煤基_石油基石脑油裂解性能及经济性分析_曹家天

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
－ 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。
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
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。
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。
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．来自百度文库９
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。
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
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。
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
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
５６０
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
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。
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
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”。
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
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
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。
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
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
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
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：
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