乙烯生产工艺条件的确定-操作参数对产品的影响

生产工艺条件的确定任务一

烃类热裂解制乙烯热力学和动力学分析2.操作参数对产品的影响2.3烃分压和稀释剂1、压力对平衡转化率的影响一次反应(断链和脱氢)是分子数增加的反应。降低压力对反应平衡移动是有利的。断链反应的平衡常数很大，高温条件下，几乎接近全部转化，反应是不可逆的，因此改变压力对这类反应的平衡转化率影响不大。脱氢反应(主要是低分子烷烃脱氢），它是一可逆过程，降低压力有利于提高其平衡转化率。烃分压——进入裂解反应管的物料中气相碳氢化合物的分压。压力只对脱氢反应有影响2.操作参数对产品的影响2.3烃分压和稀释剂压力对二次反应中的断链、脱氢反应的影响：降低反应压力也有利乙烯脱氢生成乙炔的反应。聚合、脱氢缩合、结焦等二次反应，都是分子数减少的反应，因此降低压力应可以抑制此类反应的发生。结论：低压有利于乙烯的生产有利于抑制结焦过程2.操作参数对产品的影响2.3烃分压和稀释剂目的：降低烃分压稀释剂种类：水蒸气、氢气、惰性气体优点：设备在常压或正压操作，安全性高，不会对以后压缩操作增加能耗

易与裂解气分离热容量大，使系统有较大的热惯性抑制硫对镍铬合金炉管的腐蚀脱除结碳，抑制铁镍的催化生碳作用水蒸汽作稀释剂的优势2.操作参数对产品的影响2.3烃分压和稀释剂

加入过多的水蒸气，会使炉管的处理能力下降、增加能量消耗。适宜的水蒸气加入量随裂解原料不同而异，一般是以能防止结焦、延长操作周期为前提。裂解原料性质愈重，愈易结焦，水蒸气的用量也愈大。表各种裂解原料的水蒸气稀释比（管式炉裂解）裂解原料原料含氢量，％（质量分数）结焦难易程度稀释比水蒸气/烃（质量分数）乙烷20较不易0.25～0.4丙烷18.5较不易0.3～0.5石脑油14～16较易0.5～0.8轻柴油～13.6较易0.75～1.0原油～13.0较易3.5～5.0生产工艺条件的确定任务一

烃类热裂解制乙烯热力学和动力学分析2.操作参数对产品的影响2.2停留时间管式裂解反应器——反应过程有两个特点：

一是非等温的；二是非等容的(体积增大)。当计算物料在管式反应器中的停留时间时，由于管式反应器管径较小，径／长比小，流速甚快(返混少)，可作为理想置换处理。在理想置换的活塞流管式反应器中，非等温非等容过程是沿管长而逐步变化的，因而，在工业上更广泛地用简化方法计算停留时间。——物料从反应开始到达某一转化率时在反应器内经历的反应时间。停留时间2.操作参数对产品的影响2.2停留时间表观停留时间tB式中：VR、S、L--分别为反应器容积，裂解管截面积及管长；

V--气态反应物(包括惰性稀释剂)的实际容积流率，m3／s。平均停留时间tAα'vV'原料式中：V’--原料气的体积流量α’v—体积增大率。2.操作参数对产品的影响2.2停留时间停留时间的影响

由于裂解过程存在着一次反应和二次反应的竞争，故每一种原料在某一持定温度下裂解时，都有一个得到最大乙烯收率的适宜停留时间。拐点2.操作参数对产品的影响2.2停留时间停留时间的影响t↑，乙烯收率↓二次反应主要发生在转化率较高的裂解后期：↓停留时间，↓二次反应的发生，↑乙烯收率。2.操作参数对产品的影响2.2停留时间停留时间的影响从热力学来看，如使裂解反应进行到平衡，所得烯烃很少，最后生成大量的氢和碳。为获得尽可能多的烯烃，必须采用尽可能短的停留时间进行裂解反应。从动力学来看，由于有二次反应，对每种原料都有一个最大乙烯收率的适宜停留时间。短停留时间对生成烯烃有利2.操作参数对产品的影响2.2停留时间温度-停留时间效应石脑油裂解时乙烯收率与温度和停留时间的关系从裂解反应动力学方程可以看出，对给定原料而言，裂解深度(转化率)取决于裂解温度和停留时间。不同温度-停留时间组合，裂解结果不同。最佳组合高温-短停留时间2.操作参数对产品的影响2.2停留时间温度-停留时间效应对于给定原料，相同裂解深度时，高温，缩短停留时间的效应可以获得较高的烯烃收率，并减少结焦抑制芳烃生成，所得裂解汽油的收率相对较低使炔烃收率明显增加，并使乙烯/丙烯比及C4中的双烯烃/单烯烃的比增大，工业上利用此效应，适应市场需要。生产工艺条件的确定任务一

烃类热裂解制乙烯热力学和动力学分析2.操作参数对产品的影响2.1裂解温度1、温度对一次反应产物分布的影响

按自由基链式反应机理分析，温度对一次产物分布的影响，是通过影响各种链式反应相对量实现的。在一定温度内，提高裂解温度有利于提高一次反应所得乙烯和丙烯的收率。

正戊烷异戊烷600℃1000℃600℃1000℃乙烯收率43.246.010.112.6产物组成乙烯丙烯

10.115.2

13.620.32.操作参数对产品的影响2.1裂解温度2、温度对一次反应和二次反应相互竞争的影响

烃类裂解时，影响乙烯收率的二次反应主要是烯烃脱氢、分解生碳和烯烃脱氢缩合结焦等反应。图k值与温度的关系lgk乙烯收率提高升高温度由图可看出，升高温度有利于提高一次反应对二次反应的相对速度。故虽从热力学分析升高温度有利于乙炔和碳的生成，但因高温时一次反应在动力学上占更大的优势，所以有利于提高乙烯的收率。另外从图还应看到，温度升高，一次反应和二次反应的绝对速度均加快，焦的绝对生成量也会增加。因此在采用高温裂解时，必须相应改变停留时间等其他操作条件以减少焦的生成。