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        加氫輕柴油作乙烯原料應(yīng)用評(píng)價(jià)研究

        2022-12-22 07:25:28高大坤孫寶園趙勝博劉學(xué)龍韓小平
        化工科技 2022年3期
        關(guān)鍵詞:評(píng)價(jià)

        潘 宇,高大坤,孫寶園,趙勝博,劉學(xué)龍,韓小平

        (1.中國(guó)石油吉林石化公司 研究院,吉林 吉林 132021;2.中國(guó)石油吉林石化公司 煉油廠,吉林 吉林 132022;3.吉林市毓文中學(xué),吉林 132012)

        新能源及再生資源發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁,電動(dòng)汽車快速發(fā)展對(duì)成品油市場(chǎng)帶來(lái)的沖擊日益顯著,汽油消費(fèi)量增幅放緩,解決煉油能力結(jié)構(gòu)性過(guò)剩的方法就是將過(guò)剩的煉油能力部分轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)低碳烯烴等化學(xué)品的產(chǎn)能[1]。2021年,世界范圍內(nèi)的新冠疫情沒(méi)有阻擋住乙烯產(chǎn)能的快速增長(zhǎng),僅中國(guó)產(chǎn)能就達(dá)到2826萬(wàn)噸,世界乙烯總產(chǎn)能突破2億噸[2]。丙烯則是規(guī)模僅次于乙烯的最重要的基本有機(jī)原料之一,而蒸氣裂解生產(chǎn)的丙烯占總產(chǎn)量的比例為61%[3]。

        乙烯裝置作為石油化工行業(yè)的龍頭,其作用非常大,乙烯產(chǎn)能標(biāo)志一個(gè)國(guó)家的石化行業(yè)水平,乙烯裝置產(chǎn)品種類多,包括聚乙烯、聚丙烯及芳烴等20多種產(chǎn)品[4-6],均為國(guó)民生活必需品。乙烯裝置加工的原料常規(guī)的包括有石腦油、芳烴抽余油、拔頭油等多種輕質(zhì)原料。隨著我國(guó)乙烯生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量的迅猛增長(zhǎng),小規(guī)模的乙烯裝置逐漸被淘汰,逐漸向大規(guī)模方向發(fā)展,優(yōu)質(zhì)的乙烯裂解原料短缺問(wèn)題逐漸顯現(xiàn),通過(guò)構(gòu)建煉化一體化和外購(gòu)原料,在一定程度上緩解了乙烯原料的供求矛盾,但乙烯原料供應(yīng)方面依舊存在巨大缺口[7-11]。輕柴油,密度相對(duì)較輕的一類柴油。通常指180~370 ℃餾分。一般由天然石油的直餾柴油與二次加工柴油摻合而得。有時(shí)也摻入一部分裂化產(chǎn)物。與重柴油相比,質(zhì)量要求較嚴(yán),十六烷值較高,粘度較小,凝固點(diǎn)和含硫量較低。作者進(jìn)對(duì)加氫前后輕柴油裂解性能進(jìn)行了評(píng)價(jià),同時(shí)與石腦油作為裂解原料、與輕柴油調(diào)入到汽油等經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了對(duì)比研究。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 原料與儀器

        輕柴油:煉油廠;高純度氫氣:純度99.99%,吉林市云雀公司;Pd/Al2O3催化劑:天津大學(xué)。

        DMA密度測(cè)量?jī)x:奧地利安東帕有限公司;自動(dòng)餾程測(cè)定儀:DRD-100,大連石油儀器有限公司;氣相色譜儀:Agilent-7890,安捷倫有限公司。

        1.2 輕柴油加氫實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

        加氫反應(yīng)在固定床反應(yīng)器中進(jìn)行,原料經(jīng)計(jì)量泵計(jì)量后,通過(guò)柱塞泵升至反應(yīng)壓力,與氫氣混合后進(jìn)入反應(yīng)器,反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)冷卻后進(jìn)入氣液分離器進(jìn)行分離,液體進(jìn)入產(chǎn)物收集罐,取樣分析產(chǎn)物組成。

        1.3 輕柴油蒸汽裂解實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

        本乙烯蒸汽模擬評(píng)價(jià)裝置采用北京拓川科技設(shè)備股份有限公司研制技術(shù),主要包括計(jì)量系統(tǒng)、進(jìn)料系統(tǒng)、裂解爐加熱及反應(yīng)系統(tǒng)、產(chǎn)物冷凝及收集系統(tǒng)等8部分組成。主要設(shè)定模擬裂解爐裝置反應(yīng)器出口溫度、向汽化爐內(nèi)注入稀釋水和原料油進(jìn)料速率,通過(guò)開關(guān)將來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)正路與旁路系統(tǒng)的切換,收集系統(tǒng)中冷卻下來(lái)的裂解油品及冷凝水,進(jìn)行油、水分離,進(jìn)行收集稱量,并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄,蒸汽裂解模擬評(píng)價(jià)裝置見(jiàn)圖1。

        圖1 蒸汽裂解模擬評(píng)價(jià)試驗(yàn)裝置

        2 結(jié)果與討論

        2.1 輕柴油加氫前后組成評(píng)價(jià)研究

        在固定床中加入天津大學(xué)研制的加氫催化劑(Pd/Al2O3),催化劑裝填量50 mL。輕柴油在反應(yīng)入口溫度50 ℃,反應(yīng)壓力2.5 MPa,液體體積空速0.4 h-1,氫油體積比100∶1,加氫評(píng)價(jià)條件及評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表1。

        表1 輕柴油加氫前/后組成分析結(jié)果

        對(duì)加氫后輕柴油進(jìn)行了族組成分析。加氫前后族組成變化見(jiàn)表2。

        由表2可知,通過(guò)對(duì)輕柴油進(jìn)行加氫反應(yīng)處理,鏈烷烴含量由59.22%增加到65.66%,增加6.44個(gè)百分點(diǎn),烯烴含量由23.45%減少到9.16%。

        表2 輕柴油加氫前/后PONA組成分析結(jié)果

        2.2 輕柴油加氫前后裂解性能研究

        在蒸汽模擬裂解評(píng)價(jià)裝置上進(jìn)行加氫前后輕柴油裂解性能評(píng)價(jià),實(shí)驗(yàn)方案為系統(tǒng)壓力0.085 MPa,停留時(shí)間0.205 s,進(jìn)料的水油質(zhì)量比為0.5,依據(jù)工廠實(shí)際運(yùn)行溫度838 ℃條件下進(jìn)行裂解評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn),主要裂解產(chǎn)物分布及結(jié)果見(jiàn)圖2。

        圖2 輕柴油加氫前后裂解產(chǎn)物對(duì)比圖

        由圖2可知,輕柴油通過(guò)加氫反應(yīng)處理后裂解性能變好,主要的裂解產(chǎn)物雙烯及三烯收率分別提高2.6個(gè)百分點(diǎn)和2.92個(gè)百分點(diǎn),說(shuō)明通過(guò)加氫反應(yīng)后的輕柴油更適合作乙烯裂解原料。

        2.3 加氫輕柴油作乙烯原料評(píng)價(jià)研究

        對(duì)加氫輕柴油進(jìn)行了最佳裂解條件的探索,主要考察包括裂解溫度(828、838、848、858 ℃)、水油比(質(zhì)量比)為0.45-0.6區(qū)間內(nèi),裂解主要產(chǎn)物的變化情況,主要的裂解產(chǎn)物甲烷、乙烯、丙烯等分布情況見(jiàn)表3。

        表3 主要裂解產(chǎn)物及收率

        由表3可知,加氫后輕柴油,隨著裂解溫度升高,雙烯收率變化較大,在溫度保持不變的情況下,水油比為0.6時(shí),雙烯及三烯收率達(dá)到最大值,只改變水油比時(shí),由0.5到0.6,烯烴收率變化不明顯,考慮實(shí)際裝置的能耗問(wèn)題,最佳的水油比定為0.5。在水油比為0.5條件下,將裂解溫度升高至848 ℃裂解時(shí),主要產(chǎn)物中雙烯及三烯收率高于其它三個(gè)裂解溫度點(diǎn)。因此,加氫后烴重組化工輕油適宜的裂解溫度是848 ℃。

        2.4 加氫輕柴油作乙烯原料經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)研究

        為考察加氫輕柴油作乙烯原料經(jīng)濟(jì)效益,通過(guò)與輕柴油調(diào)入汽油中的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行對(duì)比分析,與外部采購(gòu)石腦油作乙烯原料進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比,計(jì)算經(jīng)濟(jì)效益過(guò)程中充分考慮了循環(huán)乙烷、丙烷等裂解及輕柴油的加氫成本影響因素。通過(guò)現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)計(jì)算模型,結(jié)合當(dāng)前主要產(chǎn)品乙烯、丙烯等市場(chǎng)價(jià)格走勢(shì),對(duì)加氫輕柴油經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

        外部采購(gòu)的石腦油成本約為2840元/噸,效益約為925.3元/噸,汽油價(jià)格約為3255元/噸,調(diào)入汽油中的效益約為183.1元/噸,以輕柴油加氫成本為130元/噸計(jì)算,加氫輕柴油作乙烯原料效益約為716.4元/噸。相比于將輕柴油調(diào)入汽油中,加氫輕柴油作乙烯原料可增加效益533.3元/噸。

        3 結(jié) 論

        通過(guò)對(duì)輕柴油加氫反應(yīng)處理,原料的組成上發(fā)生明顯變化,加氫后輕柴油更適合作乙烯原料。在裂解溫度為848 ℃,水油質(zhì)量比為0.5時(shí),加氫輕柴油的裂解主要產(chǎn)物中雙烯和三烯收率分別可以達(dá)到42.27%和48.92%,均優(yōu)于其他裂解條件。加氫輕柴油做乙烯裂解原料能有效緩解乙烯原料短缺問(wèn)題,增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

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