西部原油基属及石脑油馏分裂解性能的研究

宋帮勇，程亮亮，许 江，杨利斌，景媛媛，穆珍珍

（中国石油兰州化工研究中心， 甘肃 兰州 730060）

石油化工是推动国民经济发展的支柱产业之一，而乙烯工业作为石化工业的龙头，具有举足轻重的地位。在乙烯生产过程中，采用什么原料不仅决定着乙烯成本的高低，而且也决定下游产品的种类、产量、成本和综合利用[1-3]。乙烯原料的选择和优化是降低乙烯生产成本、提高石油化工产品市场竞争力的关键。

随着轻烃资源利用、炼化一体化和油气资源区域优化进程的加快发展，国内乙烯原料不断向轻质化、优质化发展，但是原料构成中石脑油仍占了相当大的比重。对于西部炼化企业而言，由于所加工原油的来源较广、且性质差别较大，使得各种原油的石脑油馏分裂解制乙烯性能的差异较大[4-8]，一定程度上影响了乙烯生产的技术指标和经济效益，因此研究原油的特性及其石脑油馏分的裂解性能具有非常重要的意义。

本工作从西部炼化企业生产需求出发，针对加工原油来源广的现状，对近三年西部油区所产的长庆、北疆、南疆、吐哈4种原油和进口哈萨克斯坦原油的基属分类、石脑油馏分的物性和裂解性能进行了系统的研究。

1 实验部分

1.1 实验装置及分析设备

1.1.1 原油实沸点蒸馏仪

原油切割实验采用抚顺石油化工研究院制造的FY-Ⅳ型原油实沸点蒸馏仪。该装置由两套分体的原油实沸点蒸馏仪组成，一套满足ASTM D2892标准方法，一套满足ASTM D5236标准方法，两套可以同时使用，也可以单独使用。该装置具有功能强、性能稳定、自控程度高等优点，适用于各种性质的石油及石油产品的蒸馏实验。

1.1.2 蒸汽热裂解性能实验装置

裂解性能实验采用美国 KBR公司制造的蒸汽热裂解实验装置（简称BSPA），该装置的简易流程如图1所示。该装置由进料系统、计量系统、加热系统、裂解炉反应系统、急冷与分离系统、采样与分析系统等部分构成，具有灵敏精确、适应原料宽、重复性能好等特点，可以模拟毫秒炉和其他管式炉的裂解[9]。

图1 BSPA实验装置工艺流程Fig.1 Process flow scheme of BSPA equipment

1.1.3 分析设备

研究过程中所用的物性分析仪器及其分析方法如表1所示。

1.2 实验方法

利用FY-Ⅳ型原油实沸点蒸馏仪，将5种原油分别进行减压蒸馏，切割出第一关键馏分（250～275℃）和第2关键馏分（395～425 ℃），分析各关键馏分的密度，并根据原油基属分类方法[10]，确定各种原油的分类。同时，常压蒸馏切割出各种原油的石脑油馏分（初馏点～180 ℃），并测定相应的物性。

表1 原料及裂解产物分析仪器Table 1 Analytical instrument for feedstock and cracking products

在BSPA装置上开展5种石脑油的裂解性能实验，试验稳定时间为2 h。裂解气经过气液分离和三次冷却后用在线炼厂气气相色谱仪分析，裂解液相通过水油分离后进行称重计量，实验数据用装置附带的专门软件进行处理。

2 结果与讨论

2.1 原油基属分类

5种原油的基属分类如表2所示。

由表2可知，5种原油中，长庆、北疆2种原油属于低硫中间-石蜡基原油，南疆、哈萨克斯坦2种原油属于低硫石蜡-中间基原油，吐哈原油属于低硫石蜡基原油。

表2 原油基属分类Table 2 Classification of crude oils

2.2 石脑油馏分的物性及其裂解性能

2.2.1 石脑油馏分的物性

5种原油的石脑油馏分的密度、族组成分析数据如表3所示。

从表3可以看出，5种石脑油馏分中，北疆石脑油的密度最大，哈萨克斯坦石脑油的密度最小。长庆石脑油的芳烃指数最大、特性因素最小，而哈萨克斯坦石脑油的芳烃指数最小，特性因素最大。就族组成而言，南疆石脑油的正构烷烃含量最高，为 33.89%，北疆石脑油的正构烷烃含量最低，为22.08%；南疆石脑油的链烷烃（正构烷烃+异构烷烃，下同）含量最高，为66.33%，而长庆石脑油的链烷烃含量最低，为52.02%；长庆石脑油的环烷烃含量最高，达到42.82%，南疆石脑油的环烷烃含量最低，为26.05%；长庆石脑油的芳烃含量最低，为5.16%，吐哈石脑油的芳烃含量最高，达到9.12%。

表3 石脑油馏分的主要物性Table 3 Properties of naphtha fractions

2.2.2 石脑油馏分的裂解性能

在蒸汽热裂解制乙烯实验室评价装置上，停留时间0.1 s、水油比（kg/kg）0.60、裂解温度900 ℃的裂解条件下，对比考察了5种石脑油馏分裂解的乙烯、丙烯、丁二烯、双烯（乙烯+丙烯，下同）、三烯（乙烯+丙烯+丁二烯，下同）收率。实验结果如图2、图3所示。

图2 石脑油馏分裂解的乙烯、丙烯、丁二烯收率Fig.2 Ethylene, propylene and butadiene yield of naphtha steam cracking

图3 石脑油馏分裂解的双烯、三烯收率Fig.3 Ethylene+propylene/Ethylene+propylene+butadiene yield of naphtha steam cracking

由图2可知，南疆、吐哈、哈萨克斯坦3种石脑油裂解的乙烯收率较高，均超过31.00%，北疆、长庆2种石脑油裂解的乙烯收率稍低，在30.00%左右；北疆、长庆2种石脑油裂解的丙烯收率较高，达到13.00%以上，哈萨克斯坦石脑油裂解的丙烯收率最低，只有11.92%；长庆石脑油裂解的丁二烯收率最高，接近 7.00%，而南疆石脑油裂解的丁二烯收率收率最低，只有5.33%。

由图3可知，在5种石脑油中，南疆石脑油裂解的双烯、三烯收率均属于最高值，分别达到47.16%、52.49%；而北疆石脑油裂解的双烯、三烯收率最低，分别为43.21%、49.21%。与北疆石脑油相比，长庆石脑油裂解的双烯收率略高，但由于后者裂解的丁二烯收率较高，因此长庆石脑油裂解的三烯收率高出1.11个百分点。

从原油基属特性及其石脑油馏分的物性、裂解性能综合分析，5种原油采用相同蒸馏切割方案时，属于石蜡基的吐哈原油和石蜡-中间基的南疆、哈萨克斯坦原油所产的石脑油馏分中的链烷烃含量较高，裂解得到的乙烯收率、双烯收率均比较高；北疆、长庆原油属于中间-石蜡基原油，其所产石脑油馏分中的不易裂解的环烷烃和芳烃的含量较高，

裂解产物中的乙烯收率较低，但是丙烯与丁二烯的收率较高，双烯收率较低。总的来说，吐哈、南疆、哈萨克斯坦3种原油生产的石脑油馏分（初馏点～180 ℃）的裂解性能较优，可以直接用作乙烯原料，而北疆、长庆2种原油生产的石脑油馏分（初馏点～180 ℃）的裂解性能较差，不宜用作乙烯原料，但适宜作催化重整原料。对于北疆、长庆2种原油，如采用以生产裂解原料为主要目的的生产方案时，应适当降低石脑油的切割点，比如将石脑油的切割点控制在130 ℃，以提高石脑油中的链烷烃含量，降低其中的芳烃含量，从而可以大幅度提高石脑油的裂解性能。

3 结 论

（1）石蜡基原油和石蜡-中间基原油所产的石脑油馏分（初馏点～180 ℃）裂解制乙烯的性能较优，可以直接用作乙烯原料；中间-石蜡基原油的石脑油馏分（初馏点～180 ℃）的裂解产物中的乙烯收率较低，但是丙烯与丁二烯的收率较高，若用作乙烯原料，可适当降低其石脑油的切割点，提高其裂解性能。

（2）针对西部原油来源地广、原油性质差异大的特点，应跟踪各种原油特性及其石脑油馏分性质的变化，并在生产时采取“单储单炼”的原油加工方案，以便为乙烯装置提供品质稳定的石脑油原料。

（3）在炼化企业生产过程中，建议从原油加工源头着手，进一步优化原油配置和各种原油的生产方案，为下游乙烯装置提供更加优质的石脑油原料，从而提高炼油-乙烯装置的综合竞争力和整体经济效益。

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