两种合成型导热油在苯乙烯装置的应用研究

2018-03-12揭斌华吴晓涛王雪梅黄夏

润滑油 2018年1期

揭斌华，吴晓涛，王雪梅，黄夏

（1.中国石化润滑油有限公司茂名分公司，广东茂名525011；2.茂名市质量计量监督检测所，广东茂名525000）

0 引言

苯乙烯是基本有机化工的重要原料之一，其应用十分广泛，主要用于生产苯乙烯树脂（PS）、丙烯腈－丁二烯－苯乙烯树脂（ABS）、苯乙烯－丙烯腈树脂（SAN）、离子交换树脂等［1］。近年来，随着建筑、汽车、涂料、家用电器、玻璃纤维等产业稳步发展，中国已经成为苯乙烯需求增速最快的国家之一［2］。

当前，虽然我国苯乙烯的生产能力和产量得到较大增长，但仍不能满足实际生产的需求，未来发展前景仍然看好。但总体来看，我国现有苯乙烯单套装置生产能力偏小，部分装置生产技术相对落后，生产成本高，经济效益较差［3］。同时，由于苯乙烯反应单元的特点和后续精馏操作的要求，装置能耗高，每吨苯乙烯生产能耗高达13.718GJ［4］。为降低能耗，国内苯乙烯装置纷纷采用导热油作为介质进行传热，而导热油的品质、热效率又将直接影响装置能耗，因此，在生产过程中，合理选择导热油，提高热效率，成为苯乙烯装置节能减排、降低动力费用、增强市场竞争力的重要举措之一。

本文通过分别跟踪两种合成型导热油在8万t/a苯乙烯装置的应用，分析新油的理化指标、馏程等性能，考察在用导热油的热效率、裂解变质等情况，用于指导苯乙烯装置的导热油选型、维护管理，确保装置的高效平稳、安全长周期运转。

1 实验部分

1.1 实验原料

本实验所采用的两种合成型导热油新油原料如表1所示。

表1 两种合成型导热油新油原料

1.2 实验仪器

本实验所采用的实验仪器如表2所示。

表2 主要所需实验仪器

1.3 苯乙烯装置设计参数

中国石化炼厂1、炼厂2的8万t/a苯乙烯装置均由中国石化洛阳工程有限公司设计，其中装置导热油锅炉系统设计参数如表3所示。

表3 导热油锅炉系统设计参数

2 实验结果与讨论

2.1 新油分析

2.1.1 主要理化性能

分别对L－QB300合成型导热油、L－QC310合成型导热油的黏度、密度、自燃点、热稳定性等理化性质进行分析，主要理化性质如表4所示。

表4 两种导热油新油的主要理化性质

从表4两种新油的主要理化指标来看，LQC310的高、低温运动黏度均优于L－QB300；LQC310的最高允许使用温度为310℃，而LQB300为300℃。同时，对比两种合成型导热油在高温下热稳定性，L－QC310在310℃下的变质率为4.9%，而L－QB300在300℃下的变质率为8.6%，说明L－QC310的高温抗裂解的能力更优异。

2.1.2 色谱分析

采用气相色谱仪对L－QB300合成型导热油、L－QC310合成型导热油进行分析得到色谱图，见图1和图2。

图1 L－QB300合成型导热油的色谱图

图2 L－QC310合成型导热油的色谱图

从两种导热油的色谱图图1、图2来看，LQB300色谱峰非常多、且复杂，说明L－QB300是一种组成复杂的混合物，而L－QC310色谱峰较单一、峰面积比大，说明其化学组成相对简单且纯度高。

2.1.3 馏程分析

根据SH/T 0558－1993石油馏分沸程分布测定法（气相色谱法），对两种新油的馏程数据进行分析，分析结果如表5所示。

表5 两种导热油新油的色谱馏程数据 ℃

从表5可以看出，L－QB300的馏程非常宽（340～370℃），95%～5%的馏程温度为132℃，而L－QC310馏程窄，95%～5%的馏程温度为14℃。这是由于L－QB300的原料为重烷基苯，属长直链芳烃混合物，是烷基苯生产过程中塔底副产物；而L－QC310是简单的芳香烃化合物，由化学单体直接合成制得，化学纯度高，具有更优异的高温热稳定性能，不易结焦结炭［5］。

2.2 装置运行参数

分别对中国石化炼厂1、炼厂2的8万t/a苯乙烯装置导热油锅炉系统运行情况进行跟踪，现场运行参数见表6。

表6 苯乙烯装置运行参数

表6 （续）

由表6可知，炼厂1苯乙烯装置自2013年11月投产，使用150t某国外品牌L－QB300合成型导热油；炼厂2装置自2012年6月投产，使用170t中国石化长城L－QC310合成型导热油。虽然2套系统管线设备体积装填量相当，由于L－QC310的密度比L－QB300大18%，因此炼油厂2导热油质量装填量较大。

从锅炉出口温度来看，炼厂2的出口温度为286℃，较炼厂1低14℃，较设计温度低19℃。这是由于L－QC310黏度小，流动性好，可提高传热效率，从而在较低的锅炉出口温度即可满足装置运行用热要求，节约大量的燃料成本。从导热油的年补加量来看，炼厂1装置年补加量为15t，而炼厂2导热油几乎无补加。这是由于L－QB300在高温下化学结构稳定性较差，容易发生裂解产生轻组分与缩合产生胶质、沥青质。现场操作工人反映因导热油裂解产生的轻组分经常造成压力波动等现象，导致年补加量较大；而L－QC310合成型导热油在生产工况下化学结构稳定，不易发生裂解与缩合反应，年补加量少，大大降低装置维护成本。

2.3 在用油分析

2.3.1 外观情况

2017年3月现场采集中国石化炼厂1、炼厂2的苯乙烯装置管线系统内的在用导热油，观察其外观情况，并与新油进行对比，结果见图3。

图3 新油与在用油外观对比情况

由图3可知，L－QB300合成型导热油在炼厂1苯乙烯装置使用3年多，外观由浅黄色变成深褐色、不透明；而L－QC310合成型导热油使用近5年，外观依然保持透明，由无色变成深黄色。

2.3.2 主要理化性能

分别对两种合成型导热油的在用油进行主要理化性能指标分析，并与GB 24747－2009《有机热载体安全技术条件》［6］在用导热油的质量指标要求进行对比，分析结果见表7。

表7 在用导热油的理化性质

从表7可知，使用近5年的L－QC310除了运动黏度有一定增加，其他几项指标几乎与新油接近，各项指标均满足GB 24747－2009《有机热载体安全技术条件》的允许使用质量指标；而使用3年多的L－QB300较新油变化很大，闪点、残炭、5%馏出温度处于GB 24747－2009的安全警告质量指标，且残炭值接近停止使用质量指标。

2.3.3 馏程分析

对两种在用导热油的色谱馏程数据进行分析，并与新油的馏程数据进行比较，蒸馏曲线对比结果分别见图4、图5。

图4 L－QB300合成型导热油的蒸馏曲线

从图4来看，从初馏点至终馏点，在用油与新油蒸馏曲线几乎不产生重叠，这是由于L－QB300合成型导热油中重烷基苯的长侧链结构，在生产运行温度下，因裂解反应而产生大量轻馏分［7］，致使在80%馏出温度以前，两条蒸馏曲线产生大量偏离；同时L－QB300中的多环芳香烃易发生缩聚、结焦反应，致使95%馏出温度后，两条蒸馏曲线又产生偏离。