石腦油的組成結(jié)構(gòu)對乙烯收率的影響研究

關(guān)洪飛(中國石油大慶石化公司化工一廠裂解車間， 黑龍江 大慶 163714)

石腦油的組成結(jié)構(gòu)對乙烯收率的影響研究

關(guān)洪飛(中國石油大慶石化公司化工一廠裂解車間， 黑龍江 大慶 163714)

本文主要分析了不同比例成分組成的石腦油在裂解后乙烯收率的不同，以對裂解工程提供相應(yīng)的建議。

石腦油；裂解；乙烯收率

石腦油的成分較為復(fù)雜，主要包括烷烴、單環(huán)烷烴、雙環(huán)烷烴、烷基苯，作為化工產(chǎn)品，其各個成分的比例并不是固定的。石腦油的一個重要用途是通過裂解，生成以乙烯為代表的化工產(chǎn)品。通常來說，乙烯的產(chǎn)量是一個地區(qū)化工水平的最佳指標，因此我們通過分析石腦油組成結(jié)構(gòu)的不同，找出其對乙烯收率的影響，是十分必要的。

1 石腦油的裂解與乙烯收率

石腦油也被稱為輕油，其產(chǎn)生于人們對原油進行提煉時的中間產(chǎn)物，也可以從一些頁巖中提煉出來，主要成分是各類烴和苯，常溫下呈現(xiàn)液體狀態(tài)。石腦油在化工生產(chǎn)中有著重要的地位，其通過一定的裂解作用，能夠產(chǎn)生芳烴、乙烯、汽油等，同時也能夠作為一種溶劑。

石腦油其主要的用處是通過裂解，產(chǎn)生各種工業(yè)和生活中常用的物質(zhì)。其裂解條件需要一定的溫度，并與外界空氣充分隔離，促使石腦油構(gòu)成成分的分子進行分解。在各種生產(chǎn)物中，乙烯是最具價值的，因此相同質(zhì)量石腦油中所能夠裂解的乙烯量就成為衡量石腦油理解效果的一個重要標準，該標準就是乙烯收率。乙烯收率受到各種因素的影響，比如反應(yīng)發(fā)生的溫度，反應(yīng)時間，所添加的水蒸氣的量，同時石腦油各個成分的含量也是因素之一。通常情況下，石腦油乙烯收率在在實踐中其差異較大。

2 石腦油結(jié)構(gòu)對乙烯收率的影響分析

為更為準確地分析石腦油結(jié)構(gòu)對其乙烯收率的影響，我們需要對其“結(jié)構(gòu)”進行合理地定位，本文從兩個方面進行分析，其一是利用單一的石腦油組成成分進行裂解，對比其乙烯收率的差異；其二是石腦油成分中分子含碳數(shù)量的多少，對其乙烯收率的影響。

(1)單一成分的乙烯收率差異 本節(jié)對石腦油的主要成分進行分類，包括正構(gòu)烷烴、異構(gòu)烷烴、環(huán)烷烴、芳烴等。并對其在裂解過程后所生成的乙烯比例進行比較。

對于正構(gòu)烷烴來說，其在一定的工藝條件下進行裂解所產(chǎn)生的反應(yīng)主要包括脫氫和斷裂。分析認為，正構(gòu)烷烴所含分子數(shù)的多少，對其乙烯收率是有決定性影響的，比如其中的C7正構(gòu)烷烴，乙烯收率最高，而低于其碳原子數(shù)目的C5、C6正構(gòu)烷烴，因為容易生成甲烷，其乙烯收率相對較低；高于其碳原子數(shù)目的正構(gòu)烷烴，需要進行二次甚至多次裂解才能生成乙烯，其乙烯收率也較低。在實際實驗中，利用碳原子數(shù)為5-9的正構(gòu)烷烴，在停留時間0.4s、水蒸氣與原料質(zhì)量比0.6、橫跨溫度590℃、出口溫度840℃的工藝條件下，其乙烯收率達到40%以上。由此可見，正構(gòu)烷烴是良好的乙烯制作原料。

分析認為，異構(gòu)烷烴具有較多的側(cè)鏈，側(cè)鏈較多時其更容易裂解成異丁烯等雜質(zhì)，從而使得乙烯收率降低。雖然異丁烯在業(yè)界也有一定的經(jīng)濟價值，但相對乙烯來說依然有所貶值。異構(gòu)烷烴主要包括甲基己烷和異辛烷，通過和前文相同的條件，對二者進行裂解，所得到的乙烯收率分別是29.1%和9.4%，這印證了上述分析。

對于環(huán)烷烴來說，其在相應(yīng)的工藝條件下所達成的化學(xué)反應(yīng)也主要是脫氫和斷裂，以能夠形成小分子數(shù)的化合物。但是因為環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)比較特殊，相對來說具有一定的平衡性，在高溫條件下其更容易生成丁二烯等產(chǎn)物，從而降低乙烯收率。在實際測試中，本文利用甲基環(huán)己烷、環(huán)庚烷、環(huán)己烷作為實驗成分，裂解達成的乙烯收率僅為18%。而對于芳烴來說，其結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定，在上述裂解條件下，是很難產(chǎn)生有效的烯烴物質(zhì)的，而能夠裂解為烯烴的部分，是側(cè)鏈。在實際實驗中也印證了這一點，因為在笨、鄰二甲苯、甲苯、乙苯等為例，進行一一裂解，只有乙苯的乙烯收率能夠達到10%，也是其側(cè)鏈物質(zhì)所產(chǎn)生。

綜合一系列實驗的分析可以看出，在石腦油的各個組成中，能夠為乙烯收率做出最佳貢獻的是正構(gòu)烷烴，其次是異構(gòu)烷烴，再次為環(huán)烷烴，最次是芳烴。因此如果某種石腦油所含成分大部分是正構(gòu)烷烴和異構(gòu)烷烴，則其乙烯收率將會較高，而如果某種石腦油含有大量的芳烴和環(huán)烷烴，則其生產(chǎn)物質(zhì)中乙烯的成分則含量較低。

(2)分子含碳數(shù)量多少的乙烯收率影響 前文已經(jīng)詳細地對石腦油的不同成分在裂解后生成的乙烯利率進行了對比，但在實踐中，我們無法準確地對一種石腦油的各個成分比例進行分析，但可以通過一定的機制測得其中的碳含量。由此，由平均分子碳含量來推測其乙烯收率，是可行的。對此業(yè)界許多學(xué)者進行了一定的研究，包括楊利斌(2011)等人，他們的研究成果主要體現(xiàn)在，對于單分子碳含量在4～12之間的石腦油成分來說，其乙烯收率隨著單分子平均碳含量呈現(xiàn)一個接近開口向下的拋物線形狀，即平均碳分子含量在7左右時其乙烯收率最高，高于或者低于該值，其乙烯收率都逐步下降。這也印證了前文所分析的碳分子越高，各類烷烴的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，在進行裂解反應(yīng)時就更加難以生成乙烯；而對于含碳量較少的烷烴來說，其也更容易生成甲烷等物質(zhì)，降低乙烯的收率，所得出該結(jié)論是在大量的實驗基礎(chǔ)上統(tǒng)計出來的，因此一定程度上能夠反映實際化工產(chǎn)業(yè)中石腦油的成分組成，有一定的實踐意義。

3 結(jié)語

通過上述分析我們可以看出，對于在乙烯的重要原料石腦油來說，其成分的不同對最終生產(chǎn)乙烯的量度有著直接的影響。這種影響在一定的工藝條件下，可以從其各個成分的組成結(jié)構(gòu)中反映出來，也可以簡單地從其平均單分子碳含量中推算出來，而這在實際生產(chǎn)中有一定的實用價值。

[1]楊 利 斌,李 國 威,宋 幫 勇,孔 祥 冰,張 鑫,許江.石腦油組成結(jié)構(gòu)對乙烯收率的影響[J].乙烯工業(yè),2011,23(01):17-19+67.

[2]范英.供給側(cè)改革下油田企業(yè)降低成本的路徑探討——以大慶油田為例[J].四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2016,26(06):13-16.