影響混合芳烴收率的原因探析

金勇（中化天津港石化倉儲有限公司,天津 300452）

原油經(jīng)過二次加工，可產(chǎn)生干氣，其中，在催化裂化下產(chǎn)生的干氣量較大，為5%左右，干氣的組成主要包括氫氣、甲烷、乙烯等。混合芳烴的制得是在固定床反應(yīng)器和催化劑的雙重作用下產(chǎn)生的。在生產(chǎn)過程中，其收率是最為重要的參數(shù)，與企業(yè)的利益直接掛鉤。對影響其收率的因素進(jìn)行全方位分析，制定科學(xué)合理的控制方案，是提高混合芳烴收率的主要手段，同時也是企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益的重要保障。

1 混合芳反應(yīng)機(jī)理

乙烯等烯烴分子受到催化劑酸性中心的影響，因此產(chǎn)生裂變，從而形成正碳離子，隨后分子進(jìn)行疊合反應(yīng)。在催化劑的作用下，不穩(wěn)定的iC8H16組分發(fā)生異構(gòu)化，從而形成辛烯，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，或在環(huán)化脫氫反應(yīng)后，形成單環(huán)芳烴，形成的混合芳烴餾分其研究法辛烷值大于93。如反應(yīng)深度不同，在經(jīng)過疊合和異構(gòu)反應(yīng)后，不穩(wěn)定的iC8H16組分形成十六烯，在環(huán)化脫氫的作用下，部分形成雙環(huán)芳烴。

在各反應(yīng)環(huán)節(jié)生成的烯烴等組分，經(jīng)過活化后，會長時間吸附于催化劑活性中心，如果不能對其馬上進(jìn)行脫附，則會出現(xiàn)脫氫反應(yīng)現(xiàn)象，此時，生成的有機(jī)物含氫量非常低，長時間的吸附會影響催化劑的作用，失去活性的催化劑再生后，可以將其活性再次恢復(fù)。

2 影響混合芳烴收率的因素分析

2.1 原料干氣進(jìn)料量

通常情況下，進(jìn)料量大概在1600kg/h左右，混合進(jìn)料量約為2500kg/h，由于烯烴在干氣中的含量比較高，因此，首先需要利用貧氣，對干氣進(jìn)行催化裂化處置。催化劑的用量控制在8t作用，空速值要比設(shè)計(jì)值偏低，約為0.31h-1，在空速值偏低的情況下，物料停留時間長，在此情況下，反應(yīng)器的溫度就會升高，從而加深反應(yīng)深度，混合芳烴組分經(jīng)過裂解，生成烷烴，和液化氣組分，導(dǎo)致混合芳烴的產(chǎn)量大大降低。除此之外，在過低的反應(yīng)器空速作用下，物料會呈現(xiàn)不均勻的分布狀態(tài)，較高的局面溫度會造成“偏流”情況的出現(xiàn)，從而對反應(yīng)器溫升控制產(chǎn)生影響。

根據(jù)裝置實(shí)際的運(yùn)行情況，如果烯烴的體積占到18%時，在原料干氣不斷增加的情況下，反應(yīng)空速值和物料的反應(yīng)速率也會因此受到影響，隨之提高，疊合反應(yīng)單程轉(zhuǎn)化率得以提升，從而混合芳烴收率提高。

綜上所述，在不斷的提高原料干氣進(jìn)料量后，烯烴含量也會隨之增加，隨著物料反應(yīng)速率的提高，混合芳烴的產(chǎn)量也得以提高；相反，混合芳烴收率將會降低。

2.2 原料中的烯烴含量

實(shí)踐表明，隨著乙烯含量的不斷增加，乙烯的轉(zhuǎn)化率也隨之增高，同時在乙烯轉(zhuǎn)化率的作用下，混合芳烴收率隨之增高。

如果乙烯含量的含量超過合理值，在其反應(yīng)下，乙烯所釋放的熱量較多，此時，反應(yīng)器床層輕則出現(xiàn)溫升劇烈，重則導(dǎo)致飛溫，出現(xiàn)裂解，從而混合芳烴產(chǎn)量降低，反之，反應(yīng)器床層溫升出現(xiàn)下降的情況，降低了裂解反應(yīng)。

2.3 加熱爐溫度控制與催化劑活性的關(guān)系

在控制反應(yīng)方面，普遍采用的方法就是對加熱爐的出口溫度進(jìn)行調(diào)整。反應(yīng)時間的不斷增加，催化劑在積碳的作用下，逐漸失去活性，因此，為了保證轉(zhuǎn)化率，必須對加熱爐的出口溫度進(jìn)行調(diào)整，避免催化劑失去活性，促進(jìn)促發(fā)反應(yīng)，使得乙烯含量降低，最終達(dá)到提高混合芳烴收率的目的。

2.3.1 催化劑活性高峰期

一旦催化劑的活性達(dá)到高峰期，此時的反應(yīng)速率也非?？欤艧崃吭黾樱?dāng)反應(yīng)器處于前期階段時，床層的溫升十分明顯。此時，乙烯體積在0-0.3%之間，丙烷體積在2.0-3.55之間。造成這種現(xiàn)象的原因就是催化劑的活性極強(qiáng)，在反應(yīng)不斷加劇的過程中，積碳速率大大提高，從而催化劑的活性喪失較快，此時，加熱爐的出口溫度急劇上升。

通過圖1我們不難看出，有效的加熱爐出口溫度進(jìn)行提高，以此使催化劑的活性得以彌補(bǔ)，乙烯的含量將會有效降低，當(dāng)催化劑處于活性高峰期時乙烯轉(zhuǎn)化率達(dá)到最大值，為100%，此時，在貧氣中，含有大量的丙烷。

圖1 加熱爐出口溫度，貧氣中乙烯含量、丙烷含量與催化劑活性的關(guān)系

2.3.2 催化劑活性平穩(wěn)期

當(dāng)催化劑逐漸進(jìn)入平穩(wěn)期時，此時的反應(yīng)器床層溫升受到其影響，較為平穩(wěn)，當(dāng)床層溫升約為10℃時，床層受到的影響較小，隨著床層溫升不斷提高，受到加熱爐口溫度以及原料干氣進(jìn)料量的影響也越來越大。當(dāng)催化劑活性處于平穩(wěn)時期下，加熱爐出口溫度大致在280—320℃之間，溫度上升的較為緩慢，同時，混合芳烴產(chǎn)量也比較平穩(wěn)。

2.3.3 催化劑活性衰減期

當(dāng)催化劑活性進(jìn)入衰減期時，此時加熱爐出口溫度高達(dá)350℃左右，各段床層溫度隨之增高，深度脫氫反應(yīng)呈現(xiàn)增強(qiáng)的趨勢。隨著積炭不斷增加，催化劑的活性喪失速度逐漸隨之加快，乙烯轉(zhuǎn)化率的較低。同時，在催化劑活性作用的影響下，乙烯含量將會不斷增加，當(dāng)乙烯體積在5%左右時，混合芳烴產(chǎn)量明顯下降，而此時，及時采用上述方法，已經(jīng)無法對催化劑的活性喪失進(jìn)行彌補(bǔ)。針對于此情況，需要馬上對反應(yīng)器進(jìn)行切換。

圖2 加熱爐出口溫度與混合芳烴產(chǎn)量的關(guān)系

2.3.4 分餾塔的分離效率

當(dāng)混合芳烴從反應(yīng)器中出來以后，需要通過低溫材料對其進(jìn)行換熱，當(dāng)溫度達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)之后，將其送至分餾塔中，混合芳烴以及富氣通過塔頂餾出，而產(chǎn)生的燃料油地步排除后，待其冷卻，進(jìn)行裝置，即可完成分離工作。因此，我們不難看出，分餾塔的分離效率與混合芳烴的收率也有著密切的關(guān)系。通過研究發(fā)現(xiàn)，如果催化劑活性處于高峰時期，此時的塔頂溫度也將越來越高，也就意味著混合芳烴干點(diǎn)越來越高，值得注意的是，當(dāng)溫度超過200℃時，就會給混合芳烴的質(zhì)量帶來影響，因此，對分餾塔的溫度進(jìn)行控制十分重要，要避免其溫度過高帶來負(fù)面影響。當(dāng)催化劑活性處于平穩(wěn)階段時，在此階段下，各工藝參數(shù)同樣處于相對平穩(wěn)的狀態(tài)，此時工作人員要加強(qiáng)對分餾塔分離系統(tǒng)壓力與塔頂溫度關(guān)系的關(guān)注。當(dāng)催化劑活性進(jìn)入衰減時期時，此時的加熱爐出口溫度增加極為明顯，反應(yīng)深度受其影響，發(fā)生改變，iC8H16組分經(jīng)過環(huán)化脫氫反應(yīng)，生成雙環(huán)芳烴，其轉(zhuǎn)化率也得以提高，在此情況下，會產(chǎn)生大量的燃料油生。根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)混合芳烴的干點(diǎn)在200-210℃之間時，混合芳烴的收率達(dá)到最佳。

3 結(jié)語

企業(yè)在提高混合芳烴收率時，需要根據(jù)企業(yè)的實(shí)際情況進(jìn)行合理制定，緊緊抓住催化劑在不同時期內(nèi)的特點(diǎn)，對各個環(huán)節(jié)用料進(jìn)行控制，保證反應(yīng)器的床層溫升和加熱爐口內(nèi)的溫度控制在合理范圍內(nèi)，對不符合要求的設(shè)備進(jìn)行改造，嚴(yán)格按照操作流程進(jìn)行，只有這樣，才能提高混合芳烴收率。

[1]朱秋成.夏賢君.影響混合芳烴收率的原因分析[J].石化技術(shù)，2013（20）.

[2]田勝利.環(huán)丁砜抽提蒸餾工藝分離芳烴與非芳烴影響因素的分析[J].遼寧化工，2014（6）.

[3]商連.徐永勝.戴書琪.離子液體支撐液膜用于分離混合芳烴的研究[J].應(yīng)用化工，2015（2）.

[4]王建平.王樂.芳烴聯(lián)合裝置模擬與優(yōu)化(Ⅳ)—芳烴吸附分離單元的模擬與優(yōu)化[J].中外能源，2014（1）.