《典型化工工艺》专题六 脱甲烷和乙烯产出与回收-讲义

山东省《典型化工工艺》 举一反三考点练

专题六 -脱甲烷和乙烯产出与回收-讲义

 

1.      理解脱甲烷塔的操作条件。
2.      理解乙烯塔、丙烯塔的操作条件。
3.      掌握影响乙烯回收率的因素。

 

知识点一  脱甲烷塔

脱甲烷过程即脱甲烷塔系统是裂解气分离的关键。因为脱甲烷塔温度最低 冷量占分离部分总冷量消耗的42%,脱甲烷塔的任务就是将裂解气中CH4、H₂以及其他惰性气体与C₂以上组分进行分离，关键组分是甲烷与乙烯的分离。

1.低压法

低压法分离效果好，乙烯收率高。操作条件为：压力0.18～0.25MPa, 顶温-140℃左右，釜温-50℃左右。 由于压力低，甲烷/乙烯的相对挥发度α值较大，分离效果好。乙烯回收率高，对于含氢及甲烷较多的裂解气也能分离，回流比较小。低压法不利之处，需要耐低温钢材，多套甲烷制冷系统，流程比较复杂。

压力对甲烷/乙烯相对挥发度的影响：

 

 

 

 

 

 

2.高压法

高压法脱甲烷，塔顶温度为-96℃左右，不必采用甲烷制冷系统，只需用液态乙烯冷剂即可。由于脱甲烷塔塔顶尾气压力高，可借助高压尾气的自身节流膨胀获得额外的降温，比甲烷冷冻系统简单。此外提高压力可缩小 精馏塔的容积，所以从投资和材质要求来看高压法有利。

脱甲烷塔的塔顶产品是气相产品，主要甲烷和氢气，他们在塔顶的操作条件(温度、压力)下，是不能全部冷凝下来的，因此脱甲烷塔与一般的精馏塔是不相同的，一般的精馏塔塔顶产品都可以全部冷凝下来，脱甲烷塔的塔顶产品含有不凝气甲烷和氢气，所以塔顶回流的液体组成与气相产品的组成是不同的，这就是脱甲烷塔的特点。也是脱甲烷塔的特殊性。

关于脱甲烷塔系统的描述，正确的选项是（ ）

A. 低压法操作压力约0.2 MPa，塔顶温度-140℃，需甲烷制冷系统

B. 高压法利用尾气节流膨胀降温，可减少制冷设备投资

C. 脱甲烷塔塔顶回流液组成与气相产品（CH₄/H₂）相同

D. 低压法中甲烷/乙烯相对挥发度（α）更高，利于乙烯回收

E. 脱甲烷塔的冷量消耗占分离总冷量的30%左右

【答案】A、B、D

【解析】A：正确，低压法的典型条件及配套需求。

B：正确，高压法利用高压尾气节流制冷是核心优势。

C：错误，塔顶含不凝气（CH₄/H₂），回流液组成不同。

D：正确，低压下α值增大，分离效果更优。

E：错误，实际冷量占比为42%。

1.低压法脱甲烷塔（0.18~0.25 MPa）相比高压法的主要优势是（  ）

A. 设备投资成本更低   B. 甲烷/乙烯相对挥发度（α）更高，分离效果更好

C. 无需使用耐低温钢材   D. 塔顶温度只需-96℃

【答案】B

【解析】 低压下甲烷与乙烯的相对挥发度（α）显著增大，分离效率更高，乙烯回收率提升。

2.高压法脱甲烷塔不依赖甲烷制冷系统的原因是（  ）

A. 塔顶温度较高（-96℃），仅需乙烯冷剂  B. 通过塔底再沸器提供全部冷量

C. 裂解气本身携带足够冷量     D. 采用特殊吸附剂替代制冷

【答案】A

【解析】 高压法塔顶温度-96℃可用液态乙烯制冷，且高压尾气节流膨胀可补充降温。

3.脱甲烷塔与常规精馏塔的关键区别在于（  ）

A. 塔顶产品可全部冷凝为液体   B. 塔顶含不凝气（CH₄/H₂），回流液与气相组成不同

C. 无需控制回流比     D. 塔底不产出任何产品

【答案】B

【解析】 因含不凝的CH₄/H₂，脱甲烷塔回流液组成与气相产品不同，这是其独特之处。

 

1.脱甲烷塔系统的冷量消耗约占整个分离过程总冷量的（  ）

A. 20%   B. 35%

C. 42%   D. 50%

【答案】C

【解析】 脱甲烷塔因需要深度制冷（-140℃至-96℃），其冷量消耗占分离总冷量的42%，是能耗最大的环节。

2.低压法脱甲烷塔（-140℃）必须采用的特殊材质是（  ）

A. 普通碳钢     B. 不锈钢304

C. 耐低温钢（如9Ni钢）  D. 钛合金

【答案】C

【解析】 极端低温工况下，普通钢材会脆化，必须使用耐低温钢（如9Ni钢或奥氏体不锈钢）。