煤基_石油基石脑油裂解性能及经济性分析_曹家天

影响。 为 加 以 区 别 ，把 煤 制 油 副 产 的 石 脑 油 称 为“ 煤 基
石脑油”，把以原油为原料生产的石脑油称为“石油基 石脑油”。笔者就煤基石脑油的物性进行了多方面对 比分析，对其利用进行了研究，在现有乙烯装置中，用 煤基石脑油替代石油基石脑油进行蒸汽裂解的方案 可供相关企业参考。
1 煤基石脑油的产生
０．４０
裂解碳四
９．８３
１０．０２
－０．１９
（其中丁二烯） ５．１４
５．４９
－０．３５
裂解汽油
１５．１０
２０．８６
－５．７６
燃料油
１．０１
３．２０
－２．１９
从表 ５ 可以看出，煤基石脑油乙烯收率为３３．００％， 石油基石脑油乙烯收率为 ２９．４８％，高出 ３．５２％；煤基 石脑油丙烯收率为 １８．５４％，石油基石脑油丙烯收率 为 １５．１９％，高出 ３．３５％；煤基石脑油丁二烯收率为 ５．１４％，石油基石脑油丁二烯收率为 ５．４９％，低０．３５％。 可计算出，煤基石脑油裂解双烯收率（乙烯 ＋ 丙烯）高 出石油基石脑油双烯收率 ６．８７％；煤基石脑油三烯收
产量 差值 ／ｔ·ａ－１
－３５９ ６９ ９９０ ３５ ３２４ ３５ ０８０ －１ ３８７ －４９ １１０ －２８ ８５５ ６０ ６８３
不含税 价格 ／ 元·ｔ－１
１３ ７２０ ３ ７００ ６ ６３１ ６ ７５６ ５ １５９ ４ ６９０ ３ ５００
煤基石脑油 － 石油基石脑油 销售收入差值 ／ 万元·ａ－１ －４９２．５６ ２５ ８９６．３０ ２３ ４２３．３４ ２３ ７００．０５ －７１５．５８ －２３ ０３３．３３ －１０ ０９９．２５ ３８ ６７８．９８
表 4 煤基石脑油和石油基石脑油的裂解炉主要参数
石油基石脑油 煤基石脑油
炉管进口 温度（ＣＩＴ）／℃
５７０
５６０Biblioteka 炉管出口 温度（ＣＯＴ）／℃
８５８
８３１
炉管进口压力 （ＣＩＰ）／ｋＰａ
２２１
２７０
炉管出口压力 （ＣＯＰ）／ｋＰａ
１７９
１８１
横跨温度 ／℃ １ ０４９
１ ０８６
停留时间 ／ｓ
０．３１
０．２７
表 3 煤基石脑油与石油基石脑油 PONA 值对比 %
ＰＯＮＡ Ｐ（正构烷烃） Ｉ（异构烷烃）
Ｏ（烯烃） Ｎ（环烷烃） Ａ（芳香烃）
石油基石脑油 ３４．８６ ３３．６３ １．３８ ２５．９４ ４．２０
煤基石脑油 ５９．６１ ３７．１０ ０．００ ３．２９ ０．００
注：石油基石脑油 ＰＯＮＡ 值来自某炼化一体化乙烯工 程设计数据，煤基石脑油 ＰＯＮＡ 值来自某工业化 煤制油项目实测数据。
由表 ６ 可知，以等量的煤基石脑油替代石油基石 脑油进行蒸汽裂解，产品产量增加 ６０ ６８３ ｔ／ａ，这 是 由 于 煤 基 石 脑 油 组 分“ 偏 轻 ”、裂 解 烯 烃 收 率 高 、裂 解 炉消耗燃料少所致。按照《中国石油天然气集团公司
表 6 煤基石脑油与石油基石脑油裂解产物及经济性对比
产品
4 煤基石脑油裂解的经济性
假定以 ４００ 万 ｔ／ａ 煤制油过程中副产的 ９８．３万 ｔ／ａ 煤基石脑油替代等量的石油基石脑油，进行 蒸 汽裂解，乙烷 、丙烷循环裂解，并假定煤基石脑油 与 石油基石脑油同价 。按照中石油 ２０１３ 年 ９０ 美 元 ／ 桶原油价格体系，笔者进行了经济测算，测算结果 列于表 ６。
煤炭间接液化是将煤通过气化变成合成气，再通过 费托合成，把合成气转化为液体燃料的过程，主要包括 空分、备煤、煤气化、变换、合成气净化、费托合成、油品 加工、尾气制氢、硫磺回收、酸水汽提等工序。以干粉煤 气化为例，典型的间接液化煤制油工艺流程示于图 １［１］。
图 1 煤炭间接液化煤制油工艺流程示意图
收稿日期：２０１４－０７－０１ 作者简介：曹家天（１９６８— ），男，吉林榆树，硕士，高级工程师，１９９０ 年本科毕业于吉林工学院（现长春工业大学），现从事 项目前期咨询工作，Ｅ－ｍａｉｌ： ｃａｏｊｉａｔｉａｎ＠ｈｑｃｅｃ．ｃｏｍ。
关键词 煤间接液化，煤基石脑油，物性，蒸汽裂解，模拟，经济性
文章编号：１００５－９５９８（２０１４）－０６－００１４－０４ 中图分类号：ＴＱ５２９．２ 文献标识码：Ａ
“十二五”期间，随着煤炭深加工示范项目的建设 及运行，在自主知识产权技术产业化、工程化、技术水 平 、能 源 转 换 效 率 、生 态 环 境 影 响 等 方 面 得 到 了 进 一 步的提升。以煤制油为例，截止到 ２０１３ 年，已经投产 进入工业示范阶段或工业试验阶段的煤制油项目有 伊泰 １６ 万 ｔ／ａ、潞安 １８ 万 ｔ／ａ 煤炭间接液化项目、 神华 １８ 万 ｔ／ａ 煤炭间接液化项目，以及处于实施阶 段的神华宁煤 ４００ 万 ｔ／ａ 煤炭间接液化项目。在煤间 接液化实施大型工程化的过程中，其中副产的石脑油 如何利用是一个新课题，以神华宁煤 ４００ 万 ｔ／ａ 煤炭 间接液化项目为例，该项目副产的石脑油由于其产量 大（接近 １００ 万 ｔ／ａ），品质又与以原油为原料生产的 石脑油不同，有业主担心煤制油副产的石脑油不被市 场所接受，而造成销售困难。一旦副产的石脑油销售不 畅或价格偏低，会对煤制油项目的整体效益产生较大
3 煤基石脑油和石油基石脑油的蒸汽裂解分析
2.2 芳烃指数对比分析[3] 芳烃指数是衡量石脑油品质的一个重要参数。芳
烃指数也称关联指数 ＢＭＣＩ，ＢＭＣＩ 是美国矿务局关联
通 过 对 煤 基 石 脑 油 和 石 油 基 石 脑 油 的 馏 程 、ＢＭＣＩ 以及 ＰＯＮＡ 对比分析，发现煤基石脑油馏程“偏轻”，终 馏点（干点）表 ２ 中 １６７．９７ ℃接近 １７０ ℃，远小于石
第 ６ 期（总第 １７５ 期） ２０１４ 年 １２ 月
煤化工
Coal Chemical Industry
No.6(Total No.175) Ｄｅｃ． 2014
煤基、石油基石脑油裂解性能及经济性分析
曹家天，徐文浩，王积欣
（中国寰球工程公司，北京 100012）
摘 要 间接液化煤制油过程中，副产大量煤基石脑油。从馏程、芳烃指数、族组成等方面，对煤基石脑油 和石油基石脑油的物性进行了对比分析，可知煤基石脑油是优良的乙烯裂解原料。通过蒸汽裂解模拟计算及对 比分析可知，煤基石脑油裂解的乙烯、丙烯、双烯（乙烯 ＋ 丙烯）、三烯（乙烯 ＋ 丙烯 ＋ 丁二烯）收率均高于石油基 石脑油。通过技术经济测算可知，用煤基石脑油替代石油基石脑油进行蒸汽裂解，具有较好的经济性。
稀释比 ０．５ ０．５
表 5 煤基石脑油与石油基石脑油单程裂解
主要产物分布对比
%
裂解组分 煤基石脑油 石油基石脑油 差值
氢气
０．８６
０．９４
－０．０８
甲烷 ／ 氢
１５．７４
１４．９０
０．８４
乙烯
３３．００
２９．４８
３．５２
乙烷
３．８８
３．３０
０．５８
丙烯
１８．５４
１５．１９
３．３５
丙烷
０．７９
０．３９
２０１４ 年 １２ 月
曹家天等：煤基、石油基石脑油裂解性能及经济性分析
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在煤炭间接液化生产过程中，主要产品为柴油， 同时副产煤基石脑油、液化石油气以及混醇等。以某 ４００ 万 ｔ／ａ 煤制柴油工程项目设计数据为例，各产品 产量列于表 １［２］。
表 1 煤制柴油产品及副产品
万 t/a
产品及副产品名称 产量 产品及副产品名称 产量
１１９．２７ １４４．９１ １６７．９７
注：石油基石脑油馏程数据来自某炼化一体化乙烯工 程设计数据，煤基石脑油馏程数据来自某工业化 煤制油项目实测数据。
指数（Ｕ·Ｓ·Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｍｉｎｅｓ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ Ｉｎｄｅｘ）的缩 写，是将油品的密度和体积沸点关联起来的复合参 数，其定义是：
柴油
２７３．３
羧酸钙
７．２
煤基石脑油
９８．３
硫磺
２５．８
液化石油气
３３．６
硫铵
１４．４
混醇
８．５
合计
４６１．１
2 煤基石脑油与石油基石脑油物性对比分析
2.1 馏程对比分析 为便于了解煤基石脑油的物性，将某工业化煤制
油项目的煤基石脑油馏程与某炼化一体化工程乙烯 装 置 裂 解 原 料 所 用 的 石 脑 油（石 油 基 石 脑 油）的 馏 程 进行了对比（表 ２）。从表 ２ 可知，石油基石脑油初馏 点为 ６０．９７ ℃，而煤基石脑油初馏点仅为 ２．０８ ℃； ５％馏程，石油基石脑油为７５．０３ ℃，而煤基石脑油为 ２５．５ ℃；１０％馏程，石油基石脑油为 ８０．６６ ℃，而煤基 石 脑 油 为 ５１．５２ ℃ ；５０％ 馏 程 ， 石 油 基 石 脑 油 为 １１２．２７ ℃，而煤基石脑油为 ９０．８４ ℃；石油基石脑油 干点为 １９０．３１ ℃，而煤基石脑油干点为 １６７．９７ ℃。 对比结果表明：煤基石脑油明显“偏轻”。
已知石油基石脑油的密度为 ０．７２１，煤基石脑油 的密度为 ０．６７１，根据表 ２ 中数据，可计算得到，石油 基石脑油tｖ 为 １１５．２３ ℃，煤基石脑油tｖ 为 ８５．８７ ℃， 通过式 （１） 可分别计算得到石油基石脑油 ＢＭＣＩ 为 １０．０２，煤基石脑油 ＢＭＣＩ 为 －３．４１。显然，煤基石脑油 的芳烃指数很低，说明其芳烃含量很低。 2.3 族组成对比分析
除了芳烃指数以外，油品的族组成 ＰＯＮＡ 值［乙烯 裂 解 原 料 由 烷 烃（Ｐ）、烯 烃（Ｏ）、环 烷 烃（Ｎ）、芳 香 烃 （Ａ）等组成］能更直观地表征油品的特性。煤基石脑油 与石油基石脑油 ＰＯＮＡ 值对比列于表 ３。从表 ３ 可知， 煤基石脑油 Ｐ 值高达 ５９．６１％，而石油基石脑油 Ｐ 值 为 ３４．８６％，相差 ２４．７５％；煤基石脑油异构烷烃（Ｉ）值 为 ３７．１０％，而石油基石脑油 Ｉ 值为 ３３．６３％，相差不 大；煤基石脑油烷烃 Ｐ＋Ｉ 为 ９６．７１％，比石油基石脑油 烷烃 Ｐ＋Ｉ 值 ６８．４９％，高出 ２８．２２％。另外，需要特别指出 的是煤基石脑油烯烃和芳烃含量均为 ０。
表 2 煤基石脑油与石油基石脑油馏程对比
馏程 初馏点（ＩＢＰ）
５％ １０％ ３０％ ５０％ ７０％ ９０％ ９５％ 干点（ＦＢＰ）
石油基石脑油 ／℃ ６０．９７ ７５．０３ ８０．６６ ９０．４２ １１２．２７ １２７．３８ １６５．４３ １７３．９５ １９０．３１
煤基石脑油 ／℃ ２．０８ ２５．５０ ５１．５２ ７０．６３ ９０．８４ ９７．０８
注：１）甲烷 ／ 氢指乙烯副产的富含甲烷的燃料气，主要组分为甲烷和少量氢气。此处甲烷 ／ 氢量为扣除裂解炉燃料消 耗量后的外送商品量。
２０１４ 年 １２ 月
曹家天等：煤基、石油基石脑油裂解性能及经济性分析
１５．６
ＢＭＣＩ＝４８ ６４０／（tv＋２７３）＋４７３．７d１５．６ －４５６．８
式中：tv— — —油品（混合烃）的体积平均沸点，℃；
１５．６
d１５．６ — — —油品的密度。
这一定义拟定的基础是规定正己烷的 ＢＭＣＩ 为 ０， 苯的 ＢＭＣＩ 为 １００。显然，油品的 ＢＭＣＩ 越大，说明其芳 烃含量越大；油品的 ＢＭＣＩ 越小，其芳烃含量越小。
氢气 甲烷 ／ 氢 １）
乙烯 丙烯 裂解碳四 裂解汽油 燃料油 合计
煤基石脑油 ／ｔ·ａ－１ １１ １１２ ７８ ８９９ ３６０ ２１０ １９６ ６６３ ９６ ６４１ １５６ ６０７ ２ ６８４ ９０２ ８１６
石油基 石脑油 ／ｔ·ａ－１
１１ ４７１ ８ ９０９ ３２４ ８８６ １６１ ５８３ ９８ ０２８ ２０５ ７１７ ３１ ５３９ ８４２ １３３
－ １６ －
煤化工
２０１４ 年第 ６ 期
油基石脑油干点 １９０．３１ ℃ ；ＢＭＣＩ 为负值；ＰＯＮＡ 值中 Ｐ 值高达 ５９．６１％，Ｐ＋Ｉ 高达 ９６．７１％，远远高于石油基 石脑油 Ｐ＋Ｉ ６８．４９％。这些数据充分说明，煤基石脑油 不是好的芳烃原料，但却是优良的乙烯裂解原料。
笔者以中国寰球工程公司开发的乙烯裂解炉为 模拟载体，对这两种石脑油进行了蒸汽裂解模拟，裂 解炉的主要参数列于表 ４。两种石脑油单程裂解主要 产物分布列于表 ５。
率（乙烯 ＋ 丙烯 ＋ 丁二烯）比石油基石脑油三烯收率 高出 ６．５２％。从表 ５ 可知，由于煤基石脑油偏轻，且不 含芳烃等因素，裂解汽油和燃料油收率较石油基石脑 油都有不同程度的降低，裂解汽油收率从 ２０．８６％降 为 １５．１０％，甲烷 ／ 氢收率高出约 ０．８４％，氢气收率基 本持平，两者差值为 ０．０８。通过分析可知，煤基石脑 油是优质的乙烯裂解原料。