旋轉(zhuǎn)弧氫等離子體裂解重油模型化合物制乙炔研究.pdf

1、重油是21世紀(jì)重要的戰(zhàn)略接替能源，如何實(shí)現(xiàn)重油的高效轉(zhuǎn)化是煉油業(yè)的重要課題。由于重油相對(duì)分子質(zhì)量較大，組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜、粘度大，氮、硫、金屬等雜元素含量高等性質(zhì)，使得重油的加工利用較為困難，目前尚沒有一種能適用于所有重油加工的最佳工藝。熱等離子體是一種高效、無污染、低能耗的新型技術(shù)，利用熱等離子體高溫、高焓、富含活性粒子等特性，能一步裂解天然氣、液化石油氣、油等烴類原料并轉(zhuǎn)化為乙炔。該工藝具有流程短、投資少、清潔環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，是一種具有良好前

2、景的綠色工藝。本文利用旋轉(zhuǎn)弧等離子體反應(yīng)器對(duì)重油裂解制乙炔的過程進(jìn)行了研究。首先研究了重油的模型化合物正己烷、甲苯在熱等離子體內(nèi)的裂解過程，考察了裂解反應(yīng)的影響因素;在此基礎(chǔ)上，對(duì)正己烷、甲苯在熱等離子體反應(yīng)器內(nèi)的裂解過程進(jìn)行了模擬研究;并對(duì)重油的等離子體裂解過程進(jìn)行了初探，為重油裂解制乙炔的進(jìn)一步研究提供必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與理論支持。
　　以正己烷、甲苯作為重油的模型化合物，考察了反應(yīng)體系內(nèi)的氫碳比、輸入功率以及磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)于裂解反應(yīng)

3、的影響。隨著反應(yīng)體系內(nèi)氫碳比的降低，裂解氣中的乙炔濃度增加，而乙炔的收率逐漸降低，比能耗降低。在甲苯的裂解過程中有大量的結(jié)焦生成，考慮裂解氣組成與反應(yīng)器內(nèi)結(jié)焦的影響，氫碳比控制在6左右較為合適。隨著輸入功率增加，裂解過程的乙炔收率存在最佳值，過高的輸入功率會(huì)加速反應(yīng)器內(nèi)的結(jié)焦過程，降低乙炔收率，并大幅提高裂解過程的比能耗。磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)與正己烷裂解的影響并不明顯，在甲苯裂解過程中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的增加，乙炔收率存在最佳值，將磁感應(yīng)強(qiáng)度控制在0

4、.058-0.077T的范圍內(nèi)較為合適。通過對(duì)比射流等離子體的裂解結(jié)果，本文中正己烷裂解的乙炔收率為83.01％，比能耗13.73 kWh/kg·C2H2;甲苯裂解的乙炔收率為68.65％，比能耗為21.40kWh/kg· C2H2，結(jié)果均優(yōu)于射流等離子體。該實(shí)驗(yàn)研究為進(jìn)一步考察含有大量芳香族結(jié)構(gòu)的重油、焦油等的裂解過程奠定了良好的基礎(chǔ)。
　　采用化學(xué)計(jì)算軟件Chemkin-PRO中的平推流反應(yīng)器模塊，構(gòu)建了等離子體反應(yīng)器的簡(jiǎn)化反

5、應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)不同氫碳比與輸入功率條件下，正己烷與甲苯的裂解過程進(jìn)行了模擬計(jì)算。反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型分別采用均相動(dòng)力學(xué)模型與包含結(jié)焦過程的非均相動(dòng)力學(xué)模型。對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果，利用非均相動(dòng)力學(xué)計(jì)算的模擬結(jié)果更加接近于實(shí)驗(yàn)值。正己烷裂解模擬所得產(chǎn)物中的乙炔濃度的變化趨勢(shì)與實(shí)驗(yàn)值相一致;在甲苯裂解模擬過程中，在低輸入功率條件下，會(huì)與實(shí)驗(yàn)值存在一定的偏差，隨著輸入功率增加，模擬值與實(shí)驗(yàn)值的偏差逐漸降低。在此基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)驗(yàn)研究中正己烷、甲苯裂解的最佳條件

6、下反應(yīng)器內(nèi)的產(chǎn)物分布進(jìn)行研究。正己烷裂解過程中乙炔濃度在電弧下方81.34mm（停留時(shí)間約為2.73ms）處達(dá)到最大值為15.22％;甲苯裂解過程中乙炔濃度在電弧下方35.30mm處（停留時(shí)間約為0.90ms）達(dá)到最大值為13.82％。由于沒有及時(shí)進(jìn)行淬冷且冷卻速率不足，使得產(chǎn)品氣中的乙炔濃度降低。通過縮短現(xiàn)有反應(yīng)段的長(zhǎng)度，改善淬冷裝置，提升淬冷速率等措施，能實(shí)現(xiàn)在操作條件不變的前提下，進(jìn)一步提升乙炔收率。
　　利用旋轉(zhuǎn)弧等離子體

7、反應(yīng)器考察了重油的模擬液與減壓渣油溶液的裂解過程，對(duì)重油的熱等離子體裂解進(jìn)行了初探。利用正己烷與甲苯配制的重油模擬液進(jìn)行裂解，產(chǎn)品氣中乙炔濃度最高含量為10.21％，乙炔的最大收率為72.87％，比能耗為16.29 kWh/kg·C2H2。模擬液的裂解結(jié)果更接近于甲苯的裂解結(jié)果，可見原料中芳環(huán)結(jié)構(gòu)存在對(duì)裂解過程中結(jié)焦有較大的影響。利用熱等離子體裂解不同濃度減壓渣油/正己烷溶液的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，乙炔收率的最佳值隨著渣油濃度的增加而降低，對(duì)應(yīng)