精馏分离方法及原理 江汉大学 化学与环境工程学院 路 平 精馏分离方法及原理 乙烯生产 精馏分离方法 精馏分离基本原理 乙烯生产中分离方法及原理 1 乙烯生产 1.1 乙烯生产方法 1.2 石油裂解的产物 1.3 精馏分离的对象和目的 1.1 乙烯生产方法 原油裂解制乙烯 原油渣油裂解制乙烯 催化干气精制生产乙烯 甲醇制乙烯的MTO 工艺 甲烷氧化偶联法（OCM）制乙烯 裂解是利用高温将烷烃、环烷烃、芳烃等通过 脱氢、断链等反应生成烯烃、碳原子数较少的 产物。分蒸汽裂解和加氢热裂解。 原油：石脑油、煤油、轻柴油、重柴油 原油：石蜡基原油渣油、环烷基原油渣油 1.2 石油裂解的产物 裂解原料性质 原料 石 脑 油 煤 油 轻 柴 油 减 压 柴 油 相对密 度 d420 0.6 7 4 39. 0 0 73. 0 0 102 . 0 0 0.7 8 3 178 . 5 0 204 0.8 2 3 260 . 5 0 308 . 5 0 0.89 8 馏 程 IB P 50 % EP 元 素 分 析 %( w t ) C H S 84. 3 6 14. 3 7 0.1 7 86. 0 6 13. 7 3 0.2 9 85. 6 7 13. 4 0 0.7 9 86.4 9 12.7 4 0.77 THR-DC （管式固定床催化裂解） 裂解条件 原料石脑油煤油轻柴油减压柴油 裂解温度,850800820831890750840900 裂解压力,0.0980.3330.0980.0980.0980.0980.0980.392 停留时间 ,s0.0680.2150.200.1690.1300.3480.0150.035 蒸汽/原料中碳1.021.641.170.541.090.550.591.15 气化率,%(vol)80.1065.4076.6069.6065.2067.0056.9054.00 THR-DC裂解原料产品收率（vol% ） 原料石脑油煤油轻柴油减压柴油 H22.501.403.002.403.501.700.801.70 CO2.500.209.600.905.300.300.301.50 CO213.806.4019.7016.7025.7010.901.103.60 CH417.3010.7013.8010.4013.710.008.8016.20 C2H61.801.901.902.401.402.902.101.10 C2H436.3023.9029.8025.6025.7023.7023.0030.30 C3H80.900.400.400.500.300.500.701.80 C3H613.4015.9015.4016.509.8016.9014.304.00 C4H100.101.300.000.000.000.000.000.00 C4H81.005.603.304.401.405.702.400.30 C4H64.804.006.005.403.705.506.601.90 THR-DC裂解条件与主要产品收率 原料石脑油煤油轻柴油减压柴油 裂解温度 , 850800820831890750840900 裂解压力 , 0.0980.3330.0980.0980.0980.0980.0980.392 停留时间 ,s0.0680.2150.200.1690.1300.3480.0150.035 CO213.806.4019.7016.7025.7010.901.103.60 CH417.3010.7013.8010.4013.710.008.8016.20 C2H436.3023.9029.8025.6025.7023.7023.0030.30 C3H613.4015.9015.4016.509.8016.9014.304.00 1.3 精馏分离的对象和目的 精馏分离对象 分离具有不同挥 发度（沸点）的 混合液或混合气 精馏分离目的 将混合物分离成 符合标准的各产 品。 烃的名称 分子量 常压下沸点 CH4 C2H4 C2H6 C3H6 C3H8 n-C4H10 n-C5H12 n-C6H14 16.043 28.054 30.070 42.081 44.097 58.124 72.151 86.178 - 161.495 - 103.68 - 88.60 - 47.72 - 42.045 -0.50 36.064 68.732 2 精馏分离方法 2.1 分离过程的发展现状 2.2 精馏分离方法 2.1 分离过程的发展现状 2.2 精馏分离方法 名 称分 类 操作压力 操作流程 蒸馏方式 分离组分 加压 间歇式 简单蒸 馏 双组分 常压 连续式 分馏 多组分 减压 精馏 特殊精 馏 用于分离物系沸点较低 用于分离物系沸点较高，易结焦 分馏用于混合物各组 分沸点相差很大的分 离 用于混合物各组分沸 点相差不大，且要获 得较高收率的分离 用于混合物各组 分沸点相近，且 要获得较高收率 的分离 用于获得一定馏程范围产品的分离 3 分离基本原理 3.1 分离的基本原理 3.2 操作压力对汽液平衡的影响 3.3 分离方法及原理 3.4 理论板数对精馏分离效率的影响 3.5 操作条件对精馏分离效率的影响 3.6 多组分精馏分离 3.1 分离的基本原理 分离的基本原理与具体分离方法有关 蒸馏的基本原理将混合物进行部分汽化或部 分冷凝的分离 分馏、精馏和特殊精馏的基本原理将混合物 进行多次部分汽化和多次部分冷凝的分离 理论依据汽液平衡关系 汽液平衡关系 对多组分汽液平衡关系表达形式 K表达式yi=Kixi Ki值称汽液平衡常数由K图获得 表达式yi/yj=ijxi/xj ij值称相对挥发度ij=Ki/Kj 轻 烃 汽 液 平 衡 关 系 K 图 （ 高 温 段 ） 汽液平衡关系 对双组分汽液平衡关系表达形式 表达式 T-x-y图 X-y图 注意：上述汽液平衡关系仅表达形式不同，汽、 液相组成是一致的。 双组分汽液平衡关系T-x-y图 理想溶液，拉乌尔定律p=px； 理想气体，道尔顿分压定律p=Py。 总压： 双组分汽液平衡关系 T-x-y、 x-y图 双组分汽液平衡关系x-y图 越大，x-y线离 对角线越远，汽 液平衡组成相差 越大，说明混合 物容易分离。 趋近于1， x-y 线离对角线越近 ，汽液平衡组成 相差很小，说明 混合物容易分离 。 3.2 操作压力对汽液平衡的影响 3.3 分离方法及原理 简单蒸馏 3.3 分离方法及原理 分馏、精馏 和特殊精馏 原理 平衡级 理论板 精馏流程及操作线 理论板及分离效果 对一定的物系，操 作条件恒定，理论 板（梯级数）越多 ，xD越高，xW越低 ，说明分离效果好 。 平衡线和操作线间 距表示理论板分离 效果。 理论板与塔内温度分布 3.4 理论板数对精馏分离效率 的影响 在进料热状况 和回流比不变 的条件下，理 论板减少，分 离效率降低。 3.5 操作条件对精馏分离效率 的影响操作压力 在回流比和进 料热状态一定 ，塔内操作压 力降低，平衡 线远离操作线 ，所需理论板 数减少，实际 分离效果提高 。 3.5 操作条件对精馏分离效率 的影响回流比 在操作压力和进 料热状态恒定， 回流比增大，操 作线与平衡线间 距增大，所需理 论板减少，实际 分离效果增大。 此时，增加了塔 釜的加热量。 3.5 操作条件对精馏分离效率 的影响进料状态 在回流比恒定的情况 下，进料温度降低， 提馏段操作线远离平 衡线，所需理论板少 ，实际分离效果好。 冷液进料不足，塔釜 加热量大，易使物料 产生聚合或结焦。 说 明 操作压力降低，分离效果提高。 回流比提高，分离效果提高。 进料温度降低，分离效果提高。 改变上述操作工艺条件，可提高分离效果 ，即提高塔顶产品组成。但受全塔物料衡 算的限制。 3.6 多组分精馏分离 对多组分精馏其精馏原理与双组分相同。 理论板数和操作条件对分离效率的影响趋 势也相同。不同在于处理对象由双组分变 为多组分，导致考虑问题的方法有所变化 。 根据对多组分分离的要求确定预分离混合物 中的轻、重关键组分。以轻、重关键组分作 为双组分考虑对设备的要求和操作条件改变 对分离效率的影响。 3.6 多组分精馏分离 对其他组分： 当各组分间沸点相差较大，可近似认为轻 组分全部在塔顶馏出，重组分全部在塔釜 排出。 当各组分间沸点相差不大，则轻、重组分 在塔顶、塔釜排出的组成可由理论板数确 定。 说明各组分在塔顶和塔釜的分配，不仅受 理论板数和塔操作条件限制，而且受全塔 物料衡算的限制。 4 乙烯生产中分离方法及原理 4.1 裂解气预分馏 4.2 脱甲烷塔 4.3 脱乙烷塔 4.4 乙烯精馏塔 4.5 脱丙烷塔加氢回流 4.1 裂解气预分馏 裂解气预分馏属于多组分分离 。 裂解气预分馏的作用是将裂解 气中的重组分（如燃料油、裂 解汽油、水分）与轻组分（如 甲烷、乙烷、乙烯、丙烯）分 离。 根据裂解气中各组分沸点，裂 解气最终应冷却到40左右， 可采用冷却分馏。 烃的名称常压下沸点 CH4 C2H4 C2H6 C3H6 C3H8 n-C4H10 n-C5H12 n-C6H14 -161.495 -103.68 -88.60 -47.72 -42.045 -0.50 36.064 68.732 4.1 裂解气预分馏 轻烃裂解装置裂解气预分馏 4.1 裂解气预分馏 馏分油裂解装置裂解气预分馏过程 水在0.038MPa，沸点75；0.057MPa，沸点85 ； 0.025MPa，沸点65 。 4.1 裂解气预分馏 油洗塔 水洗塔分离C5，C6 烃的名称常压下沸点 CH4 C2H4 C2H6 C3H6 C3H8 n-C4H10 n-C5H12 n-C6H14 -161.495 -103.68 -88.60 -47.72 -42.045 -0.50 36.064 68.732 典型的顺序深冷分离流程 4.2 脱甲烷塔 分离氢气、甲烷与乙烯 4.2 脱甲烷塔 P=40.2MPa， 塔顶温度： T= -98 -141 ， 提高压力，可节省 冷量。 要提高乙烯回收率 ，应降低塔顶温度 。 4.2 脱甲烷塔 压力升高，甲烷 对乙烯的相对挥 发度降低。 P=4.4MPa， 1 4.2 脱甲烷塔 压力升高，和回流 比降低，可节省冷 量。但塔釜甲烷组 成升高，而且分离 也不易。 但为了节省冷量， 故只有牺牲设备投 资，增加塔板数。 4.3 脱乙烷塔 分离乙烷与丙烯 4.3 脱乙烷塔 操作压力2.27MPa， 4.4 乙烯精馏塔 分离乙烯与乙烷 侧线采出乙烯 压力或X乙烯 4.4 乙烯精馏塔 回流比影响，压力确定 4.5 前脱丙烷塔加氢回流流程 说明 可用反应回流