潘 宇,吳建波,陳江輝,焦奕翔,劉學(xué)龍,韓小平
(1.中國石油吉林石化公司研究院,吉林吉林 132021;2.中國石油吉林石化公司礦區(qū)服務(wù)事業(yè)部,吉林吉林 132021;3.吉林大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè),吉林長春 130015)
乙烯產(chǎn)業(yè)是世界石油行業(yè)的龍頭產(chǎn)業(yè),更是一個國家和地區(qū)石油化工發(fā)展水平的標(biāo)志[1-5]。乙烯裂解原料主要以輕質(zhì)石腦油為主,由于石腦油的產(chǎn)量有限[6-8],裂解原料逐漸向重質(zhì)乙烯原料發(fā)展,包括化工輕油、加氫裂化尾油等。乙烯收率是衡量乙烯裝置經(jīng)濟效益的重要指標(biāo),為了提高乙烯收率,對原料裂解條件進行優(yōu)化控制,離線的裂解氣取樣分析不可或缺[9-10]。研究利用小型蒸汽模擬裂解裝置,通過氣相色譜對加氫裂化尾油裂解氣進行分析,可快速有效確定裂解氣組成及加氫裂化尾油最佳裂解條件,為控制裂解爐工藝調(diào)整提供重要參數(shù)。
加氫裂化尾油:某石化公司煉油廠加氫裂化裝置。
氣相色譜儀:Agilent 7890,美國Agilent公司;自動餾程測定儀:DRD-10,大連石油儀器有限公司;密度儀:DMA-4500,奧地利安東帕有限公司。
使用Agilent公司的7890 氣相色譜儀分析裂解產(chǎn)物氣相組成,色譜儀包含兩個檢測器,分別為TCD 檢測器和FID 檢測器,分別用于測氫氣、二氧化碳及烴類(三苯)組成。
實驗裝置由北京拓川科技設(shè)備有限公司研制,主要包括計量系統(tǒng)、進料系統(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。
裂解氣收集系統(tǒng)取樣簡圖見圖1。
由圖1可知,裂解氣經(jīng)過四級冷卻后,在裂解氣出口,通過專用的取樣器進行裂解氣氣體取樣,并通過離線氣相色譜分析。經(jīng)過水冷的液體樣品經(jīng)過蒸餾,獲取沸點t≤180℃的樣品,用于氣相色譜法分析苯、甲苯、二甲苯組成。
采用外標(biāo)法進行定性定量分析。氣相分析組成包括H2、C4、C5,液相組成包括三苯檢測(BTX)及裂解汽油、裂解柴油以及裂解燃料油。分析方法見表1。
表1 分析方法
通過自動餾程測定儀和密度儀對原料進行餾程和密度測定,并計算了芳烴指數(shù)值(BMCI),密度0.828 6 g/cm,平均分子質(zhì)量268.1,BMCI值為13.6,加氫裂化尾油性質(zhì)見表2。
表2 加氫裂化尾油原料物性
通過實驗的優(yōu)化選擇,最終確定氣相色譜儀器最佳分析條件見表3。
表3 氣相色譜儀器操作條件
采用色譜面積歸一法,分析裂解氣按照公式(1)計算。
式中:Ai為組分i的峰面積,pA?s;∑Ai為各組分峰面積和,p A?s。
通過氣相色譜法檢測加氫裂化尾油裂解氣組成,并采用與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對照,利用保留時間直接對組分進行定性分析,加氫裂化尾油裂解氣組成定性結(jié)果見圖2。圖2 為TCD 通道的檢測氫氣結(jié)果。
圖2 TCD檢測氫氣結(jié)果圖
以加氫裂化尾油為原料,裂解氣樣品進行計算分析得到的質(zhì)量分?jǐn)?shù)結(jié)果見表4。
表4 加氫裂化尾油裂解氣烴組成
由表4可知,加氫裂化尾油經(jīng)過氣相色譜全組分定性分析能有效確定裂解氣組成,經(jīng)過計算,可得裂解氣中相應(yīng)組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù),在最佳裂解條件下,乙烯和丙烯收率可以達到47.58%,乙烯、丙烯和1,3-丁二烯收率可以達到54.00%。
加氫裂化尾油裂解氣中三苯含量分析見表5。
表5 加氫裂化尾油裂解氣中三苯組成
由表5可知,通過氣相色譜法檢測,加氫裂化尾油裂解氣中,主要產(chǎn)物苯質(zhì)量百分含量為1.27%,甲苯的質(zhì)量百分含量為0.91%。
在最佳條件下,驗證分析方法準(zhǔn)確度和精密度。將標(biāo)準(zhǔn)樣品通過FID 檢測器和TCD 檢測器分別重復(fù)分析5次,用外標(biāo)法進行定量分析,結(jié)果進行歸一化計算,分析結(jié)果見表6。
表6 各組分定量分析結(jié)果
由表6可知,將標(biāo)準(zhǔn)樣品重復(fù)5次測試,各組分的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差最大值為2.753%,最大相對誤差為2.388%,回收率為98.182%~102.388%。結(jié)果表明,這種分析方法具有較高準(zhǔn)確度和精密度。
通過氣相色譜分析出來的組分含量,確定該油品的裂解條件,評價裝置設(shè)定工藝條件對不同裂解溫度進行裂解反應(yīng),反應(yīng)時間為60 min,進行2次裂解氣的分析,研究裂解溫度對裂解產(chǎn)物分布的影響。按照工業(yè)乙烯生產(chǎn)裝置原料的稀釋比條件,通過改變裂解溫度調(diào)整裂解深度進行評價,并對裂解結(jié)果進行比較,最后確定最佳裂解條件。裂解溫度對加氫裂化尾油裂解性能影響評價曲線見圖3。
圖3 裂解溫度對加氫裂化尾油裂解性能影響評價曲線
由圖3a可知,裂解溫度在790℃~830℃,隨著裂解溫度升高,裂解產(chǎn)生的乙烯烴收率逐漸增大,丙烯收率呈現(xiàn)減低趨勢,1,3-丁二烯收率變化不大。由圖3b可知,在加氫裂化尾油的最佳裂解溫度為820℃,水/油的質(zhì)量比稀釋比為0.65,停留時間為0.205 s,反應(yīng)壓力為85 KPa條件下,雙烯收率、三烯收率較為理想。
(1)多通道氣相色譜法具有分離效果好、操作簡單、分析速度快的優(yōu)點。
(2)以加氫裂化尾油為樣品,采用氣相色譜法分析加氫裂化尾油裂解氣,經(jīng)過四級冷卻法取樣,能夠取得代表性的樣品,通過氣相色譜對裂解氣全組分分析,能夠準(zhǔn)確定性約25種組分,并通過已建立的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程進行定量分析,準(zhǔn)確計算出每種組分的含量。為準(zhǔn)確判斷裂解原料的裂解性能,確定最佳裂解條件提供基礎(chǔ),對實際生產(chǎn)裝置及工藝分析具有重要意義。