第三章烃类热裂解优秀课件
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化工工艺学-第三章ppt课件
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急冷换热器
先进行油急冷，再发生高压蒸汽进一 步冷却裂解气的一种急冷锅炉。急冷油 由上部送入，部分沿内壁流下并形成油 膜，可防止结焦和污物粘附在器壁上。
.
管式炉的结焦与清焦
结焦 1.裂解炉辐射盘管管壁温度超过设计值； 2.裂解炉辐射段入口压力增加值超过设计值； 或急冷换热器出口温度、进出口压力超过设计值。 清焦方法 （1）停炉清焦 将进料及出口裂解气切断后，用惰性气体或水蒸 气清扫管线，逐渐降低炉管温度，然后通入空气和水蒸气烧焦。 反应为
.
表示裂解过程的几个常用指标
（1）转化率：
对于复杂的混合物如石脑油、轻柴油等，常选正戊烷为代表组分， 以正戊烷的转化率表示石脑油、轻柴油等反应进行的程度。
（2）动力学裂解深度函数：
动力学裂解深度函数义KSF是从原料性质和反应条件两个方面来 反映裂解深度的，以动力学的方法组合了原料的裂解反应动力学性 质、温度、停留时间的关系。
冷冻法、吸收法、吸附法。现在广泛采用的方法是吸附法，吸 附剂有硅胶、活性氧化铝、活性铁、钒土、分子筛等。
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炔烃脱除
原因： 1.含量要求：裂解气中含有少量炔烃，如乙炔、丙炔以及丙二烯 等，在聚乙烯生产中，要求乙炔＜10-6、甲基乙炔＜5×10-6。2.工 艺要求：在高压聚乙烯生产中，由于乙炔的积累．使乙烯分压降 低，乙炔分压升高，当乙炔分压过高时可引起爆炸。 催化加氢脱炔法 反应原理：含有炔烃的裂解气，在催化剂的存在下进行选择加氢， 乙快转化为乙烯或乙烷从而达到脱除乙炔的目的。其反应为
.
(2)环烷烃热裂解 发生断链和脱氢，生成乙烯、丁烯、丁二烯、芳烃等
如环己烷裂解:
.
环烷烃侧链的断裂比烃环断裂容易：
环烷烃裂解反应规律： a侧链烷基比烃环易裂解，乙烯收率高。 b环烷烃脱氢比开环反应容易，生成芳烃可能性大。 c长侧链的环烷烃断侧链时，首先在侧链的中央断裂，至 烃环不带侧链为止；五元环比六元环较难开环。 d环烷烃裂解反应难易程度：侧链环烷烃＞烃环，脱氢 ＞开环。原料中环烷烃含量增加，则乙烯收率下降，丙烯 、丁二烯、芳烃收率增加。 .
急冷换热器
先进行油急冷，再发生高压蒸汽进一 步冷却裂解气的一种急冷锅炉。急冷油 由上部送入，部分沿内壁流下并形成油 膜，可防止结焦和污物粘附在器壁上。
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管式炉的结焦与清焦
结焦 1.裂解炉辐射盘管管壁温度超过设计值； 2.裂解炉辐射段入口压力增加值超过设计值； 或急冷换热器出口温度、进出口压力超过设计值。 清焦方法 （1）停炉清焦 将进料及出口裂解气切断后，用惰性气体或水蒸 气清扫管线，逐渐降低炉管温度，然后通入空气和水蒸气烧焦。 反应为
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表示裂解过程的几个常用指标
（1）转化率：
对于复杂的混合物如石脑油、轻柴油等，常选正戊烷为代表组分， 以正戊烷的转化率表示石脑油、轻柴油等反应进行的程度。
（2）动力学裂解深度函数：
动力学裂解深度函数义KSF是从原料性质和反应条件两个方面来 反映裂解深度的，以动力学的方法组合了原料的裂解反应动力学性 质、温度、停留时间的关系。
冷冻法、吸收法、吸附法。现在广泛采用的方法是吸附法，吸 附剂有硅胶、活性氧化铝、活性铁、钒土、分子筛等。
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炔烃脱除
原因： 1.含量要求：裂解气中含有少量炔烃，如乙炔、丙炔以及丙二烯 等，在聚乙烯生产中，要求乙炔＜10-6、甲基乙炔＜5×10-6。2.工 艺要求：在高压聚乙烯生产中，由于乙炔的积累．使乙烯分压降 低，乙炔分压升高，当乙炔分压过高时可引起爆炸。 催化加氢脱炔法 反应原理：含有炔烃的裂解气，在催化剂的存在下进行选择加氢， 乙快转化为乙烯或乙烷从而达到脱除乙炔的目的。其反应为
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(2)环烷烃热裂解 发生断链和脱氢，生成乙烯、丁烯、丁二烯、芳烃等
如环己烷裂解:
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环烷烃侧链的断裂比烃环断裂容易：
环烷烃裂解反应规律： a侧链烷基比烃环易裂解，乙烯收率高。 b环烷烃脱氢比开环反应容易，生成芳烃可能性大。 c长侧链的环烷烃断侧链时，首先在侧链的中央断裂，至 烃环不带侧链为止；五元环比六元环较难开环。 d环烷烃裂解反应难易程度：侧链环烷烃＞烃环，脱氢 ＞开环。原料中环烷烃含量增加，则乙烯收率下降，丙烯 、丁二烯、芳烃收率增加。 .
第3章-烃类热裂解.
图3-8
不同温度下乙烯收率随停留时间的变化
温度-停留时间对产品收率的影响可以概括如下：
①高温裂解条件有利于裂解反应中一次反应的进行，而短停留 时间又可抑制二次反应的进行。
因此，对给定裂解原料而言，在相同裂解深度条件下，高温-短停留时间 的操作条件可以获得较高的烯烃收率，并减少结焦。
②高温-短停留时间的操作理。 三个阶段：链引发反应、链增长反应和链终止反应。 裂解反应的特征：一次反应和二次反应。 一次反应：原料烃在裂解过程中首先发生的原料烃裂解反应；
生成目的产物乙烯、丙烯的反应属于一次反应，这是希望发生的反应，千 方百计促使一次反应的充分进行。
二次反应：一次产物继续发生的后续反应；
第 3章
烃类热裂解
3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 裂解过程的工艺参数和操作指标 管式裂解炉及裂解工艺过程 裂解气的预分馏及净化 压缩和制冷系统 裂解气的精馏分离系统 乙烯工业的发展趋势
乙烯、丙烯和丁二烯等低级烯烃分子中具有双键，化学性质活泼， 能与许多物质发生加成、共聚或自聚等反应，生成一系列重 要的产物，是化学工业的重要原料。 工业上获得低级烯烃的主要方法是将烃类热裂解。 原料:石油系烃类原料 方法:高温 反应类型:碳链断裂:不可逆 脱氢:可逆 产物分布:小分子的烯烃、烷烃等 副产:氢气_
烷烃的分子量愈小，其总产率愈高。 异构烷烃的烯烃总产率低于同碳原子数的正构烷烃，但随着分子量的增大， 这种差别减小。
②烯烃（O）—大分子烯烃裂解为乙烯和丙烯；
烯烃能脱氢生成炔烃、二烯烃，进而生成芳烃。
③环烷烃（N）—在通常裂解条件下，环烷烃生成芳烃的反应优 于生成单烯烃的反应。
相对于正烷烃来说，含环烷烃较多的原料丁二烯、芳烃的收率较高，而 乙烯的收率较低。
化学工艺学课件04裂解反应过程
则要取决于自由基的夺氢反应和分解反应的
学 工
总结果。
程 与
工
艺
教
研
室
化
学 工
3.1.2
烃类裂解的反应机理-链增长
艺
学
? 电
子
裂解产物中各种不同碳原子数的烯烃的比
教 案
例(丙烷)
链引发
链增长途径A:
化 学 工 程 与 工 艺 教 研 室
化
学 工
3.1.2
烃类裂解的反应机理-链增长
艺
学
电
子
教
案
? 链增长途径B:
化
学 工
3.1.1 烃类裂解反应规律-异构烷烃
艺
学 电 子 教
(2)异构烷烃的裂解反应
与正构烷烃相比有如下特点：
案
? C-C键或C-H键的键能较正构烷烃的低，故容易裂
解或脱氢。
? 脱氢能力与分子结构有关，难易顺序为叔碳氢 >仲 碳氢>伯碳氢。
? 异构烷烃裂解所得乙烯、丙烯收率远较正构烷裂解
所得收率低，而氢、甲烷、 C1及C4以上烯烃收率 较高。
案 ? 烷烃裂解(脱氢或断链 )是强吸热反应，脱氢反应比
断链反应吸热值更高，这是由于 C-H键能高于C-C
键能所致。
? 断链反应有较大负值，是不可逆过程，而脱氢反应 是正值或为绝对值较小的负值，是可逆过程，受化 学平衡限制。
? 断链反应，从热力学分析 C-C键断裂在分子两端的
优势比断裂在分子中央要大；断链所得的分子，较 化
化
学 工
第三章 烃类热裂解
艺
学 电
?3.1 热裂解过程的化学反应
子
教 案
?3.2 裂解过程的工艺参数和操作指标
第三章 烃类热裂解.
乙烷裂解的自由基反应历程
链引发反应
CH 3 C 2 H 6 CH 4 C 2 H 5
2
k
1
CH 3 CH 3 2 CH 3
链增长反应（自由基夺氢反应、自由基分解反应）
C2 H 5 C 2 H 4 H
3
k
k
反应链
H C2 H 6 H 2 C 2 H 5
低级烃类分解为碳和 氢的 △G 都是很大的 负值，说明它们在高 温下部有强烈分解的 倾向，但由于动力学 上阻力甚大，并不 能—步就分解为碳和 氢，而是经过在能量 上较为有利的生成乙 炔的中间阶段：
0 1000k
C2H4
－H 2
CH3C
CH
－H 2
Cn
各种烃类分解为碳和氢的G 1000Kº 都是很 大的负值，在高温下都有分解为碳和氢的 趋势；
焦和碳的区别
形成过程不同：烯烃经过炔烃中间阶段
而生碳；经过芳烃中间阶段而结焦
氢含量不同：碳几乎不含氢，焦含有微 量氢（0.1-0.3％）
三、烃类热裂解反应机理及动力学
(一)反应机理
烃类裂解的反应机理有自由基链反应机理和分子反应机理。
1900年M.Gomberg首次发现自由基的存在；
1934年F.O.Rice用自由基链反应历程解释了低级烷烃热裂
异构烷烃 ＞ 正构烷烃 ＞ 环烷烃 (C6＞C5) ＞ 芳烃
二、烃类热裂解的二次反应
烃类热裂解过程的二次反应远比一次反应 复杂。原料经过一次反应生成了氢、甲烷 和一些低分子量的烯烃如乙烯、丙烯、丁 烯、异丁烯、戊烯等，氢和甲烷在该裂解 温度下很稳定而烯烃则可继续反应。 在二次反应中除了较大分子的烯烃裂解能 增产乙烯、丙烯外，其余的反应都要消耗 乙烯，降低乙烯的收率。 应当尽量避免二次反应。
第三章 烃类热裂解-1
乙烯收率提高
104/T
图 k值与温度的关系
• 由图可看出，升高温度有利 于提高一次反应对二次反应 的相对速度。故虽从热力学 分析升高温度有利于乙炔和 碳的生成，但因高温时一次 升高温度 反应在动力学上占更大的优 势，所以有利于提高乙烯的 收率。 • 另外从图还应看到，温度升 高，一次反应和二次反应的 绝对速度均加快，焦的绝对 生成量也会增加。因此在采 用高温裂解时，必须相应改 变停留时间等其他操作条件 以减少焦的生成。
C2 H 6 C2 H 4＋H 2
K p1 K p2
C2 H 4 C2 H 2＋H 2
C2 H 2 2C＋H 2
K p3
• 下表为下列三个反应在不同温度条件下的平衡常数值。
• 由表可看出，随着温度的升高，乙烷脱氢和乙烯脱氢两个反应 的平衡常数Kp1和Kp2都增大，而（Kp2，T）／（Kp2,1100K）比
• 从化学平衡的观点看。如使裂解反应进行到
平衡，所得烯烃很少，最后生成大量的氢和
碳。为获得尽可能多的烯烃，必须采用尽可
能短的停留时间进行裂解反应 。
• 从动力学来看，由于有二次反应，对每种原 料都有一个最大乙烯收率的适宜停留时间。
短停留时间对生成烯烃有利
温度---停留时间效应
从裂解反应动力学方程可以看出，对给定原料而言， 裂解深度(转化率)取决于裂解温度和停留时间。 不同温度-停留时间组合，裂解结果不同。
主要用于液体燃料，K值 可以通过下式算出：
其中，TB：立方平均沸点，K
i：i组分的体积分数
15 6 d15..6 : 相对密度（ .6C） 15
Ti： i组分的沸点，K
• K值反映了烃的氢饱和程度
• K值以烷烃最高，环烷烃次之，芳烃最低。 • 原料烃的K值越大则乙烯产率越高。乙烯和 丙烯总体收率大体上随裂解原料K值的增大
104/T
图 k值与温度的关系
• 由图可看出，升高温度有利 于提高一次反应对二次反应 的相对速度。故虽从热力学 分析升高温度有利于乙炔和 碳的生成，但因高温时一次 升高温度 反应在动力学上占更大的优 势，所以有利于提高乙烯的 收率。 • 另外从图还应看到，温度升 高，一次反应和二次反应的 绝对速度均加快，焦的绝对 生成量也会增加。因此在采 用高温裂解时，必须相应改 变停留时间等其他操作条件 以减少焦的生成。
C2 H 6 C2 H 4＋H 2
K p1 K p2
C2 H 4 C2 H 2＋H 2
C2 H 2 2C＋H 2
K p3
• 下表为下列三个反应在不同温度条件下的平衡常数值。
• 由表可看出，随着温度的升高，乙烷脱氢和乙烯脱氢两个反应 的平衡常数Kp1和Kp2都增大，而（Kp2，T）／（Kp2,1100K）比
• 从化学平衡的观点看。如使裂解反应进行到
平衡，所得烯烃很少，最后生成大量的氢和
碳。为获得尽可能多的烯烃，必须采用尽可
能短的停留时间进行裂解反应 。
• 从动力学来看，由于有二次反应，对每种原 料都有一个最大乙烯收率的适宜停留时间。
短停留时间对生成烯烃有利
温度---停留时间效应
从裂解反应动力学方程可以看出，对给定原料而言， 裂解深度(转化率)取决于裂解温度和停留时间。 不同温度-停留时间组合，裂解结果不同。
主要用于液体燃料，K值 可以通过下式算出：
其中，TB：立方平均沸点，K
i：i组分的体积分数
15 6 d15..6 : 相对密度（ .6C） 15
Ti： i组分的沸点，K
• K值反映了烃的氢饱和程度
• K值以烷烃最高，环烷烃次之，芳烃最低。 • 原料烃的K值越大则乙烯产率越高。乙烯和 丙烯总体收率大体上随裂解原料K值的增大
03 烃类热裂解5PPT课件
内 于低温精馏塔来说，可以不用较低温度级位的冷剂，
蒙 古
降低能量消耗及制冷系统设备费用。此外，塔温
工 高．也降低对设备材质的要求。②上升蒸气的相对
业 大
密度增加，从而使单位设备处理量增加，降低设备
学 化
费用。
工 学
但是，提高压力也有其不利的影响：①相对挥发度下
院---
降，塔板数增多或者回流比增大，从而造成设备费
学-
---
2020/11/18
6
3 烃类在 温热-度1低裂00，～解极-1易60散℃冷下，操用作绝的热低材温料设把备高。效由板于
式换热器和气液分离器等都放在一个箱子
总的来看，低里压。节它能的，原但理操是作用温节度流低膨，胀材来质获要得求低高温，。
投资增大，它操的作用复途杂是；依高靠压低相温反来。回收乙烯，制取富
用过低制冷温度考虑，应可能采用较高的操作压力，
工 学
但有一定限制，如图，压力提高，相对挥发度降低，
院---
操 作 压 力 的 极 限 是 4 . 4 MPa。 一 般 分 为 高 压 ( 3 . 0 -
化 学
3.2MPa)、中压(1.05-1.25MPa) 、低压(0.6-
工 艺
0.7MPa) 压力变化还影响能耗。
工 学
目前大型乙烯装置多采用前冷工艺，后冷工艺逐渐被
院---
取代。
化 学
⑷典型流程
工
艺
学-
---
2020/11/18
8
3 烃类热裂解
3.6.4乙烯塔
分离C2馏分，塔顶产品乙烯，塔釜产品乙烷，乙烯纯
度要达到聚合级，直接影响产品的产量和质量；操
内 蒙
作温度仅次于甲烷塔，冷量消耗占总制冷量比例较
第三章 烃类热裂解
烃类热裂解
2020/8/6
1
烃类热裂解
∆ 石油二次加工过程，石油化工的基础 不用催化剂，将烃类加热到750-900℃发生热裂解
∆ 原料： 石油系烃类原料（天然气、炼厂气、轻油、柴油、重油等） 低分子烷烃（乙烷、丙烷）
∆ 主要产品： 三烯 （乙烯、丙烯、丁二烯） 三苯 （苯、甲苯、二甲苯）
2020/8/6
2020/8/6
24
3.1 热裂解过程的化学反应
3.1.3 裂解原料性质及评价
2020/8/6
25
裂解原料性质及评价
➢ 族组成---PONA值 ➢ 氢含量 ➢ 特性因数 ➢ 芳烃指数
2020/8/6
26
族组成－PONA值
∆ 适用于表征石脑油、轻柴油等轻质馏分油
烷烃P (paraffin)
烯烃O (olefin)
2020/8/6
12
3.1.1.3 芳烃的裂解反应及 反应规律
a. 烷基芳烃的侧链脱烷基反应或断键反应 b. 环烷基芳烃的脱氢和异构脱氢反应 c. 芳烃缩合反应 产物：多环芳烃，结焦
特点：不宜做裂解原料
2020/8/6
13
3.1.1.4 裂解过程的结焦生碳反应
∆各种烃在高温下不稳定 ∆900-1000℃以上经过炔烃中间阶段而生碳；
⑵ 烷烃分子量越大，越难裂解还是越易裂解?
随着碳链的增长，其键能数据下降，表明热稳定性下降，碳 链越长裂解反应越易进行。
⑶ 叔、仲、伯烷烃脱氢能力自大到小，如何排序?
脱氢能力与分子结构有关，难易顺序为叔碳氢>仲碳氢>伯碳 氢。
⑷ 直链烷烃与带支链烷烃，哪个更易断裂？
带支链的C-C键或C-H键的键能较直链烃的相应键能小,易断 裂。
2020/8/6
1
烃类热裂解
∆ 石油二次加工过程，石油化工的基础 不用催化剂，将烃类加热到750-900℃发生热裂解
∆ 原料： 石油系烃类原料（天然气、炼厂气、轻油、柴油、重油等） 低分子烷烃（乙烷、丙烷）
∆ 主要产品： 三烯 （乙烯、丙烯、丁二烯） 三苯 （苯、甲苯、二甲苯）
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3.1 热裂解过程的化学反应
3.1.3 裂解原料性质及评价
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裂解原料性质及评价
➢ 族组成---PONA值 ➢ 氢含量 ➢ 特性因数 ➢ 芳烃指数
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族组成－PONA值
∆ 适用于表征石脑油、轻柴油等轻质馏分油
烷烃P (paraffin)
烯烃O (olefin)
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3.1.1.3 芳烃的裂解反应及 反应规律
a. 烷基芳烃的侧链脱烷基反应或断键反应 b. 环烷基芳烃的脱氢和异构脱氢反应 c. 芳烃缩合反应 产物：多环芳烃，结焦
特点：不宜做裂解原料
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3.1.1.4 裂解过程的结焦生碳反应
∆各种烃在高温下不稳定 ∆900-1000℃以上经过炔烃中间阶段而生碳；
⑵ 烷烃分子量越大，越难裂解还是越易裂解?
随着碳链的增长，其键能数据下降，表明热稳定性下降，碳 链越长裂解反应越易进行。
⑶ 叔、仲、伯烷烃脱氢能力自大到小，如何排序?
脱氢能力与分子结构有关，难易顺序为叔碳氢>仲碳氢>伯碳 氢。
⑷ 直链烷烃与带支链烷烃，哪个更易断裂？
带支链的C-C键或C-H键的键能较直链烃的相应键能小,易断 裂。
化工工艺学第三章烃类热裂解
通式： R· R'·+烯烃 生成烯烃的反应,关键反应
R· H·+烯烃
第三十五页，共215页。
第三十五页，编辑于星期一：十六点 七分。
☆自由基分解反应的规律
●自由基分解为碳原子数较少烯烃的反应活化能较小，
分解为H·和同碳数烯烃的反应活化能较大 ●自由基中带有未配对电子的碳原子，若所连的氢较少，就主要分解
第十页，共215页。
第十页，编辑于星期一：十六点 七分。
◆异构烷烃裂解规律
●C-C键和C-H键能比正构烷烃低，容易裂解或脱氢
●脱氢能力与分子结构有关，容易顺序为
叔氢＞仲氢＞伯氢
●异构烷烃裂解所得乙烯和丙烯的收率远较正构烷烃低，氢、
甲烷、C4及C4以上烯烃收率较高
●随着碳原子数的增加，异构烷烃与正构烷烃裂解所得乙 烯和丙烯收率的差异减小
第五十页，共215页。
第五十页，编辑于星期一：十六点 七分。
裂解原料中氢含量低于13%,
乙烯收率低于20%
第十二页，共215页。
第十二页，编辑于星期一：十六点 七分。
★双烯合成反应 二烯烃与烯烃生成环烯烃，再脱氢生成 芳烃
★芳构化反应 C6以上烯烃脱氢生成芳烃
第十三页，共215页。
第十三页，编辑于星期一：十六点 七分。
◆烯烃的裂解反应产物及特点
★主要产物
乙烯、丙烯、丁二烯；环烯烃、氢气
★特 点
☆烯烃主要在反应中生成
●芳烃的裂解反应
◆烷基芳烃的侧链脱烷基反应或断键反应
◆环烷基芳烃的脱氢和异构脱氢反应
第十八页，共215页。
第十八页，编辑于星期一：十六点 七分。
◆芳烃缩合反应
产物：多环芳烃，焦
特点：不宜做裂解原料
R· H·+烯烃
第三十五页，共215页。
第三十五页，编辑于星期一：十六点 七分。
☆自由基分解反应的规律
●自由基分解为碳原子数较少烯烃的反应活化能较小，
分解为H·和同碳数烯烃的反应活化能较大 ●自由基中带有未配对电子的碳原子，若所连的氢较少，就主要分解
第十页，共215页。
第十页，编辑于星期一：十六点 七分。
◆异构烷烃裂解规律
●C-C键和C-H键能比正构烷烃低，容易裂解或脱氢
●脱氢能力与分子结构有关，容易顺序为
叔氢＞仲氢＞伯氢
●异构烷烃裂解所得乙烯和丙烯的收率远较正构烷烃低，氢、
甲烷、C4及C4以上烯烃收率较高
●随着碳原子数的增加，异构烷烃与正构烷烃裂解所得乙 烯和丙烯收率的差异减小
第五十页，共215页。
第五十页，编辑于星期一：十六点 七分。
裂解原料中氢含量低于13%,
乙烯收率低于20%
第十二页，共215页。
第十二页，编辑于星期一：十六点 七分。
★双烯合成反应 二烯烃与烯烃生成环烯烃，再脱氢生成 芳烃
★芳构化反应 C6以上烯烃脱氢生成芳烃
第十三页，共215页。
第十三页，编辑于星期一：十六点 七分。
◆烯烃的裂解反应产物及特点
★主要产物
乙烯、丙烯、丁二烯；环烯烃、氢气
★特 点
☆烯烃主要在反应中生成
●芳烃的裂解反应
◆烷基芳烃的侧链脱烷基反应或断键反应
◆环烷基芳烃的脱氢和异构脱氢反应
第十八页，共215页。
第十八页，编辑于星期一：十六点 七分。
◆芳烃缩合反应
产物：多环芳烃，焦
特点：不宜做裂解原料
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在线清焦：交替裂解法和水蒸气、氢气清焦 法。切换物料。
其它方法：加入助剂，起到抑制作用。
清焦的化学反应和控制指标
C + O2 2C + O2 C + H2O
CO2 + Q 2CO + Q CO + H2+ Q
出口干气中CO+CO2含 量低于0.2%~0.5%， 清焦结束。
（四）预分馏工艺过程 轻烃裂解装置的预分馏流程
乙烯裂解炉管
SRT裂解炉的结构及改进
• 炉型：烧嘴 侧壁无焰烧嘴
侧壁烧嘴与底部烧嘴联合
• 盘管结构：
炉管的排列：多程 双程 减少结焦部位，延长操作周期
结构：光管 带内翅片 降低管内热阻 延长清焦周期
管径：等径 分支 增大比表面积，传热强度量增加
变径 缓解管内压力的增加
材质：HK-40 HP-4 提高热强度
预分馏的目的和任务
① 尽可能降低裂解气的温度 ② 尽可能分馏出裂解气的重组分 ③ 在裂解气的预分馏过程中，将裂解气中的
稀释蒸汽以冷凝水的形式分离回收，用以 再发生稀释蒸汽 ④ 继续回收裂解气低能位热量
预分馏过程的作用
① 保证裂解气压缩机的正常运转，并降低裂解 气压缩机的功耗，减少进入压缩分离系统的 进料负荷；
油品闪点
• 定义：石油产品在规定条件下，加热到它的蒸汽 与火焰接触发生瞬间闪火时的最低温度。
• 油品的危险等级是根据闪点来划分的。 • 从闪点可判断油品组成的轻重，油品越轻，闪点
② 大大减少污水排放量； ③ 合理的热量回收：
急冷油用于发生稀释蒸汽； 急冷水用于分离系统的工艺加热。
（二）预分馏主要过程--急冷
急冷的目的
终止裂解反应, 回收废热.
• 急冷的意义
决定清焦周期，甚至决定裂解炉的周期
影响全装置的能耗和原料的单耗
急冷方式
急 间接急冷
冷 方
式 直接急冷
• 用换热器回收大量的热量， 冷却介质用高压水，以提高 蓄热能力。
• 冷却介质（水、油）与 裂解气直接接触，适用 于极易结焦的重质烃。
一般工业上采用间接急冷
急冷方式比较
直接急冷
间接急冷
•设备费少 操作简单
•回收高品位的热能
•传热效果好
•能量利用合理
•产 生 大 量 含 油 污 水 ， •无污水
难分离
•不如直接方式中冷热物流
•不能回收高品位的热能 接触空间大
• 结焦比较严重
800～900℃
原料 裂解炉
200～300℃
废热锅炉
急冷水 水洗塔
裂解气 40℃
冷
却
裂解汽油
稀释蒸汽发生器
油水分离器
80℃
馏分油裂解装置的裂解气预分馏过程
950～1050℃
220～300℃
100～110℃
180～200℃
补充：（五）裂解汽油与裂解燃料油
裂解汽油
C5至沸点204℃以下的所有裂解副产物， 其组成与原料油性质和裂解条件有关。 用途
经一段加氢可作为高辛烷值汽油组分
进行两段加氢，经芳烃抽提分离芳烃产品 全部加氢 C5 C6~C8 C9-204℃
裂解燃料油
烃类裂解副产的沸点在200℃以上的重组分。 分类及控制指标
– 裂解轻质燃料油 200~360℃馏分 相当柴油馏分 闪点应控制在70~75℃以上
– 裂解重质燃料油 360℃以上馏分 相当于常压重 油馏分 闪点应控制在100℃以上
使裂解气在0.01~0.1s内骤冷至露点左右 减少急冷换热器结焦的措施
1、控制停留时间 ： 一般控制在0.04s以下 2、控制裂解气冷却温度不低于其露点
急冷换热器出口温度：T出 = 0.56TB +α
（三）结焦与清焦
结焦的判断
• 在进料量不变的情况下，检查进料压力的变 化，因为进料压差与设备压差有关，而结焦 则影响压差
不同裂解原料的急冷方式
裂解原料 稀释蒸 汽含量
乙、丙 较少 丁烷
石脑油 中等
急冷 负荷
较小
中等
重组分液 体产物含 量
较少
结焦
较不 易
间接 急冷
油直 冷
中等
较易
水直 冷
轻柴油 较多 较大 很多
较易
重柴油 很多 很大 很多
很易
急冷换热器
工艺要求： • 传热强度大 • 能够承受大压差和热量传递所引起的温差 • 便于清焦
混合管裂解炉(LSCC) 单双排混合型变径炉管
四、 裂解气的预分馏
预分馏的目的与任务 急冷与急冷换热器 结焦与清焦 预分馏工艺过程 裂解汽油与裂解燃料油
（一）预分馏过程
将裂解炉出口的高温裂解气中的重组 分，如燃料油、裂解汽油、水分等通过冷 却手段进行分馏，再送至下一步压缩、净 化、深冷分离工段。
由气化的烃原料和水蒸气使之流态化
并进行裂解反应。
裂 • 固定床裂解（蓄热炉）
解 炉
• 流化床裂解（沙子炉）
热裂解的工艺方法改进目标
扩大裂解原料 获得最大的乙烯产率 付出更少的能量 有效的除焦方法 先进的供热和热能回收手段
三、SRT (Short Residence Time) 管式裂解炉的发展
不同裂解炉改进措施对ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ艺性能的影响
• 不同辐射盘管裂解工艺性能 • 不同SRT炉型的裂解产品收率 • 变径管分析 • 不变径与变径反应管的比较
表3-20 表3-21 表3-22 表3-23
其它管式裂解炉
超选择性裂解炉（USC) 单排双面辐射多组变径炉管 出口与在线USX直接相连接
毫秒炉（USRT) 直径较小的单程直管
• 60年代初期 SRT-Ⅰ型炉 双辐射立管 实现了高温、短停留时间
• 60年代中期 SRT-Ⅱ型炉 分叉变径炉管；降低烃分压
• 70年代中期 SRT-Ⅲ型炉 材质；炉内管排增加： 提高热强度，提高生产能力
• 80年代 SRT-Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ型炉 多分支变径管，带内翅片 2程，停留时间缩短，降低管内 热阻，延长清焦周期
• 原料进出口的温差不变，若燃料消耗量增加， 则说明传热性差，应是结焦严重，热能利用 率低
• 裂解产物中乙烯的含量下降
结焦的后果
传热系数下降（热量利用率低） 压差升高（设备阻力增大） 乙烯收率下降 能耗增大
工业上清焦的方法
停炉清焦：切断进料及出口，用惰性气体或 水蒸气清扫管线，再用空气和水蒸气烧焦。
第三章烃类热裂解
一、热裂解反应过程的特点
• 强吸热反应 -------- 高温 • 存在二次反应 ------- 短停留时间，低烃分压 • 反应产物是复杂的混合物
供热方式
裂解设备
裂解装置的性能和技术水平的反映
二、 热裂解的工艺方法
供 • 间接供热
管式炉裂解
热 方
• 直接供热
以小颗粒固体如金属氧
式 化物、 砂子、焦炭、熔盐为载热体，