第三章作業(yè)及參考答案

1.什么是烴類熱裂解？答：烴類的熱裂解是將石油系烴類燃料（天然氣、煉廠氣、輕油、柴油、重油等）經(jīng)高溫作用，使烴類分子發(fā)生碳鏈斷裂或脫氫反應(yīng)，生成相對(duì)分子質(zhì)量較小的烯烴、烷烴和其他相對(duì)分子質(zhì)量不同的輕質(zhì)和重質(zhì)烴類。2.烴類熱裂解制乙烯可以分為哪兩大部分？答：烴類熱裂制乙烯的生產(chǎn)工藝可以分為原料烴的熱裂解、裂解產(chǎn)物的分離兩部分。3.在烴類熱裂解系統(tǒng)內(nèi)，什么是一次反應(yīng)？什么是二次反應(yīng)？答：一次反應(yīng)是指原料烴裂解（脫氫和斷鏈），生成目的產(chǎn)物乙烯、丙烯等低級(jí)烯烴的反應(yīng)，是應(yīng)促使其充分進(jìn)行的反應(yīng)；二次反應(yīng)則是指一次反應(yīng)產(chǎn)物（乙烯、丙烯等）繼續(xù)發(fā)生的后續(xù)反應(yīng)，生成分子量較大的液體產(chǎn)物以至結(jié)焦生炭的反應(yīng)，是盡可能抑制其進(jìn)行的反應(yīng)。4.用來評(píng)價(jià)裂解燃料性質(zhì)的4個(gè)指標(biāo)是什么？答：評(píng)價(jià)裂解燃料性質(zhì)的4個(gè)指標(biāo)如下：（1）族組成—PONA值，PONA值是一個(gè)表征各種液體原料裂解性能的有實(shí)用價(jià)值的參數(shù)。P—烷

烴（Paraffin）；O—烯烴（Olefin）；N—環(huán)烷烴（Naphtene）；A—芳烴（Aromatics）。（2）氫含量，根據(jù)氫含量既可判斷該原料可能達(dá)到的裂解深度，也可評(píng)價(jià)該原料裂解所得C4和C4以下輕烴的收率。氫含量可以用裂解原料中所含氫的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示，也可以用裂解原料中C與H的質(zhì)量比（稱為碳?xì)浔龋┍硎?。?）特性因數(shù)—K，K是表示烴類和石油餾分化學(xué)性質(zhì)的一種參數(shù)。K值以烷烴最高，環(huán)烷烴次之，芳烴最低，它反映了烴的氫飽和程度。（4）關(guān)聯(lián)指數(shù)—BMCI值，BMCI值是表示油品芳烴含量的指數(shù)。關(guān)聯(lián)指數(shù)愈大，則表示油品的芳烴含量愈高。5.溫度和停留時(shí)間如何影響裂解反應(yīng)結(jié)果？答：（1）高溫：從裂解反應(yīng)的化學(xué)平衡角度，提高裂解溫度有利于生成乙烯的反應(yīng)，并相對(duì)減少乙烯消失的反應(yīng)，因而有利于提高裂解的選擇性；根據(jù)裂解反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)，提高溫度有利于提高一次反應(yīng)對(duì)二次反應(yīng)的相對(duì)速度，提高乙烯收率。（2）短停留時(shí)間：從化學(xué)平衡的角度：如使裂解反應(yīng)進(jìn)行到平衡，由于二次反應(yīng)的發(fā)生，所得烯烴很少，最后生成大量的氫和碳。為獲得盡可能多的烯烴，必須采用盡可能短的停留時(shí)間進(jìn)行裂解反應(yīng)。從動(dòng)力學(xué)的角度：由于有二次反應(yīng)的競爭，對(duì)每種原料都有一個(gè)最大乙烯收率的適宜停留時(shí)間。溫度--停留時(shí)間對(duì)產(chǎn)品收率影響（a）對(duì)于給定原料，相同裂解深度時(shí)，提高溫度，縮短停留時(shí)間，可以獲得較高的烯烴收率，并減少結(jié)焦。（b）高溫-短停留時(shí)間可抑制芳烴生成，所得裂解汽油的收率相對(duì)較低。（c）高溫-短停留時(shí)間可使炔烴收率明顯增加，并使乙烯/丙烯比及C4中的雙烯烴/單烯烴的比增大。6.提高反應(yīng)溫度的技術(shù)關(guān)鍵在何處？應(yīng)解決什么問題才能最大限度提高裂解溫度？答：裂解反應(yīng)的技術(shù)關(guān)鍵之一是采用高溫-短停留時(shí)間的工藝技術(shù)。提高裂解溫度，必須提高爐管管壁溫度，而此溫度受到爐管材質(zhì)的限制。因此，研制新型的耐熱合金鋼是提高反應(yīng)溫度的技術(shù)關(guān)鍵。當(dāng)爐管材質(zhì)確定后，可采用：（1）縮短管長（實(shí)際上是減少管程數(shù)）來實(shí)現(xiàn)短停留時(shí)間操作，才能最大限度提高裂解溫度。（2）改進(jìn)輻射盤管的結(jié)構(gòu)，采用單排分支變徑管、混排分支變徑管、不分支變徑管、單程等徑管等不同結(jié)構(gòu)的輻射盤管，這些改進(jìn)措施，采用縮小管徑以裂解氣中的酸性氣體主要是指CO2和H2S，這些酸性氣體含量過多時(shí)，會(huì)帶來如下危害：H2S：能腐蝕設(shè)備管道，使干燥用的分子篩壽命縮短，還能使加氫脫炔和甲烷化用的催化劑中毒。CO2：在深冷操作中會(huì)結(jié)成干冰，堵塞設(shè)備和管道，影響正常生產(chǎn)。當(dāng)乙烯、丙烯產(chǎn)品中的酸性氣體含量不合格時(shí)，可使下游加工裝置的聚合過程或催化劑中毒。所以，必須將這些酸性氣體脫除，要求將裂解氣中的H2S和CO2的摩爾含量分別脫除至1*10-6以下。裂解氣中的酸性氣體，一般是用物理吸收法或化學(xué)吸收法脫除，應(yīng)用最廣泛的是以NaOH溶液作吸收劑的堿洗法，其次是以乙醇胺溶液作吸收劑的乙醇胺法。（2）水分的脫除經(jīng)壓縮并分離段間凝水后的裂解氣中飽和水含量為600～700ppm，在低溫分離系統(tǒng)會(huì)結(jié)冰，形成水烴合物白色結(jié)晶(如：CH4?6H2Ｏ，C2H6?7H2O等)，堵塞設(shè)備及管道。為避免低溫系統(tǒng)凍堵，要求將裂解氣中水含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）降至1*10-6以下。工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的是分子篩、活性氧化鋁硅膠為干燥劑的固體吸附法。（3）少量炔烴的脫除：乙炔富集于C2餾分，甲基乙炔和丙二烯富集于C3餾分，若將它們混于乙烯、丙烯產(chǎn)品用于衍生物的生產(chǎn)過程，特別是用于聚合反應(yīng)時(shí)，影響聚合催化劑壽命，產(chǎn)生不希望的副產(chǎn)品，惡化產(chǎn)品質(zhì)量，形成不安全因素。因此，必須脫除，使乙烯產(chǎn)品中的乙炔（摩爾分?jǐn)?shù)）低于5*10-6，丙烯產(chǎn)品中甲基乙炔低于5*10-6，丙二烯低于1*10-5。溶劑吸收法和催化加氫法。溶劑吸收法是使用溶劑吸收裂解氣中的乙炔以達(dá)到凈化目的，同時(shí)也回收一定量的乙炔。催化加氫法是將裂解氣中乙炔加氫成為乙烯或乙烷，達(dá)到脫除乙炔的目的。10.脫除酸性氣體有哪2種方法？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：脫除酸性氣體的方法有堿洗法和乙醇胺法兩種。其優(yōu)缺點(diǎn)如下表：方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)堿洗法除酸徹底①堿不可再生，消耗量大；②適于酸含量低；③產(chǎn)生黃油問題；④廢水處理量大乙醇胺法①吸收劑可再生；②適用酸含量高①設(shè)備要求高；②吸收雙烯烴，再生易聚合11.裂解氣的壓縮和制冷的目的是什么？答：裂解氣的壓縮是為了節(jié)約冷量，因?yàn)榱呀鈿庵性S多組分在常壓下都是氣體，其沸點(diǎn)很低，常壓下進(jìn)行各組分精餾分離，則分離溫度很低，需要大量冷量。為了使分離溫度不太低，可通過壓縮氣體適當(dāng)提高壓力。裂解氣的制冷是為了在深冷分離過程中，利用制冷劑壓縮和冷凝得到制冷劑液體，再于不同壓力下蒸發(fā)以獲得不同溫度級(jí)位的冷凍過程。12.壓縮氣的壓縮為什么采用多級(jí)壓縮？確定段數(shù)的依據(jù)是什么？答：目前，工業(yè)上一般認(rèn)為經(jīng)濟(jì)上合理、技術(shù)上可行的裂解氣壓縮機(jī)出口壓力約為3.7MPa，而壓縮機(jī)的入口壓力一般為0.14MPa，提高入口壓力雖可節(jié)約壓縮機(jī)功率，但對(duì)裂解反應(yīng)不利，故為節(jié)約能量，采用多級(jí)壓縮。原因：（1）節(jié)約壓縮功耗：絕熱壓縮功耗大于等溫壓縮，將壓縮分段進(jìn)行，段間冷卻移熱，可節(jié)約壓縮功耗。（2）降低出口溫度；（3）實(shí)現(xiàn)段間凈化分離，減少分離凈化負(fù)荷。段間冷凝除去大部分水，冷凝部分C3及C3以上的重組分，減少進(jìn)入深冷系統(tǒng)的負(fù)荷，相應(yīng)節(jié)約了冷量依據(jù)：壓縮段數(shù)應(yīng)滿足工藝要求，必須控制每段壓縮機(jī)出口的裂解氣溫度不高于100℃，以避免發(fā)生二烯烴的聚合，由此根據(jù)下式計(jì)算出每段壓縮比，最終確定段數(shù)。13.什么是裂解氣的前加氫和后加氫工藝？答：裂解氣的前加氫是指在裂解氣中氫氣未分離出來之前，利用裂解氣中H2進(jìn)行選擇性加氫，以脫除其中的炔烴；后加氫是指裂解氣分離出C2餾分、C3餾分后，再分別對(duì)C2和C3餾分進(jìn)行催化加氫，以脫除乙炔、甲基乙炔和丙二烯。14.裂解氣分離流程各有不同，其共同點(diǎn)是什么？答：（1）在分離順序上遵循先易后難的原則，先將不同碳原子數(shù)的烴分開，再分同一碳原子數(shù)的烯烴和烷烴；（2）將生產(chǎn)乙烯的乙烯精餾塔和生產(chǎn)丙烯的丙烯精餾塔置于流程最后，可確保這兩個(gè)主要產(chǎn)品純度，同時(shí)也減少分離損失，提高烯烴收率。15.何謂非絕熱精餾？何種情況下采用中間冷凝器或中間再沸器？分析其利弊？答：非絕熱精餾——在塔中間對(duì)塔內(nèi)物料進(jìn)行冷卻和加熱的過程。使用條件：對(duì)于頂溫低于環(huán)境溫度、底溫高于環(huán)境溫度，且頂?shù)诇夭钶^大的精餾塔。利：可降低分離過程的有效能損失，達(dá)到節(jié)省能量的目的。對(duì)中間再沸器而言，還可減小提餾段塔徑。弊：由于中間冷凝器和中間再沸器的設(shè)置，在降低塔頂冷凝器和塔釜再沸器負(fù)荷的同時(shí)，會(huì)導(dǎo)致精餾段回流和提餾段上升蒸氣的減少，故為了達(dá)到分離要求，就相應(yīng)