加氢轻柴油作乙烯原料应用评价研究

潘 宇，高大坤，孙宝园，赵胜博，刘学龙，韩小平

(1.中国石油吉林石化公司 研究院，吉林 吉林 132021；2.中国石油吉林石化公司 炼油厂，吉林 吉林 132022；3.吉林市毓文中学，吉林 132012)

新能源及再生资源发展势头强劲，电动汽车快速发展对成品油市场带来的冲击日益显著，汽油消费量增幅放缓，解决炼油能力结构性过剩的方法就是将过剩的炼油能力部分转化为生产低碳烯烃等化学品的产能[1]。2021年，世界范围内的新冠疫情没有阻挡住乙烯产能的快速增长，仅中国产能就达到2826万吨，世界乙烯总产能突破2亿吨[2]。丙烯则是规模仅次于乙烯的最重要的基本有机原料之一,而蒸气裂解生产的丙烯占总产量的比例为61%[3]。

乙烯装置作为石油化工行业的龙头，其作用非常大，乙烯产能标志一个国家的石化行业水平，乙烯装置产品种类多，包括聚乙烯、聚丙烯及芳烃等20多种产品[4-6]，均为国民生活必需品。乙烯装置加工的原料常规的包括有石脑油、芳烃抽余油、拔头油等多种轻质原料。随着我国乙烯生产企业数量的迅猛增长，小规模的乙烯装置逐渐被淘汰，逐渐向大规模方向发展，优质的乙烯裂解原料短缺问题逐渐显现，通过构建炼化一体化和外购原料，在一定程度上缓解了乙烯原料的供求矛盾，但乙烯原料供应方面依旧存在巨大缺口[7-11]。轻柴油，密度相对较轻的一类柴油。通常指180～370 ℃馏分。一般由天然石油的直馏柴油与二次加工柴油掺合而得。有时也掺入一部分裂化产物。与重柴油相比，质量要求较严，十六烷值较高，粘度较小，凝固点和含硫量较低。作者进对加氢前后轻柴油裂解性能进行了评价，同时与石脑油作为裂解原料、与轻柴油调入到汽油等经济性进行了对比研究。

1 实验部分

1.1 原料与仪器

轻柴油：炼油厂；高纯度氢气：纯度99.99%，吉林市云雀公司；Pd/Al2O3催化剂：天津大学。

DMA密度测量仪：奥地利安东帕有限公司；自动馏程测定仪：DRD-100，大连石油仪器有限公司；气相色谱仪：Agilent-7890，安捷伦有限公司。

1.2 轻柴油加氢实验评价

加氢反应在固定床反应器中进行，原料经计量泵计量后，通过柱塞泵升至反应压力，与氢气混合后进入反应器，反应产物经冷却后进入气液分离器进行分离，液体进入产物收集罐，取样分析产物组成。

1.3 轻柴油蒸汽裂解实验评价

本乙烯蒸汽模拟评价装置采用北京拓川科技设备股份有限公司研制技术，主要包括计量系统、进料系统、裂解炉加热及反应系统、产物冷凝及收集系统等8部分组成。主要设定模拟裂解炉装置反应器出口温度、向汽化炉内注入稀释水和原料油进料速率，通过开关将来实现实验正路与旁路系统的切换，收集系统中冷却下来的裂解油品及冷凝水，进行油、水分离，进行收集称量，并进行实验数据记录，蒸汽裂解模拟评价装置见图1。

图1 蒸汽裂解模拟评价试验装置

2 结果与讨论

2.1 轻柴油加氢前后组成评价研究

在固定床中加入天津大学研制的加氢催化剂(Pd/Al2O3)，催化剂装填量50 mL。轻柴油在反应入口温度50 ℃，反应压力2.5 MPa，液体体积空速0.4 h-1，氢油体积比100∶1，加氢评价条件及评价结果见表1。

表1 轻柴油加氢前/后组成分析结果

对加氢后轻柴油进行了族组成分析。加氢前后族组成变化见表2。

由表2可知，通过对轻柴油进行加氢反应处理，链烷烃含量由59.22%增加到65.66%，增加6.44个百分点，烯烃含量由23.45%减少到9.16%。

表2 轻柴油加氢前/后PONA组成分析结果

2.2 轻柴油加氢前后裂解性能研究

在蒸汽模拟裂解评价装置上进行加氢前后轻柴油裂解性能评价，实验方案为系统压力0.085 MPa，停留时间0.205 s，进料的水油质量比为0.5，依据工厂实际运行温度838 ℃条件下进行裂解评价实验，主要裂解产物分布及结果见图2。

图2 轻柴油加氢前后裂解产物对比图

由图2可知，轻柴油通过加氢反应处理后裂解性能变好，主要的裂解产物双烯及三烯收率分别提高2.6个百分点和2.92个百分点，说明通过加氢反应后的轻柴油更适合作乙烯裂解原料。

2.3 加氢轻柴油作乙烯原料评价研究

对加氢轻柴油进行了最佳裂解条件的探索，主要考察包括裂解温度(828、838、848、858 ℃)、水油比(质量比)为0.45-0.6区间内，裂解主要产物的变化情况，主要的裂解产物甲烷、乙烯、丙烯等分布情况见表3。

表3 主要裂解产物及收率

由表3可知，加氢后轻柴油，随着裂解温度升高，双烯收率变化较大，在温度保持不变的情况下，水油比为0.6时，双烯及三烯收率达到最大值，只改变水油比时，由0.5到0.6，烯烃收率变化不明显，考虑实际装置的能耗问题，最佳的水油比定为0.5。在水油比为0.5条件下，将裂解温度升高至848 ℃裂解时，主要产物中双烯及三烯收率高于其它三个裂解温度点。因此，加氢后烃重组化工轻油适宜的裂解温度是848 ℃。

2.4 加氢轻柴油作乙烯原料经济性评价研究

为考察加氢轻柴油作乙烯原料经济效益，通过与轻柴油调入汽油中的经济效益进行对比分析，与外部采购石脑油作乙烯原料进行经济效益对比，计算经济效益过程中充分考虑了循环乙烷、丙烷等裂解及轻柴油的加氢成本影响因素。通过现有的经济性评价计算模型，结合当前主要产品乙烯、丙烯等市场价格走势，对加氢轻柴油经济性进行了评价。

外部采购的石脑油成本约为2840元/吨，效益约为925.3元/吨，汽油价格约为3255元/吨，调入汽油中的效益约为183.1元/吨，以轻柴油加氢成本为130元/吨计算，加氢轻柴油作乙烯原料效益约为716.4元/吨。相比于将轻柴油调入汽油中，加氢轻柴油作乙烯原料可增加效益533.3元/吨。

3 结 论

通过对轻柴油加氢反应处理，原料的组成上发生明显变化，加氢后轻柴油更适合作乙烯原料。在裂解温度为848 ℃，水油质量比为0.5时，加氢轻柴油的裂解主要产物中双烯和三烯收率分别可以达到42.27%和48.92%，均优于其他裂解条件。加氢轻柴油做乙烯裂解原料能有效缓解乙烯原料短缺问题，增加企业经济效益。