《典型化工工艺》专题四 裂解气处理-讲义

山东省《典型化工工艺》 举一反三考点练 专题四 -裂解气预处理-讲义 1. 了解裂解气组成及压缩原理 2. 了解脱酸性气体、脱水、脱炔、脱一氧化碳工艺条件及流程。 知识点一 裂解气组成及压缩 一、裂解气的组成与分离要求 烃类经过裂解制得的裂解气，是一个复杂的气体混合物。其中含有目的产物乙烯、丙烯，副产物丁二烯及 C₅ 以下各种烷烃；还含有一些有害的杂质。基本有机化工中，有些需要高纯度的烯烃原料，裂解气分离前预处理的 任务是除去裂解气中有害杂质。进而分离出单一烯烃产品或烃的馏分，为基本有机化工和高分子化工等提供原料。 二、裂解气的压缩 裂解气中的低级经类在常温常压下都是气体，它们的沸点都很低。如果在常压下将各组分冷却分离，需要很 低的温度，这不仅需要消耗大量的冷量，而且需要用很多耐低温钢材来制造设备，在经济上不够合理。根据物质 的沸点随压力增加而升高的规律，对裂解气体进行压缩，使各组分沸点升高，达到分离的目的。 裂解气经过压缩，压力提高，温度也上升，重组分中的二烯烃能发生聚合，生成的聚合物或焦油沉积在压缩机的扩压器内，严重地危及操作的正常进行，二烯烃的聚合速度与温度有关，温度愈高，聚合速度愈快。为了避免聚合现象的发生，必须控制压缩后的气体温度不高于100℃。为了满足这一要求，一般采用多段压缩。另外，采用多 段压缩，段与段间设置中间冷却器，不仅可节省能量，降低压缩功消耗，还可在段与段之间分离出相当量的水分和重质烃，以减少后继干燥及低温分离的负担。 压缩段间脱重组分的流程图： 关于裂解气的压缩与分离过程，下列说法正确的是（ ） A. 裂解气压缩的主要目的是降低各组分的沸点，便于低温分离 B. 采用多段压缩可控制每段出口温度不超过100℃，防止二烯烃聚合 C. 段间冷却器能分离出水分和重质烃，减轻后续分离负担 D. 压缩后的裂解气可直接进行低温分离，无需预处理 E. 裂解气中的有害杂质必须在压缩前完全去除 【答案】B、C 【解析】A错误：压缩是为了升高沸点（通过增压），从而减少低温分离的能耗。 B正确：多段压缩配合段间冷却可控制温度≤100℃，避免二烯烃聚合结焦。 C正确：段间冷却器可冷凝去除水分和重质烃（如焦油），优化后续流程。 D错误：压缩后仍需预处理（如脱酸性气、干燥等）才能进行低温分离。 E错误：杂质去除是逐步的，部分预处理（如脱水）可在压缩段间进行。 1.裂解气在分离前需要进行压缩处理，其主要目的是（ ） A. 降低各组分的沸点，减少冷却能耗 B. 升高各组分的沸点，便于后续低温分离 C. 提高裂解气的温度，促进二次反应 D. 增加裂解气的密度，方便管道输送 【答案】B 【解析】B正确：压缩后沸点升高，可减少深冷分离的能耗和设备要求。A错误：压缩会升高沸点（与气体状态方程相关）。C错误：压缩升温需控制（≤100℃），避免二烯烃聚合。D错误：压缩主要服务于分离工艺，非输送目的。 2.工业上采用多段压缩裂解气的主要优点不包括（ ） A. 控制每段出口温度≤100℃，防止设备结焦 B. 段间冷却可分离水分和重组分 C. 提高裂解气中乙烯的浓度 D. 降低整体压缩能耗 【答案】C 【解析】C错误：压缩不改变组分浓度，仅改变物态条件。 A/B/D均为多段压缩的核心优势（控温、除杂、节能）。 3.关于裂解气分离前的预处理，下列说法正确的是（ ） A. 必须先完全去除所有杂质再进行压缩 B. 酸性气体（如H₂S）的脱除应在压缩后进行 C. 脱水处理只能在低温分离阶段完成 D. 重组分（如焦油）需在压缩前彻底分离 【答案】B 【解析】B正确：酸性气体脱除常安排在压缩后（如碱洗塔）。A错误：部分杂质（如水分）可在压缩段间去除。C错误：脱水可通过分子筛在压缩后处理。D错误：重组分可在段间冷却时部分脱除。 1.裂解气的主要成分不包括（ ） A. 乙烯 B. 丙烯 C. 甲烷 D. 二氧化碳 【答案】D 【解析】裂解气主要含乙烯、丙烯等烯烃及少量甲烷、氢气等。二氧化碳不属于裂解直接产物，需通过后续脱除 2.裂解气压缩时，每段出口温度通常控制在（ ） A. 50℃以下 B. 80-100℃ C. 120-150℃ D. 200℃以上 【答案】B 【解析】控制温度≤100℃可防止二烯烃聚合结焦，温度过低会增加冷却能耗，过高则易导致设备结焦 3.下列哪项不是裂解气预处理的内容？（ ） A. 脱除酸性气体 B. 脱水干燥 C. 分离乙烯和丙烯 D. 脱除重组分 【答案】C 【解析】乙烯/丙烯分离属于深冷分离工序，预处理主要是脱杂质（酸性气、水、重组分） 4.深冷分离利用的是各组分的（ ）差异 A. 密度 B. 沸点 C. 粘度 D. 溶解度 【答案】B 【解析】通过低温使各组分按沸点不同逐步冷凝分离，乙烯（-103.7℃）与丙烯（-47.7℃）的沸点差是分离基础 知识点二 脱酸性气体、脱水 酸性气体的脱除： 1. 目的：裂解气中含有的少量硫化物、CO₂ 、CO 、C₂H₂以 及H₂O 等杂质，如不脱除，不仅会降低乙烯、丙烯等产品的 质量，并且会影响分离过程的正常进行。故裂解气在分离前，必须先进行净化和干燥。裂解气中的酸性气体主 要指CO₂ 和 H₂S, 此外尚含有少量有机硫化物。 2. 危害：H₂S 能腐蚀设备管道，使干燥用的分子筛寿正常命缩短；使加氢脱炔催化剂中毒；CO₂ 则在深冷操作中结 成干冰，堵塞设备和管道，影响生产。酸性气体杂质对于乙烯或丙烯的进步利用也有危害。所以必须将这些酸性体脱除。 3.工业上用化学吸收方法，对于吸收剂的要求是：对 H₂S 和 CO₂ 的溶解度大，反应性能强，而对裂解气中的乙烯 丙烯的溶解度小，不起反应；在操作条件下蒸气压低，稳定性高；粘度小；腐蚀性小，设备可用一般钢材；来源丰 富，价格便宜。工业上已采用的吸收剂有NaOH 溶液、乙醇胺溶液，N- 甲基吡咯烷酮等。 4.管式生产裂解气中一般 H₂S 和 CO₂ 含量较低，多采用NaOH 溶液洗涤法，简称碱洗法。 (1)碱洗法原理：碱洗法原理是使裂解气中H₂S 和 CO₂ 等酸性气体和硫醇、氧硫化碳等有机硫与 NaOH溶液发生反应而除去，以达到净化的目的。 (2)碱洗工艺条件 ①温度：碱液温度30～40℃左右为宜。 ②碱液浓度：工业生产中控制碱液浓度在2%～15%范围内。 ③压力：增加压力有利于气体在液体中溶解，故在加压下进行碱洗，有利于酸性气体的脱除，工业上常在1MPa 左右。 (3)工艺流程：经三段压缩后的裂解气体进入碱洗塔，塔分成四段，上段水洗，以除去裂解气中夹带的碱液，下部三段碱洗，最下段采用稀碱液，浓度1%~3%,中段5%～7%,上段10%~15%。 工艺流程碱洗塔分为四段从上而下依次为： 脱水 水的危害：裂解气分离是在-100℃以下进行的，低温下水能冻结成冰，并能与轻质烃类形成固体结晶水合 物。在一定的温度、压力下，水能和烃类形成与冰雪相似的白色结晶水合物，冰和水合物结晶粘结在设备和管壁 上，使设备和管道堵塞，影响正常生产。 工业上是采用吸附方法脱水，用分子筛、活性氧化铝或硅胶作吸附剂 裂解气干燥用3A 分子筛作吸附剂。 为了促进脱附，可以用氮气或甲烷、氢尾气加热后作为分子筛的再生载气，用水蒸气排出吸附的烃类。 关于裂解气中酸性气体脱除和干燥，下列说法正确的有（ ） A. 工业上常用 NaOH 溶液脱除 H₂S 和 CO₂，因其对乙烯、丙烯溶解度低。 B. 碱洗法通常在高温（>100℃）下进行以提高反应速率。 C. 裂解气脱水使用 3A 分子筛，因其能选择性吸附水而不吸附烃类。 D. CO₂ 在深冷操作中会形成干冰，可能堵塞设备和管道。 E. 分子筛再生时，可用加热的氮气或甲烷/氢尾气作为载气。 【答案】A、C、D、E 【解析】A：正确，碱洗法要求吸收剂对 H₂S/CO₂ 反应性强，但对烯烃溶解度低。 B：错误，碱洗温度通常为 30~40℃，高温易导致副反应。 C：正确，3A 分子筛孔径仅允许水分子进入，不吸附较大烃类分子。 D：正确，CO₂ 在低温下会形成干冰，造成堵塞。 E：正确，再生时需加热载气（如 N₂）脱附水分 1.工业上采用碱洗法脱除裂解气中的酸性气体（如H₂S和CO₂），碱液浓度通常控制在（ ）。 A. 0.1%~1% B. 2%~15% C. 20%~30% D. 40%~50% 【答案】B 【解析】 碱洗法一般采用分段碱洗，浓度范围通常为2%~15%（下段稀碱液1%~3%，中段5%~7%，上段10%~15%）。 2.裂解气在深冷分离前必须脱水，主要原因是（ ）。 A. 水会与烃类反应生成醇类 B. 低温下水和烃类易形成结晶水合物，堵塞设备 C. 水会降低裂解气的热值 D. 水会导致裂解气颜色变深 【答案】B 【解析】 在低温（-100℃以下）条件下，水会结冰或与轻烃形成固体水合物（如甲烷水合物），造成管道堵塞。 3.裂解气干燥常用的吸附剂是（ ）。 A. 硅胶 B. 活性炭 C. 3A分子筛 D. 4A分子筛 【答案】C 【解析】 3A分子筛的孔径仅允许水分子通过，能选择性吸附水而不吸附乙烯、丙烯等烃类，是裂解气脱水的首选吸附剂。 1.在裂解气碱洗过程中，采用分段碱洗的主要目的是（ ）。 A. 降低碱液消耗 B. 提高乙烯、丙烯的回收率 C. 减少副反应，优化酸性气体脱除效率 D. 缩短反应时间 【答案】C 【解析】 分段碱洗（稀碱→浓碱）可逐步脱除酸性气体，避免局部过浓碱液引发副反应（如烯烃聚合），同时提高H₂S/CO₂脱除效率。 2.裂解气中若含有少量乙炔（C₂H₂），未脱除直接进入深冷分离系统，最可能导致的问题是（ ）。 A. 降低乙烯产品纯度 B. 在低温下形成爆炸性混合物 C. 与CO₂反应生成固体沉积物 D. 腐蚀铝制设备 【答案】A 【解析】 乙炔与乙烯沸点接近，若不脱除会混入乙烯产品，降低其纯度（需通过加氢或溶剂吸收脱炔）。 3.工业上裂解气脱水选用3A分子筛而非硅胶，关键原因是3A分子筛（ ）。 A. 价格更便宜 B. 仅吸附水而不吸附烃类 C. 再生温度更低 D. 机械强度更高 【答案】B 【解析】 3A分子筛孔径（0.3nm）仅允许水分子（0.28nm）进入，而硅胶会吸附部分烃类，影响产品收率。 4.碱洗塔最上层设置水洗段的主要作用是（ ）。 A. 进一步脱除残余CO₂ B. 捕集裂解气中夹带的碱液滴 C. 冷却裂解气 D溶解有机硫化物 【答案】B 【解析】 水洗段用于洗涤裂解气中携带的碱雾，避免碱液进入后续设备造成腐蚀或堵塞。 1.酸性气体脱除（H₂S、CO₂） 危害：腐蚀设备、使催化剂中毒（H₂S），深冷结冰堵塞（CO₂）。 方法：碱洗法（NaOH溶液，浓度1%~15%，分段递增，30~40℃）。 胺法（乙醇胺，适用于高含量酸性气体）。 2. 脱水处理 原因：低温（-100℃以下）会结冰或形成烃类水合物，堵塞管道。 吸附剂：3A分子筛（仅吸附水，不吸附烃类）。 再生：加热的氮气或甲烷/氢尾气吹扫。 3. 乙炔（C₂H₂）脱除 危害：降低乙烯产品纯度。方法：选择性加氢或溶剂吸收。 4. 碱洗塔工艺 分段碱液浓度：下段1%~3%，中段5%~7%，上段10%~15%。 水洗段：塔顶捕集夹带碱液。 5. 关键设备与条件 温度：碱洗30~40℃，脱水吸附常温，再生150~300℃。 压力：碱洗约1MPa（提高吸收效率） 知识点三 脱炔、脱一氧化碳 1.脱炔和脱一氧化碳 脱炔原因: 为了保持聚合催化剂寿命，聚合用乙烯要严格限制乙炔含量。在高压聚乙烯生产中， 由于乙炔的积累使乙烯分压降低，所以必须提高总压力。当乙炔积累过高，使乙快分压过高，会引起爆炸，所以必须脱除少量乙炔。其他以乙烯为原料的合成过程对乙快的含量也有严格要求。丙块、丙二烯含于丙烯中，会影响以丙烯为原料的合成过程或聚合反应的顺利进行，所以丙块、丙二烯也必须脱除。 脱一氧化碳原因：一氧化碳会使加氢脱炔催化剂中毒，所以要在加氢脱炔前除去，工业上脱炔和脱一氧化碳主要采用催化加氢法，少数用丙酮吸收法。 2.催化加氢脱乙炔工艺条件： (1)前加氢和后加氢 根据加氢脱乙炔过程在裂解气分离流程中所处的位置不同，有前加氢脱乙炔和后加氢脱乙 炔两种方法。 在脱甲烷塔前进行加氢脱炔的叫作前加氢。前加氢的加氢气体可以是裂解气全馏分，加氢馏分中就含有氢 气，不再需要外来氢气，所以前加氢又叫作自给加氢。 前加氢由于氢气自给，故流程简单，能量消耗低。但加氢过程中，乙炔浓度低，氢分压高，因此加氢选择性较 差，乙烯损失增多。另外，原料组成复杂，重质烃较多，丁二烯未分出，使丁二烯损失增多。同时，物料处理量大，催化剂用量和反应器容积较大。 在脱甲烷塔后进行加氢脱炔的叫作后加氢。被加氢的气体中已不含有氢气组分。需要外部加入氢气。后加 氢的氢气是按比例加入的，加氢选择性高。加氢过程中，原料杂质少，催化剂寿命长。因此，特别适用于炔烃 浓度较高的裂解气。另外，操作压力高，催化剂耗量少，反应器容积小。但后加氢属外加氢操作，氢气中常带 有甲烷。为了保证乙烯的纯度，加氢后还需要将氢气带入的甲烷和剩余的氢脱除。因此，需设第二脱甲烷塔，导致流程复杂，设备费用高，能量利用不合理。但后加氢使乙烯、丙烯纯度高，损失少的优点，目前更多的生产厂都采用后加氢。 (2)催化剂：前加氢和后加氢所用的催化剂有钯和非钯催化剂 (3)加氢脱乙炔流程 C₂ 馏分加氢脱乙炔流程如图： 详解：脱乙烷塔顶产物乙炔乙烷馏分中含有成5%左右的乙炔，和预热至一定温度的氢气混合，进入一段加氢绝热式反应器进行加氢反应。由一段出来的气体再配入补充氢气，经过调节温度后，又进入二段加氢反应器，再进行加氢反应。反应后气体经过换热器降温到-6℃左右，去绿油洗塔，用乙烯塔侧线馏分，洗涤气体中含有的绿油。脱掉绿油的气体进行干燥，然后去乙烯精馏系统。 在乙炔加氢过程中，有乙炔聚合生成绿油的副反应发生。绿油生成量与 H₂/C₂H₂摩尔比及催化床层温度有关 ，H₂/C₂H₂摩尔比越小，生成绿油越多；催化剂床层温度升高，绿油生成量增多。 C₃ 馏分中的丙炔和丙二烯，也可采用加氢方法脱除， 一般用液相加氢法。C₃馏分液相加氢流程也分两段加氢：一段是第一反应器，使丙炔和丙二烯由含量2%左右降至0.002左右；二段是第二反应器，使余下的丙炔和丙二烯再加氢脱除。反应热的移出主要是借部分产物的汽化。其操作条件如下： 一段加氢反应器 二段加氢反应器 温度 10～40℃ 温度 10～50℃ 压力 1.1～1.7 MPa 压力 2.6～2.65 MPa H₂/C₃- 、C₃=-2.0(mol) H₂/C₃ 、C₃==2.0(mol) (二)溶剂吸收法脱乙炔 利用乙炔能溶于某些溶剂的性能，使乙炔脱除叫作溶剂吸收法脱乙炔。此法适用于小型装置或裂解气中乙 炔含量适于回收，又需要回收乙快作产品时采用。 吸收乙炔可用的溶剂有丙酮、二甲基甲酰胺、N- 甲基吡咯烷酮、乙酸乙酯等，常用的是丙酮。吸收过程是在 较低温度和较高压力下进行的。以丙酮作溶剂脱除炔烃流程如图： 1-吸收塔；2-第一阿蒸塔；3-第二闪 蒸塔；4-溶吸塔 (三)催化加氢脱CO 原料气中有少量一氧化碳存在，由于其吸附能力比乙烯强，可以抑制乙烯在催化剂上吸附而提高加氢反应的 选择性。但加氢的氢气中如果一氧化碳含量过高会使催化剂中毒，故加氢的氢气中如果一氧化碳过高就需要 除去。 条件：催化剂：Ni/AI₂O₃ 温度：260～300℃压力：3.0MPa 关于裂解气中脱炔和脱一氧化碳工艺，下列说法正确的是（ ） A. 前加氢工艺的优点是氢气自给，不需要外加氢气 B. 后加氢工艺通常在脱甲烷塔前进行，可减少催化剂用量 C. 加氢过程中绿油生成量与H₂/C₂H₂摩尔比成正比 D. 溶剂吸收法适用于乙炔含量高且需要回收乙炔的场合 E. 催化加氢脱CO使用的催化剂是Ni/Al₂O₃，操作温度260-300℃ 【答案】A、D、E 【解析】A正确：前加氢利用裂解气自含氢气，不需外加氢 B错误：后加氢是在脱甲烷塔后进行 C错误：绿油生成量与H₂/C₂H₂摩尔比成反比 D正确：吸收法适合小型装置或需要回收乙炔的情况 E正确：这是脱CO的标准工艺条件 1.关于加氢脱炔工艺，下列说法错误的是（ ） A. 前加氢选择性较差，会导致乙烯损失增加 B. 后加氢需要设置第二脱甲烷塔来分离残余氢气 C. C₃馏分加氢采用气相加氢法，分两段进行 D. 加氢反应器温度升高会减少绿油生成量 E. 溶剂吸收法常用丙酮作吸收剂 【答案】C、D 【解析】C错误：C₃馏分采用液相加氢法，不是气相加氢 D错误：温度升高会增加绿油生成量。其他选项均为正确描述 2.关于脱炔工艺条件的选择，正确的有（ ） A. 前加氢适合处理乙炔浓度较高的裂解气B. 后加氢催化剂寿命较长，产物纯度更高 C. C₃馏分加氢一段反应器压力高于二段D. 加氢脱CO主要防止催化剂中毒 E. 溶剂吸收法在高温低压下操作效果最好 【答案】B、D 【解析】A错误：前加氢适合乙炔浓度低的情况 C错误：二段压力(2.6-2.65MPa)高于一段(1.1-1.7MPa) E错误：吸收法在低温高压下操作 B、 D选项表述准确 3.下列关于加氢脱炔工艺的叙述中，正确的是（ ） A. 前加氢工艺需要额外补充氢气，因此能耗较高 B. 后加氢工艺在脱甲烷塔前进行，可减少设备投资 C. C₃馏分加氢采用液相加氢法，利用产物汽化移出反应热 D. 溶剂吸收法脱炔通常在高温低压条件下操作效果最佳 【答案】C 【解析】A错误：前加氢利用裂解气中自含氢气，不需外加氢 B错误：后加氢是在脱甲烷塔后进行，需要增加第二脱甲烷塔 C正确：C₃馏分液相加氢确实通过部分产物汽化来移出反应热 D错误：溶剂吸收法应在低温高压下操作 1.裂解气中必须脱除乙炔的主要原因是（ ） A. 乙炔会降低裂解气的热值B. 乙炔积累会导致爆炸风险 C. 乙炔会影响裂解气的颜色D. 乙炔会腐蚀输送管道 【答案】B 【解析】 乙炔是高度不稳定的化合物，在高压聚乙烯生产中，乙炔积累会导致分压过高，可能引发爆炸事故。这是脱炔最直接的安全考量，其他选项描述的影响都不是主要脱除原因。 2.前加氢工艺的主要优点是（ ） A. 催化剂使用寿命长B. 不需要外加氢气，流程简单 C. 适用于乙炔浓度高的裂解气D. 产物乙烯纯度更高 【答案】B 【解析】 前加氢直接利用裂解气中含有的氢气（自给加氢），省去了外部供氢系统，使工艺流程简化。但它的选择性较差，不适合高乙炔含量的情况，故其他选项不正确。 3. 后加氢工艺通常需要设置第二脱甲烷塔，主要目的是（ ） A. 脱除反应生成的绿油B. 分离外加氢气带入的甲烷 C. 提高乙烯的回收率D. 降低反应温度 【答案】B 【解析】 后加氢需要外部供氢，氢气中常混有甲烷。为保证乙烯纯度，必须通过第二脱甲烷塔分离这些杂质。绿油由洗涤塔脱除，与本题无关。 4.工业上加氢脱炔最常用的催化剂是（ ） A. 铁系催化剂B. 钯系催化剂 C. 镍系催化剂D. 铜系催化剂 【答案】B 【解析】 钯（Pd）系催化剂因其优异的加氢选择性和活性，成为脱炔工艺的主流选择。虽然镍系催化剂可用于脱CO，但在脱炔中效果不如钯系。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$