度大于乙烯进一步加氢生成乙烷的脱附速度。 甲基乙炔及丙二烯的脱除装置利用液相 C 3产品选择性催化加氢的方法脱除甲基乙炔和丙二烯,Cat 为钯系Cat,反响如下:2626主反响:C3H4甲基乙炔+H C3H +38000 千卡/公斤分子C3H4丙二烯+H C3H +39600 千卡/公斤分子238248248副反响:C3H6+H C H +30.000 千卡/公斤分子C4H6+H C H
19、 +26.800 千卡/公斤分子C4H8+H C H +30.400 千卡/公斤分子C4H8高分子聚合物+发热量 CO 的脱除使用镍系 Cat 进展甲烷化反响脱除 CO2主反响:CO+3HCH + H O42422CO +4H2CH+ 2H O226副反响:C2H4+H C H2.2.3 工艺流程 原料的预处理4来自界区外的C+拔头油和石脑油物料热交换器EA-181C4+TOP、EA-182NAP加热到 60进入裂解炉。 原料的灵敏性气态原料,即乙烷、丙烷和液化气能在三台裂解炉中裂解。对于工况1、2、3、4 裂解生产操作组态概括如下:表 2-1工况 1、2、3、4 裂解生产操作组态操作炉/炉管
20、数目物料数乙烷1112丙烷333乙烷/丙烷2213乙烷/液化气223丙烷/液化气223C +拔头油98993石脑油2573炉管数161620205裂解炉数44555工况 1工况 2工况 3工况 4每组原料连接的管4 裂解和急冷供给 5 台 SRT-IV HS 裂解炉及 1 台 CBL-型炉,5 台裂解炉为正常操作,一台作为备用。在清焦期间备用炉可以连续进展操作以到达最大生产力气。来自于罐区的液体物料加热到 60进入裂解炉。循环乙烷在进入裂解炉之前,在冷箱中被丙烯冷剂 EA-321 再次加热,循环丙烷先被丙烯冷剂汽化,接着和来自界区外的被裂解气汽化和 EA-238 的颖丙烷相混合,作为裂解炉的原
21、料。来自界区外的颖液化气在进入裂解炉之前用 EA-117 低压蒸汽汽化。以 SRT-IV HS炉为例,到全部裂解炉的每根炉管的烃进料都有流量把握,烃首先在对流段的最上部盘管中预热,再注入稀释蒸汽,然后烃与稀释蒸汽的混合物在进入辐射段炉管发生裂解反响的地方之前返回对流段进一步预热,每个炉子中的四根辐射段炉管的出口在炉膛内成对地合并,送到每台炉的两台废热锅炉TLE中,把握出口温度:820880,每台炉的两台废热锅炉通过热虹吸系统与每台炉共用的一台汽包相连,发生 126 kg/cm2.G 的蒸气,到每个汽包的锅炉给水用急冷油来自EA-138 换热器和对流段烟道气预热在TLE 中发生蒸汽。然后在裂解炉
22、的对流段过热器盘管中过热到 525,用锅炉给水注入到局部过热蒸汽中的方法把握过热器出口的温度。减温后,蒸汽返回对流段最终过热到预期的温度。设计的裂解炉总的热效率约为 95%,对于全部裂解炉的燃料燃烧系统都设计为底部和侧壁烧咀既能烧富氢燃料气,也能烧富甲烷燃料气。正常状况下气体燃料是氢气-甲烷混合物,底部烧咀供给炉子所需总热量的 60%,余下的热量由侧壁烧咀来供给。来自 TLE 的裂解炉流出气体集合到输送线的总管中,用油急冷后送到汽油分馏塔(DA-101)。在汽油分馏塔 DA-101,裂解气被进一步冷却,裂解燃料油产品在汽油分馏塔的底部和侧线采出,从裂解气中回收的热量首先通过急冷油系统,EA-1
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