乙烯进料中经常含有少量甲烷,在分离过程中,甲烷几乎全部进入塔顶产品中,这样必然要影响塔顶乙烯产品的纯度,所以乙烯的进料在进入乙烯塔之前要进入设置的第二脱甲烷塔,先脱去甲烷,然后再作为乙烯塔的进料。近年来,深冷分离流程不再设置第二脱甲烷塔,在乙烯塔的塔顶脱甲烷,在乙烯塔的精馏段出侧线产品乙烯。一个精馏塔提到两个精馏塔的作用(称为复合塔),由于乙烯塔的精馏段回流比比较大,所以在乙烯塔的塔顶脱甲烷可以借用乙烯塔的大量回流,这种方法比设置第二脱甲烷塔还要有利得多。既节省了能量,又简化了流程。
带有中间再沸器和侧线出产品的乙烯塔示意图见图1-41(P78)。 (二)丙烯塔
丙烯和丙烷馏分的分离是在丙烯塔中完成的,塔顶得到丙烯产品,塔底得到丙烷馏分。由于丙烯和丙烷的相对挥发度非常小,丙烯塔在整个分离过程中塔板数最多、回流比最大。由于丙烯塔的操作压力不同,精馏塔的操作条件也有比较大的出入。表
1-34是丙烯塔的操作条件。
表1-34 丙烯塔的操作条件
厂别 塔实际塔板数 塔压 温度 回 径 精提合MPa 塔塔流 馏馏计 顶 釜 比 段 段 L 1600 62 38 100 1.15 23 25 15 B 4500 93 72 165 1.75 41 50 14.5 四、影响乙烯回收率诸因素
(一)影响乙烯回收率的因素分析
乙烯回收率=产物乙烯量/原料乙烯量*100%
现在乙烯工厂的分离装置,乙烯回收率的高低对工厂的经济性有很大的影响,塔是评价分离装置是否先进的一项重要经济技术指标。
4.472.22冷箱2.259.8897.00100112.034脱甲压缩烷塔0.0667.5640.2840.40脱乙烷塔乙烯107.28塔 为了分析影响乙烯回收率的因素,我们首先讨论乙烯分离的物料平衡,见图1-42。由图中可见,回收率为97%。乙烯损失有四处:
(1)冷箱中尾气(甲烷、氢气)带出的损失,占乙烯总量的2.25%;也就是说,尾气中的乙烯含量的大小,决定了乙烯损失率的大小;
(2)乙烯塔底产品(乙烷馏分)中带出的损失,占乙烯总量的0.4%;
(3)脱乙烷塔塔底液体产品(C3以上馏分)中带出的损失,占乙烯总量的0.284%; (4)压缩机各段之间冷凝液体带出的损失,约占乙烯总量的0.066%。
图1-42乙烯物料平衡总损失量,约占乙烯总量的3%。
正常操作(2)(3)(4)项损失是很难避免的,而且损失量也比较小(占总损失量的0.75%),因此影响乙烯回收率高低的关键是尾气中乙烯的损失。影响尾气中乙烯损失的主要因素是原料气的组成(C1/H2)、操作温度和操作压力。
1.原料气组成的影响:
对于脱甲烷过程,可以看作是甲烷与乙烯的分离,氢气等气体可以看作是惰性气体。惰性气体的加入,会影响气液相平衡,它们会降低分离产物的分压。就好像分离是在低压(降低压力)下操作一样,要想达到一定的分离纯度,必须相应降低操作温度,或者提高操作压力。从另一角度讲,在脱甲烷塔的塔顶由于氢气和其它惰性气体的存在,而降低了C1的分压,只有提高操作压力或者降低操作温度才能满足塔顶露点的要求。这是有相平衡决定的,并不取决于塔板数的多少和回流比的多数。
尾气中乙烯含量,10864200.51.01.53.69MPa-85°C4.143.694.14-95°C2.002C /H 摩尔比10关系21图1-43 尾气中乙烯含量与C /H 摩尔比 因此在温度与压力条件一定的时候,原
料气中C1/H2摩尔比越小,尾气中乙烯的损失就越大(这是因为,原料气中C1/H2摩尔比越小,惰性气体把C1的分压就降低的越厉害,就好像操作压力很低一样,这时如果不降低操作温度,乙烯的损失量就必然很大。),反之则小。图1-43中任何一条曲线都说明了这个结论。 2.压力和温度的影响
由图1-43(P79)可以看出,当C1/H2摩尔比值一定的时候,增大压力(操作温度一定)或者降低温度(操作压力一定)都有利于减少尾气中乙烯的损失,这种关系由图1-44(P79)可以明显看出。