2 結果與討論
2.1 煤直接液化柴油加氫前后物理化學性質變化煤直接液化柴油加氫主要發生芳烴飽和反應。對比加氫前后煤直接液化柴油的餾程,發現加氫前后煤直接液化柴油的餾程變化不大,同等餾出率條件下的加氫產品油的餾出溫度大約比原料油低1-2℃;煤直接液化柴油加氫前 的密度(20℃)和運動黏度(40 ℃)分別為0.844g/cm3、1.326mm2/s,加氫后產品油的密度(20 ℃)和運動黏度(40 ℃)分別為 0.842g/cm3、1.25-1.30mm2/s,比原料油略低,隨反應條件變化未發現明顯的變化規律。
2.2 煤直接液化柴油加氫前后芳烴含量變化
2.2.1 反應溫度對煤直接液化柴油加氫產品芳烴含量的影響 芳烴加氫飽和反應是強放熱可逆反應。從動力學角度分析,提高溫度可提高反應速率,對芳烴的轉化有利;從熱力學角度分析,提高反應溫度時逆向反應速率的增值大于正向反應速率的增值。由 Arrhenius方程可知,反應活化能越高,反應速率常數隨溫度的變化越敏感,所以與多環芳烴的飽和反應相比,提高溫度將更加促進單環芳烴生成飽和烴類的反應;當溫度超過一定值后,熱力學因素開始起主導作用,即逆反應速率增加。在體積空速為0.6h-1的條件下考察了反應溫度對煤直接液化柴油加氫產品芳烴含量的影響,結果如圖2所示。其中,圖2(a)的反應壓力為6MPa,圖2(b)的反應壓力為12MPa。
從圖2可以看出,隨著反應溫度升高,產品油的芳烴含量總體呈先降低后增加的趨勢。在反應溫度小于140 ℃時,芳烴飽和率較低,并且在所考察條件下,芳烴質量分數無法降低到0.01%以下,如在反應溫度為80 ℃、反應壓力為12MPa、體積空速為0.6h-1的條件下,芳烴飽和率僅有31.75%。在反應溫度大于140℃時,芳烴飽和率能夠達到99%以上,加氫后煤直接液化柴油芳烴質量分數小于 0.01%。在反應溫度大于 200 ℃時,由于逆反應速率增加,導致芳烴飽和率有一定程度下降。
2.2.3反應壓力對煤直接液化柴油加氫產品芳烴含量的影響 氫分壓對柴油的加氫反應有顯著的影響:一方面提高氫分壓即提高氫氣反應物的濃度,從而有利于提高芳烴加氫飽和反應速率;另一方面由于芳烴加氫飽和反應是一個體積減小的反應,提高氫分壓有利于芳烴飽和,提高芳烴的轉化深度。考察了反應壓力對煤直接液化柴油加氫產品芳烴含量的影響,結果如 圖4所示。其中,圖4(a)的反應溫度為140 ℃,圖4(b)的反應溫度為160 ℃ 。
從圖4可以看出,在加氫反應溫度為140-160℃體積空速為0.6-1.2h-1的條件下,隨著反應壓力的增加(由6MPa增加到12MPa),產品油中的芳烴含量整體呈降低趨勢。在140 ℃條件下,由于反應溫度較低,壓力對芳烴的轉化率影響較大體積空速為1.2h-1時,當壓力由6MPa增加到12MPa,產品油中的芳烴質量分數由0.0197%降低到0.0061%;而當壓力逐漸增加后,特別是壓力大于12MPa后,壓力的影響逐漸減弱。但因為原料油中芳烴含量本身較低,所以增加壓力對芳烴飽和的影響不會特別明顯,特別是在反應溫度為160 ℃時,增加反應壓力對芳烴飽和度影響較小,這種現象在低體積空速條件下更加明顯,特別是當體積空速為0.6h-1時,壓力從6MPa增加到12MPa,加氫后產品油中的芳烴質量分數僅從0.0014%降低到0.0010%。
2.3 煤直接液化柴油所制輕質白油的性質對加氫后煤直接液化柴油按照標準(NB/SH/T0913-2015)規定的餾程范圍切割后可以得到各個牌號的輕質白油。本研究將煤直接液化柴油加氫油經過色譜模擬蒸餾切割,得到的輕質白油收率分布如表3所示。
由表3可以看出,煤直接液化柴油所生產的輕質白油有94%在寬餾程輕質白油牌號 TA之內,
通過切割則主要集中在產品牌號40-110之間,牌號低于40或者高于120的白油產量較低。采用1L精餾裝置對煤直接液化柴油加氫油進行切割,獲得不同牌號的輕質白油樣品,性質如表4所示。
由表4可知,經過精餾裝置切割得到的輕質白油實際收率與模擬蒸餾預測收率基本一致。對照實際產品的分析指標和標準發現,由煤直接液化柴油加氫、切割所獲得的輕質白油樣品,其芳烴含量、閃點均能夠滿足現有輕質白油標準要求;牌號70以上的輕質白油產品的黏度比標準稍低。同時,由煤直接液化柴油經過加氫而得到的各個牌號的輕質白油產量也可以通過調節精餾切割溫度來進行調控。