旋轉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世紀重要的戰(zhàn)略接替能源，如何實現(xiàn)重油的高效轉化是煉油業(yè)的重要課題。由于重油相對分子質量較大，組成結構復雜、粘度大，氮、硫、金屬等雜元素含量高等性質，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，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、油等烴類原料并轉化為乙炔。該工藝具有流程短、投資少、清潔環(huán)保等優(yōu)點，是一種具有良好前

2、景的綠色工藝。本文利用旋轉弧等離子體反應器對重油裂解制乙炔的過程進行了研究。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的裂解過程，考察了裂解反應的影響因素;在此基礎上，對正己烷、甲苯在熱等離子體反應器內的裂解過程進行了模擬研究;并對重油的等離子體裂解過程進行了初探，為重油裂解制乙炔的進一步研究提供必要的基礎數據與理論支持。
　　以正己烷、甲苯作為重油的模型化合物，考察了反應體系內的氫碳比、輸入功率以及磁場強度對于裂解反應

3、的影響。隨著反應體系內氫碳比的降低，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焦生成，考慮裂解氣組成與反應器內結焦的影響，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，過高的輸入功率會加速反應器內的結焦過程，降低乙炔收率，并大幅提高裂解過程的比能耗。磁感應強度對與正己烷裂解的影響并不明顯，在甲苯裂解過程中，磁感應強度的增加，乙炔收率存在最佳值，將磁感應強度控制在0

4、.058-0.077T的范圍內較為合適。通過對比射流等離子體的裂解結果，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，結果均優(yōu)于射流等離子體。該實驗研究為進一步考察含有大量芳香族結構的重油、焦油等的裂解過程奠定了良好的基礎。
　　采用化學計算軟件Chemkin-PRO中的平推流反應器模塊，構建了等離子體反應器的簡化反

5、應器網絡模型，對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行了模擬計算。反應動力學模型分別采用均相動力學模型與包含結焦過程的非均相動力學模型。對比實驗結果，利用非均相動力學計算的模擬結果更加接近于實驗值。正己烷裂解模擬所得產物中的乙炔濃度的變化趨勢與實驗值相一致;在甲苯裂解模擬過程中，在低輸入功率條件下，會與實驗值存在一定的偏差，隨著輸入功率增加，模擬值與實驗值的偏差逐漸降低。在此基礎上，對實驗研究中正己烷、甲苯裂解的最佳條件

6、下反應器內的產物分布進行研究。正己烷裂解過程中乙炔濃度在電弧下方81.34mm（停留時間約為2.73ms）處達到最大值為15.22％;甲苯裂解過程中乙炔濃度在電弧下方35.30mm處（停留時間約為0.90ms）達到最大值為13.82％。由于沒有及時進行淬冷且冷卻速率不足，使得產品氣中的乙炔濃度降低。通過縮短現(xiàn)有反應段的長度，改善淬冷裝置，提升淬冷速率等措施，能實現(xiàn)在操作條件不變的前提下，進一步提升乙炔收率。
　　利用旋轉弧等離子體

7、反應器考察了重油的模擬液與減壓渣油溶液的裂解過程，對重油的熱等離子體裂解進行了初探。利用正己烷與甲苯配制的重油模擬液進行裂解，產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。模擬液的裂解結果更接近于甲苯的裂解結果，可見原料中芳環(huán)結構存在對裂解過程中結焦有較大的影響。利用熱等離子體裂解不同濃度減壓渣油/正己烷溶液的實驗結果表明，乙炔收率的最佳值隨著渣油濃度的增加而降低，對應