第四节 裂解气深冷分离流程(2)

乙烯塔的精馏段要求有较大的回流比，但是提馏段要求的回流比不大。因此，近年来采用中间再沸器（或理解成中间换热器、中间加热器）的办法来回收冷量，见图1-41(P78)，这种方法可以节省冷量约17%（占整个乙烯塔冷量的17%），这是乙烯塔的一个改进。

例如，乙烯塔的操作压力为1.9MPa，塔底温度为-5C，可以用丙烯蒸汽作为再沸器的热源，这样即可以将丙烯蒸汽冷凝成为丙烯液体，又可以回收了塔底的冷量。

乙烯进料中经常含有少量甲烷，经常在进入乙烯塔之前要进入设置的第二脱甲烷塔，脱去甲烷。如果在乙烯塔的塔顶脱甲烷可以借用乙烯塔的大量回流，这种方法比设置第二脱甲烷塔还要有利得多。

带有中间再沸器和侧线出产品的乙烯塔示意图见图1-41。

(二)丙烯塔

丙烯和丙烷馏分的分离是在丙烯塔中完成的，塔顶得到丙烯产品，塔底得到丙烷馏分。由于丙烯和丙烷的相对挥发度非常小，丙烯塔在整个分离过程中塔板数最多、回流比最大。由于丙烯塔的操作压力不同，精馏塔的操作条件也有比较大的出入。表1-34是丙烯塔的操作条件。

表1-34 丙烯塔的操作条件

四、影响乙烯回收率诸因素

(一)影响乙烯回收率的因素分析

乙烯回收率=产物乙烯量/原料乙烯量*100%

为了分析影响乙烯回收率的因素，我们首先讨论乙烯分离的物料平衡，见图1-42(P78)。

由图中可见，回收率为97%。乙烯损失有四处：

(1) 冷箱中尾气(甲烷、氢气)带出的损失，占乙烯总量的

2.25%；

(2)乙烯塔底产品（乙烷馏分）中带出的损失，占乙烯总量

的0.4%；

(3)脱乙烷塔塔底液体产品（C3以上馏分）中带出的损失，

占乙烯总量的0.284%；

(4)压缩机各段之间冷凝液体带出的损失，约占乙烯总量的

0.066%。

总损失量，约占乙烯总量的3%。

正常操作(2)(3)(4)项损失是很难避免的，而且损失量也比较小（占总损失量的0.75%），因此影响乙烯回收率高低的关键是尾气中乙烯的损失。影响尾气中乙烯损失的主要因素是原料气的组成(C1/H2)、操作温度和操作压力。（思考题５）

1.原料气组成的影响

原料气中惰性气体、氢气等含量对尾气中乙烯含量影响很大，见图1-43。

惰性气体的加入，会影响气液相平衡，它们会降低分离产

物的分压。就好像分离是在低压（降低压力）下操作一样，要想达到一定的分离纯度，必须相应降低操作温度，或者提高操作压力,否则，乙烯冷凝不下来会造成损失。

因此在温度与压力条件一定的时候，原料气中C1/H2摩尔比越小，尾气中乙烯的损失就越大，反之则小。

2.压力和温度的影响

当C1/H2摩尔比值一定的时候，增大压力(操作温度一定)或者降低温度(操作压力一定)都有利于减少尾气中乙烯的损失，这种关系由图1-44(P79)可以明显看出。

理论上，只要降低温度或者增加压力都可以减少尾气中乙烯

的损失，但实际上，增大压力和降低温度都有一定的限度。 升高压力要受到以下因素的限制：

(1)压力增大，相对挥发度减小，分离困难，需要增加塔板数或者增加回流比，因此要增加基建投资或者多消耗冷量。

(2)压力增大，使甲烷难于从塔底液体中蒸出。一般当压力大于4.0–4.5MPa的时候，就逐渐接近塔底组份的临界压力和临界温度，气液两相浓度相差很小，更难于进行分离。 降低操作温度要受到以下因素的限制：

操作温度越低，尾气中乙烯损失就越少。但是塔顶温度首先受到制冷剂水平的限制，用乙烯做制冷剂时，为了保证它的安全操作，其最低蒸发温度为-101℃，考虑到传热设备的效率和传热温差，制冷温度约为-95℃，比蒸发温度低15℃左右。用高压法是一般都采用乙烯作制冷剂，因此降低操作温度要受到制冷剂水平的限制。

综上所述，在一定量的条件下:

a)原料气中C1/H2摩尔比值越大，乙烯在尾气中的损失越少； b)操作压力越高，乙烯的损失就越小，但是它受到设备材质和塔底组份的临界压力的限制；

c)塔顶温度越低，乙烯在尾气中的损失越小，但是它受到制冷剂温度水平的限制。

这三者的关系已由图1-44(P79)表明了。

(二)利用冷箱提高乙烯回收率

除了用乙烯制冷剂以外，还将脱甲烷塔塔顶出来的高压气体通过节流膨胀阀进行节流制冷，这就是冷箱部分的功能。

冷箱的原理是用节流膨胀阀来获得低温，它的用途是依靠低温来回收乙烯，制取富含氢气和富含甲烷的馏分。

由于冷箱在流程中的位置不同，可分为前冷和后冷两种流程，后冷流程是冷箱放在脱甲烷塔之后来处理塔顶气体；前冷是冷箱放在脱甲烷塔之前来处理脱甲烷塔的进料。（思考题２）前冷流程后冷流程各有特点。

1.后冷

图1-45(P80)是后冷流程示意图。

经过预处理以后的裂解气，经脱甲烷塔、回流罐去第一冷箱换热的不凝气体中，含有3～4%的乙烯，通过冷箱把尾气中的乙烯含量降低到2%左右，可以多回收2%左右的乙烯；并且还能获得浓度为70～80%的富氢气体。

2.前冷（思考题２）

图1-46(P81)是前冷流程示意图。

脱甲烷塔前后的３股甲烷馏分，通过节流阀A、B、C获得了装置的最低温度，成为低温冷量的来源。这样多股进料的脱甲烷塔流程，能节省低温级的冷剂；气液分离罐冷凝下来的液体温度有高有低，先冷凝下来的温度高，重组份含量多。后冷凝下来的液体温度低，轻组分含量多。裂解气在没有进入脱甲烷塔之前就进行了初步分离，减轻了脱甲烷塔的负荷；前冷流程分离出的氢气浓度高，氢气含量为90%左右（mol），后冷流程分离出的氢气纯度比较低，只有75%左右。由于氢气大部分在前冷箱中已经分出，所以提高了脱甲烷塔进料的C1/H2的摩尔比，从而提高了乙烯回收率。

但是，前冷流程也有缺点：脱甲烷塔的操作弹性比后冷要低一些(这是因为，在脱甲烷塔之前，已经把一部分轻组分出去了，例如把氢气已经分出去了，降低了脱甲烷塔的负荷，所以说，脱甲烷塔的操作弹性比较低)，流程比较复杂，仪表自动化程度要求比较高。因此，前冷流程适合于生产规模较大，自动化水平较高，原料气比较稳定以及需要获得纯度较高的富氢场合。