優(yōu)選化工裝置工藝操作與控制課件

1、化工裝置工藝操作與控制注意事項(xiàng)考試作業(yè)考勤2022/7/15化工裝置工藝操作與控制10.1緒論0.1.1化學(xué)工業(yè)0.1.2學(xué)科概念0.1.3課程研究?jī)?nèi)容0.1.4學(xué)習(xí)要求2022/7/15化工裝置工藝操作與控制2化學(xué)工業(yè)的發(fā)展、地位與作用近年來發(fā)展速度大。石油化工仍是優(yōu)先發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一，精細(xì)化工和農(nóng)用化學(xué)品也是化工發(fā)展重點(diǎn)，石油化工、新型合成材料、精細(xì)化工、橡膠產(chǎn)品加工業(yè)、化工環(huán)保業(yè)將是我國(guó)化學(xué)工業(yè)的主要增長(zhǎng)點(diǎn)。發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮?，重點(diǎn)是發(fā)展新技術(shù)、開發(fā)新產(chǎn)品、增加高附加產(chǎn)值產(chǎn)品的品種和產(chǎn)量，趕超世界先進(jìn)水平。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制3現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的特點(diǎn)1)原料、生產(chǎn)方法和產(chǎn)

2、品的多樣性與復(fù)雜性2)向大型化、綜合化，精細(xì)化發(fā)展3)多學(xué)科合作、技術(shù)密集型生產(chǎn)4)重視能量合理利用，積極采用節(jié)能工藝和方法5)資金密集，投資回收速度快，利潤(rùn)高6)安全與環(huán)境保護(hù)問題日益突出2022/7/15化工裝置工藝操作與控制4現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的發(fā)展方向1）面向市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的形勢(shì)，積極開發(fā)高新技術(shù)，縮短新技術(shù)、新工藝工業(yè)化的周期，加快產(chǎn)品更新和升級(jí)的速度。2）最充分、最徹底地利用原料。3）大力發(fā)展綠色化工。4）化工過程要高效、節(jié)能和智能化。5）實(shí)施廢物再生利用工程。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制5化學(xué)工業(yè)的主要產(chǎn)品按學(xué)科類型分，化學(xué)工業(yè)包括無機(jī)化工、基本有機(jī)化工、高分子化工、精細(xì)化工

3、和生物化工等分支。無機(jī)化工產(chǎn)品有硫酸、硝酸、鹽酸、純堿、燒堿、合成氨和氮、磷、鉀等化學(xué)肥料，其中化肥產(chǎn)量在化工產(chǎn)品中位居首位，又以氮肥產(chǎn)量最高。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制6基本有機(jī)化工，從石油、天然氣、煤等天然資源出發(fā)，經(jīng)過化學(xué)加工可得到乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、合成氣等產(chǎn)品，此類產(chǎn)品是有機(jī)化工基礎(chǔ)原料，產(chǎn)量很大。高分子化工的產(chǎn)品為高分子化合物及以其為基礎(chǔ)的復(fù)合或共混材料制品。精細(xì)化工產(chǎn)品大多數(shù)為有機(jī)化學(xué)品2022/7/15化工裝置工藝操作與控制70.1.2學(xué)科認(rèn)識(shí)化學(xué)工程與技術(shù)-化工 化學(xué)工程：主要研究化學(xué)工業(yè)和其他過程工業(yè)生產(chǎn)中所進(jìn)行的化學(xué)過程和物理過程的共同規(guī)律

4、。 化學(xué)工藝：將原料物質(zhì)主要經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的方法和過程。 應(yīng)用化學(xué)2022/7/15化工裝置工藝操作與控制8兩者相輔相承，密不可分化學(xué)工藝個(gè)性研究具體過程從原料到產(chǎn)品2022/7/15化工裝置工藝操作與控制9化學(xué)工程共性單元操作工程因素尤其是放大化學(xué)工藝與化學(xué)工程比較？0.1.3化學(xué)工藝學(xué)科研究?jī)?nèi)容烴類熱裂解-三烯芳烴轉(zhuǎn)化過程-三苯(簡(jiǎn)稱BTX）合成氣的生產(chǎn)過程-CO和H2的混合氣加氫與脫氫過程-合成氨苯乙烯和丁二烯烴類選擇性氧化-醇、醛、丁烯氧化脫氫羰基化過程-RCH=CH2+CO+H2氯化過程-氯代烴聚合物生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)-聚乙烯、聚丙烯生物技術(shù)與綠色化學(xué)2022/7/15化工裝置工藝

5、操作與控制10化學(xué)反應(yīng)過程分類烴類熱裂解烯烴中的“三烯”(乙烯、丙烯和丁二烯)是化學(xué)工業(yè)的基礎(chǔ)原料。工業(yè)上獲得低級(jí)烯烴的主要方法是將烴類熱裂解。烴類熱裂解法是將石油系烴類燃料(天然氣、煉廠氣、輕油、柴油、重油等)經(jīng)高溫作用，使烴類分子發(fā)生碳鏈斷裂或脫氫反應(yīng)，生成相對(duì)分子質(zhì)量較小的烯烴、烷烴和其他相對(duì)分子質(zhì)量不同的輕質(zhì)和重質(zhì)烴類。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制11芳烴轉(zhuǎn)化過程芳烴中的“三苯”(苯、甲苯和二甲苯，簡(jiǎn)稱BTX)和烯烴中的“三烯”(乙烯、丙烯和丁二烯)是化學(xué)工業(yè)的基礎(chǔ)原料，具有重要地位。芳烴最初全部來源于煤焦化工業(yè)。石油芳烴主要來源于石腦油重整生成油及烴裂解生產(chǎn)乙烯副產(chǎn)的裂解

6、汽油。芳烴轉(zhuǎn)化：芳烴的脫烷基化、烷基化、異構(gòu)化2022/7/15化工裝置工藝操作與控制12合成氣的生產(chǎn)過程合成氣系指一氧化碳和氫氣的混合氣以天然氣和煤炭為基礎(chǔ)的合成氣轉(zhuǎn)化制備化工產(chǎn)品的研究廣泛開展。C1化工過程實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。合成氨、合成甲醇等2022/7/15化工裝置工藝操作與控制13加氫與脫氫過程催化加氫系指有機(jī)化合物中一個(gè)或幾個(gè)不飽和的官能團(tuán)在催化劑作用下與氫氣加成。H2和N2反應(yīng)生成合成氨以及CO和H2反應(yīng)合成甲醇及烴類亦為加氫反應(yīng)。而在催化劑作用下，烴類脫氫生成兩種或兩種以上的新物質(zhì)稱為催化脫氫。在有機(jī)化工生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，如合成氨、合成甲醇、丁二烯，苯乙烯的制取等都是極為重要的化工過

7、程。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制14烴類選擇性氧化是指烴類及其衍生物中少量氫原子(有時(shí)還有少量碳原子)與氧化劑(通常是氧)發(fā)生作用，而其他氫和碳原子不與氧化劑反應(yīng)的過程。全球生產(chǎn)的主要化學(xué)品中50%以上和選擇性氧化過程有關(guān)。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制15含氧化合物，如醇、醛、酮、酸、酸醉、環(huán)氧化物、過氧化物等。不含氧化合物，如丁烯氧化脫氫制丁二烯，丙烷(丙烯)氨氧化制丙烯睛，乙烯氧氯化制二氯乙烷等。有些是有機(jī)化工的重要原料和中間體，有些是三大合成材料的單體，有些是用途廣泛的溶劑，在化學(xué)工業(yè)中占有重要地位。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制16羰基化過程RCH=C

8、H2+CO+H2 RCH2CHO烯烴與合成氣(CO/ H2)或一定配比的一氧化碳及氫氣在過渡金屬配位化合物的催化作用下發(fā)生加成反應(yīng)，生成比原料烯烴多一個(gè)碳原子的醛。醛基是最活潑的基團(tuán)之一，可進(jìn)行加氫成醇、氧化成酸、氨化成胺以及歧化、縮合、縮醛化等一系列反應(yīng)。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制17氯化過程氯化過程的主要產(chǎn)物是氯代烴，是指烴的氯取代化合物，即脂肪烴、脂環(huán)烴和芳烴中的一個(gè)或多個(gè)，甚至全部氫原子被氯原子取代生成的化合物。二氛乙烯、一氛甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳等。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制18聚合物生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)石油化工的基礎(chǔ)原料(乙烯、丙烯、丁二烯;苯、甲苯

9、、二甲苯;甲醇)總量的一半用于生產(chǎn)高分子材料。以小分子化合物（乙烯、丙烯）為原料，以人工合成高分子化合物的基本原理及生產(chǎn)工藝為重點(diǎn)。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制19生物技術(shù)與綠色化學(xué)生物技術(shù)是應(yīng)用生物學(xué)、化學(xué)和工程學(xué)的基本原理，依靠生物催化劑的作用將物料進(jìn)行加工，應(yīng)用于能源、化工、制藥等工業(yè)生產(chǎn)過程，生產(chǎn)有用物質(zhì)的一門多學(xué)科綜合性的科學(xué)技術(shù)。-酶催化、改性2022/7/15化工裝置工藝操作與控制20綠色化學(xué)，又稱環(huán)境無害化學(xué)、環(huán)境友好化學(xué)或者清潔化學(xué)，是在進(jìn)一步認(rèn)識(shí)化學(xué)規(guī)律的基礎(chǔ)上，應(yīng)用一系列技術(shù)和方法，在化學(xué)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用中避免和減少對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境有毒有害物質(zhì)的使用

10、和產(chǎn)生。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制21本教材的主要內(nèi)容化學(xué)工業(yè)和化學(xué)工藝有關(guān)基本概念的介紹;化工原料資源及其加工利用途徑;化工基礎(chǔ)原料的典型生產(chǎn)過程;基本有機(jī)、無機(jī)、高分子、精細(xì)等各化工分支中的典型反應(yīng)過程的原理和工藝;三廢處理和綠色化工概念及其發(fā)展途徑。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制220.1.4學(xué)習(xí)要求對(duì)于典型反應(yīng)過程，要求理解并掌握工藝原理、選定工藝條件的依據(jù)、流程的組織和特點(diǎn)、各類反應(yīng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)等;對(duì)典型產(chǎn)品的各種原料來源、不同工藝路線、副產(chǎn)物回收利用和廢料處理方法等，應(yīng)進(jìn)行分析比較，找出它們的優(yōu)缺點(diǎn);思考題和仿真有助于加深對(duì)各章內(nèi)容的理解和掌握，要

11、做練習(xí)。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制230.2 化學(xué)工藝基礎(chǔ)0.2.1原料資源及其加工0.2.2化工生產(chǎn)過程及流程0.2.3化工過程的主要效率指標(biāo)0.2.4反應(yīng)條件對(duì)化學(xué)平衡和反應(yīng)速率的影響0.2.5催化劑的性能及使用0.2.6反應(yīng)過程的物料衡算和熱量衡算2022/7/15化工裝置工藝操作與控制240.2.1原料資源及其加工1無機(jī)化學(xué)礦及其加工2石油及其加工3天然氣及其加工4煤及其加工5生物質(zhì)及其加工6再生資源的開發(fā)利用7空氣和水2022/7/15化工裝置工藝操作與控制252022/7/15化工裝置工藝操作與控制262022/7/15化工裝置工藝操作與控制27丙烯聚合聚丙烯合成纖維

12、、塑料氨氧化合成纖維、ABS樹脂、AS樹脂、丁腈橡膠丙烯酰胺絮凝劑、水增稠劑、紙張?zhí)幚韯┍╇媾c乙烯共聚乙丙橡膠次氯酸化氯丙醇環(huán)氧丙烷丙二醇聚酯塑料聚氨酯塑料、表面活性劑過氧化物環(huán)氧化環(huán)氧丙烷、苯乙烯或異丁烯高溫氯化氯丙烯丙烯醇1，4-丁二醇聚酯甘油醫(yī)藥、炸藥環(huán)氧氯丙烷水解環(huán)氧樹脂丁二烯與苯乙烯共聚丁苯橡膠與丙烯腈共聚丁腈橡膠聚合順丁橡膠與苯乙烯、丙烯腈共聚ABS塑料氯化2-氯丁二烯 氯丁橡膠與順酐反應(yīng)四氫鄰苯二甲酸酐與HCN反應(yīng)己二腈己二胺尼龍66三聚環(huán)化1，5，9-環(huán)十二碳三烯十二碳內(nèi)酰胺（尼龍12的單體）香料、增塑劑、阻燃劑、聚酯原料乙酰氧基化、加氫、水解1，4-丁二醇聚酯樹脂異丁烯與異

13、戊二烯共聚丁基橡膠氧化甲基丙烯酸甲基丙烯酸酯有機(jī)玻璃與甲醛反應(yīng)異戊二烯異戊橡膠水合叔丁醇香料原料、溶劑、醫(yī)藥中間體、與甲醇反應(yīng)甲基叔丁基醚（MTBE）（汽油添加劑）聚合聚異丁烯粘合劑、密封膠正丁烯聚合聚丁烯合成塑料氧化順丁烯二酸酐1，4-丁二醇、增強(qiáng)塑料、農(nóng)藥氧化甲乙酮溶劑水合仲丁醇脫氫或氧化脫氫丁二烯正丁烷脫氫正丁烯深加工產(chǎn)品見上異構(gòu)化異丁烷氧化順酐、醋酸、乙醛、甲乙酮蒸汽裂解乙烯、丙烯、丁二烯等烷基化烷基化汽油脫氫異丁烯深加工產(chǎn)品見上蒸汽裂解乙烯、丙烯、丁二烯等異丁烷苯加乙烯烷基化乙苯脫氫苯乙烯聚苯乙烯、丁苯橡膠、ABS樹脂加丙烯烷基化異丙苯苯酚酚醛樹脂、苯胺、壬基酚等丙酮雙酚A聚碳酸酯、

14、環(huán)氧樹脂加十二烯十二烷基苯合成洗滌劑加氫環(huán)己烷己內(nèi)酰胺聚酰胺纖維氯化氯苯染料中間體、醫(yī)藥氧化順丁烯二酸酐四氫呋喃、1，4-丁二醇醫(yī)藥、聚氨酯硝化硝基苯苯胺二苯基甲烷二異氰酸酯、橡膠助劑、染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥聚氨酯纖維甲苯硝化硝基甲苯染料中間體、炸藥歧化苯、二甲苯氧化苯甲酸染料中間體、醫(yī)藥、增塑劑臨氫脫烷基苯硝化、還原、光氣化甲苯二異氰酸酯聚氨酯類泡沫塑料、聚氨酯橡膠二甲苯對(duì)二甲苯氧化對(duì)苯二甲酸聚酯樹脂、滌綸間二甲苯異構(gòu)化對(duì)二甲苯氨氧化間苯二腈農(nóng)藥、聚酰胺纖維鄰二甲苯氧化鄰苯二甲酸酐醫(yī)藥、染料、增塑劑萘氧化烷基萘脫烷基萘氧化乙炔加HCl氯乙烯聚氯乙烯水合乙醛乙酸季戊四醇醇酸樹脂巴豆醛山梨酸加醋酸醋酸

15、乙烯合成纖維、涂料、粘合劑加甲醛1，4-丁炔二醇1，4-丁二醇四氫呋喃、-丁內(nèi)酯、聚酯樹脂二聚 乙烯基乙炔粘合劑加氫丁二烯加HCl2-氯丁二烯氯丁橡膠氯化三氯乙烯、四氯乙烯溶劑加HF氟乙烯聚合聚氟乙烯合成氣(CO+H2) 補(bǔ)N2和變換N2-H2合成氨、尿素等改良的F-T合成汽油、煤油、柴油等液體燃料合成甲醇羰基合成醋酸氧化甲醛酚醛樹脂、合成原料與異丁烯合成甲基叔丁基醚（MTBE）與CO合成甲酸甲酯甲酸加CO、O2草酸二甲酯 乙二醇草酸同系化乙醇脫水乙烯合成二甲醚轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化C2-C4烯烴汽油柴油機(jī)燃料0.2.2化工生產(chǎn)過程及流程1、化工生產(chǎn)過程化工生產(chǎn)過程一般可概括為原料預(yù)處理、化學(xué)反應(yīng)和產(chǎn)品分離

16、及精制三大步驟。2、化工生產(chǎn)工藝流程（1）工藝流程和流程圖2022/7/15化工裝置工藝操作與控制38化工生產(chǎn)過程2022/7/15化工裝置工藝操作與控制39產(chǎn)品分離與精制 化學(xué)反應(yīng) 原料預(yù)處理 達(dá)到所需狀態(tài)和規(guī)格反應(yīng)類型、反應(yīng)器得到符合規(guī)格的產(chǎn)品回收利用副產(chǎn)物 2022/7/15化工裝置工藝操作與控制40（2）化工生產(chǎn)工藝流程的組織從“目標(biāo)”出發(fā)對(duì)不同功能的單元進(jìn)行邏輯組合2022/7/15化工裝置工藝操作與控制410.2.3化工過程的主要效率指標(biāo)生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強(qiáng)度化學(xué)反應(yīng)的效率合成效率轉(zhuǎn)化率選擇性 收率平衡轉(zhuǎn)化率和平衡產(chǎn)率2022/7/15化工裝置工藝操作與控制420.2.3化工過程的主要

17、效率指標(biāo)0.2. 3. 1生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強(qiáng)度(1)生產(chǎn)能力系指一個(gè)設(shè)備、一套裝置或一個(gè)工廠在單位時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品量，或在單位時(shí)間內(nèi)處理的原料量。其單位為kg/h, t/d或kt/a,萬噸/年等。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制432)生產(chǎn)強(qiáng)度為設(shè)備單位特征幾何量的生產(chǎn)能力。即設(shè)備的單位體積的生產(chǎn)能力，或單位面積的生產(chǎn)能力。其單位為kg/hm3), t/異烷烴環(huán)烷烴（六碳環(huán)五碳環(huán)）芳烴2022/7/15化工裝置工藝操作與控制80P-鏈烷烴(Paraffin，簡(jiǎn)稱烷烴)，較易裂解生成乙烯、丙烯。其中正構(gòu)烷烴(n-P)的乙烯收率比異構(gòu)烷烴(i-P)高，而正構(gòu)烷烴的甲烷、丙烯、丁烯、芳烴收率比

18、異構(gòu)烷烴低。O-烯烴(Olefin)，裂解困難，易造成結(jié)焦。N-環(huán)烷烴(Naphthene)，環(huán)己烷裂解生成乙烯、丁二烯、芳烴，環(huán)戊烷裂解生成乙烯、丙烯。但環(huán)烷烴裂解的乙烯、丙烯及碳4的收率不如烷烴高，而且容易生成芳烴。A-芳烴(Aromatics)，裂解困難，易生成重質(zhì)芳烴，并造成結(jié)焦。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制81理想的裂解原料高含量的烷烴、低含量的芳烴和烯烴2022/7/15化工裝置工藝操作與控制821. 2裂解過程的工藝參數(shù)和操作指標(biāo)1.2.1原料烴組成（原料性質(zhì)及評(píng)價(jià)） 1.2.2裂解溫度1.2.3停留時(shí)間1.2.4烴分壓與稀釋劑1.2.5裂解深度2022/7/15化工

19、裝置工藝操作與控制83裂解過程的工藝參數(shù)和操作指標(biāo)由于烴類裂解反應(yīng)使用的原料是組成性質(zhì)有很大差異的混合物，因此原料的特性無疑對(duì)裂解效果起著重要的決定作用，它是決定反應(yīng)效果的內(nèi)因，而工藝條件的調(diào)整、優(yōu)化僅是其外部條件。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制842022/7/15化工裝置工藝操作與控制85產(chǎn)物分布2022/7/15化工裝置工藝操作與控制861.2.1裂解原料性質(zhì)及評(píng)價(jià)族組成-PONA值氫含量特性因數(shù)芳烴指數(shù)2022/7/15化工裝置工藝操作與控制87族組成PONA值適用于表征石腦油、輕柴油等輕質(zhì)餾分油2022/7/15化工裝置工藝操作與控制88烷烴P (paraffin)烯烴O

20、(olefin)環(huán)烷烴N (naphtene)芳烴A (aromatics)PONA值應(yīng)用烷烴含量越大，芳烴越少，則乙烯產(chǎn)率越高。對(duì)于科威特石腦油，其烷烴、環(huán)烷烴及芳烴典型含量()分別為72.3、16.7、11，大慶石腦油則為53、43、4。 國(guó)外烴類裂解原料以輕烴(C4以下)和石腦油為主，幾乎占90%左右。而國(guó)內(nèi)重質(zhì)油、柴油的比例還高達(dá)20%以上，有待于進(jìn)一步優(yōu)化。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制892022/7/15化工裝置工藝操作與控制902022/7/15化工裝置工藝操作與控制912022/7/15化工裝置工藝操作與控制922022/7/15化工裝置工藝操作與控制93原料烴組成

21、與裂解結(jié)果原料由輕到重，相同原料量所得乙烯收率下降。原料由輕到重，裂解產(chǎn)物中液體燃料又增加，產(chǎn)氣量減少。原料由輕到重，聯(lián)產(chǎn)物量增大，而回收聯(lián)產(chǎn)物以降低乙烯生產(chǎn)成本的措施，又造成裝置和投資的增加。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制94PONA值結(jié)論根據(jù)PONA值可以定性評(píng)價(jià)液體燃料的裂解性能，也可以根據(jù)族組成通過簡(jiǎn)化的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)裂解反應(yīng)進(jìn)行定量描述，因此PONA值是一個(gè)表征各種液體原料裂解性能的有實(shí)用價(jià)值的參數(shù)。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制95氫含量計(jì)算可判斷原料可能達(dá)到的裂解深度，及C4及C4以下輕烴的收率2022/7/15化工裝置工藝操作與控制96氫含量應(yīng)用用元素分析

22、法測(cè)得，是用于各種原料，用以關(guān)聯(lián)烴原料的乙烯潛在產(chǎn)率。氫含量高則乙 烯產(chǎn)率越高。烷烴氫含量最高,芳烴則較低。乙烷的氫含量20,丙烷18.2，石腦油為14.515.5，輕柴油為13.514.5。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制97石腦油又稱粗汽油：一般含烷烴55%、單環(huán)烷烴30%、烷基苯11%，主要為烷烴的C4C12成份。輕柴油：主要是由烷烴68%、單環(huán)烷烴9%、芳香烴10%、多環(huán)芳烴，碳原子數(shù)約C10C22。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制98原料氫含量與乙烯收率的關(guān)系2022/7/15化工裝置工藝操作與控制99氫含量分析通過裂解反應(yīng)，使一定氫含量的裂解原料生成氫含量較高的C4

23、和C4以下輕組分和氫含量較低的C5和C5以上的液體。從氫平衡可以斷定，裂解原料氫含量愈高，獲得的C4和C4以下輕烴的收率愈高，相應(yīng)乙烯和丙烯收率一般也較高。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制100氫含量總結(jié)顯然，根據(jù)裂解原料的氫含量既可判斷該原料可能達(dá)到的裂解深度，也可評(píng)價(jià)該原料裂解所得C4和C4以下輕烴的收率。氫含量高則乙 烯、丙烯產(chǎn)率越高。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制101 特性因數(shù) 反映裂解原料芳香性的強(qiáng)弱表征石腦油和輕柴油等輕質(zhì)油化學(xué)組成特性的一種因數(shù)，用K表示。主要用于液體燃料，K值可以通過下式算出2022/7/15化工裝置工藝操作與控制102特性因數(shù)應(yīng)用它反映了烴

24、的氫飽和程度。 K值以烷烴最高，環(huán)烷烴次之，芳烴最低。原料烴的K值越大則乙烯產(chǎn)率越高。乙烯和丙烯總體收率大體上隨裂解原料K值的增大而增加。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制103芳烴指數(shù)（關(guān)聯(lián)指數(shù)）即美國(guó)礦務(wù)局關(guān)聯(lián)指數(shù)（Bureau of Mines Correlation Index）,簡(jiǎn)稱BMCI。用以表征柴油等重質(zhì)餾分油中烴組分的結(jié)構(gòu)特性。餾分油的關(guān)聯(lián)指數(shù)(BMCI值)是表示油品芳烴的含量。關(guān)聯(lián)指數(shù)愈大，則油品的芳烴含量愈高。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制1042022/7/15化工裝置工藝操作與控制105關(guān)聯(lián)指數(shù)應(yīng)用正構(gòu)烷烴的 BMCI值最?。ㄕ和闉?.2），芳烴則相

25、反（苯為99.8），因此烴原料的BMCI值越小則乙烯潛在產(chǎn)率越高。中東輕柴油的BMCI典型值為25左右，中國(guó)大慶輕柴油約為20。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制106關(guān)聯(lián)指數(shù)應(yīng)用烴類化合物的芳香性按下列順序遞增:正構(gòu)鏈烷烴帶支鏈烷烴烷基單環(huán)烷烴無烷基單環(huán)烷烴雙環(huán)烷烴烷基單環(huán)芳烴無烷基單環(huán)芳烴(苯)雙環(huán)芳烴三環(huán)芳烴105反應(yīng)較完全（即不可逆反應(yīng)），K10-5反應(yīng)很難進(jìn)行（即不反應(yīng)）。在氣相反應(yīng)中，所有的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)都只是溫度的函數(shù)。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制112乙烷裂解過程主要由以下四個(gè)反應(yīng)組成2022/7/15化工裝置工藝操作與控制113由化學(xué)平衡得到的兩個(gè)特征 從化學(xué)

26、平衡的觀點(diǎn)看，如使裂解反應(yīng)進(jìn)行到平衡，所得烯烴很少，最后生成大量的氫和碳。為獲得盡可能多的烯烴，必須采用盡可能短的停留時(shí)間進(jìn)行裂解反應(yīng)。乙烷裂解生成乙烯的反應(yīng)平衡常數(shù)遠(yuǎn)大于乙烯消失反應(yīng)的平衡常數(shù)，隨著溫度的升高，各平衡常數(shù)均增加，差距更大。乙炔結(jié)碳反應(yīng)的平衡常數(shù)隨溫度的升高而減小。因此，提高裂解溫度對(duì)生成烯烴是有利的。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制114動(dòng)力學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)即化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快慢。用單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少或生成物濃度的增加量來表示。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制1152022/7/15化工裝置工藝操作與控制116根據(jù)裂解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，為使裂解反應(yīng)控制在一定裂解

27、深度范圍內(nèi)，就是使轉(zhuǎn)化率控制在一定范圍內(nèi)。由于不同裂解原料的反應(yīng)速率常數(shù)大不相同，因此，在相同停留時(shí)間的條件下，不同裂解原料所需裂解溫度也不相同。裂解原料相對(duì)分子質(zhì)量越小，其活化能和頻率因子越高，反應(yīng)活性越低，所需裂解溫度越高。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制117在控制一定裂解深度條件下，可以有各種不同的裂解溫度一停留時(shí)間組合。因此，對(duì)于生產(chǎn)烯烴的裂解反應(yīng)而言，裂解溫度與停留時(shí)間是一組相互關(guān)聯(lián)不可分割的參數(shù)。而高溫-短停留時(shí)間則是改善裂解反應(yīng)產(chǎn)品收率的關(guān)鍵。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制1181.2.2裂解溫度的影響裂解溫度范圍750900原料分子量越小，所需裂解溫度越高。

28、乙烷裂解溫度最高。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制119裂解溫度影響一次反應(yīng)的產(chǎn)物分布按自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)機(jī)理分析，溫度隊(duì)一次產(chǎn)物分布的影響，是通過影響各種鏈?zhǔn)椒磻?yīng)相對(duì)量實(shí)現(xiàn)的。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制120在一定溫度內(nèi)，提高裂解溫度有利于提高一次反應(yīng)所得乙烯和丙烯的收率。并相對(duì)減少乙烯消失的反應(yīng)，因而有利于提高裂解的選擇性。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制121裂解溫度影響一次反應(yīng)對(duì)二次反應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)從裂解反應(yīng)的化學(xué)平衡也可以看出，提高裂解溫度有利于生成乙烯的反應(yīng)，并相對(duì)減少乙烯消失的反應(yīng)，因而有利于提高裂解的選擇性。根據(jù)裂解反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)，提高溫度有利于提高一次反應(yīng)對(duì)

29、二次反應(yīng)的相對(duì)速度，提高乙烯收率。 2022/7/15化工裝置工藝操作與控制122裂解溫度的影響在一定溫度內(nèi)，提高裂解溫度有利于提高一次反應(yīng)所得乙烯和丙烯的收率。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制1231.2.3停留時(shí)間管式裂解爐中物料的停留時(shí)間是裂解原料經(jīng)過輻射盤管的時(shí)間。由于裂解管中裂解反應(yīng)是在非等溫變?nèi)莸臈l件下進(jìn)行，很難計(jì)算其真實(shí)停留時(shí)間。工程中常用如下幾種方式計(jì)算裂解反應(yīng)的停留時(shí)間。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制124(1)表觀停留時(shí)間表觀停留時(shí)間tB 定義如下式中VR . S. L分別為裂解反應(yīng)器容積，裂解管截面積及管長(zhǎng);V單位時(shí)間通過裂解爐的氣體體積。表觀停留時(shí)間表

30、述了裂解管內(nèi)所有物料(包括稀釋蒸汽)在管中的停留時(shí)間。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制125(2)平均停留時(shí)間tA 定義如下式中av體積增大率，是轉(zhuǎn)化率、溫度、壓力的函數(shù);V原料氣的體積流量。式中V原料氣在平均反應(yīng)溫度和平均反應(yīng)壓力下的體積流量;av最終體積增大率。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制126注意從裂解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)可以看出，對(duì)給定原料而言，裂解深度(轉(zhuǎn)化率)取決于裂解溫度和停留時(shí)間。然而，在相同轉(zhuǎn)化率下可以有各種不同的溫度-停留時(shí)間組合。因此，相同裂解原料在相同轉(zhuǎn)化率下，由于溫度-停留時(shí)間不同，所得產(chǎn)品收率并不相同。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制127高溫-短

31、停留時(shí)間 最佳組合石腦油裂解時(shí)乙烯收率與溫度和停留時(shí)間的關(guān)系溫度-停留時(shí)間效應(yīng)對(duì)石腦油產(chǎn)物分布關(guān)系溫度-停留時(shí)間對(duì)產(chǎn)品收率的影響可以概括如下。表1-3高溫裂解條件有利于裂解反應(yīng)中一次反應(yīng)的進(jìn)行，而短停留時(shí)間又可抑制二次反應(yīng)的進(jìn)行。高溫-短停留時(shí)間可以抑制芳烴生成的反應(yīng)，所得裂解汽油的收率相對(duì)較低。高溫-短停留時(shí)間將使裂解產(chǎn)品中烯烴收率明顯增加，并使乙烯/丙烯比及C4中的雙烯烴/單烯烴的比增大。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制1301.2.4烴分壓與稀釋劑 烴裂解的一次反應(yīng)是分子數(shù)增多的過程，對(duì)于脫氫可逆反應(yīng)，降低壓力對(duì)提高乙烯平衡組成有利(斷鏈反應(yīng)因是不可逆反應(yīng)，壓力無影響)。烴聚合縮合的二次反應(yīng)是分子數(shù)減少的過程，降低壓力對(duì)提高二次反應(yīng)產(chǎn)物的平衡組成不利，可抑制結(jié)焦過程。2022/7/15化工裝置工藝操作與控制131壓力對(duì)裂解反應(yīng)的影響 化學(xué)平衡n0時(shí): 增大反應(yīng)壓力， Kx下降，平衡向原料方向移動(dòng)生成烯烴的一次反應(yīng) n0烴聚合縮合的二次反應(yīng) n0化學(xué)平衡分析 降低壓力 有利于提高乙烯平衡組成 有利于抑制結(jié)焦過程壓力對(duì)裂解反應(yīng)的影響動(dòng)力學(xué)分析 烴類聚合和縮合的二次反應(yīng)多是高于一級(jí)的反應(yīng)一次反應(yīng)多是一級(jí)反應(yīng) 壓力對(duì)裂解反應(yīng)的影響壓力不能改變反應(yīng)速度常數(shù)，但降低壓力能降低反應(yīng)物濃度降低壓力可增大一次反應(yīng)對(duì)于二次反