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传统的乙烯生产过程中深冷脱氢工艺存在冷凝温度低,能耗大的问题。因此,乙烯工业需要一种高效节能的从乙烯裂解气中分离氢气的方法。本文提出了膜与深冷联合／耦合分离乙烯裂解气中氢气的工艺,采用UniSim Design模拟软件建立流程并对其操作参数进行优化,由于膜分离装置回收了裂解气中的部分氢气,降低了不凝气分压,减少了深冷系统处理的裂解气量,显著地降低了深冷系统中制冷压缩机的功耗和脱甲烷塔塔顶的乙烯损失,实现了低能耗高效率分离乙烯裂解气中氢气。本文以某800kt·a-1乙烯的裂解气脱氢装置为例,以占据乙烯裂解原料主导地位、含氢浓度具有代表性的石脑油和乙烷两种原料裂解产生的裂解气作为研究对象,根据流程中膜分离装置与深冷分离装置组合方式的不同提出了两种分离工艺：膜与深冷联合工艺和膜与深冷耦合工艺,其中,联合工艺为两级膜装置与深冷系统的简单组合；耦合工艺中,从深冷系统出来的粗氢回流进入第二级膜分离器以生产高浓度氢气。针对两种裂解气确定了最佳的分离流程和其最优的操作条件。以石脑油为原料的乙烯裂解气中,氢气浓度较小,联合工艺是其氢气分离的最优方案,第一级膜装置的膜面积为40000m2,第二级膜装置的膜面积为6667m2。制冷压缩机功耗为38947kW,比原深冷流程节约8169kW,氢气回收率为97.51%,氢气浓度为95.53%,乙烯损失率由0.22%降为0.11%,年总运行费用为25328万元／年,综合回收效果优于原流程。耦合工艺被确定是以乙烷为原料的乙烯裂解气氢气分离的最优方案,第一级膜装置的膜面积为28000m2,第二级膜装置的膜面积为10110m2。制冷压缩机功耗为39496kW,比原深冷工艺节约8996kW,氢气回收率为98.52%,氢气浓度为99%,均高于原深冷分离工艺,乙烯损失率为0.46%,约为原深冷工艺中的1/3,年总运行费用为27910万元／年,综合回收效果优于原流程。最后对比了三元制冷与乙烯—丙烯复叠制冷两种制冷工艺的优劣。由于三元制冷剂的蒸发曲线与裂解气冷却曲线十分靠近,减小了换热过程的平均传热温差,提高了冷量利用效率,因此能降低制冷压缩机的功耗。石脑油体系中,当甲烷、乙烯和丙烯的配比为7：9：84时,制冷压缩机功耗最小,为37055kW,小于乙烯—丙烯复叠制冷的压缩机功耗(38947kW)；乙烷体系中,当甲烷、乙烯和丙烯的配比为8：9：83时,制冷压缩机功耗最小,为37664kW,小于乙烯—丙烯复叠制冷的压缩机功耗(39496kW),对实际的生产有指导意义。