海川化工论坛-_气体分馏装置实用教材.docVIP

第一章、简单的炼油知识 第一节、气体分馏在石油化工生产中的应用 炼厂气是石油化工过程中，特别是破坏加工过程中产生的各种气体的总称。包括热裂化气、催化裂化气、催化裂解气、重整气、加氢裂化气等，炼厂气的产率一般占所加工原油的5~10%。 4.5万吨/年气体分馏装置气体来源于20万吨/年重油催化裂化装置产生的炼厂气。这些气体的组成较为复杂，主要有C1~C4的烷烃和烯烃，其中有少量的二烯烃和C5以上重组分，此外还有少量的非烃类气体，如：CO、H2、CO2、H2S和有机硫（RSH、COS）等。 炼厂气过去大多是用作工业和民用燃料，少部分加工成为高辛烷值汽油和航空汽油的组成，随着石油化学工业的发展，炼厂气已成为宝贵的化工原料。 众所周知，乙烯、丙烯、丁烯、异丁烯、丁二烯这些气体，通过气体分馏装置进一步分离出来，炼厂气中的所含的各种烃类经氧化、硝化、卤化等反应，可得到各种含氧有机化合物，如（醇、酮、醛、酸等）硝基化合物及卤素的衍生物，烯烃可以通过各种合成反应，得到种类很多的化学制品，是合成橡胶、合成塑料、合成纤维的重要原料。例如以丙烯为原料可以得到聚丙烯、磺酸盐（表面洗性剂，可以作洗涤剂等）、丙烯醇、甘油、丙二醇、丙酮、丙烯酸、丙烯腈、丁醇等。 炼厂气作为化工原料，必须进行分离，分离的方法很多，就其本质来说可以分为两类，一类是物理分离法，即利用烃类的物理性质的差别进行分离。如：利用烃类的饱和蒸汽压、沸点不同而进行气体分离过程，有些合成过程对气体纯度要求较高时，则需要高效率的气体分离，如吸附、超精馏、抽提精馏、共沸蒸馏等；另一类方法是化学方法，既利用化学反应的方法将它们分离，如化学吸附和分子筛分离。 目前，我国绝大多数炼油厂采用气体分离装置对炼厂气进行分离，以制取丙烷、丁烷、异丁烷，可以说是以炼油厂气为原料的石油化工生产的龙头装置。 第二节、气体分馏的基本工艺过程 气体分馏是一个标准的精馏过程，是一个基本的化工单元过程，但是，气体分馏不是一个简单的二元精馏，而是一个复杂的典型的多元精馏。它需要几个精馏塔同时操作来完成多组分的分离任务。 一套精馏装置通常由以下三个主要设备组成： 1、精馏塔；2、冷凝冷却器；3、重沸器，如图所示。 精馏塔内设有许多塔盘。 工业上应用的精馏塔有泡罩塔、浮阀塔、筛板塔和填料塔等。这主要是指塔板的形式，气体分馏装置就是采用的浮阀塔，进料口把精馏塔分为上下两段，上段为精馏段，下段为提馏段。原料进入精馏塔内，其汽液两相在进料板的温度和压力下，分别和塔内的汽液混合后，经过与塔内汽液两相传质、传热，有部分液相汽化，有部分气体冷凝，汽相上升到精馏段，液相下降至提馏段，精馏塔底温度较高，塔顶温度较低，形成了一定的温度梯度，汽液两相在每层塔板上密切接触，不断进行传质传热，其结果是，沿塔高向上，轻组分浓度递增，重组分浓度递减。塔顶馏出物经塔顶冷凝冷却器冷却，一部分抽出做为塔顶产品，一部分送回塔顶作为塔顶回流，塔底再沸器蒸汽加热，使塔底物中所含的部分轻组分蒸发，作为塔内汽相回流，重组分从塔底抽出。 由于分馏技术比较成熟，操作比较简单，规模可大可小，一般情况下分离费用也不是很高，故被广泛采用。 第三节、分馏的基本概念 气体分馏是一个典型的多元精馏过程，为了搞清过程的实质，首先需要了解有关的一些基本概念。 一、相平衡 任何物质（气态、液态、固态）的分子都在不停地运动着，都有向周围挥发逃逸的能力，液体中各个分子的运动速度不相同，速度快的动能也大，可以脱离液面进入汽相，这种液体分子进入汽相转化为气体的现象叫做汽化。当汽化在液体表面上进行时，称为蒸发。若汽化在液体表面和内部同时进行则称为沸腾。 物质从液体挥发到周围空间的分子，在环境影响下同样具有返回液体的能力。在一定条件下，使一部分气体返回到液体中变成液体分子，这种从气态变成液态的现象叫液化或冷凝。 液体物质在密闭容器中，在一定温度下，当液面挥发到空间的分子数与同一时间从空间返回的分子数相同时，容器中液体与其表面上的蒸汽建立起动态平衡，称之为汽液相平衡。 二、饱和蒸汽压 在某一温度下，液体与其表面上的蒸汽呈平衡状态时，由此蒸汽所产的压力称之为该温度下的饱和蒸汽压，简称蒸汽压。此时的液体称为该温度下的饱和液体。 饱和蒸汽压的大小表明了液体挥发能力的大小，由于各种物质其化学结构的物理性质不同，分子从液相跑到汽相中的能力也不同，因此在一定温度下，达到平衡状态时，各种物质的饱和蒸汽压数值也不相同。见表2-1。 表2-1、各组分的饱和蒸汽压（0℃ 纯物质的饱和蒸汽压仅与温度有关，它是温度的函数，即P°=f(t)，随温度的升高而增加，随温度的下降而下降，它与系统的液体体积与数量无关。 气体分馏就是利用液体混合物在同一温度下具有不同的饱和蒸汽压的性质，使混合物得以分离提纯。 三、道尔顿和拉乌尔定律 1、道尔