乙烯工艺与原料

第一章概论1
第一节乙烯装置的重要性1
第二节世界乙烯生产状况4
一、供需状况4
二、装置规模5
三、工艺与原料6
第三节我国乙烯生产状况7
参考文献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
第一节乙烯原料的来源和种类11
一、天然气及油田轻烃11
二、炼厂所提供的油品15
三、炼厂副产的低碳烷烃18
第二节中国原油性质19
一、原油的评价19
二、中国原油性质20
三、大庆原油21
四、长庆原油23
第三节中东原油性质26
一、沙特阿拉伯原油27
二、科威特原油28
三、阿曼原油30
四、中东其他地区原油31
第四节俄罗斯原油性质32
第五节世界乙烯原料发展趋势34
第六节乙烯原料的选择和优化36
一、乙烯原料的选择36
二、乙烯原料的优化39
三、石脑油作为乙烯原料的优化问题43
第七节扩大乙烯原料来源48
一、页岩油作裂解原料48
二、 煤基石脑油48
三、延迟焦化49
四、加氢裂化51
五、炼化副产品作裂解原料52
六、炼厂催化干气的回收利用53
第八节裂解原料脱砷脱汞60
一、砷及砷化物的脱除60
二、汞及汞化物的脱除64
参考文献65
第三章工业制取乙烯的方法67
第一节管式炉蒸汽裂解制乙烯67
第二节甲醇制烯烃68
一、甲醇制烯烃技术概述68
二、甲醇制烯烃典型的分离工艺流程76
第三节催化裂解制乙烯82
一、催化裂解反应机理82
二、催化剂的研究和进展82
三、催化裂解制乙烯技术的研究进展83
第四节生物乙醇制乙烯84
一、纤维素乙醇产业及技术发展概况85
二、生物乙醇制乙烯技术发展概况85
第五节甲烷制乙烯86
一、甲烷氧化偶联制乙烯86
二、甲烷无氧制乙烯87
第六节合成气制乙烯87
第七节其他乙烯生产技术88
一、直接裂解原油的工艺88
二、甲醇石脑油耦合制烯烃技术89
第八节乙烯生产路线的比较89
一、原料89
二、产品90
三、投资90
四、成本91
五、环保91
六、思考及建议92
参考文献92
第四章乙烯原料特性及评价94
第一节评价裂解原料特性的主要指标94
一、石油烃的化学组成95
二、密度和相对密度101
三、沸点、馏程及平均沸点105
四、特性因数K108
五、黏度109
六、折射率113
七、氢含量和碳氢比113
八、平均分子量117
九、关联指数BMCI120
十、残炭值、沥青质和溴值122
十一、硫化物123
十二、其他杂质125
第二节乙烯原料实验室评价方法125
一、烃类裂解制乙烯实验室评价方法125
二、裂解评价实验129
三、裂解产物的分析131
四、数据处理131
第三节工业裂解炉单炉标定方法132
一、工业裂解炉单炉标定的意义132
二、工业裂解炉产物的标定装置132
三、取样点的确定132
四、样品的处理及分析133
五、数据处理133
六、标定结果判定依据134
第四节乙烯原料分子表征136
一、乙烯裂解原料等效分子组成重构方法136
二、基于信息熵最大化的原料等效分子组成重构优化模型139
三、石脑油与加氢尾油原料等效分子组成预测141
四、小结142
参考文献143
第二篇裂解反应、设备及分离工艺
第五章裂解参数及裂解反应146
第一节裂解反应模型146
一、裂解反应动力学模型146
二、裂解炉结焦模型及周期模拟160
第二节蒸汽裂解过程模拟164
一、过程模型164
二、反应模型172
三、分子模型182
四、石脑油裂解过程模拟示例185
五、小结186
第三节共裂解187
一、乙烷/丙烷共裂解188
二、乙烷/丙烯共裂解188
三、石脑油/乙烷共裂解189
四、石脑油与轻烃及拔头油资源共裂解191
第四节裂解炉结焦和结焦抑制技术193
一、烃类的热裂解结焦机理194
二、急冷锅炉、对流段结焦194
三、辐射段结焦195
四、结焦抑制剂200
第五节燃烧器及低氮氧化物(NOx)燃烧器203
一、概述203
二、燃料的燃烧203
三、燃烧器类型及特点207
四、低氮氧化物(NOx)燃烧器及其运用209
五、计算流体动力学(CFD)模拟216
六、燃烧器试验219
七、燃烧器操作维护221
八、燃烧器故障排除223
第六节裂解炉热性能测试及热效率计算224
一、裂解炉热性能测试的目的224
二、裂解炉热性能测试的内容224
三、裂解炉的热性能测试224
四、裂解炉的热效率计算和测定234
参考文献239
第六章裂解炉炉型及裂解炉的工艺设计242
第一节各种炉型的裂解炉242
一、概述242
二、CBL裂解炉249
三、SRT型裂解炉252
四、USC型裂解炉276
五、 KTI GK裂解炉288
六、毫秒裂解炉300
七、Pyrocrack型裂解炉302
八、HSLR 型裂解炉307
九、HQF裂解炉309
十、新炉型的发展311
第二节裂解炉工艺设计常用的基本参数313
一、裂解基本工艺参数313
二、裂解深度参数317
三、裂解炉的性能指标321
四、裂解选择性指标325
第三节裂解炉辐射段炉膛传热模型326
一、裂解炉辐射段炉膛传热模型的发展326
二、常用的炉膛传热模型328
第四节裂解炉辐射段工艺设计341
一、裂解炉辐射段技术的发展342
二、裂解炉辐射段设计要点349
三、辐射段工艺设计的主要内容352
四、裂解炉辐射段的工艺计算353
五、裂解炉工艺设计的计算程序和实例363
第五节裂解炉对流段的工艺设计367
一、对流段的功能和结构发展367
二、对流段工艺设计的基本原则370
三、对流段工艺包设计主要内容378
四、对流段的工艺计算379
五、对流段工艺设计的计算实例393
参考文献395
第七章急冷系统397
第一节裂解气急冷397
一、概述397
二、裂解气急冷锅炉的结构型式和参数401
三、裂解炉和急冷锅炉清焦418
四、急冷油和急冷水热量回收421
五、稀释蒸汽产生系统422
六、汽油分馏塔内重油聚合的形成与控制428
七、常用汽油分馏塔内焦粉脱除的办法431
八、减黏塔432
第二节裂解气急冷锅炉的工艺设计432
一、概述432
二、裂解气急冷锅炉的工艺特点433
三、裂解气急冷锅炉的工艺计算435
第三节乙烯装置与热电联产组合437
一、概述437
二、热力学性能评价438
三、几种热电联产发电工艺路线438
四、裂解炉与热电联产组合442
五、结论445
参考文献446
第八章压缩系统447
第一节概述447
一、裂解气压缩447
二、脱除酸性气体448
三、干燥449
四、丙烯制冷450
五、乙烯制冷450
第二节压缩机的热力计算452
一、几种压缩过程452
二、压缩机的排气温度、功率和中间冷却456
三、真实气体压缩463
四、压缩制冷466
第三节典型压缩工艺流程469
一、五段压缩工艺流程470
二、四段压缩工艺流程474
三、压缩工艺参数476
四、凝液汽提塔工艺参数及模拟计算478
第四节酸性气体的脱除和裂解气干燥479
一、酸性气体杂质的来源和危害479
二、碱洗法480
三、长尾曹达法487
四、黄油抑制489
五、裂解气干燥491
第五节制冷系统499
一、丙烯和乙烯制冷系统500
二、甲烷制冷系统505
三、复叠制冷507
四、热泵流程508
五、多元制冷514
六、冷剂的过冷与过热524
七、冷剂节流531
八、制冷压缩机出口冷剂收集罐的设置与控制535
参考文献540
第九章分离系统541
第一节分离流程概述541
一、前脱丙烷前加氢流程542
二、顺序分离流程549
三、前脱乙烷前加氢流程553
四、特色操作单元559
五、采用气体裂解原料的分离流程特点560
第二节脱甲烷系统561
一、概述561
二、单塔脱甲烷565
三、双塔脱甲烷573
四、甲烷制冷和膨胀再压缩机系统578
五、尾气中的乙烯回收技术580
六、脱甲烷塔的模拟计算582
第三节脱乙烷系统583
一、概述583
二、双塔脱乙烷584
三、顺序流程后脱乙烷工艺586
四、前脱丙烷流程后脱乙烷工艺589
五、隔壁精馏塔脱乙烷技术589
六、脱乙烷塔模拟590
第四节脱丙烷系统592
一、概述592
二、不同脱丙烷塔方案的能耗592
三、单塔脱丙烷592
四、双塔脱丙烷594
五、脱丙烷塔防结焦597
第五节乙烯和丙烯精馏598
一、相对挥发度598
二、乙烯精馏600
三、丙烯精馏605
四、丙炔和丙二烯的精馏脱除608
第六节脱丁烷系统609
一、概述609
二、脱丁烷塔609
三、脱丁烷塔防结焦609
第七节乙烯装置塔器设计610
一、塔器设计基础610
二、乙烯装置塔器设计概论615
三、乙烯装置中特殊塔器的设计要求616
第八节换热器基础知识619
一、概述619
二、不同类型换热器工艺设计要点622
参考文献634
第十章催化反应及催化剂636
第一节概述636
第二节乙炔、丙炔和丙二烯的脱除637
一、概述637
二、乙炔、丙炔前加氢638
三、乙炔后加氢647
四、C3加氢657
五、催化精馏加氢技术661
六、绿油脱除663
七、乙烯干燥665
第三节甲烷化反应及氢气纯化665
一、甲烷化反应机理666
二、甲烷化工艺流程介绍667
三、用变压吸附纯化氢气669
参考文献672
第三篇乙烯装置辅助系统
第十一章公用工程675
第一节水系统及水平衡675
一、乙烯装置给排水系统划分675
二、原水系统675
三、生产给水系统676
四、生活给水系统676
五、循环冷却水系统676
六、工艺用水系统678
七、锅炉给水系统678
八、消防水系统679
九、装置排水680
十、再生水系统680
十一、水平衡681
第二节电气系统682
一、概述682
二、电源和供配电系统682
三、爆炸和火灾危险环境684
四、变电所684
五、 继电保护及自动装置配置原则687
六、供配电线路687
七、配电687
八、 照明688
九、防雷、接地688
第三节蒸汽平衡689
一、概述689
二、蒸汽系统的确定690
三、蒸汽平衡计算和蒸汽系统优化690
第四节燃料平衡692
一、燃料消耗692
二、燃料平衡693
参考文献697
第十二章乙烯原料与产品的储存和运输698
第一节概述698
一、乙烯原料与产品的储存和运输特点及要求698
二、乙烯原料与产品的存储方式选择以及储罐容量、规格选取699
三、罐区运行和维护701
四、罐区的消防、安全、环保与职业卫生702
第二节大容量石脑油的储存706
一、概述706
二、石脑油及类似组分的主要物性数据707
三、裂解原料储存工艺流程及特点（油品类物料）707
四、主要设备及单元工艺设计708
五、控制、联锁及监视系统设计710
六、油品储罐类型和规格710
七、油品储罐建造管理、操作与维修713
八、应用实例715
第三节液化烃的储存716
一、乙烯产品的性质和特点716
二、乙烯产品储存工艺流程及特点718
三、附属设备及单元工艺设计721
四、计量、控制、联锁及监控系统设计722
五、液化烃储罐类型和规格723
六、罐型选择724
七、应用实例728
第四节乙烯原料与产品运输731
一、概述731
二、长输管道输送731
三、槽罐运输732
四、船舶运输739
五、应用实例741
参考文献743
第十三章火炬系统744
第一节概述744
一、火炬系统的作用744
二、火炬分类745
三、火炬的组成745
四、火炬形式的选择746
第二节乙烯装置内的火炬系统748
一、火炬排放系统的组成748
二、乙烯装置内火炬排放管网的工艺设计749
三、湿火炬罐、干火炬罐和液体蒸发器753
四、火炬排放量确定753
第三节高架火炬的工艺设计及总图布置754
一、设计范围754
二、设计基本原则754
三、高架火炬装置的工艺流程755
四、高架火炬高度和火炬周围安全界限的确定756
五、高架火炬的总图布置764
第四节火炬装置的主要设备764
一、火炬头764
二、火炬筒体767
三、分液罐768
四、水封罐771
五、点火设施774
六、泵776
第五节高架火炬系统的自动控制和安全防护776
一、高架火炬系统的自动控制776
二、安全防护778
第六节地面火炬779
一、地面火炬的发展和类型779
二、地面火炬的工艺设计780
三、火炬头782
四、地面火炬系统控制782
五、地面火炬需要注意的问题783
第七节火炬气回收785
一、概述785
二、火炬气回收工艺技术785
三、火炬气回收装置的组成和布置786
四、工艺流程说明787
五、安全和环境保护788
参考文献789
第四篇过程控制与优化
第十四章过程控制791
第一节过程控制系统在乙烯装置中的应用792
一、乙烯装置智能化生产技术概述792
二、现场总线控制系统在乙烯装置中的应用792
第二节裂解炉自动控制方案796
一、裂解反应的干扰因素分析796
二、裂解炉操作自动化796
三、裂解炉紧急降负荷控制798
四、裂解炉裂解深度和选择性控制799
五、裂解炉在线清焦顺序控制801
六、裂解炉控制实例804
第三节压缩机自动控制方案805
一、压缩机防喘振控制原理805
二、裂解气压缩机控制807
三、丙烯制冷压缩机控制809
四、二元制冷压缩机控制809
第四节分馏塔与精馏塔自动控制方案811
一、急冷油塔控制811
二、急冷水塔控制812
三、脱甲烷塔控制812
四、乙烯精馏塔控制813
第五节反应器自动控制方案813
一、C2加氢反应器控制814
二、C3加氢反应器控制814
第六节干燥器顺序控制方案814
一、裂解气干燥器顺序控制815
二、第二裂解气干燥器顺序控制817
三、氢气干燥器顺序控制818
第七节乙烯装置先进控制与在线优化819
一、先进控制与优化的基本原理819
二、乙烯装置先进控制与优化策略设计823
三、乙烯装置先进控制与优化实例826
参考文献829
第十五章装置试车、检修及开、停车过程受控管理831
第一节装置初始试车831
一、生产准备831
二、试车方案的制订与优化834
三、单机试车、联动试车与投料试车837
第二节装置检修、开停车的受控管理842
一、准备阶段842
二、装置停工阶段845
三、停工交检修847
四、装置检修阶段847
五、检修交付工艺848
六、装置开车阶段849
七、考核和总结850
第三节乙烯装置低排放停车850
一、低排放停车总体思路850
二、各系统低排放停车主要内容851
三、低排放停车难点852
第四节乙烯装置低排放开车852
一、传统“逆式开车”方案853
二、低排放开车856
三、低排放开车方案与传统开车方案物料及能耗对比861
第五节国内外乙烯装置开停车节能减排技术进展864
一、概述864
二、开车技术及其减排策略864
三、停车技术及其减排策略870
四、开停车过程中的重要事项871
五、模拟技术在乙烯开停车中的应用872
参考文献877
附件1乙烯装置低排放停车步骤879
附件2乙烯装置低排放开车步骤892
第五篇节能减排、安全生产与环保
第十六章乙烯装置的节能减排措施915
第一节装置能耗计算915
一、能耗计算范围915
二、能耗计算方法一915
三、能耗计算方法二919
第二节提高裂解炉热效率921
一、降低对流段末端物料入口温度922
二、改进对流段设计，提高热强度923
三、降低过剩空气率924
四、预热燃烧空气和燃料气924
五、加强绝热保温，降低炉体热损失924
六、对流段吹灰和化学清洗除灰925
七、辐射段强化传热929
第三节急冷系统的节能及改进措施934
一、急冷油系统934
二、急冷油塔增加中间回流937
三、急冷油塔塔釜温度和黏度控制942
四、急冷水乳化的形成与控制945
五、急冷水和急冷油热量回收的优化946
第四节裂解气压缩系统的节能措施948
一、增加凝液分离罐和液相干燥器948
二、压缩机五段凝液二次闪蒸950
三、选择最佳吸入压力951
四、降低裂解气压缩机段间冷却压力降951
五、压缩机段间喷水952
六、汽轮机采用两个转子和提高真空度954
七、压缩段数的合理选择955
八、降低压缩机出口温度955
九、凝液直接去脱甲烷塔956
十、压缩区并联小型压缩机956
第五节分离系统节能流程组合957
一、概述957
二、不同分离顺序流程组合957
三、相同分离顺序流程组合959
四、渐进分离流程组合959
五、脱甲烷和深冷系统961
六、脱乙烷和乙烯精馏系统966
七、脱丙烷系统969
八、丙烯精馏流程组合974
第六节分凝分馏塔技术975
一、ARS工艺与HIRS系统975
二、分凝分馏塔及其分离流程980
三、ARS、HIRS与分凝分馏塔的比较983
参考文献985
第十七章乙烯装置安全、健康与环境（SHE）986
第一节概述986
一、术语与定义 986
二、安全设计基本原则987
第二节装置危险性分析与安全设施设计987
一、装置火灾、爆炸危险性分析987
二、装置职业病危害分析988
三、危险岗位分析989
四、安全设施设计990
第三节乙烯装置过程危险源分析992
一、分析策划993
二、分析执行995
三、分析关闭998
第四节乙烯装置安全仪表系统分析与设计1000
一、基本概念与定义1001
二、安全完整性定级1006
三、安全要求规定（SRS）1007
四、安全仪表系统设计1008
五、SIL验证1009
六、安全手册1009
第五节废水处理1009
一、废水污染源1010
二、废水预处理1012
三、废水排放标准1013
第六节废碱液处理1019
一、废碱液的排放量和组成1019
二、废碱液的处理方法及其工艺1019
三、处理后的废水排放标准1024
第七节固体废物处理1024
一、固体废物的来源和分类1024
二、固体废物处理法规标准和处理原则1026
三、固体废物处理方法1026
四、固体废物处理的工业化实例1031
第八节废气处理1031
一、有组织排放1031
二、无组织排放1035
第九节装置区防渗1039
一、防治原则1039
二、污染防治分区1040
三、源头控制 1041
四、末端控制1041
五、污染监控体系1044
参考文献1044