加氫尾油裂解制乙烯的工藝條件優(yōu)化

胡文學(xué)，阿依努爾·阿布力孜

（1. 阿拉善職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工系，內(nèi)蒙古阿拉善盟 750306；2. 新疆中昆新材料有限公司化驗(yàn)中心，新疆庫爾勒 841000）

加氫尾油因其硫、氮雜質(zhì)含量低，鏈烷烴含量高[1]，是優(yōu)異的裂解原料。劉劍等[2]考察了工藝條件對加氫尾油裂解的影響，發(fā)現(xiàn)最佳的裂解溫度為810～830 ℃，稀釋水油比為0.75～0.80，原料停留時間為0.18～0.20 s。朱麗娜等[3]將蠟下油與加氫尾油混合作為乙烯蒸汽裂解原料，最佳工藝條件為裂解溫度820 ℃，水油質(zhì)量比0.75。在最佳工藝條件下，乙烯收率為34.3%。許江等[4]輕柴油與加氫尾油共裂解工業(yè)標(biāo)定試驗(yàn)可知，輕柴油與加氫尾油的比例為2:5，原料在裂解溫度為835 ℃時的裂解乙烯收率達(dá)到31.48%。對建有加氫裂化裝置的煉化企業(yè)，采用加氫裂化尾油做蒸汽裂解原料來制乙烯，可擴(kuò)大了乙烯原料的來源，增加企業(yè)效益。

因此，本實(shí)驗(yàn)通過改變工藝條件來考察工藝參數(shù)對尾油裂解制乙烯產(chǎn)率的影響，對煉化企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐具有參考意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)所用加氫尾油物性參數(shù)見表1。

表1 加氫尾油基本物性參數(shù)

1.2 實(shí)驗(yàn)試劑

甲苯（AR），國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；CH4、H2、O2、乙烯、丙烯、1,3-丁二烯（均為99.99%），佛山市華特氣體有限公司；蒸餾水，廣東石油化工學(xué)院工程技術(shù)中心。

1.3 實(shí)驗(yàn)裝置

加氫尾油裂解制乙烯實(shí)驗(yàn)裝置是由津大萊博科技有限公司制造[5]，如圖1所示。

圖1 加氫尾油裂解實(shí)驗(yàn)裝置圖

1.4 實(shí)驗(yàn)儀器

氣相色譜儀（SP-7826型），魯南瑞虹化工儀器有限公司；氣體采樣袋（E-Switch），上海申源科學(xué)儀器有限公司；空盒氣壓表（DYM3型），長春氣象儀器廠。

1.5 實(shí)驗(yàn)方法

將加氫尾油和稀釋水按一定比例分別經(jīng)計(jì)量泵注入預(yù)混器混合，再經(jīng)預(yù)熱段汽化，之后進(jìn)入反應(yīng)器中，反應(yīng)后的裂解氣經(jīng)過冷卻器中急冷，然后進(jìn)行氣液分離，收集廢液，氣相產(chǎn)物用冰水浴的方式充分冷卻，最后剩余的裂解氣經(jīng)濕式流量計(jì)計(jì)量并采樣。采用氣相色譜儀分析裂解氣，采用面積歸一定量法計(jì)算各組分的含量。試驗(yàn)中通過改變裂解條件，考查工藝條件對乙烯收率的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 裂解氣分析

分別收集不同裂解條件下的裂解氣，然后采用氣相色譜法對裂解氣進(jìn)行全分析，并查閱文獻(xiàn)數(shù)據(jù)[6-7]對加氫尾油裂解氣中組分進(jìn)行定性分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)裂解產(chǎn)物中包含的物質(zhì)主要為氫氣、一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丙二烯、乙炔、反丁烯、正丁烯、異丁烯、順丁烯、1,2-丁二烯、1,3-丁二烯、丙炔、乙烯基乙炔、乙基乙炔，以及C6+以上組分等[8]。

經(jīng)查閱烴類氣體的相對校正因子[7]，結(jié)合氣體色譜面積歸一法[9-10]對加氫尾油裂解氣態(tài)產(chǎn)物進(jìn)行全分析，得到855 ℃下裂解氣中主要組分的分析結(jié)果，如下表2所示。

表2 855 ℃下裂解氣主要組分分析表

2.2 工藝參數(shù)對乙烯收率的影響

2.2.1 裂解溫度對乙烯收率的影響

圖2為乙烯收率隨裂解溫度變化的曲線圖。從圖中可看出，隨著溫度的升高，乙烯收率快速增加，當(dāng)裂解溫度為855 ℃時，乙烯收率最高。

圖2 乙烯收率隨裂解溫度的變化曲線

因?yàn)闊N類裂解主要是斷鏈和脫氫生成小分子烴的過程，是一系列吸熱反應(yīng)，必須通過提升溫度向系統(tǒng)提供足夠的熱量，才能增大反應(yīng)的平衡常數(shù)，提高乙烯收率。然而當(dāng)溫度超過855 ℃后，乙烯收率略微下降，因?yàn)闇囟冗^高又會加劇二次反應(yīng)的發(fā)生，導(dǎo)致生成的小分子烯烴發(fā)生縮聚反應(yīng)，降低烯烴收率，所以當(dāng)溫度超過855 ℃會出現(xiàn)乙烯收率略微降低。此外溫度的升高不但增加能耗，還會縮短爐管的壽命，增加成本。因此最適宜的裂解溫度為855 ℃。

2.1.2 稀釋水油比對三烯收率的影響

圖3為乙烯收率隨水油比增加的變化曲線圖。從圖中可看出，隨著水油比的增大，乙烯收率先快速增加，然后緩慢下降，當(dāng)水油比接近0.8時，乙烯收率最高。

圖3 乙烯收率隨稀釋水油比的變化曲線

因?yàn)闊N類的裂解反應(yīng)是大分子斷鏈成小分子的過程，是氣體分子數(shù)目增多的反應(yīng)，增大稀釋水油比可降低烴類氣體的分壓。根據(jù)化學(xué)平衡理論，降低烴分壓有利于反應(yīng)向著氣體體積增加的方向進(jìn)行，從而提高反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率，所以乙烯收率會逐漸增加。然而水油比過大不僅會增加裝置的熱負(fù)荷，還會縮短原料在裂解爐管內(nèi)的停留時間，在一定程度上又會制約裂解深度，因此本實(shí)驗(yàn)選最佳稀釋水油比為0.8。

2.1.3 進(jìn)料質(zhì)量流速對三烯收率的影響

圖4為進(jìn)料流速對產(chǎn)物乙烯收率的影響變化曲線。從圖中可看出，隨著進(jìn)料流速的增大，乙烯收率先逐漸增大，而后又不斷降低，當(dāng)進(jìn)料流速接近194.00 g/h時，乙烯收率達(dá)到最大為25.48%。

圖4 乙烯收率隨進(jìn)料流速的變化曲線

因?yàn)樵龃筮M(jìn)料流速會嚴(yán)重縮短原料在爐管內(nèi)的停留時間，降低裂解過程中一次反應(yīng)速率常數(shù)，導(dǎo)致原料裂解不完全，所以乙烯收率會隨進(jìn)料量的增大而急劇下降，因此進(jìn)料流速不宜過大。然而，進(jìn)料流速也不宜太小，因?yàn)橐环矫媪魉龠^小會削弱裝置的處理能力，降低生產(chǎn)效率，另一方面流速過小會延長原料在爐管中的停留時間，進(jìn)而加劇環(huán)化、脫氫等二次反應(yīng)，形成大量結(jié)焦，對裂解反應(yīng)不利。所以最佳進(jìn)料流速宜選194.00 g/h。

3 結(jié)論

加氫尾油在實(shí)驗(yàn)室裂解裝置上裂解制乙烯的最佳工藝參數(shù)為：裂解溫度855 ℃、水油比0.8、進(jìn)料流速194.00 g/h，且在該操作條件下乙烯的產(chǎn)率為25.48%。該結(jié)論可為煉化廠加氫尾油裂解制乙烯裝置的生產(chǎn)操作和工藝技改提供數(shù)據(jù)參考。