第四章习题答案

1、烃类裂解的目的:主要是生产低级烯烃，如乙烯、丙烯、丁烯、异丁烯和丁二烯等产品。而生产这些产品的原料选择是一个重大的技术问题，原料选择的正确与否，对企业生产和国民经济的发展将产生重要影响。

烃类型解原料大致可分两大类：第一类为气态烃，如天然气、油田伴生气和炼厂气；第二类为液态烃，如轻油、柴油、原油、重油等。按密度可分为轻质烃和重质烃。一般认为乙烷、丙烷、丁烷、液态石油气属于轻质烃，石油脑、煤油、柴油、重油等属于重质烃。

2、烃类热裂解非常复杂，具体体现在以下三方面： ①原料复杂； ②反应复杂；

③产物复杂。

3、生成目的产物乙烯、丙烯的反应属于一次反应，这是希望发生的反应，在确定工艺条件，设计和生产操作中要干方百计设法促使一次反应的充分进行。乙烯、丙烯消失，生成分子量较大的液体产物以至结焦生炭的反应是二次反应，是不希望发生的反应。

二次反应对烃裂解有何危害和影响是：这类反应的发生，不仅多消耗了原料，降低了主产物的产率，而且结焦生炭会恶化传热，堵塞设备，对裂解操作和稳定生产都带来极不利的影响，所以要干方百计设法抑制其进行。

4、总起来说，生碳结焦反应有下面一些规律。

①不同温度条件下，烯烃的消失和生碳结焦反应是经历着不同的途径。在900～1100C以上主要是通过生成乙炔的中间阶段，而在500～900C主要是通过生成芳烃的中间阶段。

②生碳结焦反应是典型的连串反应，不论是哪个具体反应，都有一个共问特点：随着温度的提高和反应时间的延长，不断释放出氢，残物（焦油）的氢含量逐渐下降，碳氢比、相对分子质量和密度逐渐增大。

③随着反应时间的延长，单环或环数不多的芳烃，转变为多环芳烃，进而转变为稠环芳烃，由液体焦油转变为固体沥青质（它主要是结晶性缩合和稠环芳烃，其化学结构尚不清楚，但能在苯中溶胀）进而转变为碳青质（它是分子量更大、氢含量更低的缩合、稠环芬烃，在苯中不溶胀），再进一步可转变为高分子焦碳。

5、第一反应途径：

HCH3CH2CH2CH2CH2CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3H2o

o

CH2CH2CH2CH2CH2CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3CH2CH2CH2CH3CH2CH2CH2CH3 CH2CH3CH2CH2H

C6H143C2H4H2 m1w1'n1'166 6C6H1418C2H46H2

第二反应途径：

CH3CH3CH2CH2CH2CH2CH3CH3CHCH2CH2CH2CH3CH4CH3CHCH2CH2CH2CH3CH3CHCH2CH2CH2CH3CH2CH2CH3CH2CH2CH3

C6H14C3H6C2H4CH4 m2w2'n2'1.646.4 6.4C6H146.4C3H66.4C2H46.4CH4

第三反应途径： 1）

CH3CH3CH2CH2CH2CH2CH3CH3CHCHCH2CH2CH3CH4CH3CH2CHCH2CH2CH3CH3CH2CH2CHCH2CH4C6H14C5H10CH4 m3w3'n3'1.623.2 3.2C6H143.2C5H103.2CH4

2）

HCH3CH2CH2CH2CH2CH3CH3CHCHCH2CH2CH3H2CH3CH2CHCH2CH2CH3CH3CH2CHCH2CH2CH3CH2CH3CH2CH2H

C6H14C4H8C2H4H2 m4w4'n4'1.623.2 3.2C6H143.2C4H83.2C2H43.2H2

产物分布计算结果如下： ni Mi ni×Mi mi% H2 9.2 2 18.4 1.1 CH4 9.6 16 153.6 9.5 C2H4 27.6 28 772.8 47.9 C3H6 6.4 42 268.8 16.6 C4H8 3.2 56 179.2 11.0 C5H10 3.2 70 224 13.9 合计 59.2 1616. 8 100 6、目前工业上均采用水蒸气作稀释剂，其原因如下：

①裂解反应后通过急冷即可实现稀释剂与裂解气的分离，不会增加裂解气的分离负荷和

困难；

②水蒸气热容量大，可以起到稳定温度的作用，保护炉管防止过热。 ③抑制裂解原料所含硫对镍铬合金炉管的腐蚀，保护炉管。 ④脱除结碳，水蒸气对已生成的碳有一定的脱除作用。 ⑤减少炉管内结焦。

⑥廉价、易得、无毒等。

7、裂解过程影响因素主要有：（1）原料的组成。其中又包括以下几点：①族组成(PONA值)② 氢含量③特性因数④关联指数（BMCI值）（2）工艺条件。其中又包括以下几点：①裂解温度②停留时间③温度—停留时间效应④裂解压力⑤稀释剂。

8、鲁姆斯、凯洛格和三菱倒梯台型裂解炉的共同点有：

① 炉管热通量大，热量分布均匀；可在极短时间内将原料加热至裂解温度； ② 裂解原料在管内停留时间短，结焦率低； ③适用原料范围广，乙烷到柴油间的各种裂解原料。 ④炉管无弯头，流体阻力降小，烃分压低，乙烯收率高；

9、裂解气是组成复杂的气体混合物，其中，既有目的产物乙烯、丙烯，又有副产物丁二烯、饱和烃类，还有一氧化碳、二氧化碳、炔烃、水和含硫化合物等杂质。为获取纯度单一的烯烃及其他馏分，必须对裂解气进行分离和提纯。裂解气分离的方法有多种。工业上，主要采用：①深冷分离法；②油吸收精馏分离法。

10、深冷分离法的分离原理：就是利用裂解气中各种烃的相对挥发度不同，在低温下除了氢气和甲烷以外，把其余的烃类都冷凝下来，然后在精馏塔内精馏塔进行多组份精馏分离，利用不同的精馏塔，把各种烃逐个分离下来。其实质是冷凝精馏过程。 11、深冷分离常用的三种典型流程，它们的相同点是：

①均采用了先易后难的分离顺序，即先分开不同碳原子数的烃（相对挥发度大），再分开相同碳原子数的烷烃和烯烃；

②产品塔均并联置于流程最后，这样物料中组分接近二元系统，物料简单，可确保这两个主要产品纯度，同时也可减少分离损失，提高烯烃收率。

不同点是：

①加氢脱炔位置不同； ②流程排列顺序不同；

③ 冷箱位置不同。

12、影响甲烷塔的主要因素有以下几点： (1)操作湿度和操作压力；

(2)原料气组成H2／CH4比的影响； (3)前冷和后冷； (4)典型流程的影响。

13、裂解气深冷分离中，脱甲烷塔和乙烯精馏塔是两个关键的精馏塔，对于保证乙烯收

率和质量起重要作用。由于两塔的关键组分不同，所以有很多不同，现对比于下表：

塔 对乙烯产量和质量的作用 脱甲烷塔 乙烯精馏塔 控制乙烯损失率 决定乙烯纯度 关键组分 轻 CH4 C2H4 重 C2H4 C2H6 关键组分的相对挥发度 较大 较小 回流比 较小 较大 塔板数 较少 较多 精馏段和提馏段的板数之比 较小 较大