石脑油的组成结构对乙烯收率的影响研究

关洪飞(中国石油大庆石化公司化工一厂裂解车间， 黑龙江 大庆 163714)

石脑油的组成结构对乙烯收率的影响研究

关洪飞(中国石油大庆石化公司化工一厂裂解车间， 黑龙江 大庆 163714)

本文主要分析了不同比例成分组成的石脑油在裂解后乙烯收率的不同，以对裂解工程提供相应的建议。

石脑油；裂解；乙烯收率

石脑油的成分较为复杂，主要包括烷烃、单环烷烃、双环烷烃、烷基苯，作为化工产品，其各个成分的比例并不是固定的。石脑油的一个重要用途是通过裂解，生成以乙烯为代表的化工产品。通常来说，乙烯的产量是一个地区化工水平的最佳指标，因此我们通过分析石脑油组成结构的不同，找出其对乙烯收率的影响，是十分必要的。

1 石脑油的裂解与乙烯收率

石脑油也被称为轻油，其产生于人们对原油进行提炼时的中间产物，也可以从一些页岩中提炼出来，主要成分是各类烃和苯，常温下呈现液体状态。石脑油在化工生产中有着重要的地位，其通过一定的裂解作用，能够产生芳烃、乙烯、汽油等，同时也能够作为一种溶剂。

石脑油其主要的用处是通过裂解，产生各种工业和生活中常用的物质。其裂解条件需要一定的温度，并与外界空气充分隔离，促使石脑油构成成分的分子进行分解。在各种生产物中，乙烯是最具价值的，因此相同质量石脑油中所能够裂解的乙烯量就成为衡量石脑油理解效果的一个重要标准，该标准就是乙烯收率。乙烯收率受到各种因素的影响，比如反应发生的温度，反应时间，所添加的水蒸气的量，同时石脑油各个成分的含量也是因素之一。通常情况下，石脑油乙烯收率在在实践中其差异较大。

2 石脑油结构对乙烯收率的影响分析

为更为准确地分析石脑油结构对其乙烯收率的影响，我们需要对其“结构”进行合理地定位，本文从两个方面进行分析，其一是利用单一的石脑油组成成分进行裂解，对比其乙烯收率的差异；其二是石脑油成分中分子含碳数量的多少，对其乙烯收率的影响。

(1)单一成分的乙烯收率差异 本节对石脑油的主要成分进行分类，包括正构烷烃、异构烷烃、环烷烃、芳烃等。并对其在裂解过程后所生成的乙烯比例进行比较。

对于正构烷烃来说，其在一定的工艺条件下进行裂解所产生的反应主要包括脱氢和断裂。分析认为，正构烷烃所含分子数的多少，对其乙烯收率是有决定性影响的，比如其中的C7正构烷烃，乙烯收率最高，而低于其碳原子数目的C5、C6正构烷烃，因为容易生成甲烷，其乙烯收率相对较低；高于其碳原子数目的正构烷烃，需要进行二次甚至多次裂解才能生成乙烯，其乙烯收率也较低。在实际实验中，利用碳原子数为5-9的正构烷烃，在停留时间0.4s、水蒸气与原料质量比0.6、横跨温度590℃、出口温度840℃的工艺条件下，其乙烯收率达到40%以上。由此可见，正构烷烃是良好的乙烯制作原料。

分析认为，异构烷烃具有较多的侧链，侧链较多时其更容易裂解成异丁烯等杂质，从而使得乙烯收率降低。虽然异丁烯在业界也有一定的经济价值，但相对乙烯来说依然有所贬值。异构烷烃主要包括甲基己烷和异辛烷，通过和前文相同的条件，对二者进行裂解，所得到的乙烯收率分别是29.1%和9.4%，这印证了上述分析。

对于环烷烃来说，其在相应的工艺条件下所达成的化学反应也主要是脱氢和断裂，以能够形成小分子数的化合物。但是因为环烷烃的结构比较特殊，相对来说具有一定的平衡性，在高温条件下其更容易生成丁二烯等产物，从而降低乙烯收率。在实际测试中，本文利用甲基环己烷、环庚烷、环己烷作为实验成分，裂解达成的乙烯收率仅为18%。而对于芳烃来说，其结构更为稳定，在上述裂解条件下，是很难产生有效的烯烃物质的，而能够裂解为烯烃的部分，是侧链。在实际实验中也印证了这一点，因为在笨、邻二甲苯、甲苯、乙苯等为例，进行一一裂解，只有乙苯的乙烯收率能够达到10%，也是其侧链物质所产生。

综合一系列实验的分析可以看出，在石脑油的各个组成中，能够为乙烯收率做出最佳贡献的是正构烷烃，其次是异构烷烃，再次为环烷烃，最次是芳烃。因此如果某种石脑油所含成分大部分是正构烷烃和异构烷烃，则其乙烯收率将会较高，而如果某种石脑油含有大量的芳烃和环烷烃，则其生产物质中乙烯的成分则含量较低。

(2)分子含碳数量多少的乙烯收率影响 前文已经详细地对石脑油的不同成分在裂解后生成的乙烯利率进行了对比，但在实践中，我们无法准确地对一种石脑油的各个成分比例进行分析，但可以通过一定的机制测得其中的碳含量。由此，由平均分子碳含量来推测其乙烯收率，是可行的。对此业界许多学者进行了一定的研究，包括杨利斌(2011)等人，他们的研究成果主要体现在，对于单分子碳含量在4～12之间的石脑油成分来说，其乙烯收率随着单分子平均碳含量呈现一个接近开口向下的抛物线形状，即平均碳分子含量在7左右时其乙烯收率最高，高于或者低于该值，其乙烯收率都逐步下降。这也印证了前文所分析的碳分子越高，各类烷烃的结构越复杂，在进行裂解反应时就更加难以生成乙烯；而对于含碳量较少的烷烃来说，其也更容易生成甲烷等物质，降低乙烯的收率，所得出该结论是在大量的实验基础上统计出来的，因此一定程度上能够反映实际化工产业中石脑油的成分组成，有一定的实践意义。

3 结语

通过上述分析我们可以看出，对于在乙烯的重要原料石脑油来说，其成分的不同对最终生产乙烯的量度有着直接的影响。这种影响在一定的工艺条件下，可以从其各个成分的组成结构中反映出来，也可以简单地从其平均单分子碳含量中推算出来，而这在实际生产中有一定的实用价值。

[1]杨 利 斌,李 国 威,宋 帮 勇,孔 祥 冰,张 鑫,许江.石脑油组成结构对乙烯收率的影响[J].乙烯工业,2011,23(01):17-19+67.

[2]范英.供给侧改革下油田企业降低成本的路径探讨——以大庆油田为例[J].四川职业技术学院学报,2016,26(06):13-16.