乙烯工藝與原料

第一章概論1
第一節(jié)乙烯裝置的重要性1
第二節(jié)世界乙烯生產(chǎn)狀況4
一、供需狀況4
二、裝置規(guī)模5
三、工藝與原料6
第三節(jié)我國乙烯生產(chǎn)狀況7
參考文獻9
第一篇制取乙烯的原料及方法
第二章裂解制取乙烯的原料11
第一節(jié)乙烯原料的來源和種類11
一、天然氣及油田輕烴11
二、煉廠所提供的油品15
三、煉廠副產(chǎn)的低碳烷烴18
第二節(jié)中國原油性質(zhì)19
一、原油的評價19
二、中國原油性質(zhì)20
三、大慶原油21
四、長慶原油23
第三節(jié)中東原油性質(zhì)26
一、沙特阿拉伯原油27
二、科威特原油28
三、阿曼原油30
四、中東其他地區(qū)原油31
第四節(jié)俄羅斯原油性質(zhì)32
第五節(jié)世界乙烯原料發(fā)展趨勢34
第六節(jié)乙烯原料的選擇和優(yōu)化36
一、乙烯原料的選擇36
二、乙烯原料的優(yōu)化39
三、石腦油作為乙烯原料的優(yōu)化問題43
第七節(jié)擴大乙烯原料來源48
一、頁巖油作裂解原料48
二、 煤基石腦油48
三、延遲焦化49
四、加氫裂化51
五、煉化副產(chǎn)品作裂解原料52
六、煉廠催化干氣的回收利用53
第八節(jié)裂解原料脫砷脫汞60
一、砷及砷化物的脫除60
二、汞及汞化物的脫除64
參考文獻65
第三章工業(yè)制取乙烯的方法67
第一節(jié)管式爐蒸汽裂解制乙烯67
第二節(jié)甲醇制烯烴68
一、甲醇制烯烴技術(shù)概述68
二、甲醇制烯烴典型的分離工藝流程76
第三節(jié)催化裂解制乙烯82
一、催化裂解反應(yīng)機理82
二、催化劑的研究和進展82
三、催化裂解制乙烯技術(shù)的研究進展83
第四節(jié)生物乙醇制乙烯84
一、纖維素乙醇產(chǎn)業(yè)及技術(shù)發(fā)展概況85
二、生物乙醇制乙烯技術(shù)發(fā)展概況85
第五節(jié)甲烷制乙烯86
一、甲烷氧化偶聯(lián)制乙烯86
二、甲烷無氧制乙烯87
第六節(jié)合成氣制乙烯87
第七節(jié)其他乙烯生產(chǎn)技術(shù)88
一、直接裂解原油的工藝88
二、甲醇石腦油耦合制烯烴技術(shù)89
第八節(jié)乙烯生產(chǎn)路線的比較89
一、原料89
二、產(chǎn)品90
三、投資90
四、成本91
五、環(huán)保91
六、思考及建議92
參考文獻92
第四章乙烯原料特性及評價94
第一節(jié)評價裂解原料特性的主要指標(biāo)94
一、石油烴的化學(xué)組成95
二、密度和相對密度101
三、沸點、餾程及平均沸點105
四、特性因數(shù)K108
五、黏度109
六、折射率113
七、氫含量和碳氫比113
八、平均分子量117
九、關(guān)聯(lián)指數(shù)BMCI120
十、殘?zhí)恐怠r青質(zhì)和溴值122
十一、硫化物123
十二、其他雜質(zhì)125
第二節(jié)乙烯原料實驗室評價方法125
一、烴類裂解制乙烯實驗室評價方法125
二、裂解評價實驗129
三、裂解產(chǎn)物的分析131
四、數(shù)據(jù)處理131
第三節(jié)工業(yè)裂解爐單爐標(biāo)定方法132
一、工業(yè)裂解爐單爐標(biāo)定的意義132
二、工業(yè)裂解爐產(chǎn)物的標(biāo)定裝置132
三、取樣點的確定132
四、樣品的處理及分析133
五、數(shù)據(jù)處理133
六、標(biāo)定結(jié)果判定依據(jù)134
第四節(jié)乙烯原料分子表征136
一、乙烯裂解原料等效分子組成重構(gòu)方法136
二、基于信息熵最大化的原料等效分子組成重構(gòu)優(yōu)化模型139
三、石腦油與加氫尾油原料等效分子組成預(yù)測141
四、小結(jié)142
參考文獻143
第二篇裂解反應(yīng)、設(shè)備及分離工藝
第五章裂解參數(shù)及裂解反應(yīng)146
第一節(jié)裂解反應(yīng)模型146
一、裂解反應(yīng)動力學(xué)模型146
二、裂解爐結(jié)焦模型及周期模擬160
第二節(jié)蒸汽裂解過程模擬164
一、過程模型164
二、反應(yīng)模型172
三、分子模型182
四、石腦油裂解過程模擬示例185
五、小結(jié)186
第三節(jié)共裂解187
一、乙烷/丙烷共裂解188
二、乙烷/丙烯共裂解188
三、石腦油/乙烷共裂解189
四、石腦油與輕烴及拔頭油資源共裂解191
第四節(jié)裂解爐結(jié)焦和結(jié)焦抑制技術(shù)193
一、烴類的熱裂解結(jié)焦機理194
二、急冷鍋爐、對流段結(jié)焦194
三、輻射段結(jié)焦195
四、結(jié)焦抑制劑200
第五節(jié)燃燒器及低氮氧化物(NOx)燃燒器203
一、概述203
二、燃料的燃燒203
三、燃燒器類型及特點207
四、低氮氧化物(NOx)燃燒器及其運用209
五、計算流體動力學(xué)(CFD)模擬216
六、燃燒器試驗219
七、燃燒器操作維護221
八、燃燒器故障排除223
第六節(jié)裂解爐熱性能測試及熱效率計算224
一、裂解爐熱性能測試的目的224
二、裂解爐熱性能測試的內(nèi)容224
三、裂解爐的熱性能測試224
四、裂解爐的熱效率計算和測定234
參考文獻239
第六章裂解爐爐型及裂解爐的工藝設(shè)計242
第一節(jié)各種爐型的裂解爐242
一、概述242
二、CBL裂解爐249
三、SRT型裂解爐252
四、USC型裂解爐276
五、 KTI GK裂解爐288
六、毫秒裂解爐300
七、Pyrocrack型裂解爐302
八、HSLR 型裂解爐307
九、HQF裂解爐309
十、新爐型的發(fā)展311
第二節(jié)裂解爐工藝設(shè)計常用的基本參數(shù)313
一、裂解基本工藝參數(shù)313
二、裂解深度參數(shù)317
三、裂解爐的性能指標(biāo)321
四、裂解選擇性指標(biāo)325
第三節(jié)裂解爐輻射段爐膛傳熱模型326
一、裂解爐輻射段爐膛傳熱模型的發(fā)展326
二、常用的爐膛傳熱模型328
第四節(jié)裂解爐輻射段工藝設(shè)計341
一、裂解爐輻射段技術(shù)的發(fā)展342
二、裂解爐輻射段設(shè)計要點349
三、輻射段工藝設(shè)計的主要內(nèi)容352
四、裂解爐輻射段的工藝計算353
五、裂解爐工藝設(shè)計的計算程序和實例363
第五節(jié)裂解爐對流段的工藝設(shè)計367
一、對流段的功能和結(jié)構(gòu)發(fā)展367
二、對流段工藝設(shè)計的基本原則370
三、對流段工藝包設(shè)計主要內(nèi)容378
四、對流段的工藝計算379
五、對流段工藝設(shè)計的計算實例393
參考文獻395
第七章急冷系統(tǒng)397
第一節(jié)裂解氣急冷397
一、概述397
二、裂解氣急冷鍋爐的結(jié)構(gòu)型式和參數(shù)401
三、裂解爐和急冷鍋爐清焦418
四、急冷油和急冷水熱量回收421
五、稀釋蒸汽產(chǎn)生系統(tǒng)422
六、汽油分餾塔內(nèi)重油聚合的形成與控制428
七、常用汽油分餾塔內(nèi)焦粉脫除的辦法431
八、減黏塔432
第二節(jié)裂解氣急冷鍋爐的工藝設(shè)計432
一、概述432
二、裂解氣急冷鍋爐的工藝特點433
三、裂解氣急冷鍋爐的工藝計算435
第三節(jié)乙烯裝置與熱電聯(lián)產(chǎn)組合437
一、概述437
二、熱力學(xué)性能評價438
三、幾種熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電工藝路線438
四、裂解爐與熱電聯(lián)產(chǎn)組合442
五、結(jié)論445
參考文獻446
第八章壓縮系統(tǒng)447
第一節(jié)概述447
一、裂解氣壓縮447
二、脫除酸性氣體448
三、干燥449
四、丙烯制冷450
五、乙烯制冷450
第二節(jié)壓縮機的熱力計算452
一、幾種壓縮過程452
二、壓縮機的排氣溫度、功率和中間冷卻456
三、真實氣體壓縮463
四、壓縮制冷466
第三節(jié)典型壓縮工藝流程469
一、五段壓縮工藝流程470
二、四段壓縮工藝流程474
三、壓縮工藝參數(shù)476
四、凝液汽提塔工藝參數(shù)及模擬計算478
第四節(jié)酸性氣體的脫除和裂解氣干燥479
一、酸性氣體雜質(zhì)的來源和危害479
二、堿洗法480
三、長尾曹達法487
四、黃油抑制489
五、裂解氣干燥491
第五節(jié)制冷系統(tǒng)499
一、丙烯和乙烯制冷系統(tǒng)500
二、甲烷制冷系統(tǒng)505
三、復(fù)疊制冷507
四、熱泵流程508
五、多元制冷514
六、冷劑的過冷與過熱524
七、冷劑節(jié)流531
八、制冷壓縮機出口冷劑收集罐的設(shè)置與控制535
參考文獻540
第九章分離系統(tǒng)541
第一節(jié)分離流程概述541
一、前脫丙烷前加氫流程542
二、順序分離流程549
三、前脫乙烷前加氫流程553
四、特色操作單元559
五、采用氣體裂解原料的分離流程特點560
第二節(jié)脫甲烷系統(tǒng)561
一、概述561
二、單塔脫甲烷565
三、雙塔脫甲烷573
四、甲烷制冷和膨脹再壓縮機系統(tǒng)578
五、尾氣中的乙烯回收技術(shù)580
六、脫甲烷塔的模擬計算582
第三節(jié)脫乙烷系統(tǒng)583
一、概述583
二、雙塔脫乙烷584
三、順序流程后脫乙烷工藝586
四、前脫丙烷流程后脫乙烷工藝589
五、隔壁精餾塔脫乙烷技術(shù)589
六、脫乙烷塔模擬590
第四節(jié)脫丙烷系統(tǒng)592
一、概述592
二、不同脫丙烷塔方案的能耗592
三、單塔脫丙烷592
四、雙塔脫丙烷594
五、脫丙烷塔防結(jié)焦597
第五節(jié)乙烯和丙烯精餾598
一、相對揮發(fā)度598
二、乙烯精餾600
三、丙烯精餾605
四、丙炔和丙二烯的精餾脫除608
第六節(jié)脫丁烷系統(tǒng)609
一、概述609
二、脫丁烷塔609
三、脫丁烷塔防結(jié)焦609
第七節(jié)乙烯裝置塔器設(shè)計610
一、塔器設(shè)計基礎(chǔ)610
二、乙烯裝置塔器設(shè)計概論615
三、乙烯裝置中特殊塔器的設(shè)計要求616
第八節(jié)換熱器基礎(chǔ)知識619
一、概述619
二、不同類型換熱器工藝設(shè)計要點622
參考文獻634
第十章催化反應(yīng)及催化劑636
第一節(jié)概述636
第二節(jié)乙炔、丙炔和丙二烯的脫除637
一、概述637
二、乙炔、丙炔前加氫638
三、乙炔后加氫647
四、C3加氫657
五、催化精餾加氫技術(shù)661
六、綠油脫除663
七、乙烯干燥665
第三節(jié)甲烷化反應(yīng)及氫氣純化665
一、甲烷化反應(yīng)機理666
二、甲烷化工藝流程介紹667
三、用變壓吸附純化氫氣669
參考文獻672
第三篇乙烯裝置輔助系統(tǒng)
第十一章公用工程675
第一節(jié)水系統(tǒng)及水平衡675
一、乙烯裝置給排水系統(tǒng)劃分675
二、原水系統(tǒng)675
三、生產(chǎn)給水系統(tǒng)676
四、生活給水系統(tǒng)676
五、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)676
六、工藝用水系統(tǒng)678
七、鍋爐給水系統(tǒng)678
八、消防水系統(tǒng)679
九、裝置排水680
十、再生水系統(tǒng)680
十一、水平衡681
第二節(jié)電氣系統(tǒng)682
一、概述682
二、電源和供配電系統(tǒng)682
三、爆炸和火災(zāi)危險環(huán)境684
四、變電所684
五、 繼電保護及自動裝置配置原則687
六、供配電線路687
七、配電687
八、 照明688
九、防雷、接地688
第三節(jié)蒸汽平衡689
一、概述689
二、蒸汽系統(tǒng)的確定690
三、蒸汽平衡計算和蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化690
第四節(jié)燃料平衡692
一、燃料消耗692
二、燃料平衡693
參考文獻697
第十二章乙烯原料與產(chǎn)品的儲存和運輸698
第一節(jié)概述698
一、乙烯原料與產(chǎn)品的儲存和運輸特點及要求698
二、乙烯原料與產(chǎn)品的存儲方式選擇以及儲罐容量、規(guī)格選取699
三、罐區(qū)運行和維護701
四、罐區(qū)的消防、安全、環(huán)保與職業(yè)衛(wèi)生702
第二節(jié)大容量石腦油的儲存706
一、概述706
二、石腦油及類似組分的主要物性數(shù)據(jù)707
三、裂解原料儲存工藝流程及特點（油品類物料）707
四、主要設(shè)備及單元工藝設(shè)計708
五、控制、聯(lián)鎖及監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計710
六、油品儲罐類型和規(guī)格710
七、油品儲罐建造管理、操作與維修713
八、應(yīng)用實例715
第三節(jié)液化烴的儲存716
一、乙烯產(chǎn)品的性質(zhì)和特點716
二、乙烯產(chǎn)品儲存工藝流程及特點718
三、附屬設(shè)備及單元工藝設(shè)計721
四、計量、控制、聯(lián)鎖及監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計722
五、液化烴儲罐類型和規(guī)格723
六、罐型選擇724
七、應(yīng)用實例728
第四節(jié)乙烯原料與產(chǎn)品運輸731
一、概述731
二、長輸管道輸送731
三、槽罐運輸732
四、船舶運輸739
五、應(yīng)用實例741
參考文獻743
第十三章火炬系統(tǒng)744
第一節(jié)概述744
一、火炬系統(tǒng)的作用744
二、火炬分類745
三、火炬的組成745
四、火炬形式的選擇746
第二節(jié)乙烯裝置內(nèi)的火炬系統(tǒng)748
一、火炬排放系統(tǒng)的組成748
二、乙烯裝置內(nèi)火炬排放管網(wǎng)的工藝設(shè)計749
三、濕火炬罐、干火炬罐和液體蒸發(fā)器753
四、火炬排放量確定753
第三節(jié)高架火炬的工藝設(shè)計及總圖布置754
一、設(shè)計范圍754
二、設(shè)計基本原則754
三、高架火炬裝置的工藝流程755
四、高架火炬高度和火炬周圍安全界限的確定756
五、高架火炬的總圖布置764
第四節(jié)火炬裝置的主要設(shè)備764
一、火炬頭764
二、火炬筒體767
三、分液罐768
四、水封罐771
五、點火設(shè)施774
六、泵776
第五節(jié)高架火炬系統(tǒng)的自動控制和安全防護776
一、高架火炬系統(tǒng)的自動控制776
二、安全防護778
第六節(jié)地面火炬779
一、地面火炬的發(fā)展和類型779
二、地面火炬的工藝設(shè)計780
三、火炬頭782
四、地面火炬系統(tǒng)控制782
五、地面火炬需要注意的問題783
第七節(jié)火炬氣回收785
一、概述785
二、火炬氣回收工藝技術(shù)785
三、火炬氣回收裝置的組成和布置786
四、工藝流程說明787
五、安全和環(huán)境保護788
參考文獻789
第四篇過程控制與優(yōu)化
第十四章過程控制791
第一節(jié)過程控制系統(tǒng)在乙烯裝置中的應(yīng)用792
一、乙烯裝置智能化生產(chǎn)技術(shù)概述792
二、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在乙烯裝置中的應(yīng)用792
第二節(jié)裂解爐自動控制方案796
一、裂解反應(yīng)的干擾因素分析796
二、裂解爐操作自動化796
三、裂解爐緊急降負(fù)荷控制798
四、裂解爐裂解深度和選擇性控制799
五、裂解爐在線清焦順序控制801
六、裂解爐控制實例804
第三節(jié)壓縮機自動控制方案805
一、壓縮機防喘振控制原理805
二、裂解氣壓縮機控制807
三、丙烯制冷壓縮機控制809
四、二元制冷壓縮機控制809
第四節(jié)分餾塔與精餾塔自動控制方案811
一、急冷油塔控制811
二、急冷水塔控制812
三、脫甲烷塔控制812
四、乙烯精餾塔控制813
第五節(jié)反應(yīng)器自動控制方案813
一、C2加氫反應(yīng)器控制814
二、C3加氫反應(yīng)器控制814
第六節(jié)干燥器順序控制方案814
一、裂解氣干燥器順序控制815
二、第二裂解氣干燥器順序控制817
三、氫氣干燥器順序控制818
第七節(jié)乙烯裝置先進控制與在線優(yōu)化819
一、先進控制與優(yōu)化的基本原理819
二、乙烯裝置先進控制與優(yōu)化策略設(shè)計823
三、乙烯裝置先進控制與優(yōu)化實例826
參考文獻829
第十五章裝置試車、檢修及開、停車過程受控管理831
第一節(jié)裝置初始試車831
一、生產(chǎn)準(zhǔn)備831
二、試車方案的制訂與優(yōu)化834
三、單機試車、聯(lián)動試車與投料試車837
第二節(jié)裝置檢修、開停車的受控管理842
一、準(zhǔn)備階段842
二、裝置停工階段845
三、停工交檢修847
四、裝置檢修階段847
五、檢修交付工藝848
六、裝置開車階段849
七、考核和總結(jié)850
第三節(jié)乙烯裝置低排放停車850
一、低排放停車總體思路850
二、各系統(tǒng)低排放停車主要內(nèi)容851
三、低排放停車難點852
第四節(jié)乙烯裝置低排放開車852
一、傳統(tǒng)“逆式開車”方案853
二、低排放開車856
三、低排放開車方案與傳統(tǒng)開車方案物料及能耗對比861
第五節(jié)國內(nèi)外乙烯裝置開停車節(jié)能減排技術(shù)進展864
一、概述864
二、開車技術(shù)及其減排策略864
三、停車技術(shù)及其減排策略870
四、開停車過程中的重要事項871
五、模擬技術(shù)在乙烯開停車中的應(yīng)用872
參考文獻877
附件1乙烯裝置低排放停車步驟879
附件2乙烯裝置低排放開車步驟892
第五篇節(jié)能減排、安全生產(chǎn)與環(huán)保
第十六章乙烯裝置的節(jié)能減排措施915
第一節(jié)裝置能耗計算915
一、能耗計算范圍915
二、能耗計算方法一915
三、能耗計算方法二919
第二節(jié)提高裂解爐熱效率921
一、降低對流段末端物料入口溫度922
二、改進對流段設(shè)計，提高熱強度923
三、降低過?？諝饴?24
四、預(yù)熱燃燒空氣和燃料氣924
五、加強絕熱保溫，降低爐體熱損失924
六、對流段吹灰和化學(xué)清洗除灰925
七、輻射段強化傳熱929
第三節(jié)急冷系統(tǒng)的節(jié)能及改進措施934
一、急冷油系統(tǒng)934
二、急冷油塔增加中間回流937
三、急冷油塔塔釜溫度和黏度控制942
四、急冷水乳化的形成與控制945
五、急冷水和急冷油熱量回收的優(yōu)化946
第四節(jié)裂解氣壓縮系統(tǒng)的節(jié)能措施948
一、增加凝液分離罐和液相干燥器948
二、壓縮機五段凝液二次閃蒸950
三、選擇最佳吸入壓力951
四、降低裂解氣壓縮機段間冷卻壓力降951
五、壓縮機段間噴水952
六、汽輪機采用兩個轉(zhuǎn)子和提高真空度954
七、壓縮段數(shù)的合理選擇955
八、降低壓縮機出口溫度955
九、凝液直接去脫甲烷塔956
十、壓縮區(qū)并聯(lián)小型壓縮機956
第五節(jié)分離系統(tǒng)節(jié)能流程組合957
一、概述957
二、不同分離順序流程組合957
三、相同分離順序流程組合959
四、漸進分離流程組合959
五、脫甲烷和深冷系統(tǒng)961
六、脫乙烷和乙烯精餾系統(tǒng)966
七、脫丙烷系統(tǒng)969
八、丙烯精餾流程組合974
第六節(jié)分凝分餾塔技術(shù)975
一、ARS工藝與HIRS系統(tǒng)975
二、分凝分餾塔及其分離流程980
三、ARS、HIRS與分凝分餾塔的比較983
參考文獻985
第十七章乙烯裝置安全、健康與環(huán)境（SHE）986
第一節(jié)概述986
一、術(shù)語與定義 986
二、安全設(shè)計基本原則987
第二節(jié)裝置危險性分析與安全設(shè)施設(shè)計987
一、裝置火災(zāi)、爆炸危險性分析987
二、裝置職業(yè)病危害分析988
三、危險崗位分析989
四、安全設(shè)施設(shè)計990
第三節(jié)乙烯裝置過程危險源分析992
一、分析策劃993
二、分析執(zhí)行995
三、分析關(guān)閉998
第四節(jié)乙烯裝置安全儀表系統(tǒng)分析與設(shè)計1000
一、基本概念與定義1001
二、安全完整性定級1006
三、安全要求規(guī)定（SRS）1007
四、安全儀表系統(tǒng)設(shè)計1008
五、SIL驗證1009
六、安全手冊1009
第五節(jié)廢水處理1009
一、廢水污染源1010
二、廢水預(yù)處理1012
三、廢水排放標(biāo)準(zhǔn)1013
第六節(jié)廢堿液處理1019
一、廢堿液的排放量和組成1019
二、廢堿液的處理方法及其工藝1019
三、處理后的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)1024
第七節(jié)固體廢物處理1024
一、固體廢物的來源和分類1024
二、固體廢物處理法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)和處理原則1026
三、固體廢物處理方法1026
四、固體廢物處理的工業(yè)化實例1031
第八節(jié)廢氣處理1031
一、有組織排放1031
二、無組織排放1035
第九節(jié)裝置區(qū)防滲1039
一、防治原則1039
二、污染防治分區(qū)1040
三、源頭控制 1041
四、末端控制1041
五、污染監(jiān)控體系1044
參考文獻1044