乙烯生產(chǎn)工藝條件的確定-操作參數(shù)對(duì)產(chǎn)品的影響

生產(chǎn)工藝條件的確定任務(wù)一

烴類(lèi)熱裂解制乙烯熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析2.操作參數(shù)對(duì)產(chǎn)品的影響2.3烴分壓和稀釋劑1、壓力對(duì)平衡轉(zhuǎn)化率的影響一次反應(yīng)(斷鏈和脫氫)是分子數(shù)增加的反應(yīng)。降低壓力對(duì)反應(yīng)平衡移動(dòng)是有利的。斷鏈反應(yīng)的平衡常數(shù)很大，高溫條件下，幾乎接近全部轉(zhuǎn)化，反應(yīng)是不可逆的，因此改變壓力對(duì)這類(lèi)反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率影響不大。脫氫反應(yīng)(主要是低分子烷烴脫氫），它是一可逆過(guò)程，降低壓力有利于提高其平衡轉(zhuǎn)化率。烴分壓——進(jìn)入裂解反應(yīng)管的物料中氣相碳?xì)浠衔锏姆謮?。壓力只?duì)脫氫反應(yīng)有影響2.操作參數(shù)對(duì)產(chǎn)品的影響2.3烴分壓和稀釋劑壓力對(duì)二次反應(yīng)中的斷鏈、脫氫反應(yīng)的影響：降低反應(yīng)壓力也有利乙烯脫氫生成乙炔的反應(yīng)。聚合、脫氫縮合、結(jié)焦等二次反應(yīng)，都是分子數(shù)減少的反應(yīng)，因此降低壓力應(yīng)可以抑制此類(lèi)反應(yīng)的發(fā)生。結(jié)論：低壓有利于乙烯的生產(chǎn)有利于抑制結(jié)焦過(guò)程2.操作參數(shù)對(duì)產(chǎn)品的影響2.3烴分壓和稀釋劑目的：降低烴分壓稀釋劑種類(lèi)：水蒸氣、氫氣、惰性氣體優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備在常壓或正壓操作，安全性高，不會(huì)對(duì)以后壓縮操作增加能耗

易與裂解氣分離熱容量大，使系統(tǒng)有較大的熱慣性抑制硫?qū)︽囥t合金爐管的腐蝕脫除結(jié)碳，抑制鐵鎳的催化生碳作用水蒸汽作稀釋劑的優(yōu)勢(shì)2.操作參數(shù)對(duì)產(chǎn)品的影響2.3烴分壓和稀釋劑

加入過(guò)多的水蒸氣，會(huì)使?fàn)t管的處理能力下降、增加能量消耗。適宜的水蒸氣加入量隨裂解原料不同而異，一般是以能防止結(jié)焦、延長(zhǎng)操作周期為前提。裂解原料性質(zhì)愈重，愈易結(jié)焦，水蒸氣的用量也愈大。表各種裂解原料的水蒸氣稀釋比（管式爐裂解）裂解原料原料含氫量，％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）結(jié)焦難易程度稀釋比水蒸氣/烴（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）乙烷20較不易0.25～0.4丙烷18.5較不易0.3～0.5石腦油14～16較易0.5～0.8輕柴油～13.6較易0.75～1.0原油～13.0較易3.5～5.0生產(chǎn)工藝條件的確定任務(wù)一

烴類(lèi)熱裂解制乙烯熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析2.操作參數(shù)對(duì)產(chǎn)品的影響2.2停留時(shí)間管式裂解反應(yīng)器——反應(yīng)過(guò)程有兩個(gè)特點(diǎn)：

一是非等溫的；二是非等容的(體積增大)。當(dāng)計(jì)算物料在管式反應(yīng)器中的停留時(shí)間時(shí)，由于管式反應(yīng)器管徑較小，徑／長(zhǎng)比小，流速甚快(返混少)，可作為理想置換處理。在理想置換的活塞流管式反應(yīng)器中，非等溫非等容過(guò)程是沿管長(zhǎng)而逐步變化的，因而，在工業(yè)上更廣泛地用簡(jiǎn)化方法計(jì)算停留時(shí)間?！锪蠌姆磻?yīng)開(kāi)始到達(dá)某一轉(zhuǎn)化率時(shí)在反應(yīng)器內(nèi)經(jīng)歷的反應(yīng)時(shí)間。停留時(shí)間2.操作參數(shù)對(duì)產(chǎn)品的影響2.2停留時(shí)間表觀停留時(shí)間tB式中：VR、S、L--分別為反應(yīng)器容積，裂解管截面積及管長(zhǎng)；

V--氣態(tài)反應(yīng)物(包括惰性稀釋劑)的實(shí)際容積流率，m3／s。平均停留時(shí)間tAα'vV'原料式中：V’--原料氣的體積流量α’v—體積增大率。2.操作參數(shù)對(duì)產(chǎn)品的影響2.2停留時(shí)間停留時(shí)間的影響

由于裂解過(guò)程存在著一次反應(yīng)和二次反應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)，故每一種原料在某一持定溫度下裂解時(shí)，都有一個(gè)得到最大乙烯收率的適宜停留時(shí)間。拐點(diǎn)2.操作參數(shù)對(duì)產(chǎn)品的影響2.2停留時(shí)間停留時(shí)間的影響t↑，乙烯收率↓二次反應(yīng)主要發(fā)生在轉(zhuǎn)化率較高的裂解后期：↓停留時(shí)間，↓二次反應(yīng)的發(fā)生，↑乙烯收率。2.操作參數(shù)對(duì)產(chǎn)品的影響2.2停留時(shí)間停留時(shí)間的影響從熱力學(xué)來(lái)看，如使裂解反應(yīng)進(jìn)行到平衡，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)來(lái)看，由于有二次反應(yīng)，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。短停留時(shí)間對(duì)生成烯烴有利2.操作參數(shù)對(duì)產(chǎn)品的影響2.2停留時(shí)間溫度-停留時(shí)間效應(yīng)石腦油裂解時(shí)乙烯收率與溫度和停留時(shí)間的關(guān)系從裂解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程可以看出，對(duì)給定原料而言，裂解深度(轉(zhuǎn)化率)取決于裂解溫度和停留時(shí)間。不同溫度-停留時(shí)間組合，裂解結(jié)果不同。最佳組合高溫-短停留時(shí)間2.操作參數(shù)對(duì)產(chǎn)品的影響2.2停留時(shí)間溫度-停留時(shí)間效應(yīng)對(duì)于給定原料，相同裂解深度時(shí)，高溫，縮短停留時(shí)間的效應(yīng)可以獲得較高的烯烴收率，并減少結(jié)焦抑制芳烴生成，所得裂解汽油的收率相對(duì)較低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，工業(yè)上利用此效應(yīng)，適應(yīng)市場(chǎng)需要。生產(chǎn)工藝條件的確定任務(wù)一

烴類(lèi)熱裂解制乙烯熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析2.操作參數(shù)對(duì)產(chǎn)品的影響2.1裂解溫度1、溫度對(duì)一次反應(yīng)產(chǎn)物分布的影響

按自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)機(jī)理分析，溫度對(duì)一次產(chǎn)物分布的影響，是通過(guò)影響各種鏈?zhǔn)椒磻?yīng)相對(duì)量實(shí)現(xiàn)的。在一定溫度內(nèi)，提高裂解溫度有利于提高一次反應(yīng)所得乙烯和丙烯的收率。

正戊烷異戊烷600℃1000℃600℃1000℃乙烯收率43.246.010.112.6產(chǎn)物組成乙烯丙烯

10.115.2

13.620.32.操作參數(shù)對(duì)產(chǎn)品的影響2.1裂解溫度2、溫度對(duì)一次反應(yīng)和二次反應(yīng)相互競(jìng)爭(zhēng)的影響

烴類(lèi)裂解時(shí)，影響乙烯收率的二次反應(yīng)主要是烯烴脫氫、分解生碳和烯烴脫氫縮合結(jié)焦等反應(yīng)。圖k值與溫度的關(guān)系lgk乙烯收率提高升高溫度由圖可看出，升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。故雖從熱力學(xué)分析升高溫度有利于乙炔和碳的生成，但因高溫時(shí)一次反應(yīng)在動(dòng)力學(xué)上占更大的優(yōu)勢(shì)，所以有利于提高乙烯的收率。另外從圖還應(yīng)看到，溫度升高，一次反應(yīng)和二次反應(yīng)的絕對(duì)速度均加快，焦的絕對(duì)生成量也會(huì)增加。因此在采用高溫裂解時(shí)，必須相應(yīng)改變停留時(shí)間等其他操作條件以減少焦的生成。