,化工工艺学,
第二章 烃类热裂解
北京燕山乙烯装置
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 2
内容简介
?国内外乙烯工业 简介
?第一节：热裂解原理
?第二节：烃类管式炉裂解生产乙烯
?第三节：裂解气的净化与分离
?第四节：深冷分离流程
?第五节：生产乙烯的其它方法
?第六节：乙炔的生产
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 3
乙烯工业现状与前景展望
2004年,我国乙烯生产能力达到了 606万吨,乙烯
产量 626.49万吨,较 2003年约增长了 2.4%。到
2005年底,我国乙烯产能将达到 888万吨,2010年
将超过 1600万吨。
中国乙烯装置 现状
世界十大乙烯生产国与世界供需预测
2004年中国乙烯生产能力及产量 表 ； 需求量 预测
中国乙烯生产装置改扩建计划 表
中国乙烯在建及拟建项目 表
乙烯下游产品 消费结构
乙烯工业发展 对策
第一节：热裂解原理
?乙烯性质、用途,生产方法 *
?乙烯产品标准 *
?烃类 （ 乙烷、石脑油、轻柴油等 ） 乙烯、丙烯 。
?反应类型,脱氢、断链、异构化、叠合，焦化。
?一次反应,由烃类裂解生成乙烯和丙烯的反应。
（有利）
?二次反应,乙烯、丙烯继续反应生成炔烃、二
烯烃、芳烃直至 生成焦或碳的反应。 （不利）
断链，脱氢
高 T
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 5
一、烃类热裂解的一次反应
烃类热裂解的一次反应包括,
?烷烃热裂解的一次反应；
?烯烃热裂解的一次反应；
?环烷烃热裂解的一次反应；
?芳烃裂解
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 6
1、烷烃热裂解的一次反应
?（ 1） 断链反应,Cm+nH2(m+n)+2
?（ 2） 脱氢反应,CmH2m+2
?（ 3） 裂解规律,
A、断链脱氢反应皆是 吸热反应,需提供大量的热。
B,EC－ H>EC－ C
C、断链反应：多 C,C－ C中间断裂；中 C，趋向两端
断裂；同 C时，异烷比正烷易裂解。
D、带支链烷烃：主、支很长，同直链烷；主支较短，
断支链
CnH2n+CmH2m+2
CmH2m+H2
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 7
2、烯烃热裂解的一次反应
?（ 1）断链反应,
? Cm+nH2(m+n)
?（ 2） 脱 H反应,
? 例,
?（ 3） 歧化反应,
? 例,
CmH2m+CnH2n
26484 HHCHC ??
646263
844263
2
2
HCHCHC
HCHCHC
??
??
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 8
3、环烷烃热裂解的一次反应
环烷烃裂解生成乙烯、丁烯、丁二烯、芳烃等,
裂解规律为,
?（ 1）带短侧链时，先断侧链再裂解；
?（ 2）带长侧链，先在侧链是间断裂；
?（ 3）侧链断裂产物，可烯、可烷；
?（ 4）脱氢成芳烃比开环容易；
?（ 5） V六元环 >V五元环。
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 9
4,芳 烃 裂 解,
?芳环不断裂
?断侧链生成苯、甲苯、二甲苯
?苯脱氢生成联苯；
多环芳烃缩合成稠环芳烃；
进一步生成焦的反应。
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 10
5,小结 (烃类裂解的一次反应 ),
? 正构烷烃 是生产乙烯、丙烯的 理想
原料,且碳原子数愈少，收率愈高。
? 各种烃类裂解难易顺序为,
正烷 >异烷 >环烷（ C6>C5)>芳烃
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 11
二、烃类裂解的二次反应,
1,较大烯烃进一步裂解 [C5 ;C4 ]
2、烯烃 ± H2
3、烯烃聚合、环化、缩合
4、烯烃分解生成 C
* 结焦和生 C机理不同,
1）结焦是在较低 T下（ <1200K）芳烃缩合而成；
2）生 C是在高 T（ >1200K）生成乙炔中间体,
再脱氢最终成 C。
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 12
三、热裂解机理及动力学
（一）乙烷裂解
EC－ H＝ 346KJ/mol; EC－ C ＝ 406KJ/mol; EC－ C＞ EC－ H
故推断乙烷裂解按 自由基反应机理 进行 。
乙烷裂解的三个阶段
*链引发,
*链传递,
C2H6
*链终止,
? 与实测活化能 263.6-293.7接近，证明对乙烷裂解机理之推断是正确的。
9.2 7 9)(21 5431 ????? EEEEE
? 以上导出乙烷裂解
反应活化能为,
2HHH ? ??? ??
3362 1 HCHCHC k ?? ?? ?? 524623 2 HCCHHCHC k ?? ?? ???
HHCHC k ?? ?? ?? 4252 3
52263 4 HCHHCH k ?? ?? ???
524623 HCCHHCHC ?? ?? ???
6252 5 HCHCH k? ??? ??
1045252 HCHCHC ? ??? ??
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 13
（二）高级烷烃裂解
机理复杂，链传递途径多，大
分子自由基不稳定，易分解，
产物复杂。
戊烷裂解：可产生三种自由基
（ ），裂解符合
β 位断裂规律 。
C-C-C-C-C C-C-C-C-C
C-C-C-C-C
115 HCn ??
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 14
（三）反应动力学
一次反应为一级反应,
?当浓度由, 时间由 0→ T，对上式积分得
? 以转化率 a(x)表示时,代入上 式得,
(Ⅰ ) lgkT = lgA - E/2.303RT (Ⅱ )
故由式 Ⅰ, Ⅱ 和 表 1-5,图 1-2即可求出已知 T,t,av下
的转化率 x。
kcdtdcr ???
cc 0 ?
ktcc ?0ln
ktxa v ??1ln
v
0
a
)a1(cc ??
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 15
第二节,烃类管式炉裂解生产乙烯
★ 基本特征,高温、快速、急冷。
这就要求裂解装置在短时间内迅速供给大量热量，并达到裂解所需最
高温度和解决高温裂解气的急冷。关键是应采用合适的裂解方法和选择先
进的裂解设备。
裂解
方法
直接传热裂解法
间接传热裂
解法
固体热载体法（砂子炉、蓄热炉）
液体热载体法（熔盐）
气体热载体法（包括过热水蒸汽、氧化裂解,
火焰热载体法）
,管式炉裂解
★ 管式炉裂解主要过程,
原
料
烃
热
裂
解
预
处
理
分
离
产 品,
乙烯丙烯等
裂解气
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 16
一、原料烃组成对裂解结果的影响
（一）族组成
（二）原料含氢量
（三）芳烃指数
（四）特性因素
（五）几种原料裂解结果比较
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 17
（一）族 组 成
? 简称 PONA值,即 P烷烃,O烯烃,N环
烷烃,A芳烃。
?从 表 中比较：同条件下，原料愈轻，乙
烯收率增加；分子量愈大，（ N+A）量愈
大，乙烯收率愈小，液态产物量愈大。
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 18
（二）原料含氢量
?原料中同 C原子数时含 H量,烷烃 >环烷烃 >芳烃。
含 H↑,乙烯收率 ↑ 。
?按目前技术水平，对重质烃裂解要求,
1、气态产物含氢量易控制在 18%（质量）。
2、液体产物含氢量易控制在 7-8%，若低于 7-
8% 易结焦，堵塞炉管和急冷换热设备。
?总之，含氢量与裂解产物分配关系为,
① 含氢量,P >N > A ② 液体产物收率,P＜ N ＜ A
③ 乙烯收率,P >N > A ④ 易结焦倾向,P＜ N ＜ A
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 19
（三）芳烃指数 （ BMCI）
— 美国矿物局关联指数
?正构烷烃,BMCI↓↓ ；芳烃,BMCI↑↑ （苯为
99.8）。
?故：原料中
BMCI ↑, 乙烯收率 ↓,且易结焦
BMCI↓, 乙烯收率 ↑,但液态产
物减少
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 20
（四）特性因素 K
?计算方法,
K↑,烷烃 ↑,环烷烃 ↓,乙烯收率 ↑ 。
K↓,烷烃 ↓,环烷烃 ↑,乙烯收率 ↓ 。
（五）几种原料裂解结果比较 （ 表 11,表 12）
?石脑油,沸点范围约 20－ 160℃
?石油醚,30号 30－ 60℃
60号 60－ 90℃
6.15
6.15
3
216.1
d
T
K 立?
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 21
二、操作条件对裂解结果的影响
?（一）概念
?（二）裂解温度的影响
?（三）停留时间的影响
?（四）烃分压和稀释剂的影响
?（五）动力学裂解深度函数 KSF
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 22
（一）概念
%1 0 0??
通入反应器的原料量
参加反应的原料量转化率
%100??
原料质量
气体产物总质量
产气率
①
②
%100
%100
??
?
?
?
新鲜原料量
参加反应的原料量
总转化率
循环物料量新鲜原料量
参加反应的原料量
单程转化率
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 23
%1 0 0%1 0 0 ???? 反应掉的原料摩尔数 尔数生成目的产物的原料摩数理论生成目的产物摩尔 数实际生成目的产物摩尔选择性
选择性转化率通入反应器原料摩尔数 尔数转化为目的产物原料摩收率 ???? %1 0 0
%1 0 0??
通入反应器原料质量
实际所得目的产物质量质量收率③
④
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 24
（二）裂解温度的影响
裂解反应是 强吸热反应,需要在 高温 下进行,
T↑ 对一次反应有利,故乙烯收率 ↑,焦量 ↓ ；
T ↑ ↑ 故 ↑, ↑, 焦量 ↑,乙烯量
↑ 。
故高温裂解时，必须减少停留时间以减少焦的
生成。
二次v一次v
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 25
（三）停留时间的影响
定义,物料从反应开始到达某一转化率时,在
反应器中经历的时间。
裂解管式反应器特点,
① 非等温
② 非等容
1、停留时间的计算
2,τ的影响
3,T— τ的关系
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 26
1、停留时间的计算
① 表观停留时间,
②平均停留时间,
VR,S,L----反应器容积，裂解管截面积，管长。
V`,a`----平均体积流量，最终体积增大率。
V
LS
V
Vt R
R
???
原料Va
V
t
V
R
??
?
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 27
2,τ的影响
?由图知,始 τ↑，
乙烯 ↑；然后 τ↑，
乙烯 ↓。
?因此关键是控
制 τ，减少二次反
应。
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 28
3,T-τ的关系
由图知,τ一定,T
↑，乙烯 ↑。
T一定,τ ↓, 乙
烯 ↑。
故要使乙烯 ↑,
同时考虑 T,τ。
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 29
（四）烃分压和稀释剂的影响
1、烃分压
烃裂解 分子数 ↑, ↑ 。因此 P↓,乙烯 ↑ 。
对二次反应,摩尔数 ↓, ↓ 。因此 P↓,
生焦量 ↓ 。
工业上 ① 在常压下操作,真空下易进入空气发
生爆炸。
② 加入稀释剂,从而乙烯量 ↑,
体V
体V
?烃P
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 30
加入稀释剂后, ???? ?
烃稀总 PPPiP
故稀释剂作用, ① ② ③ ?
烃P ?气v ?生焦v
④ 有利炉管传热，保护炉管寿命。
常用 稀释剂, H2,N2、惰性气体、水蒸汽。
水蒸汽优点,①稳定，易与裂解气分离
②抑制对裂解管腐蚀
③可与管中沉积焦反应，除 C
④ 摩尔质量小，体积大，烃分压降幅大
⑤对金属 Fe,Ni表面起一定氧化作用，保护炉管
2、稀释剂的影响 P总 =P1+P2+…
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 31
（五）动力学裂解深度函数 KSF
计算公式,
由 图 1-7知,KSF值可分为三个区,
① KSF=0～ 1为 浅度裂解区,低级烯少，乙烯量 ↑,
丙烯量 ↑ 。
② KSF=1～ 2.3为 中度裂解区,乙烯量 ↑ 渐慢，丙烯
达峰值。
③ KSF＞ 2.3为 深度裂解区,一次反应结束，丙烯量
↓,丁烯量 ↓,乙烯量达峰值。
x
aK S F v
?
?
1
lg3.2
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 32
三、管式炉裂解工艺流程
（ 一）炉体的型式
（二）管式裂解炉
（三）裂解气的急冷
（四）裂解炉之结焦与清焦
（ 五）裂解工艺流程
（六）裂解炉发展方向
（七）中国乙烯现状与前景
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 33
（一）炉体的型式
管式裂解炉 由炉体和裂解管组成。
炉体 用钢构件和耐火材料砌筑，分为,
对流室,装有原料预热管、蒸汽加热管
辅射室,布置裂解管，其室、顶、底,
侧壁有烧嘴
炉体的型式 (图 )
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 34
（二）管式裂解炉
?1,鲁姆斯 SRT-X型炉
?2、凯洛格毫秒裂解炉（ MSF）
?3、斯通 -韦勃斯特超选择裂解炉（ USC）
?4、倒梯台下吹式裂解炉（ M-TCF）
?5、顺梯台裂解炉（ IFP）
?6,荷兰 KTI裂解炉 （ GK）
?7、德国 Linde裂解炉 （ LSCC）
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 35
1,鲁姆斯 SRT-X裂解炉
美国鲁姆斯公司 60年代开发的 SRT-Ⅰ ～ Ⅵ 等
系列炉。美国 鲁姆斯 公司 60年代开发成功。
SRT-Ⅲ 停留时间 0.37～ 0.43Ｓ，乙烯收率
24%（轻柴油），炉子热效率 92-93.5%,炉
管内径 1pΦ64,2pΦ 89,3-4p Φ146 。
裂解炉型 示意图
炉管排列形式 示意图
裂解工艺流程 示意图
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 36
2,凯洛格毫秒裂解炉（ MSF）
美国 Kellogg公司 60年代开发,78年成功，
高温下，停留时间缩短到 0.05～ 0.1Ｓ，是一
般裂解炉的 1/4～ 1/6。
特点,裂解管仅一程，管径 25-30mm，管长
10m，可使原料在极短时间内升至高温，裂解
气出口温度 850-880℃,且因管仅一程，无弯
头，阻力小,P烃 低，乙烯收率较高。
炉管布置图
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 37
3,斯通 -韦勃斯特 (Stone-Webster)
超选择裂解炉（ USC）
美国 S＆ W公司开发的超选择裂解炉，连同两
段急冷（ USX+TLX），构成三位一体裂解系
统。
特点：内径采用变径结构,停留时间 0.06～
0.2Ｓ，乙烯收率 27.7%（轻柴油），炉子热
效率 92%。
炉管布置图
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 38
?4,倒梯台下吹式裂解炉 （ M-TCF）
日本三菱油化公司。炉管 布置 （图） ；工艺流程 图 。
特点, 每组７根管，前四为椭圆管（传热面积比圆管大，
τ ↓ ）。
用轻柴油作原料时,τ为 0.456s，乙烯收率 22.5%。
?5,顺梯台裂解炉 （ IFP）,炉管布置 （图） 。
法国石油化学研究所
τ为 0.55s，乙烯收率 22.26%。
?6,荷兰 KTI的 GK型裂解炉 炉管构型 （ 图 ）
?7,德国 Linde的 LSCC裂解炉 炉管构型（ 图 ）
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 39
（三）裂解气的急冷
１、目的：①回收高温热能，产生高压蒸汽
②终止二次反应
２、方法：①直接急冷（用油或水）
②间接急冷
３、急冷换热器：双套管式
USX式
是裂解装置五大关键设备之一。
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 40
（四）裂解炉之结焦与清焦
结焦相关因素,裂解深度、温度、烃分压、
原料的重轻。
清焦方法,１、不停炉清焦
２、停炉清焦
水力清焦法
机械清焦法
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 41
（五） 裂解工艺流程 图 [（简图） ]
四大系统,
? １、原料油供给、预热系统
? ２、裂解、高压水蒸汽系统
? ３、急冷油、燃料油系统
? ４、急冷水、稀释水蒸汽系统
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 42
（六）裂解炉发展方向
?１、原料范围加宽，单程乙烯收率高，炉子热效率
不断提高。
?２、工艺条件：停留时间不断缩短，反应温度逐渐
提高；催化裂解 (KTI)。
?３、技术要求,
?①研究、制造抗高温管材。
②研究、制造性能更优的保温耐火材料。
③提高自动控制水平。
?４、生产规模大型化；单套装值大型化； 公用工程
岛 。
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 43
第三节：裂解气的净化与分离
?一、概述
?二、酸性气体脱除
?三、脱水
?四、脱炔
?五、裂解气的压缩
?六、制泠
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 44
? 一、概述
（一）裂解气的组成和分离要求
1、组成,除含有乙烯、丙烯、乙炔、丁二烯等
各种烃外，还含有 CO2, H2S,乙炔,H20等杂
质气体。
2、净化与分离的任务,
①除去裂解气中有害杂质
② 分离出单一烯烃产品和馏分，提供有机化
工原料
3、分离要求,有些产品对纯度要求不高，如苯
烷基化制乙苯和异丙苯；而有些需纯度较高烯烃，
如用丙烯制聚丙烯，要求丙烯原料大于 99.9%;
乙烯原料进聚合装置需不低于 99.9999%。
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 45
（二）分离方法
1、深冷分离法 （ 冷凝精馏）
工业,≥-50℃ 冷冻温度 — 浅度冷冻
-50~-100℃ 冷冻温度 — 中度冷冻
≤-100℃ 冷冻温度 — 深度冷冻（深冷）
原理,利用裂解气中各种烃的相对挥发度不同，在低温下
除了氢和甲烷以外把其余烃都冷凝下来，在适当温度、压
中力下以精馏的方法把各组分分离出来。
深冷分离包括三大系统,
? ① 气体净化系统, 脱酸气、脱水、脱炔、脱 CO等。
? ② 压缩冷冻系统, 把裂解气加压、降温，为分离创造条件。
? ③ 精馏分离系统, 通过一系列精馏分出 C2H4,C3H6等。
2、油吸收精馏分离法 （吸收精馏）
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 46
二、酸性气体脱除
（一）酸性气体的组成
（二）危害
（三）来源
（四）脱除方法
（五）碱洗法
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 47
（一）酸性气体的组成,
组成：,,,,,, 噻吩等。
（二）酸性气体的危害,
1、乙烯、丙烯纯度降低
2,H2S,腐蚀设备管道；分子筛寿命降低；使加氢
脱炔用催化剂中毒
3,CO2,低温下结成 干冰 堵塞设备管道；在生产聚
乙烯等时酸性气体积累造成聚合速度降低、聚乙烯
的分子量降低
2CS
RRS ?RSHCOS SH22CO
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 48
（三）来源,
由硫化物分解产生,
的产生,①
②
③
（四）脱除方法, [用 化学吸收法 （酸碱中和） ]
吸收剂有, NaOH溶液（ 碱洗法 ）、乙醇胺溶液、
N-甲基吡咯烷酮等。
SH2
2CO
SHRHHR S H 22 ?? ???
SHHRRHHRRS 222 ???? ????
SHCOOHCS 2222 2 ?? ???
SHCOOHC O S 222 ?? ???
222 22 HCOOHC ?? ???
??? ??? 2224 22)( HCOOHCH烃
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 49
（五）碱洗法
1、原理,
2,工艺流程
3、工艺条件,塔压 — 1.0MPa;塔内温度 — 40℃
补充碱液浓度 — 30%NaOH
乙醇胺法 可脱除大部分硫化氢和二氧化碳，但是对有机硫
脱除效果较差。故含硫量高时用 碱洗－乙醇胺联合法 较好 。
OHN a C ON a O HCO 232 2 ?? ???
OHN a C OSNaN a O HC O R 232 24 ??? ???
OHSNaN a O HSH 222 2 ?? ???
OHR S N aN a O HR S H 2?? ???
COS
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 50
三、脱水
（一）水的来源及危害
1、来源, ①稀释蒸汽
②脱酸性气体过程中水洗残留
2、危害,低温下，水冻结成冰，而且与轻质烃形成
白色结晶水合物，如 CH4·6H20,C2H6·7H20、
C3H8·7H20等。这些固体附着在管壁上，既增加动
能消耗，又堵塞管道。
解冻方法 可用氨、甲烷、乙醇等。
3,脱水方法 吸附法（分子筛、硅胶、活性氧化铝 ）
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 51
（二）分子筛吸附脱水
?A型分子筛孔径均一，只能吸附小于其孔径的分
子； 3A型只能吸附水分子； 4A型可吸附水分子
和乙烷分子。故工业上常用 3A型分子筛 脱水。
?工艺流程
?分子筛再生,自下而上 通入加热的甲烷、氢馏分，
开始缓慢加热以除去水分和烃类，逐渐升至
230℃ 左右去除残余水分。
气流向上可保证 床层底部完全再生 。
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 52
?四、脱炔和 CO
?（一）危害
?（二）催化加氢脱乙炔
?（三）溶剂吸收法脱乙炔
?（四）一氧化碳的脱除
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 53
（一） 炔烃的 危害
烃类裂解时会放生少量炔烃：乙炔、丙
炔、丙二烯等。
炔烃的 危害,
? 1、影响乙烯、丙烯的质量和用途
? 2、恶化乙烯聚合物的性能
? 3、使合成或聚合用催化剂中毒
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 54
（二）催化加氢脱乙炔
1、原理,采用乙炔选择性催化加氢为乙烯，尽量避
免乙炔和乙烯加氢成乙烷。
2、催化剂,活性组分 钴、镍、钯
助催化剂 铁、银
载体 分子筛,a-Al2O3
吸附顺序：丁二烯＞乙炔＞丙炔＞丙烯＞乙烯
3、前加氢,脱甲烷塔前进行的加氢脱炔。（氢气自
给）
后加氢,脱甲烷塔后进行的加氢脱炔。（需外部
加氢）
4,工艺流程
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 55
（三）溶剂吸收法脱乙炔
1,用途,小型裂解和乙炔生产 。
2、溶剂,二甲基甲酰胺、乙酸
乙酯,丙酮,N-甲基吡咯烷酮 等 。
3,工艺流程
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 56
（四）一氧化碳的脱除
危害,若一氧化碳过多，易使加氢催化
剂中毒，故当一氧化碳浓度太高时需脱
除。
原理,甲烷化法
OHCHHCO OAlNiM P a 24/,0.32 323 ?????? ??? 260-300℃
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 57
五、裂解气的压缩
?（一）压力与温度的关系
?（二）多段压缩
?（三）压缩流程
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 58
（一）压力与温度的关系
目前工业上深冷分离两种型式,
A 压力 — 3.5MPa 温度 — -100℃
B 压力 — 0.1MPa 温度 — -140℃
压力 --温度关系,
利弊分析,当压力高时，精馏塔塔釜升高，易引起重
组分聚合，并使烃类的 相对挥发度 降低，造成分离困难。
低压下，塔釜温度低不易发生聚合；烃类 相对挥发度 大，
分离较容易。
?1 á| / M pa ?? ?è ￡? ??
0,15 ?? 0,3 -140
0,6 ?? 1 -130
3 ?? 4 -96
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 59
（二）多段压缩
裂解气压缩可视为绝热过程,故遵守,
k为绝热指数 (1.228)
例,已知 T1=20℃,P1=0.105MPa,P2=3.6MPa
则可由公式得出,T1 =566K=293℃
即,P由 0.105增加到 3.6MPa,T由 20℃ 变化到 293℃ 。
T过高，会导致二烯烃聚合生成树脂，严重影响压缩机
正常操作，甚至破坏生产，故 采用多段压缩 。
段间设冷凝器，以维持低的入口温度。为防止聚合，
每段的出口温度控制在 90-110℃ 。
k
k
P
PTT )1()(
1
2
12
?
?
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 60
（三）压缩流程
1、压缩机,离心式或往复式
2、离心式压缩机用途较广,
①转数 3000— 16000转 /分
②裂解炉的废热锅炉副产高压水蒸汽，
多用 蒸汽透平 驱动离心式压缩机，达到能
量合理利用。
3,压缩流程图
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 61
六、制泠
?（一）氨蒸汽压缩制冷
?（二）复迭制冷
?（三）多段复迭制冷
?（四）多段制冷
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 62
（一）氨蒸汽压缩制冷
1、蒸发
0.1MPa时，沸点
为 -33.4℃ 。因此
液氨在蒸发器中沸
腾蒸发为氨蒸气时，
必须从被冷物料中
吸热，使被冷物料
泠至 -33.4℃ 。
热交换器 2
热交换器 1
压缩机
热交换器
热交换器 3
压缩机
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 63
2、压缩
换热器 2中低压低温氨蒸气被压缩机压缩，
压力升高（ g）。
3、冷凝
高压下氨蒸气凝固点较高（ 2.07MPa时，
750℃ ），可用水冷却使 NH3(g)转变为 NH3(l)。
4、节流
压力高，需通过节流降压，进行节流膨胀，而此
过程很快，只能 从 NH3自身取热 。节流后成为低温
低压液体，再去蒸发。从而达到循环制冷。（消
耗机械能）
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 64
（二）复迭制冷
乙烯、丙烯为产品。常压下,T乙烯 为 -100℃,
而 T丙烯 为 -40℃,故可用其制冷。
用丙烯作冷剂加压至 1.9MPa，冷凝点为 45℃,
故用水很易液化；
而乙烯临界温度为 9.5℃,已低于冷水温度，
故需低于 9.5℃ 的冷冻剂冷却乙烯至临界温度
以下液化。故可用 乙烯 -丙烯, 乙烯 -氨 复迭制
冷 来完成。而丙烯为联产品易回收。
大型乙烯厂常以 乙烯 -丙烯复迭制冷 。
工艺流程
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 65
（三）多段复迭制冷
甲烷 -乙烯 -丙烯 复迭制冷 （ 可冷至 -140℃ ）。
（四） 工业采用 多段制冷？
若 物料从 20℃ 一次冷至 -100℃ 左右，在能量利用上
不合理，故工业上常用 -75,-55,-41,-24,3℃
等多段制冷，使能耗最少 。
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 66
第四节,深冷分离流程
?一、深冷分离流程
?二、脱甲烷塔
?三、乙烯塔和丙烯塔
?四、影响乙烯回收率的因素
?五、深冷分离中的节能措施
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 67
一、深冷分离流程
?（一）深冷分离任务
?（二）顺序深冷分离流程 (图 )
?（三）前脱乙烷流程 (图 )
?（四）前脱丙烷流程 (图 )
?（五）三种分离流程之异同点
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 68
（一）深冷分离任务
裂
解
气
净
化
制冷
为深冷分离
创造条件
高压
低温
压
缩
裂解气中各种低级烃在高压、低温下相对挥发度不同，
通过精馏可将其一一分离。分离次序是先把不同碳原子烃分
开；再分同碳原子数炔烃和烷烃。
五大精馏塔,脱甲烷塔（将, H2与 ≥C2组分进行分离）
脱乙烷塔（ C2与 ≥C3组分分离）
脱丙烷塔（ C3与 ≥C4组分分离）
乙烯塔 （ 与 组分分离）
丙烯塔 （ 与 组分分离）
01C
02C ?2C
03C ?3C
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 69
二、脱甲烷塔
任务, 将裂解气中 C10,H2及其它惰性气体与
C2以上组分进行分离。 关键作用 是分离 C10,
C2=。
方法,T 顶,℃ P 压, Mp a 制冷 能耗
低压法
高压法
- 140 ℃ 0, 1 8 － 0, 2 5 甲 － 乙 － 丙 高
- 96 ℃ 3 － 4 乙 － 丙 低
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 70
三、乙烯塔和丙烯塔
（一） 乙烯塔
乙烯－乙烷典型精馏塔，耗冷量大（占总冷量的
40%）。
1、操作压力越大，相对挥发度越小，相应的精
馏板数增多，回流比增大。
2、压力一定时，温度与组成相互制约。
3、乙烯塔改进,①加设中间再沸器
②侧线出乙烯，提高乙烯纯度。
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 71
（二）丙烯塔
? 丙烯 -丙烷馏分的分离在丙烯塔中完成，
塔顶得产品丙烯，塔底得丙烷馏分。
o 1、高压法
o 2、低压法
o 为提高 纯度可采用 双塔流程 。
?3C
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 72
四、影响乙烯回收率的因素
（一）分析
1、脱甲烷塔冷箱尾气带走
2、乙烯塔釜残留
3、脱乙塔底带走
4、压缩时凝液带走
其中前三者总损失量很少，且不可避免，故 1
项影响较大，而 1项中甲烷与氢气摩尔比越高，
压力、温度越高，有利于降低尾气中乙烯量。
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 73
（二）利用冷箱提高乙烯回收率
冷箱,因甲烷塔为全系统中最冷系统，
为保证冷换设备、管道冷不散失，故采
用效率冷箱保冷。
冷箱放在脱甲烷塔前称为 前冷流程 ；放
在其后则称 后冷流程 。
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 74
五、深冷分离中的节能措施
裂解气在深冷分离中加压至 3.0-4.0MPa，降
温至 -100℃ 左右，能量消耗很大。特别是制
冷电耗占用电的 50-60%。
1、急冷回收热能的利用
2、中间冷凝器和中间再沸器
3、逐级冷凝多股进料
4、尾气膨胀补气制冷
5、热泵
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 75
第五节：生产乙烯的其它方法
1、乙醇催化脱水制乙烯,
2、以甲烷为原料制乙烯,
3、由合成气制乙烯,
4、甲醇法,
OHHCOHHC 24252 ?? ??
2424 2
1 HHCCH ?? ??
H C lClCHClCH ?? ??? 324
H C lHCClCH 22 423 ?? ??
OnHHCnHn C O nn 222 ?? ???
OHHCOHCH 2423 22 ?? ??
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 76
第六节：乙炔的生产
1、电石法,干法
湿法
2、甲烷氧化法,
3、烃类裂解生产乙炔和乙烯,
氧化裂解法
高温水蒸气裂解
QOHHCOOCH ???? ??? 2224
QHHCCH ??? ?? 2224 32
化合物 l gA E,J / m ol E / 2,3R 化合物 l gA E,J / m ol E / 2,3R
C
2
H
6
C
3
H
6
C
3
H
8
14, 67 37
13, 83 34
12, 61 6
302290
281050
249840
15800
14700
13050
i － C 4 H 10
n － C
4
H
10
n － C
5
H
12
12, 31 73
12, 25 45
12, 24 79
239500
233680
231650
12500
12300
12120
表 1 - 5 几种气态烃裂解反应的 A, E 值
裂解原料 乙 烷 丙 烷 石脑油 抽余油 轻柴油 重柴油
原料组成特征 P P P + N P + N P + N + A P + N + A
主
要
产
物
收
率
% （质
量）
乙烯
丙烯
丁二烯
混合芳烃
其它
84, 0
1,4
1,4
0,4
12, 8
44, 0
15, 6
3,4
2,8
34, 2
31, 7
13, 0
4,7
13, 7
36, 8
32, 9
15, 5
5,3
1 1,0
35, 8
28, 3
13, 5
4,8
10, 9
42, 5
25, 0
2,4
4,8
1 1,2
46, 6
表 1 - 7 组成不同的原料裂解产物
收率
烟气
原料
蒸汽
火嘴
对
流
室
产物
辅
射
室
对
流
室
原料
蒸汽
产物
火嘴辅
射
室
火嘴
急
冷
废
热
锅
炉
烟气
原料
蒸汽
对
流
室
辅
射
室
火嘴
产物
产物
火嘴
急
冷
废
热
锅
炉
火嘴
辅
射
室
对
流
室
烟气
水平管立式炉
单排竖管双面
辅射立式炉
倒梯台炉
顺梯台炉
炉体
每组炉管根数
40-60根 φ 25-35
猪尾管
物料来自对流段
第一急冷器
反应器
至第二急冷器
毫秒裂解炉炉管组
超选择性炉和两段急冷（US X+T LX） 示意图
对流段来
去急流
对流段来
对流段来
气烧嘴
油烧嘴
水
裂解气
水
蒸汽
逸出气
裂解气
废碱
裂解气
水
水
新碱
1
～
3
%
5
～
7
%
10
～
15
%
碱洗法流程简图
1
BW
1
3
4
QO
QO
5
6
7
高压蒸汽
去过热炉
烧焦气放
空
注氨
8
10
F 1
11
12
13
MS
14
MS
15
16 F 2
FO产
品
GO产
品
34
33
CW
CW
18
19 21
20
22
LS
23
LS
24
25
裂解气去压缩
注缓
蚀剂
注缓蚀剂
26
QW
30
MS
27
32
CW
排污水
31
28
29
图12-12 轻柴油裂解装置工艺流程图
1-原料油贮罐；2-原料油泵；3，4-原料油预热器；5-裂 解炉；6-急冷换热器；7-汽包；8-急冷器；9-油洗塔（汽油初分馏塔）；10-急冷油过
滤器；11-急冷油循环泵；12-燃料油汽提塔；13-裂解轻柴油汽提塔；14-燃料油输送泵；15-裂解轻柴油循环泵；16-燃料油过滤器；17-水洗耳
恭听塔；18-油水分离罐；19-急冷水循环泵；20-汽油回流泵；21-工艺水泵；22-工艺水过滤器；23-工艺水汽提塔；24-再沸器；25-稀释蒸汽发
生器给水泵；26，27-预热器；28-稀释蒸汽发生器汽提塔；29-分离器；30-中压蒸汽加热器；31-急冷油加热器；32-排污水冷却器；33，34-急
冷水冷却器；QW-急冷水；CW-冷却水；MS-中压水蒸气；LS-低压水蒸气；QO-急冷油；GO-急冷油；FO-燃料油；GO-裂解轻柴油；BW-锅炉给水
QW
2
17
原料油
9
1
2 3
4
5
6
7
8 9
裂解气去压缩
原
料
油
油洗塔
水
洗
塔
激冷换热器
裂解炉
SRT-HS型管式裂解 炉示意图
炉 体；2-油气联合烧嘴；4-辐射炉管；5-弹簧吊架；
6-急冷锅; 7-对流段；8-引风机
湿裂解气
湿再生气
B
台
干
燥
器
干裂解气
冷再生气
热再生气
干 燥器使用、再生流程
A
台
干
燥
器
馏分
过热水蒸气
工艺空气
水
洗水
脱炔后
催化加氢脱乙炔及再生流程
1-加氢反应器； 2-再生反应器； 3-绿油洗涤塔； 4-再生气洗涤塔
C2馏份 脱炔后 C
2
废气
乙烯压缩机 丙烯压缩机
图1- 8 乙烯丙烯复迭制冷流程
1-复迭换热器；2-冷量用户
膨胀室
A B C D E
n
物
料
裂解气
1
2 9
富氢
3 4
10
11
5
6 7 10
11 8
,
顺序深冷分离流程
1-碱洗塔； 2-干燥器； 3-脱甲烷塔； 4-脱乙烷塔； 5-乙
烯塔； 6-脱丙烷塔； 7-脱丁烷塔； 8-丙烯塔； 9-冷箱；
10-加氢脱炔反应器； 11-绿油塔
C1
乙烯
乙烷
C4
C5
C1 丙烯
丙烷
C1
裂解气
燃料气 富 氢
Ⅰ ～ Ⅲ Ⅳ, Ⅴ
前脱乙烷深冷分离流程
1-碱洗塔； 2-干燥器； 3-脱乙烷塔； 4-脱甲烷塔； 6-脱丙烷塔；
7-丙烯塔； 8-脱丁烷塔； 9-加氢脱炔反应器； 10-冷箱
Ⅰ ～ Ⅲ
裂解气
富
氢
Ⅳ
前脱丙烷深冷分离流程
1-碱洗塔； 2-干燥器； 3-脱丙烷塔； 4-脱丁烷塔； 5-脱甲烷塔； 6-
脱乙烷塔； 7-乙烯塔； 8-丙烯塔； 9-加氢脱炔反应器； 10-冷箱
脱甲烷塔前冷流程
冷箱换热器；2-气液分离罐；3-脱甲烷塔； c,e.g,i -脱甲烷塔四股进料； j- 富氢；
k- 甲烷（分子筛再生用载气）； m- 甲烷（燃料）； p- 乙烷（裂解原料）
-30℃
℃ -75℃
℃
℃
℃
℃
℃
℃
℃
℃
℃
℃
去脱乙烷塔
℃
3,68MP a
℃ ℃
℃ 0.165MPa
℃
裂解气
脱炔后 C 2 馏分
C 2
C 2 馏分
丙酮
丙酮吸收脱乙炔流程
1-吸 收塔；2 -第 一闪蒸塔；3 -第 二闪蒸塔；4 -解 吸塔
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ ⅣⅤ
裂解气
去油水分离
去
深
冷
分
离
去
脱
丁
烷
塔
压缩流程
Ⅰ-Ⅴ-压缩机段数；1-分离罐；2-碱洗塔；3-干燥器；4-脱丙烷塔
图 1-2 碳氢化合物相对于正戊烷的反应速度常数
10
9 8
7
6
5
4
3
2.0
1.5
1.0
0.9
0.3
0.4
0.8
0.5
0.7
0.6
3 4 5 40 30 25 20 15 6 10 7 9 8
n=碳原子数
1-正烷烃；
2-异构烷烃，一个
甲基
联在第二个碳原子
上,
3-异构烷烃，两个
甲基
联在两个碳原子上；
4-烷基环己烷；
5-烷基环戊烷；
6-正构伯单烯烃
石脑油裂解时裂解深度与产物分布关系图
乙烯
丙烯
丁二烯
表 1-11 不同原料的裂解产物分布
原料 丙烷 石脑油 轻柴油
原料规格 95.7% 43～ 159℃ 173～ 391℃
裂
解
条
件
辐射管出口温度,℃
辐射管出口压力,kPa
水蒸汽 /油（质量）
乙烷
94%
737
154.7
0.33
840
100
0.4
820
100
0.60
790
107
0.75
裂解产物组成,%（质量）
H2
CH3
C2H4
C2H6
C3H6
C3H8
C4
C5+
燃料油
3.08
7.45
43.0
37.3
3.27
3.27
1.1
4.64
1.25
20.35
29.97
3.76
20.33
19.26
3.58
0.92
0.8
13.7
26.1
4.0
16.0
0.5
12.4
25.6
25.6
0.6
10.1
23.0
4.2
14.75
0.3
9.65
19.0
17.25
指 标 乙 烷 丙 烷 石 脑 油 轻 柴 油
需原料量,t
联产品,t
其中，丙烯,t
丁二烯,t
B,T,X*
1.30
0.2995
0.0374
0.0176
2.38
1.38
0.386
0.075
0.095
3.18
2.60
0.47
0.119
0.49
3.79
2.79
0.538
0.148
0.50
*B,T,X为苯、甲苯、二甲苯。
表 12 生产 1吨乙烯所需
原料量及联副产物量
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 102
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 103
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 104
Linde公司 LSCC-x型裂解炉
KTI公司的 GK-x型裂解炉
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 107
Ⅱ ⅢⅠ
美国鲁姆斯 SRT-Ⅰ ～ Ⅵ 裂解炉管排布示意图
Ⅳ Ⅴ Ⅵ
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 108
轻
柴
油
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 109
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 110
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 111
顺梯台裂解炉 炉管布置图
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 112
{
{
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 113
2004年
中国乙烯
生产能力
及产量
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 114
中国乙烯生产装置改扩建计划 （单位：万吨）
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 115
中国乙烯在建及拟建项目 （单位：万吨）
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 116
乙烯性质、用途、生产方法
性质,无色 可燃性气体,微具烃类特有的臭
味。标况下气体的密度,1.2604kg/m3,液体
的比重,0.5699（ -103.9℃ /4℃ ）；
熔点,-169.4℃,沸点,-103.9℃,临界温度：
9.9℃,临界压力,5.137 Mpa；
爆炸极限,2.7%～ 36%(体积 )。
用途,主要用于制备合成树脂、合成橡胶、
合成纤维，还用于生产乙二醇、环氧乙烷、乙
醛、醋酸、苯乙烯等有机合成产品。
生产方法,烃类热裂解法
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 117
执行标准,GB 7715-1987
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 118
我国乙烯装置情况
我国现有装置可分为三类,
?第一类 是 70年代引进的规模 30万吨以上的大型乙
烯装置，共 7套，包括燕山、大庆、齐鲁、扬子、
上海 2#、茂名乙烯、吉化 2#装置；总能力 312万吨
/年，占全国乙烯总能力 65.16%。
?第二类 为 90年代建成的具有一定技术水平的规模
20万吨以下的乙烯装置，共有 7套，包括天津、中
原、北京东方、广州、盘锦、独山子、抚顺乙烯
装置；
?第三类 为建设年代较早规模较小技术落后的 15万
吨以下的乙烯装置，共 4套，包括吉化 1#、上海 1#、
辽阳、兰州乙烯装置。
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 119
国内乙烯需求量预测
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 120
乙烯下游消费结构
êà ?? ò ?? ?? ·? 1 3é ?é ??
?? ò ??
57.0%
′×?á ò ??
1.0%
?? ?è ò ??
14.0%
|á - ?? ìt
3.0%
?·?? ò íé
13.0%
?? ??
5.0%
?? ±? ò ??
7.0%
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 121
乙烯工业发展对策
?调整产品结构，加快企业技术改造力度，提高产
品竞争能力 。 大乙烯下游有所分工、中型乙烯实
现扭亏，产品向“小、特、专、优”方向调整，
使我国的石化企业形成各具特色的效益型企业 。
?调整乙烯装置规模，按市场需求增加有效供给 。
?调整布局结构，推进乙烯工业向集中化方向发展 ；
走 炼化一体化 的道路。
?调整乙烯原料结构，降低产品成本 。
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 122
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 123
第二章 烃类热裂解
北京燕山乙烯装置
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 2
内容简介
?国内外乙烯工业 简介
?第一节：热裂解原理
?第二节：烃类管式炉裂解生产乙烯
?第三节：裂解气的净化与分离
?第四节：深冷分离流程
?第五节：生产乙烯的其它方法
?第六节：乙炔的生产
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 3
乙烯工业现状与前景展望
2004年,我国乙烯生产能力达到了 606万吨,乙烯
产量 626.49万吨,较 2003年约增长了 2.4%。到
2005年底,我国乙烯产能将达到 888万吨,2010年
将超过 1600万吨。
中国乙烯装置 现状
世界十大乙烯生产国与世界供需预测
2004年中国乙烯生产能力及产量 表 ； 需求量 预测
中国乙烯生产装置改扩建计划 表
中国乙烯在建及拟建项目 表
乙烯下游产品 消费结构
乙烯工业发展 对策
第一节：热裂解原理
?乙烯性质、用途,生产方法 *
?乙烯产品标准 *
?烃类 （ 乙烷、石脑油、轻柴油等 ） 乙烯、丙烯 。
?反应类型,脱氢、断链、异构化、叠合，焦化。
?一次反应,由烃类裂解生成乙烯和丙烯的反应。
（有利）
?二次反应,乙烯、丙烯继续反应生成炔烃、二
烯烃、芳烃直至 生成焦或碳的反应。 （不利）
断链，脱氢
高 T
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 5
一、烃类热裂解的一次反应
烃类热裂解的一次反应包括,
?烷烃热裂解的一次反应；
?烯烃热裂解的一次反应；
?环烷烃热裂解的一次反应；
?芳烃裂解
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 6
1、烷烃热裂解的一次反应
?（ 1） 断链反应,Cm+nH2(m+n)+2
?（ 2） 脱氢反应,CmH2m+2
?（ 3） 裂解规律,
A、断链脱氢反应皆是 吸热反应,需提供大量的热。
B,EC－ H>EC－ C
C、断链反应：多 C,C－ C中间断裂；中 C，趋向两端
断裂；同 C时，异烷比正烷易裂解。
D、带支链烷烃：主、支很长，同直链烷；主支较短，
断支链
CnH2n+CmH2m+2
CmH2m+H2
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 7
2、烯烃热裂解的一次反应
?（ 1）断链反应,
? Cm+nH2(m+n)
?（ 2） 脱 H反应,
? 例,
?（ 3） 歧化反应,
? 例,
CmH2m+CnH2n
26484 HHCHC ??
646263
844263
2
2
HCHCHC
HCHCHC
??
??
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 8
3、环烷烃热裂解的一次反应
环烷烃裂解生成乙烯、丁烯、丁二烯、芳烃等,
裂解规律为,
?（ 1）带短侧链时，先断侧链再裂解；
?（ 2）带长侧链，先在侧链是间断裂；
?（ 3）侧链断裂产物，可烯、可烷；
?（ 4）脱氢成芳烃比开环容易；
?（ 5） V六元环 >V五元环。
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 9
4,芳 烃 裂 解,
?芳环不断裂
?断侧链生成苯、甲苯、二甲苯
?苯脱氢生成联苯；
多环芳烃缩合成稠环芳烃；
进一步生成焦的反应。
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 10
5,小结 (烃类裂解的一次反应 ),
? 正构烷烃 是生产乙烯、丙烯的 理想
原料,且碳原子数愈少，收率愈高。
? 各种烃类裂解难易顺序为,
正烷 >异烷 >环烷（ C6>C5)>芳烃
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 11
二、烃类裂解的二次反应,
1,较大烯烃进一步裂解 [C5 ;C4 ]
2、烯烃 ± H2
3、烯烃聚合、环化、缩合
4、烯烃分解生成 C
* 结焦和生 C机理不同,
1）结焦是在较低 T下（ <1200K）芳烃缩合而成；
2）生 C是在高 T（ >1200K）生成乙炔中间体,
再脱氢最终成 C。
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 12
三、热裂解机理及动力学
（一）乙烷裂解
EC－ H＝ 346KJ/mol; EC－ C ＝ 406KJ/mol; EC－ C＞ EC－ H
故推断乙烷裂解按 自由基反应机理 进行 。
乙烷裂解的三个阶段
*链引发,
*链传递,
C2H6
*链终止,
? 与实测活化能 263.6-293.7接近，证明对乙烷裂解机理之推断是正确的。
9.2 7 9)(21 5431 ????? EEEEE
? 以上导出乙烷裂解
反应活化能为,
2HHH ? ??? ??
3362 1 HCHCHC k ?? ?? ?? 524623 2 HCCHHCHC k ?? ?? ???
HHCHC k ?? ?? ?? 4252 3
52263 4 HCHHCH k ?? ?? ???
524623 HCCHHCHC ?? ?? ???
6252 5 HCHCH k? ??? ??
1045252 HCHCHC ? ??? ??
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 13
（二）高级烷烃裂解
机理复杂，链传递途径多，大
分子自由基不稳定，易分解，
产物复杂。
戊烷裂解：可产生三种自由基
（ ），裂解符合
β 位断裂规律 。
C-C-C-C-C C-C-C-C-C
C-C-C-C-C
115 HCn ??
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 14
（三）反应动力学
一次反应为一级反应,
?当浓度由, 时间由 0→ T，对上式积分得
? 以转化率 a(x)表示时,代入上 式得,
(Ⅰ ) lgkT = lgA - E/2.303RT (Ⅱ )
故由式 Ⅰ, Ⅱ 和 表 1-5,图 1-2即可求出已知 T,t,av下
的转化率 x。
kcdtdcr ???
cc 0 ?
ktcc ?0ln
ktxa v ??1ln
v
0
a
)a1(cc ??
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 15
第二节,烃类管式炉裂解生产乙烯
★ 基本特征,高温、快速、急冷。
这就要求裂解装置在短时间内迅速供给大量热量，并达到裂解所需最
高温度和解决高温裂解气的急冷。关键是应采用合适的裂解方法和选择先
进的裂解设备。
裂解
方法
直接传热裂解法
间接传热裂
解法
固体热载体法（砂子炉、蓄热炉）
液体热载体法（熔盐）
气体热载体法（包括过热水蒸汽、氧化裂解,
火焰热载体法）
,管式炉裂解
★ 管式炉裂解主要过程,
原
料
烃
热
裂
解
预
处
理
分
离
产 品,
乙烯丙烯等
裂解气
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 16
一、原料烃组成对裂解结果的影响
（一）族组成
（二）原料含氢量
（三）芳烃指数
（四）特性因素
（五）几种原料裂解结果比较
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 17
（一）族 组 成
? 简称 PONA值,即 P烷烃,O烯烃,N环
烷烃,A芳烃。
?从 表 中比较：同条件下，原料愈轻，乙
烯收率增加；分子量愈大，（ N+A）量愈
大，乙烯收率愈小，液态产物量愈大。
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 18
（二）原料含氢量
?原料中同 C原子数时含 H量,烷烃 >环烷烃 >芳烃。
含 H↑,乙烯收率 ↑ 。
?按目前技术水平，对重质烃裂解要求,
1、气态产物含氢量易控制在 18%（质量）。
2、液体产物含氢量易控制在 7-8%，若低于 7-
8% 易结焦，堵塞炉管和急冷换热设备。
?总之，含氢量与裂解产物分配关系为,
① 含氢量,P >N > A ② 液体产物收率,P＜ N ＜ A
③ 乙烯收率,P >N > A ④ 易结焦倾向,P＜ N ＜ A
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 19
（三）芳烃指数 （ BMCI）
— 美国矿物局关联指数
?正构烷烃,BMCI↓↓ ；芳烃,BMCI↑↑ （苯为
99.8）。
?故：原料中
BMCI ↑, 乙烯收率 ↓,且易结焦
BMCI↓, 乙烯收率 ↑,但液态产
物减少
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 20
（四）特性因素 K
?计算方法,
K↑,烷烃 ↑,环烷烃 ↓,乙烯收率 ↑ 。
K↓,烷烃 ↓,环烷烃 ↑,乙烯收率 ↓ 。
（五）几种原料裂解结果比较 （ 表 11,表 12）
?石脑油,沸点范围约 20－ 160℃
?石油醚,30号 30－ 60℃
60号 60－ 90℃
6.15
6.15
3
216.1
d
T
K 立?
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 21
二、操作条件对裂解结果的影响
?（一）概念
?（二）裂解温度的影响
?（三）停留时间的影响
?（四）烃分压和稀释剂的影响
?（五）动力学裂解深度函数 KSF
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 22
（一）概念
%1 0 0??
通入反应器的原料量
参加反应的原料量转化率
%100??
原料质量
气体产物总质量
产气率
①
②
%100
%100
??
?
?
?
新鲜原料量
参加反应的原料量
总转化率
循环物料量新鲜原料量
参加反应的原料量
单程转化率
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 23
%1 0 0%1 0 0 ???? 反应掉的原料摩尔数 尔数生成目的产物的原料摩数理论生成目的产物摩尔 数实际生成目的产物摩尔选择性
选择性转化率通入反应器原料摩尔数 尔数转化为目的产物原料摩收率 ???? %1 0 0
%1 0 0??
通入反应器原料质量
实际所得目的产物质量质量收率③
④
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 24
（二）裂解温度的影响
裂解反应是 强吸热反应,需要在 高温 下进行,
T↑ 对一次反应有利,故乙烯收率 ↑,焦量 ↓ ；
T ↑ ↑ 故 ↑, ↑, 焦量 ↑,乙烯量
↑ 。
故高温裂解时，必须减少停留时间以减少焦的
生成。
二次v一次v
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 25
（三）停留时间的影响
定义,物料从反应开始到达某一转化率时,在
反应器中经历的时间。
裂解管式反应器特点,
① 非等温
② 非等容
1、停留时间的计算
2,τ的影响
3,T— τ的关系
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 26
1、停留时间的计算
① 表观停留时间,
②平均停留时间,
VR,S,L----反应器容积，裂解管截面积，管长。
V`,a`----平均体积流量，最终体积增大率。
V
LS
V
Vt R
R
???
原料Va
V
t
V
R
??
?
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 27
2,τ的影响
?由图知,始 τ↑，
乙烯 ↑；然后 τ↑，
乙烯 ↓。
?因此关键是控
制 τ，减少二次反
应。
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 28
3,T-τ的关系
由图知,τ一定,T
↑，乙烯 ↑。
T一定,τ ↓, 乙
烯 ↑。
故要使乙烯 ↑,
同时考虑 T,τ。
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 29
（四）烃分压和稀释剂的影响
1、烃分压
烃裂解 分子数 ↑, ↑ 。因此 P↓,乙烯 ↑ 。
对二次反应,摩尔数 ↓, ↓ 。因此 P↓,
生焦量 ↓ 。
工业上 ① 在常压下操作,真空下易进入空气发
生爆炸。
② 加入稀释剂,从而乙烯量 ↑,
体V
体V
?烃P
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 30
加入稀释剂后, ???? ?
烃稀总 PPPiP
故稀释剂作用, ① ② ③ ?
烃P ?气v ?生焦v
④ 有利炉管传热，保护炉管寿命。
常用 稀释剂, H2,N2、惰性气体、水蒸汽。
水蒸汽优点,①稳定，易与裂解气分离
②抑制对裂解管腐蚀
③可与管中沉积焦反应，除 C
④ 摩尔质量小，体积大，烃分压降幅大
⑤对金属 Fe,Ni表面起一定氧化作用，保护炉管
2、稀释剂的影响 P总 =P1+P2+…
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 31
（五）动力学裂解深度函数 KSF
计算公式,
由 图 1-7知,KSF值可分为三个区,
① KSF=0～ 1为 浅度裂解区,低级烯少，乙烯量 ↑,
丙烯量 ↑ 。
② KSF=1～ 2.3为 中度裂解区,乙烯量 ↑ 渐慢，丙烯
达峰值。
③ KSF＞ 2.3为 深度裂解区,一次反应结束，丙烯量
↓,丁烯量 ↓,乙烯量达峰值。
x
aK S F v
?
?
1
lg3.2
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 32
三、管式炉裂解工艺流程
（ 一）炉体的型式
（二）管式裂解炉
（三）裂解气的急冷
（四）裂解炉之结焦与清焦
（ 五）裂解工艺流程
（六）裂解炉发展方向
（七）中国乙烯现状与前景
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 33
（一）炉体的型式
管式裂解炉 由炉体和裂解管组成。
炉体 用钢构件和耐火材料砌筑，分为,
对流室,装有原料预热管、蒸汽加热管
辅射室,布置裂解管，其室、顶、底,
侧壁有烧嘴
炉体的型式 (图 )
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 34
（二）管式裂解炉
?1,鲁姆斯 SRT-X型炉
?2、凯洛格毫秒裂解炉（ MSF）
?3、斯通 -韦勃斯特超选择裂解炉（ USC）
?4、倒梯台下吹式裂解炉（ M-TCF）
?5、顺梯台裂解炉（ IFP）
?6,荷兰 KTI裂解炉 （ GK）
?7、德国 Linde裂解炉 （ LSCC）
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 35
1,鲁姆斯 SRT-X裂解炉
美国鲁姆斯公司 60年代开发的 SRT-Ⅰ ～ Ⅵ 等
系列炉。美国 鲁姆斯 公司 60年代开发成功。
SRT-Ⅲ 停留时间 0.37～ 0.43Ｓ，乙烯收率
24%（轻柴油），炉子热效率 92-93.5%,炉
管内径 1pΦ64,2pΦ 89,3-4p Φ146 。
裂解炉型 示意图
炉管排列形式 示意图
裂解工艺流程 示意图
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 36
2,凯洛格毫秒裂解炉（ MSF）
美国 Kellogg公司 60年代开发,78年成功，
高温下，停留时间缩短到 0.05～ 0.1Ｓ，是一
般裂解炉的 1/4～ 1/6。
特点,裂解管仅一程，管径 25-30mm，管长
10m，可使原料在极短时间内升至高温，裂解
气出口温度 850-880℃,且因管仅一程，无弯
头，阻力小,P烃 低，乙烯收率较高。
炉管布置图
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 37
3,斯通 -韦勃斯特 (Stone-Webster)
超选择裂解炉（ USC）
美国 S＆ W公司开发的超选择裂解炉，连同两
段急冷（ USX+TLX），构成三位一体裂解系
统。
特点：内径采用变径结构,停留时间 0.06～
0.2Ｓ，乙烯收率 27.7%（轻柴油），炉子热
效率 92%。
炉管布置图
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 38
?4,倒梯台下吹式裂解炉 （ M-TCF）
日本三菱油化公司。炉管 布置 （图） ；工艺流程 图 。
特点, 每组７根管，前四为椭圆管（传热面积比圆管大，
τ ↓ ）。
用轻柴油作原料时,τ为 0.456s，乙烯收率 22.5%。
?5,顺梯台裂解炉 （ IFP）,炉管布置 （图） 。
法国石油化学研究所
τ为 0.55s，乙烯收率 22.26%。
?6,荷兰 KTI的 GK型裂解炉 炉管构型 （ 图 ）
?7,德国 Linde的 LSCC裂解炉 炉管构型（ 图 ）
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 39
（三）裂解气的急冷
１、目的：①回收高温热能，产生高压蒸汽
②终止二次反应
２、方法：①直接急冷（用油或水）
②间接急冷
３、急冷换热器：双套管式
USX式
是裂解装置五大关键设备之一。
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 40
（四）裂解炉之结焦与清焦
结焦相关因素,裂解深度、温度、烃分压、
原料的重轻。
清焦方法,１、不停炉清焦
２、停炉清焦
水力清焦法
机械清焦法
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 41
（五） 裂解工艺流程 图 [（简图） ]
四大系统,
? １、原料油供给、预热系统
? ２、裂解、高压水蒸汽系统
? ３、急冷油、燃料油系统
? ４、急冷水、稀释水蒸汽系统
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 42
（六）裂解炉发展方向
?１、原料范围加宽，单程乙烯收率高，炉子热效率
不断提高。
?２、工艺条件：停留时间不断缩短，反应温度逐渐
提高；催化裂解 (KTI)。
?３、技术要求,
?①研究、制造抗高温管材。
②研究、制造性能更优的保温耐火材料。
③提高自动控制水平。
?４、生产规模大型化；单套装值大型化； 公用工程
岛 。
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 43
第三节：裂解气的净化与分离
?一、概述
?二、酸性气体脱除
?三、脱水
?四、脱炔
?五、裂解气的压缩
?六、制泠
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 44
? 一、概述
（一）裂解气的组成和分离要求
1、组成,除含有乙烯、丙烯、乙炔、丁二烯等
各种烃外，还含有 CO2, H2S,乙炔,H20等杂
质气体。
2、净化与分离的任务,
①除去裂解气中有害杂质
② 分离出单一烯烃产品和馏分，提供有机化
工原料
3、分离要求,有些产品对纯度要求不高，如苯
烷基化制乙苯和异丙苯；而有些需纯度较高烯烃，
如用丙烯制聚丙烯，要求丙烯原料大于 99.9%;
乙烯原料进聚合装置需不低于 99.9999%。
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 45
（二）分离方法
1、深冷分离法 （ 冷凝精馏）
工业,≥-50℃ 冷冻温度 — 浅度冷冻
-50~-100℃ 冷冻温度 — 中度冷冻
≤-100℃ 冷冻温度 — 深度冷冻（深冷）
原理,利用裂解气中各种烃的相对挥发度不同，在低温下
除了氢和甲烷以外把其余烃都冷凝下来，在适当温度、压
中力下以精馏的方法把各组分分离出来。
深冷分离包括三大系统,
? ① 气体净化系统, 脱酸气、脱水、脱炔、脱 CO等。
? ② 压缩冷冻系统, 把裂解气加压、降温，为分离创造条件。
? ③ 精馏分离系统, 通过一系列精馏分出 C2H4,C3H6等。
2、油吸收精馏分离法 （吸收精馏）
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 46
二、酸性气体脱除
（一）酸性气体的组成
（二）危害
（三）来源
（四）脱除方法
（五）碱洗法
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 47
（一）酸性气体的组成,
组成：,,,,,, 噻吩等。
（二）酸性气体的危害,
1、乙烯、丙烯纯度降低
2,H2S,腐蚀设备管道；分子筛寿命降低；使加氢
脱炔用催化剂中毒
3,CO2,低温下结成 干冰 堵塞设备管道；在生产聚
乙烯等时酸性气体积累造成聚合速度降低、聚乙烯
的分子量降低
2CS
RRS ?RSHCOS SH22CO
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 48
（三）来源,
由硫化物分解产生,
的产生,①
②
③
（四）脱除方法, [用 化学吸收法 （酸碱中和） ]
吸收剂有, NaOH溶液（ 碱洗法 ）、乙醇胺溶液、
N-甲基吡咯烷酮等。
SH2
2CO
SHRHHR S H 22 ?? ???
SHHRRHHRRS 222 ???? ????
SHCOOHCS 2222 2 ?? ???
SHCOOHC O S 222 ?? ???
222 22 HCOOHC ?? ???
??? ??? 2224 22)( HCOOHCH烃
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 49
（五）碱洗法
1、原理,
2,工艺流程
3、工艺条件,塔压 — 1.0MPa;塔内温度 — 40℃
补充碱液浓度 — 30%NaOH
乙醇胺法 可脱除大部分硫化氢和二氧化碳，但是对有机硫
脱除效果较差。故含硫量高时用 碱洗－乙醇胺联合法 较好 。
OHN a C ON a O HCO 232 2 ?? ???
OHN a C OSNaN a O HC O R 232 24 ??? ???
OHSNaN a O HSH 222 2 ?? ???
OHR S N aN a O HR S H 2?? ???
COS
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 50
三、脱水
（一）水的来源及危害
1、来源, ①稀释蒸汽
②脱酸性气体过程中水洗残留
2、危害,低温下，水冻结成冰，而且与轻质烃形成
白色结晶水合物，如 CH4·6H20,C2H6·7H20、
C3H8·7H20等。这些固体附着在管壁上，既增加动
能消耗，又堵塞管道。
解冻方法 可用氨、甲烷、乙醇等。
3,脱水方法 吸附法（分子筛、硅胶、活性氧化铝 ）
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 51
（二）分子筛吸附脱水
?A型分子筛孔径均一，只能吸附小于其孔径的分
子； 3A型只能吸附水分子； 4A型可吸附水分子
和乙烷分子。故工业上常用 3A型分子筛 脱水。
?工艺流程
?分子筛再生,自下而上 通入加热的甲烷、氢馏分，
开始缓慢加热以除去水分和烃类，逐渐升至
230℃ 左右去除残余水分。
气流向上可保证 床层底部完全再生 。
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 52
?四、脱炔和 CO
?（一）危害
?（二）催化加氢脱乙炔
?（三）溶剂吸收法脱乙炔
?（四）一氧化碳的脱除
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 53
（一） 炔烃的 危害
烃类裂解时会放生少量炔烃：乙炔、丙
炔、丙二烯等。
炔烃的 危害,
? 1、影响乙烯、丙烯的质量和用途
? 2、恶化乙烯聚合物的性能
? 3、使合成或聚合用催化剂中毒
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 54
（二）催化加氢脱乙炔
1、原理,采用乙炔选择性催化加氢为乙烯，尽量避
免乙炔和乙烯加氢成乙烷。
2、催化剂,活性组分 钴、镍、钯
助催化剂 铁、银
载体 分子筛,a-Al2O3
吸附顺序：丁二烯＞乙炔＞丙炔＞丙烯＞乙烯
3、前加氢,脱甲烷塔前进行的加氢脱炔。（氢气自
给）
后加氢,脱甲烷塔后进行的加氢脱炔。（需外部
加氢）
4,工艺流程
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 55
（三）溶剂吸收法脱乙炔
1,用途,小型裂解和乙炔生产 。
2、溶剂,二甲基甲酰胺、乙酸
乙酯,丙酮,N-甲基吡咯烷酮 等 。
3,工艺流程
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 56
（四）一氧化碳的脱除
危害,若一氧化碳过多，易使加氢催化
剂中毒，故当一氧化碳浓度太高时需脱
除。
原理,甲烷化法
OHCHHCO OAlNiM P a 24/,0.32 323 ?????? ??? 260-300℃
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 57
五、裂解气的压缩
?（一）压力与温度的关系
?（二）多段压缩
?（三）压缩流程
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 58
（一）压力与温度的关系
目前工业上深冷分离两种型式,
A 压力 — 3.5MPa 温度 — -100℃
B 压力 — 0.1MPa 温度 — -140℃
压力 --温度关系,
利弊分析,当压力高时，精馏塔塔釜升高，易引起重
组分聚合，并使烃类的 相对挥发度 降低，造成分离困难。
低压下，塔釜温度低不易发生聚合；烃类 相对挥发度 大，
分离较容易。
?1 á| / M pa ?? ?è ￡? ??
0,15 ?? 0,3 -140
0,6 ?? 1 -130
3 ?? 4 -96
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 59
（二）多段压缩
裂解气压缩可视为绝热过程,故遵守,
k为绝热指数 (1.228)
例,已知 T1=20℃,P1=0.105MPa,P2=3.6MPa
则可由公式得出,T1 =566K=293℃
即,P由 0.105增加到 3.6MPa,T由 20℃ 变化到 293℃ 。
T过高，会导致二烯烃聚合生成树脂，严重影响压缩机
正常操作，甚至破坏生产，故 采用多段压缩 。
段间设冷凝器，以维持低的入口温度。为防止聚合，
每段的出口温度控制在 90-110℃ 。
k
k
P
PTT )1()(
1
2
12
?
?
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 60
（三）压缩流程
1、压缩机,离心式或往复式
2、离心式压缩机用途较广,
①转数 3000— 16000转 /分
②裂解炉的废热锅炉副产高压水蒸汽，
多用 蒸汽透平 驱动离心式压缩机，达到能
量合理利用。
3,压缩流程图
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 61
六、制泠
?（一）氨蒸汽压缩制冷
?（二）复迭制冷
?（三）多段复迭制冷
?（四）多段制冷
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 62
（一）氨蒸汽压缩制冷
1、蒸发
0.1MPa时，沸点
为 -33.4℃ 。因此
液氨在蒸发器中沸
腾蒸发为氨蒸气时，
必须从被冷物料中
吸热，使被冷物料
泠至 -33.4℃ 。
热交换器 2
热交换器 1
压缩机
热交换器
热交换器 3
压缩机
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 63
2、压缩
换热器 2中低压低温氨蒸气被压缩机压缩，
压力升高（ g）。
3、冷凝
高压下氨蒸气凝固点较高（ 2.07MPa时，
750℃ ），可用水冷却使 NH3(g)转变为 NH3(l)。
4、节流
压力高，需通过节流降压，进行节流膨胀，而此
过程很快，只能 从 NH3自身取热 。节流后成为低温
低压液体，再去蒸发。从而达到循环制冷。（消
耗机械能）
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 64
（二）复迭制冷
乙烯、丙烯为产品。常压下,T乙烯 为 -100℃,
而 T丙烯 为 -40℃,故可用其制冷。
用丙烯作冷剂加压至 1.9MPa，冷凝点为 45℃,
故用水很易液化；
而乙烯临界温度为 9.5℃,已低于冷水温度，
故需低于 9.5℃ 的冷冻剂冷却乙烯至临界温度
以下液化。故可用 乙烯 -丙烯, 乙烯 -氨 复迭制
冷 来完成。而丙烯为联产品易回收。
大型乙烯厂常以 乙烯 -丙烯复迭制冷 。
工艺流程
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 65
（三）多段复迭制冷
甲烷 -乙烯 -丙烯 复迭制冷 （ 可冷至 -140℃ ）。
（四） 工业采用 多段制冷？
若 物料从 20℃ 一次冷至 -100℃ 左右，在能量利用上
不合理，故工业上常用 -75,-55,-41,-24,3℃
等多段制冷，使能耗最少 。
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 66
第四节,深冷分离流程
?一、深冷分离流程
?二、脱甲烷塔
?三、乙烯塔和丙烯塔
?四、影响乙烯回收率的因素
?五、深冷分离中的节能措施
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 67
一、深冷分离流程
?（一）深冷分离任务
?（二）顺序深冷分离流程 (图 )
?（三）前脱乙烷流程 (图 )
?（四）前脱丙烷流程 (图 )
?（五）三种分离流程之异同点
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 68
（一）深冷分离任务
裂
解
气
净
化
制冷
为深冷分离
创造条件
高压
低温
压
缩
裂解气中各种低级烃在高压、低温下相对挥发度不同，
通过精馏可将其一一分离。分离次序是先把不同碳原子烃分
开；再分同碳原子数炔烃和烷烃。
五大精馏塔,脱甲烷塔（将, H2与 ≥C2组分进行分离）
脱乙烷塔（ C2与 ≥C3组分分离）
脱丙烷塔（ C3与 ≥C4组分分离）
乙烯塔 （ 与 组分分离）
丙烯塔 （ 与 组分分离）
01C
02C ?2C
03C ?3C
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 69
二、脱甲烷塔
任务, 将裂解气中 C10,H2及其它惰性气体与
C2以上组分进行分离。 关键作用 是分离 C10,
C2=。
方法,T 顶,℃ P 压, Mp a 制冷 能耗
低压法
高压法
- 140 ℃ 0, 1 8 － 0, 2 5 甲 － 乙 － 丙 高
- 96 ℃ 3 － 4 乙 － 丙 低
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 70
三、乙烯塔和丙烯塔
（一） 乙烯塔
乙烯－乙烷典型精馏塔，耗冷量大（占总冷量的
40%）。
1、操作压力越大，相对挥发度越小，相应的精
馏板数增多，回流比增大。
2、压力一定时，温度与组成相互制约。
3、乙烯塔改进,①加设中间再沸器
②侧线出乙烯，提高乙烯纯度。
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 71
（二）丙烯塔
? 丙烯 -丙烷馏分的分离在丙烯塔中完成，
塔顶得产品丙烯，塔底得丙烷馏分。
o 1、高压法
o 2、低压法
o 为提高 纯度可采用 双塔流程 。
?3C
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 72
四、影响乙烯回收率的因素
（一）分析
1、脱甲烷塔冷箱尾气带走
2、乙烯塔釜残留
3、脱乙塔底带走
4、压缩时凝液带走
其中前三者总损失量很少，且不可避免，故 1
项影响较大，而 1项中甲烷与氢气摩尔比越高，
压力、温度越高，有利于降低尾气中乙烯量。
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 73
（二）利用冷箱提高乙烯回收率
冷箱,因甲烷塔为全系统中最冷系统，
为保证冷换设备、管道冷不散失，故采
用效率冷箱保冷。
冷箱放在脱甲烷塔前称为 前冷流程 ；放
在其后则称 后冷流程 。
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 74
五、深冷分离中的节能措施
裂解气在深冷分离中加压至 3.0-4.0MPa，降
温至 -100℃ 左右，能量消耗很大。特别是制
冷电耗占用电的 50-60%。
1、急冷回收热能的利用
2、中间冷凝器和中间再沸器
3、逐级冷凝多股进料
4、尾气膨胀补气制冷
5、热泵
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 75
第五节：生产乙烯的其它方法
1、乙醇催化脱水制乙烯,
2、以甲烷为原料制乙烯,
3、由合成气制乙烯,
4、甲醇法,
OHHCOHHC 24252 ?? ??
2424 2
1 HHCCH ?? ??
H C lClCHClCH ?? ??? 324
H C lHCClCH 22 423 ?? ??
OnHHCnHn C O nn 222 ?? ???
OHHCOHCH 2423 22 ?? ??
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 76
第六节：乙炔的生产
1、电石法,干法
湿法
2、甲烷氧化法,
3、烃类裂解生产乙炔和乙烯,
氧化裂解法
高温水蒸气裂解
QOHHCOOCH ???? ??? 2224
QHHCCH ??? ?? 2224 32
化合物 l gA E,J / m ol E / 2,3R 化合物 l gA E,J / m ol E / 2,3R
C
2
H
6
C
3
H
6
C
3
H
8
14, 67 37
13, 83 34
12, 61 6
302290
281050
249840
15800
14700
13050
i － C 4 H 10
n － C
4
H
10
n － C
5
H
12
12, 31 73
12, 25 45
12, 24 79
239500
233680
231650
12500
12300
12120
表 1 - 5 几种气态烃裂解反应的 A, E 值
裂解原料 乙 烷 丙 烷 石脑油 抽余油 轻柴油 重柴油
原料组成特征 P P P + N P + N P + N + A P + N + A
主
要
产
物
收
率
% （质
量）
乙烯
丙烯
丁二烯
混合芳烃
其它
84, 0
1,4
1,4
0,4
12, 8
44, 0
15, 6
3,4
2,8
34, 2
31, 7
13, 0
4,7
13, 7
36, 8
32, 9
15, 5
5,3
1 1,0
35, 8
28, 3
13, 5
4,8
10, 9
42, 5
25, 0
2,4
4,8
1 1,2
46, 6
表 1 - 7 组成不同的原料裂解产物
收率
烟气
原料
蒸汽
火嘴
对
流
室
产物
辅
射
室
对
流
室
原料
蒸汽
产物
火嘴辅
射
室
火嘴
急
冷
废
热
锅
炉
烟气
原料
蒸汽
对
流
室
辅
射
室
火嘴
产物
产物
火嘴
急
冷
废
热
锅
炉
火嘴
辅
射
室
对
流
室
烟气
水平管立式炉
单排竖管双面
辅射立式炉
倒梯台炉
顺梯台炉
炉体
每组炉管根数
40-60根 φ 25-35
猪尾管
物料来自对流段
第一急冷器
反应器
至第二急冷器
毫秒裂解炉炉管组
超选择性炉和两段急冷（US X+T LX） 示意图
对流段来
去急流
对流段来
对流段来
气烧嘴
油烧嘴
水
裂解气
水
蒸汽
逸出气
裂解气
废碱
裂解气
水
水
新碱
1
～
3
%
5
～
7
%
10
～
15
%
碱洗法流程简图
1
BW
1
3
4
QO
QO
5
6
7
高压蒸汽
去过热炉
烧焦气放
空
注氨
8
10
F 1
11
12
13
MS
14
MS
15
16 F 2
FO产
品
GO产
品
34
33
CW
CW
18
19 21
20
22
LS
23
LS
24
25
裂解气去压缩
注缓
蚀剂
注缓蚀剂
26
QW
30
MS
27
32
CW
排污水
31
28
29
图12-12 轻柴油裂解装置工艺流程图
1-原料油贮罐；2-原料油泵；3，4-原料油预热器；5-裂 解炉；6-急冷换热器；7-汽包；8-急冷器；9-油洗塔（汽油初分馏塔）；10-急冷油过
滤器；11-急冷油循环泵；12-燃料油汽提塔；13-裂解轻柴油汽提塔；14-燃料油输送泵；15-裂解轻柴油循环泵；16-燃料油过滤器；17-水洗耳
恭听塔；18-油水分离罐；19-急冷水循环泵；20-汽油回流泵；21-工艺水泵；22-工艺水过滤器；23-工艺水汽提塔；24-再沸器；25-稀释蒸汽发
生器给水泵；26，27-预热器；28-稀释蒸汽发生器汽提塔；29-分离器；30-中压蒸汽加热器；31-急冷油加热器；32-排污水冷却器；33，34-急
冷水冷却器；QW-急冷水；CW-冷却水；MS-中压水蒸气；LS-低压水蒸气；QO-急冷油；GO-急冷油；FO-燃料油；GO-裂解轻柴油；BW-锅炉给水
QW
2
17
原料油
9
1
2 3
4
5
6
7
8 9
裂解气去压缩
原
料
油
油洗塔
水
洗
塔
激冷换热器
裂解炉
SRT-HS型管式裂解 炉示意图
炉 体；2-油气联合烧嘴；4-辐射炉管；5-弹簧吊架；
6-急冷锅; 7-对流段；8-引风机
湿裂解气
湿再生气
B
台
干
燥
器
干裂解气
冷再生气
热再生气
干 燥器使用、再生流程
A
台
干
燥
器
馏分
过热水蒸气
工艺空气
水
洗水
脱炔后
催化加氢脱乙炔及再生流程
1-加氢反应器； 2-再生反应器； 3-绿油洗涤塔； 4-再生气洗涤塔
C2馏份 脱炔后 C
2
废气
乙烯压缩机 丙烯压缩机
图1- 8 乙烯丙烯复迭制冷流程
1-复迭换热器；2-冷量用户
膨胀室
A B C D E
n
物
料
裂解气
1
2 9
富氢
3 4
10
11
5
6 7 10
11 8
,
顺序深冷分离流程
1-碱洗塔； 2-干燥器； 3-脱甲烷塔； 4-脱乙烷塔； 5-乙
烯塔； 6-脱丙烷塔； 7-脱丁烷塔； 8-丙烯塔； 9-冷箱；
10-加氢脱炔反应器； 11-绿油塔
C1
乙烯
乙烷
C4
C5
C1 丙烯
丙烷
C1
裂解气
燃料气 富 氢
Ⅰ ～ Ⅲ Ⅳ, Ⅴ
前脱乙烷深冷分离流程
1-碱洗塔； 2-干燥器； 3-脱乙烷塔； 4-脱甲烷塔； 6-脱丙烷塔；
7-丙烯塔； 8-脱丁烷塔； 9-加氢脱炔反应器； 10-冷箱
Ⅰ ～ Ⅲ
裂解气
富
氢
Ⅳ
前脱丙烷深冷分离流程
1-碱洗塔； 2-干燥器； 3-脱丙烷塔； 4-脱丁烷塔； 5-脱甲烷塔； 6-
脱乙烷塔； 7-乙烯塔； 8-丙烯塔； 9-加氢脱炔反应器； 10-冷箱
脱甲烷塔前冷流程
冷箱换热器；2-气液分离罐；3-脱甲烷塔； c,e.g,i -脱甲烷塔四股进料； j- 富氢；
k- 甲烷（分子筛再生用载气）； m- 甲烷（燃料）； p- 乙烷（裂解原料）
-30℃
℃ -75℃
℃
℃
℃
℃
℃
℃
℃
℃
℃
℃
去脱乙烷塔
℃
3,68MP a
℃ ℃
℃ 0.165MPa
℃
裂解气
脱炔后 C 2 馏分
C 2
C 2 馏分
丙酮
丙酮吸收脱乙炔流程
1-吸 收塔；2 -第 一闪蒸塔；3 -第 二闪蒸塔；4 -解 吸塔
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ ⅣⅤ
裂解气
去油水分离
去
深
冷
分
离
去
脱
丁
烷
塔
压缩流程
Ⅰ-Ⅴ-压缩机段数；1-分离罐；2-碱洗塔；3-干燥器；4-脱丙烷塔
图 1-2 碳氢化合物相对于正戊烷的反应速度常数
10
9 8
7
6
5
4
3
2.0
1.5
1.0
0.9
0.3
0.4
0.8
0.5
0.7
0.6
3 4 5 40 30 25 20 15 6 10 7 9 8
n=碳原子数
1-正烷烃；
2-异构烷烃，一个
甲基
联在第二个碳原子
上,
3-异构烷烃，两个
甲基
联在两个碳原子上；
4-烷基环己烷；
5-烷基环戊烷；
6-正构伯单烯烃
石脑油裂解时裂解深度与产物分布关系图
乙烯
丙烯
丁二烯
表 1-11 不同原料的裂解产物分布
原料 丙烷 石脑油 轻柴油
原料规格 95.7% 43～ 159℃ 173～ 391℃
裂
解
条
件
辐射管出口温度,℃
辐射管出口压力,kPa
水蒸汽 /油（质量）
乙烷
94%
737
154.7
0.33
840
100
0.4
820
100
0.60
790
107
0.75
裂解产物组成,%（质量）
H2
CH3
C2H4
C2H6
C3H6
C3H8
C4
C5+
燃料油
3.08
7.45
43.0
37.3
3.27
3.27
1.1
4.64
1.25
20.35
29.97
3.76
20.33
19.26
3.58
0.92
0.8
13.7
26.1
4.0
16.0
0.5
12.4
25.6
25.6
0.6
10.1
23.0
4.2
14.75
0.3
9.65
19.0
17.25
指 标 乙 烷 丙 烷 石 脑 油 轻 柴 油
需原料量,t
联产品,t
其中，丙烯,t
丁二烯,t
B,T,X*
1.30
0.2995
0.0374
0.0176
2.38
1.38
0.386
0.075
0.095
3.18
2.60
0.47
0.119
0.49
3.79
2.79
0.538
0.148
0.50
*B,T,X为苯、甲苯、二甲苯。
表 12 生产 1吨乙烯所需
原料量及联副产物量
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 102
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 103
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 104
Linde公司 LSCC-x型裂解炉
KTI公司的 GK-x型裂解炉
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 107
Ⅱ ⅢⅠ
美国鲁姆斯 SRT-Ⅰ ～ Ⅵ 裂解炉管排布示意图
Ⅳ Ⅴ Ⅵ
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 108
轻
柴
油
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 109
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 110
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 111
顺梯台裂解炉 炉管布置图
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 112
{
{
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 113
2004年
中国乙烯
生产能力
及产量
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 114
中国乙烯生产装置改扩建计划 （单位：万吨）
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 115
中国乙烯在建及拟建项目 （单位：万吨）
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 116
乙烯性质、用途、生产方法
性质,无色 可燃性气体,微具烃类特有的臭
味。标况下气体的密度,1.2604kg/m3,液体
的比重,0.5699（ -103.9℃ /4℃ ）；
熔点,-169.4℃,沸点,-103.9℃,临界温度：
9.9℃,临界压力,5.137 Mpa；
爆炸极限,2.7%～ 36%(体积 )。
用途,主要用于制备合成树脂、合成橡胶、
合成纤维，还用于生产乙二醇、环氧乙烷、乙
醛、醋酸、苯乙烯等有机合成产品。
生产方法,烃类热裂解法
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 117
执行标准,GB 7715-1987
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 118
我国乙烯装置情况
我国现有装置可分为三类,
?第一类 是 70年代引进的规模 30万吨以上的大型乙
烯装置，共 7套，包括燕山、大庆、齐鲁、扬子、
上海 2#、茂名乙烯、吉化 2#装置；总能力 312万吨
/年，占全国乙烯总能力 65.16%。
?第二类 为 90年代建成的具有一定技术水平的规模
20万吨以下的乙烯装置，共有 7套，包括天津、中
原、北京东方、广州、盘锦、独山子、抚顺乙烯
装置；
?第三类 为建设年代较早规模较小技术落后的 15万
吨以下的乙烯装置，共 4套，包括吉化 1#、上海 1#、
辽阳、兰州乙烯装置。
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 119
国内乙烯需求量预测
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 120
乙烯下游消费结构
êà ?? ò ?? ?? ·? 1 3é ?é ??
?? ò ??
57.0%
′×?á ò ??
1.0%
?? ?è ò ??
14.0%
|á - ?? ìt
3.0%
?·?? ò íé
13.0%
?? ??
5.0%
?? ±? ò ??
7.0%
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 121
乙烯工业发展对策
?调整产品结构，加快企业技术改造力度，提高产
品竞争能力 。 大乙烯下游有所分工、中型乙烯实
现扭亏，产品向“小、特、专、优”方向调整，
使我国的石化企业形成各具特色的效益型企业 。
?调整乙烯装置规模，按市场需求增加有效供给 。
?调整布局结构，推进乙烯工业向集中化方向发展 ；
走 炼化一体化 的道路。
?调整乙烯原料结构，降低产品成本 。
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 122
第二章 烃类热烈解（乙烯的生产） 123
