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本文基于分子管理的理念,将上海石化(SPC)石脑油、安庆(AQ)加氢焦化石脑油和阿克苏(AKS)凝析油通过5A分子筛固定床吸附分离(MSFA)工艺实施同族分子定向分离,分割成富含正构烷烃的脱附油和富含非正构烃的吸余油,实现了裂解乙烯和重整芳烃收率的双目标优化,提升了石脑油在制取乙烯、芳烃和高辛烷值汽油过程中的利用效率,实现了石脑油资源分子水平上宜烯则烯、宜芳则芳、宜油则油的目标。
采用MSL模型,将n-C40~n-C100单组分在5A分子筛上的吸附平衡数据模型化,并改进混合气体的理想吸附溶液理论,建立了适用于正构烷烃-5A分子筛系统的多元混合气体吸附模型IIAS模型,可以预测不同温度压力下n-C40~n-C100混合气体的吸附热力学,给出了石脑油中n-C40~n-C100在5A分子筛上的总平衡吸附量和各组分吸附量,以及温度压力对吸附量的影响,从热力学角度揭示了不同碳数正构烷烃之间相互作用。吸附分离小试研究表明,5A分子筛对不同碳数正构烷烃的吸附能力随碳数的增加而增强,长碳链正构烷烃对短碳链正构烷烃有显著的置换脱附作用,与IIAS模型预测结论一致。低温下5A分子筛对正构烷烃的吸附容量较大。在220℃的吸附温度下,空速越小,床层穿透时的油筛比越大,吸附传质段越小。在脱附完全的分子筛床层中对SPC石脑油进行吸附分离,吸余油中正构烷烃的含量小于0.01﹪;采用切割中间油工艺,脱附油中正构烷烃含量可以达到98﹪左右。
蒸汽裂解制乙烯小试研究表明正构烷烃是最优的裂解原料,裂解烯烃收率随裂解原料中正构烷烃浓度增加而提高,但当正构烷烃浓度超过90﹪时,裂解烯烃收率随正构烷烃浓度增加的趋势变缓。本文考察了模型化合物的蒸汽裂解制乙烯性能,以模型化合物的裂解烯烃收率作为权值参数初始值,以石脑油原料组成及其裂解烯烃收率试验数据采用L-M算法对神经网络模型进行训练,建立的BP神经网络模型可以预测石脑油的裂解烯烃收率,判断不同石脑油裂解原料的相对优劣,为指导裂解装置操作、石脑油原料选择和裂解装置绩效评价提供参考。
对于SPC石脑油,优化的MSFA工艺条件为操作温度300℃,石脑油进料空速80h-1,进料时间25min,氮气以50h-1空速吹扫脱附25min。通过该工艺生产正构烷烃含量90﹪左右的MSFA脱附油,MSFA吸余油中正构烷烃含量为4﹪左右。与SPC石脑油、AQ加氢焦化石脑油和AKS凝析油相比,其MSFA脱附油的裂解乙烯收率分别增加11.2个百分点、11.1个百分点和6.5个百分点。MSFA吸余油的芳烃潜含量分别提高11.1个百分点、14.3个百分点和12.9个百分点;MSFA吸余油的模拟计算研究法辛烷值分别提高约23个单位、30个单位和27个单位,达到85~90。通过将石脑油中的正、异构烃分离,富含正构烷烃的MSFA脱附油作为蒸汽裂解制乙烯原料,富含非正构烃的MSFA吸余油作为催化重整原料或高辛烷值清洁汽油调和组分,可以显著提高石脑油的综合利用价值。