乙烯装置分离工段------丙烯精馏工序工艺设计

乙烯装置分离工段------丙烯精馏工序工艺设计摘要乙烯是石油化学工业中最重要基础有机原料之一。

由乙烯装置生产的乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯，即“三烯三苯”是生产各种有机化工原料和合成树脂、合成纤维、合成橡胶三大合成材料的基础原料，涉及到国民生活的各个方面。

所以,乙烯生产能力的大小直接影响着乙烯及其他衍生物的供应。

其产能是衡量一国乙烯竞争力的重要标准,也是衡量一个国家石油化工产业的重要标志。

乙烯装置是石油化工行业的龙头装置，对应乙烯装置，石油烃裂解制乙烯技术研究始于20世纪30年代，经过近70年的发展，裂解技术日臻完善，目前该技术所生产的乙烯已经占到世界乙烯总产量的98%以上。

本次设计参考了**乙烯厂的部分资料，以生产实践为基础，理论联系实际，针对乙烯装置分离工段进行重点设计。

设计生产能力为年生产10万吨。

本设计内容主要对丙烯精馏塔进行了物料衡算、热量衡算、塔型设计、尺寸计算与选型。

其中包括塔径计算、塔板布置、流体力学计算，附件的计算与选型，其中包括塔冷凝器的选择、再沸器的选取、接管及除沫器的计算、塔高的计算等内容。

设计过程中查阅了大量的文献资料，并以**乙烯厂装置为参考，设计基本达到了合理程度，绘制了工艺流程图和填料装配图。

关键词：乙烯；装置；丙烯；精馏ABSTRACT目录引言 (1)第一章、文献综述 (2)1.1设计概述 (2)1.2国内外乙烯工业的现状和发展前景 (2)1.3乙烯的主要生产方法 (3)1.3.1 烃类热裂解法生产乙烯 (3)1.3.2 乙烯的主要分离技术 (4)1.3.3 乙烯生产的其他方法 (5)第二章、乙烯等主要产品的性质和工艺流程的确定 (6)2.1乙烯等主要产品和主要副产品的性质、用途和质量规格 (6)2.1.1 聚合级乙烯 (6)2.1.2 聚合级丙烯 (6)2.1.3 主要副产品的性质、用途和质量规格 (7)2.2乙烯生产工艺技术简介 (9)2.2.1 装置简介 (9)2.2.2 基本原理 (9)2.2.3工艺流程 (10)2.2.4工艺条件控制指标 (17)第三章、乙烯装置的物料衡算 (19)3.1物料衡算 (19)3.1.1 裂解装置的物料衡算 (19)3.1.2 丙烯精馏塔物料衡算 (20)3.2热量衡算 (23)3.2.1 丙烯精馏塔热流示意图 (23)3.2.2 热量衡算 (23)3.3设备尺寸衡算与选型 (25)3.3.1 丙烯精馏塔的设备尺寸计算与选型 (25)3.3.2 丙烯精馏塔附属设备及主要附件选型与计算 (30)第四章、设计结果汇总 (36)引言乙烯是石油化工的基础原料。

随着世界经济的发展，低级烯烃的需求呈逐年增加的趋势。

目前世界上乙烯的生产绝大多数来源于蒸汽裂解制烯烃技术。

由于蒸汽裂解是石油化工中的大能耗装置，而且完全依赖不可再生的石油资源，因此研究和开发人员进行了新的乙烯生产技术的探索和开发，乙烷脱氢、催化裂解、甲烷氧化偶联和甲醇转化等乙烯生产新工艺希望能够以此作为蒸汽裂解制乙烯的补充，甚至在将来替代蒸汽裂解制乙烯。

近年来，世界乙烯装置规模大型化趋势明显。

据统计，装置规模从50万吨/年增至70万吨/年，可节省投资16%。

随着裂解炉生产能力的提高，不但单位乙烯生产能力的投资下降，而且操作成本和维修成本也相应减少，从而降低了单位乙烯的生产成本。

我国乙烯装置普遍规模较小，其平均能耗、物耗也相应较高。

对装置规模小、缺乏市场竞争力的小型乙烯装置，专家建议可借鉴大型乙烯装置改造的经验，进行扩能改造，形成中型乙烯装置以有效地提高现有装置竞争力。

第一章、文献综述1.1 设计概述乙烯在国民经济中发挥着巨大作用，乙烯产量已成为衡量一个国家经济水平的重要标志，我国最近几年乙烯产量有了很大的提高。

目前烃类热裂解法是乙烯的主要生产方法，其主要设备裂解炉的效率对乙烯生产有很大影响，因此选择好的裂解炉型将会提高乙烯产量。

乙烯的主要分离方法有：①顺序分离技术。

典型的生产工艺为ABBLummus 公司的顺序分离低压脱甲烷技术；②前脱丙烷前加氢技术。

典型工艺为Stone & Webster公司的前脱丙烷前加氢技术；③前脱乙烷前加氢技术。

典型工艺为Linde 公司的前脱乙烷前加氢技术。

本设计是对年产10万吨乙烯装置分离工段丙烯精馏工序的设计。

该设计是以**公司乙烯裂解装置为依据，同时做了部分改动。

本设计以石脑油为原料，管式炉裂解的方法生产乙烯。

主要对脱丙烷塔进行了物料衡算和热量衡算，并对其进行了工艺参数的确定以及设备尺寸计算与选型。

对丙烯精馏塔进行了物料衡算和热量衡算，并对其进行了工艺参数的确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，脱丙烷塔采用的是浮阀塔，丙烯精馏塔采用填料塔。

1.2 国内外乙烯工业的现状和发展前景经过40多年的建设发展，中国乙烯工业已跻身世界乙烯大国行列。

2005年中国乙烯生产能力达到698.8万吨/年。

近年中国经济高速发展，带动了化工产品的旺盛需求，尽管乙烯装置开工率都接近100%，但仍严重产不足需，折合乙烯当量自给率仅40%左右。

预计2010年国内乙烯当量需求量将达2700万吨，与现有能力相比有近2000万吨的供应缺口。

看到中国广阔的市场潜力，国外大石化公司纷纷通过合资方式进军中国，中国已成为世界乙烯发展的目标市场。

国内一些企业，从沿海到内地纷纷提出乙烯项目建设设想，乙烯产量将会快速增长。

20世纪70 年代以后，我国的乙烯工业有了快速的发展。

到2006年4月，我国共有乙烯装置21套。

目前，乙烯生产能力为867.5×104t/a，2005年为787.5×104t/a，产量达到753.9×104t/a，与2004年相比，分别增长30.06%和20.32%。

尽管我国的乙烯产量有了快速的增长，但是，由于国民经济的快速发展，2005年的乙烯自给率只有45%左右，远远不能满足经济持续高速发展的需求。

在“十一五”期间，我国将采取合资或独资的形式，正在建设和筹建“福建80×104t/a 乙烯、新疆100×104t/a 乙烯、天津100×104t/a 乙烯、镇海100×104t/a 乙烯、广州80×104t/a 乙烯、四川80×104t/a乙烯、抚顺80×104t/a 乙烯、武汉80×104t/a 乙烯”等大型乙烯项目，还有茂名、大庆、兰州、盘锦等乙烯造项目。

到“十一五”末或“十二五”初期，我国乙烯生产能力将会达到约1771.5×104t/a，乙烯的自给率大大提高，乙烯工业的技术水平也会大大提高。

[1]虽然我国乙烯工业已具有很好的基础，但依然存在规模偏小、布局分散、整体竞争能力不强等问题。

未来我国乙烯的发展，首先通过对现有装置的改扩建及新建装置，调整乙烯产业的布局；加快乙烯工业结构调整和产业升级，实现乙烯工业的基地化、一体化发展，努力提高我国乙烯工业的综合竞争力。

原料瓶颈的制约是我国乙烯工业健康发展的重要影响因素。

我国乙烯工业采用的是液体裂解原料路线，绝大部分需由炼油工业提供。

目前石油已成为制约我国经济和社会发展的主要瓶颈，我国每年要进口1亿吨以上原油来满足油品及化工用油的需求。

按照到2010年增1000万吨乙烯的发展目标，需增加化工轻油3500万吨，如果所需化工轻油全部由国内炼厂提供，则需增加原油加工量2亿吨以上，进口量巨大，原料问题将成为我国乙烯发展的最大瓶颈。

加强资源优化配置，在兼顾油品需求的同时，最大限度地提供化工轻油，充分利用国内外两种资源，开发多种裂解原料来源是解决乙烯原料瓶颈的有效途径。

近年来，世界乙烯工业保持了较快的发展速度，特别是亚洲(不含中东地区，下同) 、中东地区，乙烯工业发展明显快于其他地区。

2006年，世界乙烯能力达到了1120亿吨/年，其中北美、亚洲和西欧地区是世界最大的乙烯生产地，这3个地区的生产能力约占世界总能力的7815%。

近年来，中东地区是世界乙烯工业发展最快的地区，2001 - 2006年其年均增幅达到618%，明显高于世界平均增长率217%。

目前，除沙特外，伊朗、科威特、阿联酋、卡塔尔、阿曼等国已成为乙烯的生产地。

2006年，世界乙烯产量1110亿吨，其中石脑油和混合原料裂解约占总生产量的57%，乙烷裂解占26%，丙烷和瓦斯油各占7%，丁烷约占2%。

未来以天然气为原料的乙烷裂解将有较快发展，2006-2011年年均增长率将达914%，瓦斯油裂解年均增长率为812% ，丙烷为419%，石脑油为214%。

到2011年，天然气凝析液(NGL)原料将占总乙烯生产原料的50%。

未来几年，世界乙烯将呈现快速增长，2007-2011年世界将新增乙烯能力3 800万吨/年，年均增幅达519%。

从地区增长看，新增乙烯将主要集中在中东和亚太地区，其中中东地区新增2 000万吨/年，约占总新增能力的55%，亚太地区新增1 600万吨/年，约占新增能力的40%。

[2]1.3 乙烯的主要生产方法目前烃类热裂解法是乙烯的主要生产方法，还有一些其他技术，如由甲醇或乙醇制乙烯，甲烷制乙烯，以及煤液化制乙烯等。

这里主要介绍烃类热裂解法制乙烯。

1.3.1 烃类热裂解法生产乙烯早在30年代就开始对石油烃高温裂解生产技术进行研究，并在四十年代建成了裂解生产烯烃的工业装置。

经过近六十年的发展，石油烷烃经管式炉裂解生产乙烯产量占世界乙烯生产的99％以上。

目前主要的裂解方法[1]：(1) 蓄热炉裂解该方法以蓄热砖为载体使石油烃裂解来制取烯烃。

此法先用燃料和空气在炉内燃烧，使蓄热砖升至高温。

然后停止供给燃料和空气用蒸汽吹扫残存空气，即可通入裂解原料和水蒸气。

五十年代处实现工业化，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还在生产外，国内早已停产。

(2) 流动床裂解流动床裂解技术是在催化裂解技术的基础上发展的烃类裂解技术。

它以流动床方式循环固体颗粒加热载体，循环的热载体在加热器中被加热，在反应器中则利热载体积蓄的热量进行烃类裂解反应。

由于此法在裂解过程中生成的结炭可在加热载体加热过程中烧除，因而可作为重质油裂解手段。

IPC法、BASF法、K-K法均作为有代表性的流动技术。

(3) 流动床部分氧化裂解本法是在流动床反应器中将空气或氧气混合入原料烃，部分原料烃燃烧生成的热量供应其余原料烃进行裂解反应，也称为自然裂解法。

对重质裂解原料则用于制取烯烃。

(4) 高温水蒸汽裂解高温水蒸汽裂解法是以水蒸汽为热载体，利用高温水蒸汽的热量为裂解反应热。

其技术的关键在于高温蒸汽的发生。

(5) 管式炉裂解管式炉裂解是在以间壁加热方式为烃类裂解提供热量。

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“开始”裂解的温度，再将烃水蒸汽混合物送到高温辐射管继续升温，以进行裂解。