西部原油基屬及石腦油餾分裂解性能的研究

宋幫勇，程亮亮，許 江，楊利斌，景媛媛，穆珍珍

（中國石油蘭州化工研究中心， 甘肅 蘭州 730060）

石油化工是推動國民經濟發展的支柱產業之一，而乙烯工業作為石化工業的龍頭，具有舉足輕重的地位。在乙烯生產過程中，采用什么原料不僅決定著乙烯成本的高低，而且也決定下游產品的種類、產量、成本和綜合利用[1-3]。乙烯原料的選擇和優化是降低乙烯生產成本、提高石油化工產品市場競爭力的關鍵。

隨著輕烴資源利用、煉化一體化和油氣資源區域優化進程的加快發展，國內乙烯原料不斷向輕質化、優質化發展，但是原料構成中石腦油仍占了相當大的比重。對于西部煉化企業而言，由于所加工原油的來源較廣、且性質差別較大，使得各種原油的石腦油餾分裂解制乙烯性能的差異較大[4-8]，一定程度上影響了乙烯生產的技術指標和經濟效益，因此研究原油的特性及其石腦油餾分的裂解性能具有非常重要的意義。

本工作從西部煉化企業生產需求出發，針對加工原油來源廣的現狀，對近三年西部油區所產的長慶、北疆、南疆、吐哈4種原油和進口哈薩克斯坦原油的基屬分類、石腦油餾分的物性和裂解性能進行了系統的研究。

1 實驗部分

1.1 實驗裝置及分析設備

1.1.1 原油實沸點蒸餾儀

原油切割實驗采用撫順石油化工研究院制造的FY-Ⅳ型原油實沸點蒸餾儀。該裝置由兩套分體的原油實沸點蒸餾儀組成，一套滿足ASTM D2892標準方法，一套滿足ASTM D5236標準方法，兩套可以同時使用，也可以單獨使用。該裝置具有功能強、性能穩定、自控程度高等優點，適用于各種性質的石油及石油產品的蒸餾實驗。

1.1.2 蒸汽熱裂解性能實驗裝置

裂解性能實驗采用美國 KBR公司制造的蒸汽熱裂解實驗裝置（簡稱BSPA），該裝置的簡易流程如圖1所示。該裝置由進料系統、計量系統、加熱系統、裂解爐反應系統、急冷與分離系統、采樣與分析系統等部分構成，具有靈敏精確、適應原料寬、重復性能好等特點，可以模擬毫秒爐和其他管式爐的裂解[9]。

圖1 BSPA實驗裝置工藝流程Fig.1 Process flow scheme of BSPA equipment

1.1.3 分析設備

研究過程中所用的物性分析儀器及其分析方法如表1所示。

1.2 實驗方法

利用FY-Ⅳ型原油實沸點蒸餾儀，將5種原油分別進行減壓蒸餾，切割出第一關鍵餾分（250～275℃）和第2關鍵餾分（395～425 ℃），分析各關鍵餾分的密度，并根據原油基屬分類方法[10]，確定各種原油的分類。同時，常壓蒸餾切割出各種原油的石腦油餾分（初餾點～180 ℃），并測定相應的物性。

表1 原料及裂解產物分析儀器Table 1 Analytical instrument for feedstock and cracking products

在BSPA裝置上開展5種石腦油的裂解性能實驗，試驗穩定時間為2 h。裂解氣經過氣液分離和三次冷卻后用在線煉廠氣氣相色譜儀分析，裂解液相通過水油分離后進行稱重計量，實驗數據用裝置附帶的專門軟件進行處理。

2 結果與討論

2.1 原油基屬分類

5種原油的基屬分類如表2所示。

由表2可知，5種原油中，長慶、北疆2種原油屬于低硫中間-石蠟基原油，南疆、哈薩克斯坦2種原油屬于低硫石蠟-中間基原油，吐哈原油屬于低硫石蠟基原油。

表2 原油基屬分類Table 2 Classification of crude oils

2.2 石腦油餾分的物性及其裂解性能

2.2.1 石腦油餾分的物性

5種原油的石腦油餾分的密度、族組成分析數據如表3所示。

從表3可以看出，5種石腦油餾分中，北疆石腦油的密度最大，哈薩克斯坦石腦油的密度最小。長慶石腦油的芳烴指數最大、特性因素最小，而哈薩克斯坦石腦油的芳烴指數最小，特性因素最大。就族組成而言，南疆石腦油的正構烷烴含量最高，為 33.89%，北疆石腦油的正構烷烴含量最低，為22.08%；南疆石腦油的鏈烷烴（正構烷烴+異構烷烴，下同）含量最高，為66.33%，而長慶石腦油的鏈烷烴含量最低，為52.02%；長慶石腦油的環烷烴含量最高，達到42.82%，南疆石腦油的環烷烴含量最低，為26.05%；長慶石腦油的芳烴含量最低，為5.16%，吐哈石腦油的芳烴含量最高，達到9.12%。

表3 石腦油餾分的主要物性Table 3 Properties of naphtha fractions

2.2.2 石腦油餾分的裂解性能

在蒸汽熱裂解制乙烯實驗室評價裝置上，停留時間0.1 s、水油比（kg/kg）0.60、裂解溫度900 ℃的裂解條件下，對比考察了5種石腦油餾分裂解的乙烯、丙烯、丁二烯、雙烯（乙烯+丙烯，下同）、三烯（乙烯+丙烯+丁二烯，下同）收率。實驗結果如圖2、圖3所示。

圖2 石腦油餾分裂解的乙烯、丙烯、丁二烯收率Fig.2 Ethylene, propylene and butadiene yield of naphtha steam cracking

圖3 石腦油餾分裂解的雙烯、三烯收率Fig.3 Ethylene+propylene/Ethylene+propylene+butadiene yield of naphtha steam cracking

由圖2可知，南疆、吐哈、哈薩克斯坦3種石腦油裂解的乙烯收率較高，均超過31.00%，北疆、長慶2種石腦油裂解的乙烯收率稍低，在30.00%左右；北疆、長慶2種石腦油裂解的丙烯收率較高，達到13.00%以上，哈薩克斯坦石腦油裂解的丙烯收率最低，只有11.92%；長慶石腦油裂解的丁二烯收率最高，接近 7.00%，而南疆石腦油裂解的丁二烯收率收率最低，只有5.33%。

由圖3可知，在5種石腦油中，南疆石腦油裂解的雙烯、三烯收率均屬于最高值，分別達到47.16%、52.49%；而北疆石腦油裂解的雙烯、三烯收率最低，分別為43.21%、49.21%。與北疆石腦油相比，長慶石腦油裂解的雙烯收率略高，但由于后者裂解的丁二烯收率較高，因此長慶石腦油裂解的三烯收率高出1.11個百分點。

從原油基屬特性及其石腦油餾分的物性、裂解性能綜合分析，5種原油采用相同蒸餾切割方案時，屬于石蠟基的吐哈原油和石蠟-中間基的南疆、哈薩克斯坦原油所產的石腦油餾分中的鏈烷烴含量較高，裂解得到的乙烯收率、雙烯收率均比較高；北疆、長慶原油屬于中間-石蠟基原油，其所產石腦油餾分中的不易裂解的環烷烴和芳烴的含量較高，

裂解產物中的乙烯收率較低，但是丙烯與丁二烯的收率較高，雙烯收率較低。總的來說，吐哈、南疆、哈薩克斯坦3種原油生產的石腦油餾分（初餾點～180 ℃）的裂解性能較優，可以直接用作乙烯原料，而北疆、長慶2種原油生產的石腦油餾分（初餾點～180 ℃）的裂解性能較差，不宜用作乙烯原料，但適宜作催化重整原料。對于北疆、長慶2種原油，如采用以生產裂解原料為主要目的的生產方案時，應適當降低石腦油的切割點，比如將石腦油的切割點控制在130 ℃，以提高石腦油中的鏈烷烴含量，降低其中的芳烴含量，從而可以大幅度提高石腦油的裂解性能。

3 結 論

（1）石蠟基原油和石蠟-中間基原油所產的石腦油餾分（初餾點～180 ℃）裂解制乙烯的性能較優，可以直接用作乙烯原料；中間-石蠟基原油的石腦油餾分（初餾點～180 ℃）的裂解產物中的乙烯收率較低，但是丙烯與丁二烯的收率較高，若用作乙烯原料，可適當降低其石腦油的切割點，提高其裂解性能。

（2）針對西部原油來源地廣、原油性質差異大的特點，應跟蹤各種原油特性及其石腦油餾分性質的變化，并在生產時采取“單儲單煉”的原油加工方案，以便為乙烯裝置提供品質穩定的石腦油原料。

（3）在煉化企業生產過程中，建議從原油加工源頭著手，進一步優化原油配置和各種原油的生產方案，為下游乙烯裝置提供更加優質的石腦油原料，從而提高煉油-乙烯裝置的綜合競爭力和整體經濟效益。

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