《典型化工工艺》专题五 裂解气深冷分离-讲义

山东省《典型化工工艺》 举一反三考点练 专题五 裂解气深冷分离-讲义 1. 了解顺序深冷分离。 2. 了解前脱乙烷深冷分离。 3. 了解前脱丙烷深冷分离。 知识点一 顺序深冷分离 顺序深冷分离流程(前冷后加氢) 流程图如下： 详细工业流程：裂解气经过离心式压缩机一、二、三段压缩，压力达到1.0MPa, 送入碱洗塔，脱去 H₂S,CO₂等酸性气体。碱洗后的裂解气经过压缩机的四、五段压缩，压力达到3.7MPa, 经冷却至15℃,去干燥器用3A 分子筛脱水，使裂解气的露点温度达到-70℃左右。 在脱甲烷塔系统中有些冷凝器、换热器和气液分离罐的温度其低，为了防止冷量散失，减少与环境接触的表面积，将这些低温设备集中装箱，称之为冷箱。冷箱在脱甲烷塔之前的称前冷流程(如顺序深冷分离流程，前脱 丙烷深冷分离流程),冷箱在脱甲烷塔之后的称后冷流程(如前脱乙烷深冷分离) 干燥后的裂解气经过一系列冷却冷凝，在前冷箱中分出富氢和四股馏分，富氢经过甲烷化，作为加氢用氢气；四股馏分进入脱甲烷塔的不同塔板，轻馏分温度低，进入上层塔板，重馏分的温度高，进入下层塔板，脱甲烷塔塔顶脱去甲烷馏分。塔釜液是C₂以上馏分，进入脱乙烷塔，塔顶分出C₂馏分，塔釜液为C₃以上馏分。由脱乙烷塔塔顶来的C₂馏分经过换热升温，进行气相加氢脱乙炔，在绿油塔用乙烯塔来的侧线馏分洗去绿油，再经过3A分子筛干燥，然后送去乙烯塔。在乙烯塔的上部(第八块塔板侧线引出纯度99.9%的乙烯产品。塔釜液为乙烷馏分，送回裂解炉作裂解原料，塔顶脱出甲烷、氢。 脱乙烷塔釜液入脱丙烷塔，塔顶分出C3馏分，釜液为C4 以上馏分含有二烯烃，易聚合结焦，故塔釜温度不宜超过100℃,并须加入阻聚剂。为了防止结焦堵塞，此塔一般有两个再沸器，以供轮换检修使用。 由脱丙烷蒸出的 C₂馏分经过加氢脱丙块和丙二烯，然后在绿油塔脱去绿油和加氢时带入的甲烷、氢，再入丙烯塔进行精馏，塔顶蒸出纯度为99.9%丙烯产品，塔釜液为丙烷馏分。脱丙烷的釜液，在脱丁烷塔分成 C₄ 馏分和C₅的馏分，C₄和C₅馏分分别送往下步工序。 关于顺序深冷分离流程（前冷后加氢），下列说法正确的是（ ） A. 裂解气经过五段压缩后压力升至3.7MPa，并经碱洗、干燥后进入前冷箱 B. 前冷箱的作用是在脱甲烷塔前预冷裂解气，并分离出富氢和四股馏分 C. 脱甲烷塔塔顶排出甲烷和氢气，塔釜液为C₂及以上馏分，直接进入乙烯塔 D. C₂馏分加氢脱炔采用后加氢方式，需外加氢气并在绿油塔中脱除绿油 E. 脱丙烷塔需控制塔釜温度≤100℃并加入阻聚剂，防止二烯烃聚合结焦 【答案】A、B、D、E 【解析】A正确：流程中裂解气经三段压缩至1.0MPa碱洗后，再经四、五段压缩至3.7MPa，干燥后进入前冷箱。 B正确：前冷箱集中低温设备，预冷裂解气并分离富氢（供加氢用）和四股馏分（按温度梯度进脱甲烷塔）。 C错误：脱甲烷塔釜液为C₂及以上馏分，需先进入脱乙烷塔分离C₂和C₃⁺，而非直接去乙烯塔。 D正确：后加氢需外加氢气，绿油由乙烯塔侧线馏分洗涤脱除。 E正确：脱丙烷塔因含二烯烃（如丁二烯），需控温≤100℃并加阻聚剂，且设双再沸器防堵。 1.在顺序深冷分离流程中，前冷箱的主要功能是（ ） A. 脱除裂解气中的酸性气体 B. 预冷裂解气并分离富氢和四股馏分 C. 作为脱甲烷塔的再沸器提供热量 D. 直接生产聚合级乙烯产品 【答案】B 【解析】前冷箱用于在脱甲烷塔前预冷裂解气，并分离出富氢（供加氢用）和四股温度不同的馏分（按梯度进入脱甲烷塔）。A选项是碱洗塔的功能，C、D与冷箱无关。 2.脱丙烷塔需控制塔釜温度不超过100℃，主要目的是（ ） A. 提高丙烯产品纯度 B. 防止丁二烯等二烯烃聚合结焦 C. 减少甲烷混入C₃馏分 D. 降低制冷系统能耗 【答案】B 【解析】C₄⁺馏分中的二烯烃（如丁二烯）在高温下易聚合结焦，故需控温并加阻聚剂。A、C、D均非直接原因。 3. 关于顺序深冷分离流程中的后加氢脱炔，下列说法正确的是（ ） A. 利用裂解气自含氢气，无需外加氢气 B. 加氢反应器位于脱甲烷塔前 C. 需通过绿油塔脱除反应生成的聚合物 D. 加氢后的C₂馏分直接进入乙烯塔 【答案】C 【解析】A错误：后加氢需外加氢气；B错误：后加氢在脱甲烷塔后；D错误：加氢后需经干燥再进乙烯塔。C正确：绿油塔用于洗涤聚合物。 1.裂解气在顺序深冷分离流程中经过几段压缩后进入碱洗塔？（ ） A. 2段 B. 3段 C. 4段 D. 5段 【答案】B 【解析】裂解气先经过三段压缩至1.0MPa后进入碱洗塔，再经四、五段压缩至3.7MPa。题目问的是"进入碱洗塔前"的压缩段数。 2. 裂解气干燥后需要达到的露点温度是（ ） A. -20℃左右 B. -40℃左右 C. -70℃左右 D. -100℃左右 【答案】C 【解析】干燥后裂解气露点需达到-70℃左右，这是为了防止深冷过程中形成水合物堵塞设备。 3.前冷箱分离出的四股馏分进入脱甲烷塔的方式是（ ） A. 混合后从塔顶进入 B. 按温度从高到低分别进入不同塔板 C. 按温度从低到高分别进入不同塔板 D. 混合后从塔釜进入 【答案】C 【解析】温度较低的馏分进入上层塔板，温度较高的进入下层塔板，这种梯度进料方式能提高分离效率。 4.聚合级乙烯产品通常从乙烯塔的哪个位置采出？（ ） A. 塔顶 B. 塔釜 C. 侧线第8块塔板 D. 进料板下方 【答案】C 【解析】乙烯塔上部第8块塔板侧线引出纯度99.9%的乙烯产品，这是典型的工业操作方式。 1. 预处理：压缩；碱洗；干燥。 2. 前冷箱功能：预冷裂解气，分馏富氢（供加氢用）+4股温度梯度馏分 进料：低温馏分→脱甲烷塔上层，高温馏分→下层 3. 关键塔器：脱甲烷塔：顶：CH₄+H₂（-96℃）釜：C₂⁺馏分→脱乙烷塔 脱乙烷塔：顶：C₂馏分→后加氢脱炔→乙烯塔釜：C₃⁺馏分→脱丙烷塔 乙烯塔：第8块塔板侧线采99.9%乙烯 脱丙烷塔：控制：塔釜≤100℃+阻聚剂+双再沸器 顶：C₃馏分→丙烯塔 4. 加氢脱炔：后加氢：外加H₂，绿油塔洗涤聚合物；前加氢：裂解气自含H₂（少用） 5. 产品：乙烯：乙烯塔侧线（99.9%）丙烯：丙烯塔顶（99.9%）副产品：H₂（加氢用）、CH₄（燃料）、C₄⁺（化工原料） 6. 关键控制：防聚合：脱丙烷塔加阻聚剂；节能：前冷箱集中低温设备；安全：双再沸器防堵 一句话总结 裂解气经压缩→碱洗→干燥→前冷分馏→脱甲烷→后加氢→精馏，核心控制温度、防聚合、保纯度。 知识点二 前脱乙烷深冷分离 流程如图： 详细工业流程：是以乙烷和丙烯为分离界限，将轻组分例如氢气、甲烷、乙烯、乙烷等，和重组份例如丙烯、丙烷、丁烯、丁二烯、丁烷和C5以上组分等在第一个精馏塔内首先分开的分离流程。 前脱乙烷分离流程示意图见图1-35,裂解气经过压缩、碱洗、干燥等工序之后，在3.6MPa(36atm)左右首先进入脱乙烷塔。 脱乙烷塔塔底出来的是C3以上的重组分，进入脱丙烷塔。 脱乙烷塔塔顶出来的是C2以上的轻组分，这股物流先送去加氢，然后再进入脱甲烷塔。 脱甲烷塔塔顶出来的甲烷、氢气在冷箱中进行分离；脱甲烷塔塔底出来的C2馏分，则在乙烯塔中分离成乙烯和乙烷。 脱乙烷塔的塔底液体依次进入脱丙烷塔、脱丁烷塔、丙烯塔等，分离成丙烯、丙烷、C4馏分和C5以上馏分。 前脱乙烷分离流程的特点： 由于脱乙烷塔的操作压力比较高，这样势必造成塔底温度升高，结果可使塔底温度高达80~100C以上，在这样高的温度下，不饱和重质烃及丁二烯等，容易聚合结焦，这样就影响了操作的连续性。重组份含量越多，这种方法的缺点就越突出。 关于前脱乙烷深冷分离流程，下列说法正确的是（ ） A. 脱乙烷塔的操作压力约为3.6MPa，塔釜温度可达80~100℃，易导致重组分聚合结焦 B. 脱乙烷塔塔顶馏分为C₂及更轻组分（H₂、CH₄、C₂H₄、C₂H₆），需先加氢脱炔再进入脱甲烷塔 C. 脱甲烷塔塔顶分离出的H₂和CH₄可直接作为产品，无需进一步处理 D. 该流程适合处理重组分含量高的裂解气（如石脑油裂解气），因能有效避免C₃⁺组分进入深冷系统 E. 脱丙烷塔需控制塔釜温度并加入阻聚剂，防止丁二烯等不饱和烃聚合 【答案】A、B、E 【解析】A正确：高压（3.6MPa）下脱乙烷塔釜温度高（80~100℃），丁二烯等易结焦。 B正确：塔顶C₂馏分需先加氢脱炔（通常为后加氢），再进脱甲烷塔分离CH₄/H₂。 C错误：脱甲烷塔顶的H₂/CH₄需在冷箱中进一步分离，H₂回收用于加氢，CH₄作燃料或放空。 D错误：前脱乙烷流程不适合重组分高的原料（如石脑油裂解气），因高温易导致C₃⁺组分结焦；更适合轻质原料（乙烷/丙烷裂解气）。 E正确：脱丙烷塔因含丁二烯，需控温并加阻聚剂。 1.在“前脱乙烷深冷分离流程”中，脱乙烷塔的操作压力较高（3.6 MPa），这会导致什么问题（ ） A. 塔顶温度过低，影响轻组分分离 B. 塔底温度过高（80~100℃），易引起不饱和烃聚合结焦 C. 塔内压力波动大，影响分离效率 D. 能耗降低，但分离效果变差 【答案】B 【解析】 高压导致塔底温度升高，使丁二烯等不饱和烃易聚合结焦，是前脱乙烷流程的主要缺点。 2.在前脱乙烷流程中，裂解气经过脱乙烷塔后，塔顶的轻组分（C₂及以下）下一步如何处理（ ） A. 直接进入乙烯塔分离乙烯和乙烷 B. 先加氢脱炔，再进入脱甲烷塔 C. 送入冷箱分离氢气和甲烷 D. 返回压缩机重新加压 【答案】B 【解析】 脱乙烷塔顶的轻组分含乙炔等杂质，需先加氢净化，再进入脱甲烷塔分离CH₄/H₂和C₂馏分。 3.“前脱乙烷深冷分离流程”最适用于下列哪种裂解气（ ） A. 重组分（C₃⁺）含量高的裂解气 B. 轻组分（C₂⁻）含量高、重组分较少的裂解气 C. 含大量硫化物的裂解气 D. 无需深冷分离的简单混合物 【答案】B 【解析】 该流程因高温易结焦，更适合重组分较少的裂解气；若C₃⁺含量高，宜选用“前脱丙烷流程”。 1.前脱乙烷深冷分离流程与其他流程相比，最显著的特点是（ ） A. 首先分离甲烷和氢气 B. 在高压下先分离乙烷和更轻组分 C. 采用低温精馏直接分离丙烯 D. 不需要加氢处理炔烃 【答案】B 【解析】 前脱乙烷流程的核心是在高压（3.6MPa）下先将C₂及以下轻组分（乙烷、乙烯等）与C₃⁺重组分分离。 2.脱乙烷塔塔底温度较高的主要风险是（ ） A. 导致甲烷液化难以分离 B. 增加冷箱的制冷负荷 C. 引发不饱和烃聚合结焦 D. 降低乙烯产品纯度 【答案】C 【解析】 高温（80~100℃）易使丁二烯等不饱和烃聚合，形成结焦物堵塞设备。 3.在前脱乙烷流程中，冷箱主要用于分离（ ） A. 乙烯和乙烷 B. 丙烯和丙烷 C. 氢气和甲烷 D. C₄和C₅馏分 【答案】C 【解析】 冷箱通过深冷技术（-100℃以下）将脱甲烷塔顶的氢气和甲烷分离。 4.为减少前脱乙烷流程的结焦问题，最可行的措施是（ ） A. 降低脱乙烷塔操作压力 B. 在塔底添加阻聚剂 C. 取消加氢反应步骤 D. 提高脱丙烷塔温度 【答案】B 【解析】 添加阻聚剂可抑制不饱和烃聚合，是工业上常用的防结焦方法（降低压力会影响分离效率）。 前脱乙烷深冷分离流程核心要点 流程顺序：裂解气 → 压缩、碱洗、干燥 → 脱乙烷塔（3.6 MPa）→ 分离轻组分（C₂⁻）和重组分（C₃⁺）。 轻组分：加氢脱炔 → 脱甲烷塔 → 冷箱分离H₂/CH₄，乙烯塔分离C₂馏分。 重组分：脱丙烷塔 → 脱丁烷塔 → 分离丙烯、C₄⁺等。 关键操作条件： 脱乙烷塔：高压（3.6 MPa）导致塔底高温（80~100℃），易引发不饱和烃（如丁二烯）聚合结焦。 适用性： 适合：轻组分（C₂⁻）含量高的裂解气（如乙烷裂解气）。 不适合：重组分（C₄⁺）含量高时，结焦风险大。 优化措施：加阻聚剂（如对苯二酚）抑制聚合。降低塔底温度（微调压力或进料组成）。定期清洗设备，监控结焦趋势。 核心设备： 冷箱：深冷分离H₂/CH₄（节流膨胀制冷）。 脱甲烷塔：需先加氢脱炔，避免低温析出固体。 精简口诀： “高压脱乙烷，轻重组分断；高温易结焦，阻聚加氢保；冷箱分氢甲，适用看C₃少。” 知识点三 前脱丙烷深冷分离 流程如图： 前脱丙烷分离流程：是以丙烷和丁烯为分离界限，轻组分例如氢气、甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷等，和重组份例如丁烯、丁二烯、丁烷和C5以上组分等在第一个精馏塔内首先分开的分离流程。 裂解气经过三段压到0.96MPa(约为9.6atm),经碱洗、干燥等工序之后，冷却到-15摄氏度，进入脱丙烷塔，C4以上馏分从脱丙烷塔塔底分出，然后进入脱丁烷塔，分离成C4馏分和C5以上馏分。 脱丙烷塔塔顶出来的C3以下轻组分，进入压缩机四段，压缩升压到3.7MPa(36.6atm),进入加氢脱炔反应器，然后送往冷箱。在冷箱中分离出富氢气体，其余馏分进入脱甲烷塔，甲烷馏分从脱甲烷塔的塔顶蒸出来，脱甲烷塔的塔底液体送到脱乙烷塔。在脱乙烷塔C2馏分和C3馏分分离开，塔顶出来的C2馏分至乙烯塔中分离成乙烯和乙烷。C3馏分在丙烯塔中分离成丙烯和丙烷。 前脱丙烷分离流程的特点： C2以上馏分不进行压缩，减少了聚合现象的发生，节省了压缩功，减少了精馏塔和再沸器的结焦现象，适合于裂解重质油的裂解气分离。 关于“前脱丙烷深冷分离流程”，以下说法正确的是（ ） A. 脱丙烷塔在低压（0.96 MPa）下操作，可减少C₄⁺组分的聚合结焦 B. 脱丙烷塔塔顶的C₃⁻组分需压缩至3.7 MPa后加氢脱炔 C. 冷箱直接处理脱丙烷塔塔顶物流，分离氢气和甲烷 D. 该流程适合处理轻质烃裂解气（如乙烷裂解气） E. 脱丁烷塔用于分离C₄馏分和C₅⁺重组分 【答案】A、B、E 【解析】A：正确，低压操作减少重组分（C₄⁺）在高温下的聚合风险。 B：正确，轻组分需二次压缩并加氢脱炔后才能进入冷箱。 C：错误，冷箱处理的是加氢后的物流（非直接塔顶物流）。 D：错误，该流程更适合重质油裂解气（C₄⁺含量高）。 E：正确，脱丁烷塔分离C₄和C₅⁺。 1.裂解气在进入脱丙烷塔之前的压缩压力是多少（ ） A. 1.5 MPa B.0.96 MPa C. 3.7 MPa D. 5.0 MPa 【答案】B 【解析】 前脱丙烷流程中，裂解气先压缩至0.96 MPa（约9.6 atm），经碱洗、干燥后进入脱丙烷塔。 2.脱丙烷塔塔顶的C₃以下轻组分后续需要如何处理（ ） A. 直接进入冷箱分离 B. 压缩至3.7 MPa并加氢脱炔 C. 送入脱丁烷塔分离 D. 返回压缩机一段重新压缩 【答案】B 【解析】 C₃以下轻组分需先压缩至3.7 MPa，加氢脱炔后，才能进入冷箱和脱甲烷塔。 3.前脱丙烷流程最适用于下列哪种裂解气（ ） A. 乙烷裂解气（主要含C₂⁻组分） B. 石脑油裂解气（富含C₄⁺重组分） C. 甲醇制烯烃产物（含氧化合物多） D. 无需压缩的简单混合物 【答案】B 【解析】 前脱丙烷流程适合重组分（C₄⁺）含量高的裂解气（如重质油或石脑油裂解气），可避免高温结焦问题。 1.前脱丙烷流程中，脱丙烷塔的主要分离目的是（ ） A. 分离氢气和甲烷 B. 分离C₃及以下组分和C₄及以上组分 C. 分离乙烯和乙烷 D. 分离丙烯和丙烷 【答案】B 【解析】 脱丙烷塔是前脱丙烷流程的第一个分离塔，核心作用是将裂解气初步分离为C₃⁻轻组分和C₄⁺重组分。 2.前脱丙烷流程相比前脱乙烷流程的主要节能体现在（ ） A. 减少了冷箱的制冷负荷 B. 只需对部分物料进行高压压缩 C. 降低了所有塔的操作温度 D. 完全不需要压缩工序 【答案】B 【解析】 前脱丙烷流程只需对C₃⁻轻组分进行高压压缩，而重组分（C₄⁺）在低压下处理，显著降低了压缩能耗。 3.在前脱丙烷流程中，加氢脱炔反应器设置在（ ） A. 裂解气压缩之前 B. 脱丙烷塔之前 C. 轻组分二次压缩之后 D. 脱甲烷塔之后 【答案】C 【解析】 加氢脱炔工序位于轻组分（C₃⁻）被压缩至3.7MPa之后，这是为了保护后续低温设备免受炔烃影响。 4.脱丙烷塔采用较低操作压力（0.96MPa）的主要目的是（ ） A. 提高塔顶产品纯度 B. 降低塔底温度防止结焦 C. 减少冷箱的负荷 D. 增加处理量 【答案】B 【解析】 较低的操作压力可以降低塔底温度，避免C₄⁺重组分在高温下聚合结焦，这是前脱丙烷流程的关键优势。 流程顺序：裂解气 → 压缩至0.96MPa → 碱洗、干燥 → 脱丙烷塔（分离C₃⁻/C₄⁺） 轻组分：C₃⁻ → 压缩至3.7MPa → 加氢脱炔 → 冷箱（分H₂/CH₄）→ 脱甲烷塔 → 脱乙烷塔 重组分：C₄⁺ → 脱丁烷塔（分C₄/C₅⁺） 关键操作：低压脱丙烷（0.96MPa）：避免C₄⁺高温结焦 轻组分高压压缩（3.7MPa）：满足深冷分离需求 核心优势：节能：仅压缩轻组分；防结焦：先分离C₄⁺重组分 适用性：适合重质油裂解气（高C₄⁺含量） 关键设备：冷箱：深冷分离H₂/CH₄（需先加氢脱炔）；脱丁烷塔：分离C₄馏分与C₅⁺ 口诀记忆："低压先分C₄，轻组再压脱炔；冷箱分氢甲，重油最适配" 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 $$