柴油脱硫加氢反应的研究论文

引言

石油是人类社会发展和进步的重要的能源资源,对推动科学技术和人类进步具有十分重要的意义,我国作为一个石油资源匮乏的国家,对石油及其副产品具有较大的进口依赖性,因此如何提升以柴油为代表的石油副产品的提取效率、降低柴油内的硫元素的含量,提升产品品质,降低使用时的环境污染便成了迫切需要解决的难题[1]。柴油的脱硫处理主要是通过催化加氢反应进行的,在催化加氢脱硫反应的过程中不同反应温度、不同氢油体积比、不同氢分压均会对脱硫效果产生较大的影响,但长久以来并没有对各因素对脱硫效率的影响进行分析。因此本文提出了一种新的综合实验方案,对柴油脱硫加氢反应情况进行验证,确定不同因素的实际影响效果,根据实际实验验证表明统一液态空速下,柴油的加氢脱硫效果和反应温度、氢分压、氢油体积均成正比,对提升柴油脱硫加氢反应效果,降低环境污染,提升柴油经济性和品质具有十分重要的意义。

1.加氢脱硫实验设计

在进行加氢脱硫实验时,选用固定床加氢反应器作为柴油加氢脱硫反应的基础,加氢反应器内的反应管的反应仓材质为高强度不锈钢,管径为13mm,反应管的高度为600mm。在进行加氢反应的过程中采用了开合式三段加热的反应加热炉,每段加热炉的工作额定功率为2KW。加热炉前面设置有直径为7mm,高度为300mm的预热炉,满足反应前反应料的预热需求。反应系统的催化剂设置在反应炉中间位置的恒温区,最大的催化剂一次投入量约为35mm,通过反应热电偶来对反应过程中的反应温度进行连续监测和调整,满足精确控制反应过程中反应温度的需求。

在工作的过程中,柴油存放在反应系统的储罐内,利用恒流泵传输去离子水,并将柴油抽入预热器内,在预热器内和催化剂等进行混合和加热,预热完成后将混合反应物质传输到固定床加氢反应器内,通过调整不同的反应参数实现对催化加氢反应过程的调整,反应完成后将反应混合物进行冷却并传输到气液分离器内,通过对反应物的监测即可判断不同反应条件下的脱硫加氢反应效果,该催化加氢反应流程如图1所示[2]。

2.不同反应条件对加氢脱硫效果影响

在柴油脱硫加氢反应的过程中通过反应热电偶来对反应过程中的温度进行调整,用于确定不同温度下的加氢脱硫反应效果,结合加氢脱硫反应的常用反应温度,本文分别对反应温度在280°～360°情况下,不同液态空速时的脱硫反应率进行研究,结果如图2所示。

由图2可知,不同反应温度情况下的柴油脱硫率均随着液态空速的增加而逐渐降低,在同一液态空速下,反应时的温度越高,加氢脱硫的反应效果就越好。由于柴油在加氢脱硫过程中的加氢效果和脱硫反应效率关系密切,脱硫效率越高加氢效果就越好,脱硫后的柴油的油品品质就越高,因此在反应过程中适当提高反应温度,降低液态空速有助于提升柴油脱硫效果。

氢油体积比是指油品中的氢元素体积和油元素体积的比值,是决定油品燃烧比和废气排放量的核心指标[3],本文对氢油体积比为200/340/480/620/760五种条件下的柴油脱油率变化情况进行分析,不同氢油体积比情况下的脱硫率变化曲线如图3所示。

根据分析结果可知,不同氢油比情况下的柴油脱硫率均随着液态空速的增加而逐渐降低,在同一液态空速下,反应时的氢油比越高,加氢脱硫的反应效果就越好。由于油品中的氢元素的比例越高,就能够更好的降低在油品燃烧时的结焦现象,而且在催化过程中随着反应的进行能够释放出大量的热量,促进反应的进一步加快,因此高的氢油体积比能够有效提升反应过程中的反应效率和经济性。

由热力学方程可知,柴油的加氢脱硫反应是一个油品体积不断缩小的过程,在反应过程中氢分压的增加,能够促使油品内的硫元素的析出率[4],本文分别对氢分压为2.6/2.2/ 1.8情况下的脱油率进行对比,不同氢压下柴油的脱油率变化曲线如图4所示。

由图4可知,不同氢压情况下的柴油脱硫率均随着液态空速的增加而逐渐降低,在同一液态空速下,反应时的氢压越高,加氢脱硫的反应效果就越好。同时氢压的增加也会促使在反应过程中产生更多的水等副产物,随着反应的进行氢压不断降低,因此为了确保反应效果,应该在整个反应过程中保持氢压的稳定性,增加对油品中氢元素的溶解率,强化对柴油中硫元素的析出效果。

3.结论

为了解决柴油脱硫加氢反应效率低,油品品质差、燃烧比低、环境污染大的现象,提升加氢脱硫反应经济性,本文对不同温度、不同氢油体积比、不同氢分压情况下的柴油脱硫加氢反应效果进行分析,根据实验结果表明:

(1)不同反应温度情况下的柴油脱硫率均随着液态空速的增加而逐渐降低,在同一液态空速下,反应时的温度越高,加氢脱硫的反应效果就越好。

(2)不同氢油比情况下的柴油脱硫率均随着液态空速的增加而逐渐降低,在同一液态空速下,反应时的氢油比越高,加氢脱硫的反应效果就越好。

(3)不同氢压情况下的柴油脱硫率均随着液态空速的增加而逐渐降低,在同一液态空速下,反应时的氢压越高,加氢脱硫的反应效果就越好。

摘要：柴油作为国民经济发展的重要能源资源,其性能的优劣直接关系到机动车运行的经济性和安全性,针对目前柴油内硫元素含量高,柴油燃烧时的能效比低、污染大、经济性差的缺陷,本文提出以柴油为原料,对不同温度、不同氢油体积比、不同氢分压情况下的柴油脱硫加氢反应效果进行分析,根据实验验证表明统一液态空速下,柴油的加氢脱硫效果和反应温度、氢分压、氢油体积均成正比,对于提升柴油脱硫加氢反应效率,降低柴油内的硫含量,提升柴油品质具有十分重要的意义。

关键词：柴油,脱硫加氢,氢分压,氢油体积

参考文献

[1] 方圆,张万益,曹佳文,等.我国能源资源现状与发展趋势[J].矿产保护与利用,2018(4):34-42,47.

[2] 夏裴文,王强,张鹏军,等.柴油加氢处理工艺研究进展[J].当代化工,2019,48(3):579-581,585.

[3] 孙国权,姚春雷,全辉.柴油加氢脱硫三集总动力学[J].石油学报:石油加工,2018,34(2):389-397.

[4] 柳伟,郭蓉,刘继华,等.柴油超深度加氢脱硫技术研究进展[J].炼油技术与工程,2015,45(9):1-5.