兩種合成型導(dǎo)熱油在苯乙烯裝置的應(yīng)用研究

揭斌華，吳曉濤，王雪梅，黃夏

（1.中國石化潤滑油有限公司茂名分公司，廣東 茂名525011；2.茂名市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測所，廣東 茂名525000）

0 引言

苯乙烯是基本有機(jī)化工的重要原料之一，其應(yīng)用十分廣泛，主要用于生產(chǎn)苯乙烯樹脂（PS）、丙烯腈－丁二烯－苯乙烯樹脂（ABS）、苯乙烯－丙烯腈樹脂（SAN）、離子交換樹脂等［1］。近年來，隨著建筑、汽車、涂料、家用電器、玻璃纖維等產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步發(fā)展，中國已經(jīng)成為苯乙烯需求增速最快的國家之一［2］。

當(dāng)前，雖然我國苯乙烯的生產(chǎn)能力和產(chǎn)量得到較大增長，但仍不能滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求，未來發(fā)展前景仍然看好。但總體來看，我國現(xiàn)有苯乙烯單套裝置生產(chǎn)能力偏小，部分裝置生產(chǎn)技術(shù)相對(duì)落后，生產(chǎn)成本高，經(jīng)濟(jì)效益較差［3］。同時(shí)，由于苯乙烯反應(yīng)單元的特點(diǎn)和后續(xù)精餾操作的要求，裝置能耗高，每噸苯乙烯生產(chǎn)能耗高達(dá)13.718GJ［4］。為降低能耗，國內(nèi)苯乙烯裝置紛紛采用導(dǎo)熱油作為介質(zhì)進(jìn)行傳熱，而導(dǎo)熱油的品質(zhì)、熱效率又將直接影響裝置能耗，因此，在生產(chǎn)過程中，合理選擇導(dǎo)熱油，提高熱效率，成為苯乙烯裝置節(jié)能減排、降低動(dòng)力費(fèi)用、增強(qiáng)市場競爭力的重要舉措之一。

本文通過分別跟蹤兩種合成型導(dǎo)熱油在8萬t/a苯乙烯裝置的應(yīng)用，分析新油的理化指標(biāo)、餾程等性能，考察在用導(dǎo)熱油的熱效率、裂解變質(zhì)等情況，用于指導(dǎo)苯乙烯裝置的導(dǎo)熱油選型、維護(hù)管理，確保裝置的高效平穩(wěn)、安全長周期運(yùn)轉(zhuǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

本實(shí)驗(yàn)所采用的兩種合成型導(dǎo)熱油新油原料如表1所示。

表1 兩種合成型導(dǎo)熱油新油原料

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

本實(shí)驗(yàn)所采用的實(shí)驗(yàn)儀器如表2所示。

表2 主要所需實(shí)驗(yàn)儀器

1.3 苯乙烯裝置設(shè)計(jì)參數(shù)

中國石化煉廠1、煉廠2的8萬t/a苯乙烯裝置均由中國石化洛陽工程有限公司設(shè)計(jì)，其中裝置導(dǎo)熱油鍋爐系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)如表3所示。

表3 導(dǎo)熱油鍋爐系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 新油分析

2.1.1 主要理化性能

分別對(duì)L－QB300合成型導(dǎo)熱油、L－QC310合成型導(dǎo)熱油的黏度、密度、自燃點(diǎn)、熱穩(wěn)定性等理化性質(zhì)進(jìn)行分析，主要理化性質(zhì)如表4所示。

表4 兩種導(dǎo)熱油新油的主要理化性質(zhì)

從表4兩種新油的主要理化指標(biāo)來看，LQC310的高、低溫運(yùn)動(dòng)黏度均優(yōu)于L－QB300；LQC310的最高允許使用溫度為310℃，而LQB300為300℃。同時(shí)，對(duì)比兩種合成型導(dǎo)熱油在高溫下熱穩(wěn)定性，L－QC310在310℃下的變質(zhì)率為4.9%，而L－QB300在300℃下的變質(zhì)率為8.6%，說明L－QC310的高溫抗裂解的能力更優(yōu)異。

2.1.2 色譜分析

采用氣相色譜儀對(duì)L－QB300合成型導(dǎo)熱油、L－QC310合成型導(dǎo)熱油進(jìn)行分析得到色譜圖，見圖1和圖2。

圖1 L－QB300合成型導(dǎo)熱油的色譜圖

圖2 L－QC310合成型導(dǎo)熱油的色譜圖

從兩種導(dǎo)熱油的色譜圖圖1、圖2來看，LQB300色譜峰非常多、且復(fù)雜，說明L－QB300是一種組成復(fù)雜的混合物，而L－QC310色譜峰較單一、峰面積比大，說明其化學(xué)組成相對(duì)簡單且純度高。

2.1.3 餾程分析

根據(jù)SH/T 0558－1993石油餾分沸程分布測定法（氣相色譜法），對(duì)兩種新油的餾程數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分析結(jié)果如表5所示。

表5 兩種導(dǎo)熱油新油的色譜餾程數(shù)據(jù) ℃

從表5可以看出，L－QB300的餾程非常寬（340～370℃），95%～5%的餾程溫度為132℃，而L－QC310餾程窄，95%～5%的餾程溫度為14℃。這是由于L－QB300的原料為重烷基苯，屬長直鏈芳烴混合物，是烷基苯生產(chǎn)過程中塔底副產(chǎn)物；而L－QC310是簡單的芳香烴化合物，由化學(xué)單體直接合成制得，化學(xué)純度高，具有更優(yōu)異的高溫?zé)岱€(wěn)定性能，不易結(jié)焦結(jié)炭［5］。

2.2 裝置運(yùn)行參數(shù)

分別對(duì)中國石化煉廠1、煉廠2的8萬t/a苯乙烯裝置導(dǎo)熱油鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行跟蹤，現(xiàn)場運(yùn)行參數(shù)見表6。

表6 苯乙烯裝置運(yùn)行參數(shù)

表6 （續(xù)）

由表6可知，煉廠1苯乙烯裝置自2013年11月投產(chǎn)，使用150t某國外品牌L－QB300合成型導(dǎo)熱油；煉廠2裝置自2012年6月投產(chǎn)，使用170t中國石化長城L－QC310合成型導(dǎo)熱油。雖然2套系統(tǒng)管線設(shè)備體積裝填量相當(dāng)，由于L－QC310的密度比L－QB300大18%，因此煉油廠2導(dǎo)熱油質(zhì)量裝填量較大。

從鍋爐出口溫度來看，煉廠2的出口溫度為286℃，較煉廠1低14℃，較設(shè)計(jì)溫度低19℃。這是由于L－QC310黏度小，流動(dòng)性好，可提高傳熱效率，從而在較低的鍋爐出口溫度即可滿足裝置運(yùn)行用熱要求，節(jié)約大量的燃料成本。從導(dǎo)熱油的年補(bǔ)加量來看，煉廠1裝置年補(bǔ)加量為15t，而煉廠2導(dǎo)熱油幾乎無補(bǔ)加。這是由于L－QB300在高溫下化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，容易發(fā)生裂解產(chǎn)生輕組分與縮合產(chǎn)生膠質(zhì)、瀝青質(zhì)。現(xiàn)場操作工人反映因?qū)嵊土呀猱a(chǎn)生的輕組分經(jīng)常造成壓力波動(dòng)等現(xiàn)象，導(dǎo)致年補(bǔ)加量較大；而L－QC310合成型導(dǎo)熱油在生產(chǎn)工況下化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易發(fā)生裂解與縮合反應(yīng)，年補(bǔ)加量少，大大降低裝置維護(hù)成本。

2.3 在用油分析

2.3.1 外觀情況

2017年3月現(xiàn)場采集中國石化煉廠1、煉廠2的苯乙烯裝置管線系統(tǒng)內(nèi)的在用導(dǎo)熱油，觀察其外觀情況，并與新油進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見圖3。

圖3 新油與在用油外觀對(duì)比情況

由圖3可知，L－QB300合成型導(dǎo)熱油在煉廠1苯乙烯裝置使用3年多，外觀由淺黃色變成深褐色、不透明；而L－QC310合成型導(dǎo)熱油使用近5年，外觀依然保持透明，由無色變成深黃色。

2.3.2 主要理化性能

分別對(duì)兩種合成型導(dǎo)熱油的在用油進(jìn)行主要理化性能指標(biāo)分析，并與GB 24747－2009《有機(jī)熱載體安全技術(shù)條件》［6］在用導(dǎo)熱油的質(zhì)量指標(biāo)要求進(jìn)行對(duì)比，分析結(jié)果見表7。

表7 在用導(dǎo)熱油的理化性質(zhì)

從表7可知，使用近5年的L－QC310除了運(yùn)動(dòng)黏度有一定增加，其他幾項(xiàng)指標(biāo)幾乎與新油接近，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足GB 24747－2009《有機(jī)熱載體安全技術(shù)條件》的允許使用質(zhì)量指標(biāo)；而使用3年多的L－QB300較新油變化很大，閃點(diǎn)、殘?zhí)俊?%餾出溫度處于GB 24747－2009的安全警告質(zhì)量指標(biāo)，且殘?zhí)恐到咏Ｖ故褂觅|(zhì)量指標(biāo)。

2.3.3 餾程分析

對(duì)兩種在用導(dǎo)熱油的色譜餾程數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并與新油的餾程數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，蒸餾曲線對(duì)比結(jié)果分別見圖4、圖5。

圖4 L－QB300合成型導(dǎo)熱油的蒸餾曲線

從圖4來看，從初餾點(diǎn)至終餾點(diǎn)，在用油與新油蒸餾曲線幾乎不產(chǎn)生重疊，這是由于L－QB300合成型導(dǎo)熱油中重烷基苯的長側(cè)鏈結(jié)構(gòu)，在生產(chǎn)運(yùn)行溫度下，因裂解反應(yīng)而產(chǎn)生大量輕餾分［7］，致使在80%餾出溫度以前，兩條蒸餾曲線產(chǎn)生大量偏離；同時(shí)L－QB300中的多環(huán)芳香烴易發(fā)生縮聚、結(jié)焦反應(yīng)，致使95%餾出溫度后，兩條蒸餾曲線又產(chǎn)生偏離。

圖5 L－QC310合成型導(dǎo)熱油的蒸餾曲線

從圖5來看，L－QC310合成型導(dǎo)熱油在苯乙烯裝置運(yùn)行溫度下，化學(xué)結(jié)構(gòu)極其穩(wěn)定，高溫?zé)岱€(wěn)定性能優(yōu)越，因此，從5%餾出溫度至90%餾出溫度，新油與在用油的蒸餾曲線形成高度重疊。

2.3.4 變質(zhì)率的測定

分別對(duì)兩種在用導(dǎo)熱油的低沸物、高沸物和不能蒸發(fā)產(chǎn)物進(jìn)行測定，忽略使用過程中產(chǎn)生的氣相分解產(chǎn)物，將三者之和稱為變質(zhì)率［8］，圖6為兩種在用油的高低沸物、變質(zhì)率數(shù)據(jù)對(duì)比。

圖6 高低沸物、變質(zhì)率數(shù)據(jù)對(duì)比

從圖6來看，L－QC310的高低沸物、變質(zhì)率數(shù)據(jù)分別為1.5%、1.0%、2.52%，其數(shù)值均低于 LQB300。說明L－QC310合成型導(dǎo)熱油分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、耐高溫性能優(yōu)越，在苯乙烯裝置使用過程中不易產(chǎn)生裂解、縮合等化學(xué)反應(yīng)。

3 結(jié)論

本文對(duì)兩種合成型導(dǎo)熱油在苯乙烯裝置的應(yīng)用情況進(jìn)行研究，通過新油、在用油的對(duì)比分析，結(jié)合現(xiàn)場裝置運(yùn)行參數(shù)，得出以下結(jié)論：

（1）L－QC310新油的黏度小、熱穩(wěn)定性能優(yōu)于L－QB300，且L－QC310合成型導(dǎo)熱油成分簡單、餾程窄。

（2）L－QC310合成型導(dǎo)熱油流動(dòng)性好、傳熱效率高、熱穩(wěn)定性能優(yōu)異，在裝置運(yùn)行中，可降低鍋爐出口溫度，節(jié)省燃料成本，不易結(jié)焦，年補(bǔ)加量少。

（3）L－QC310合成型導(dǎo)熱油使用5年，外觀依然保持透明，變質(zhì)率為2.32%，且各項(xiàng)指標(biāo)均處于使用指標(biāo)范圍內(nèi)。

綜上所述，從節(jié)約燃料成本、維護(hù)成本以及苯乙烯裝置現(xiàn)場使用表現(xiàn)來看，L－QC310合成型導(dǎo)熱油性能優(yōu)于L－QB300合成型導(dǎo)熱油。

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