乙烯裝置分離全流程模擬（簡體書）

國內乙烯工業始於1961年，乙烯裝置分離過程類比起步於20世紀70年代，迄今已有50多年的歷史。當前化工過程類比軟件已非常普及，乙烯裝置分離過程類比已取得顯著成績和跨越式發展，國內已利用它開發了多個具有自主智能財產權的乙烯裝置輕烴分離流程。一批乙烯裝置專家、學者通過發表論文和編寫專著較系統地闡述了乙烯分離技術，這適應了20世紀我國乙烯裝置的科研、設計、生產和教育需要，為21世紀乙烯裝置逐步國產化和乙烯工業的跨越發展打下了堅實的基礎。
作者運用自己掌握的熱能動力機械與裝置專業的理論知識，將壓縮機、渦輪機等原理聯繫裂解氣壓縮機、製冷壓縮機及其汽輪機等的實際運行操作實踐；運用掌握的工程熱物理專業的理論知識，將化工熱力學、傳熱傳質及流體力學等理論知識聯繫各種分離單元操作實踐。既消化掌握了乙烯裝置技術，又積累了大量的乙烯裝置生產運行操作經驗。作者自1992年開始從事乙烯裝置的技術工作，親身經歷過160kt·a-1順序分離技術乙烯裝置的建設和投產運行及230kt·a-1擴能脫瓶頸改造，1000kt·a-1前脫乙烷前加氫技術乙烯裝置的建設和投產運行及1100kt·a-1擴能脫瓶頸改造，調研學習過國內大部分乙烯裝置，自學了反應動力學及裂解理論知識，熟練運用PRO/Ⅱ及Aspen Plus兩種化工過程類比軟件類比研究過乙烯裝置的一些分離單元操作。作者從事乙烯工藝技術工作28年來，一直致力於乙烯工藝技術的消化和創新工作，既基本消化掌握了乙烯裝置技術，又積累了大量乙烯裝置生產運行操作經驗，特別是較深入研究掌握了順序分離、前脫乙烷和前脫丙烷分離三種乙烯分離技術。在2010年前後開始考慮撰寫本書，一直在做知識積累及國內外文獻調研工作。
2000年以來，國內開始建設百萬噸級乙烯裝置。“十三五”期間，有1200～1500kt·a-1乙烯裝置投產。作者考慮到乙烯裝置規模化、大型化的趨勢，以及裂解原料趨向輕質化，把本書乙烯裝置規模定為1200kt·a-1，定義了重質裂解原料和輕質裂解原料兩個工況，便於研究分析裂解原料的輕質化對乙烯裝置運行的影響，以及不同分離技術對乙烯裝置運行的影響，可為不同裂解原料乙烯裝置運行、改造及其分離技術的選擇提供指導。
關於一套乙烯裝置的過程類比，一般會經歷四個階段：第一是原始設計階段，第二是開車階段，第三是正常生產運行階段，第四是停車階段，後續可能會回到改造設計階段，依此類推。本書涉及第一和第三階段的部分內容，從乙烯裝置分離過程類比涉及的基礎物性方法和模型出發，基於1200kt·a-1乙烯裝置的重質裂解原料和輕質裂解原料兩個模擬基礎工況，用Aspen Plus V8.8類比研究乙烯裝置自汽油分餾塔系統接收裂解爐區廢熱鍋爐出口的裂解氣始至脫丁烷塔采出碳四餾分和粗裂解汽油組分止的分離流程，研究三種典型分離技術的分離過程，側重於概括順序分離後加氫、前脫乙烷前加氫和前脫丙烷前加氫三種分離技術的特點與差異，有利於乙烯生產者更加透徹地理解不同的乙烯分離技術，便於乙烯生產者根據特定裂解原料選擇較優的分離技術。至於乙烯裝置的分離技術基礎理論，請讀者參閱鄒仁鋆、王松漢等前輩的著作，本書盡可能不重複。
本書內容共分11章。第1章簡要介紹乙烯裝置常用的傳質分離過程；第2章主要介紹乙烯裝置分離過程類比常用的基礎物性方法和模型；第3章規定本書模擬計算的基礎及統一規定；第4章介紹急冷系統不同技術差異與類比計算結果；第5章介紹裂解氣壓縮系統的類比計算結果；第6章主要介紹裂解氣脫除酸性氣、乙炔、甲基乙炔、丙二烯和一氧化碳的模擬計算結果；第7章介紹三種不同深冷分離技術的差異與模擬計算結果；第8章介紹脫乙烷和乙烯精餾系統的三種不同分離技術差異與模擬計算結果；第9章介紹脫丙烷和丙烯精餾系統、脫丁烷及汽油系統的三種不同分離技術差異與模擬計算結果；第10章介紹給三種乙烯分離技術配套的複疊製冷系統及其類比計算結果；第11章在類比計算公用工程消耗的基礎上比較三種分離技術的綜合能耗。
提升乙烯裝置分離系統全流程模擬技術水準需要大家一起努力。雖然目前乙烯裝置的分離過程類比計算已相當準確、可靠和成熟，已達到穩態模擬計算結果可直接用於乙烯裝置設計的程度，並與實際運行工藝參數相符，但作者在乙烯裝置分離系統全流程模擬過程中，因相關技術水準有限，影響因素較多，模擬計算結果難免存在不足，必然有一定的誤差，懇請讀者不吝賜教。作者會虛心接受不同意見，並不勝感激，擇機在本書再版時修訂。

著 者
2021年2月於獨山子

第1章 緒論 001
1.1 概述 002
1.2 乙烯裝置常用的傳質分離過程 003
1.2.1 平衡分離過程 003
1.2.2 機械分離過程 007
1.2.3 速率分離過程 007
1.3 本書的主要任務和內容 007
參考文獻 009

第2章 物性方法和模型 011
2.1 Aspen Plus?推薦的物性方法和模型 012
2.2 有關基本概念 013
2.2.1 理想氣體 013
2.2.2 臨界常數 013
2.2.3 壓縮因數和偏心因數 014
2.2.4 汽液相平衡 014
2.2.5 理想溶液 015
2.3 熱力學性質方法和模型 016
2.3.1 立方型狀態方程 016
2.3.2 液體逸度關聯式 020
2.3.3 蒸汽表 020
2.4 傳遞性質方法和模型 020
參考文獻 021

第3章 模擬基礎 022
3.1 裂解原料性質 023
3.2 裂解原料的產物分佈 023
3.3 乙烯裝置工況 026
3.4 裂解氣參數 027
3.5 統一規定 028
參考文獻 033

第4章 急冷系統 034
4.1 急冷系統的類比 035
4.1.1 汽油分餾塔和急冷水塔系統類比 036
4.1.2 稀釋蒸汽發生系統類比 047
4.2 物料和熱量平衡 052
4.2.1 物料平衡 052
4.2.2 熱量平衡 054
4.3 汽油分餾塔系統 056
4.3.1 高中溫熱回收 057
4.3.2 結垢和阻垢 060
4.3.3 急冷油黏度升高機理與減黏 069
4.3.4 除焦 073
4.3.5 典型案例分析 073
4.4 急冷水塔系統 076
4.4.1 低溫熱回收 076
4.4.2 粗裂解汽油不足 079
4.4.3 乳化與破乳 081
4.5 稀釋蒸汽發生系統 082
參考文獻 083

第5章 裂解氣的壓縮 086
5.1 熱力學參數 087
5.2 主要性能參數 088
5.2.1 流量 088
5.2.2 壓縮比 088
5.2.3 能量頭 088
5.2.4 多變效率 089
5.3 壓縮過程的模擬 089
5.3.1 工藝描述 089
5.3.2 工藝流程特點 094
5.3.3 模擬說明 095
5.3.4 模擬結果分析 095
5.4 結垢及腐蝕機理 102
5.4.1 結垢及腐蝕位置 103
5.4.2 化學機理 104
5.4.3 腐蝕 106
5.4.4 物理夾帶 106
5.4.5 溶解力 107
5.5 結垢控制與防腐 107
5.5.1 注洗油 107
5.5.2 注水 109
5.5.3 注化學助劑 110
5.5.4 塗層 111
5.5.5 其它方法 112
5.6 有關工藝參數 113
5.6.1 裂解氣摩爾質量 113
5.6.2 一段入口的體積流量 114
5.6.3 一段入口壓力 115
5.6.4 末段出口壓力 116
5.6.5 每段允許的最大出口溫度 117
5.6.6 段間的壓力降 117
5.6.7 其它參數 117
參考文獻 118

第6章 裂解氣的淨化 120
6.1 酸性氣體的脫除 121
6.1.1 堿洗系統的類比 121
6.1.2 模擬結果分析 125
6.1.3 黃油生成和抑制 126
6.2 乾燥 128
6.2.1 模擬說明 129
6.2.2 裂解氣的乾燥 129
6.2.3 裂解氣凝液的乾燥 130
6.2.4 碳二組分的乾燥與裂解氣的保護乾燥 131
6.2.5 碳三組分的乾燥 132
6.2.6 氫氣的乾燥 132
6.3 乙炔的脫除 133
6.3.1 碳二加氫反應系統的類比 133
6.3.2 模擬結果分析 137
6.4 甲基乙炔和丙二烯的脫除 139
6.4.1 碳三加氫反應系統的類比 139
6.4.2 模擬結果分析 142
6.5 CO的脫除 143
6.5.1 甲烷化反應系統的類比 143
6.5.2 模擬結果分析 145
6.6 脫砷 146
參考文獻 146

第7章 深冷分離系統 148
7.1 深冷分離系統的類比 149
7.1.1 工藝描述 149
7.1.2 工藝流程特點 157
7.1.3 模擬說明 160
7.2 模擬結果分析 160
7.2.1 預冷段 160
7.2.2 脫甲烷系統 162
7.2.3 低溫分離罐 165
7.2.4 冷箱 166
7.2.5 氫氣與甲烷分離系統 167
7.2.6 碳二吸收系統 168
7.2.7 熱集成精餾系統 169
7.3 氣相乙烯產品輸出量的變化 170
7.4 乙烯回收率 171
7.5 氫氣回收率 172
參考文獻 172

第8章 碳二精餾系統 174
8.1 脫乙烷系統的類比 175
8.1.1 工藝描述 175
8.1.2 工藝流程特點 177
8.1.3 模擬說明 178
8.1.4 模擬結果分析 178
8.2 乙烯精餾系統的類比 182
8.2.1 工藝描述 182
8.2.2 工藝流程特點 186
8.2.3 模擬說明 187
8.2.4 模擬結果分析 188
8.2.5 熱泵的應用 190
參考文獻 190

第9章 熱分離系統 192
9.1 脫丙烷系統的類比 193
9.1.1 工藝描述 193
9.1.2 工藝流程特點 196
9.1.3 模擬說明 197
9.1.4 模擬結果分析 197
9.1.5 聚合和阻聚 200
9.2 丙烯精餾系統的類比 201
9.2.1 工藝描述 201
9.2.2 工藝流程特點 204
9.2.3 模擬說明 206
9.2.4 模擬結果分析 206
9.3 脫丁烷及汽油系統的類比 208
9.3.1 工藝描述 208
9.3.2 工藝流程特點 210
9.3.3 模擬說明 210
9.3.4 模擬結果分析 211
9.3.5 增殖聚合和鑒別 213
參考文獻 215

第10章 製冷系統 216
10.1 丙烯製冷系統的類比 217
10.1.1 工藝描述 221
10.1.2 工藝流程特點 225
10.1.3 模擬說明 226
10.1.4 模擬結果分析 228
10.2 乙烯製冷系統的類比 236
10.2.1 工藝描述 236
10.2.2 工藝流程特點 240
10.2.3 模擬說明 241
10.2.4 模擬結果分析 242
10.3 甲烷製冷系統的類比 249
10.3.1 工藝描述 250
10.3.2 工藝流程特點 252
10.3.3 模擬說明 252
10.3.4 模擬結果分析 253
10.4 綜合分析 256
參考文獻 257

第11章 公用工程及綜合能耗 259
11.1 蒸汽及其凝液系統 260
11.1.1 工藝描述 260
11.1.2 模擬說明 264
11.1.3 蒸汽平衡 265
11.1.4 凝液系統 267
11.1.5 蒸汽系統個性化 267
11.2 迴圈水系統 267
11.2.1 概述 267
11.2.2 迴圈水消耗量 269
11.3 分離系統綜合能耗 270
11.3.1 電消耗量 270
11.3.2 綜合能耗 270
11.4 總體評價 271
參考文獻 272

附錄 設備位元號編制說明 273

後記 284