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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 11

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K 108

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BMCI 120

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 146

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 675

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 791

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 915

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