★C_5_C_6烷烃异构化装置工艺流程方案选择与优化

Ｃ５／Ｃ６ 烷烃异构化装置工艺流程方案选择与优化

张 永 铭

（中国寰球工程公司 ， 北 京 １０００１２

） 摘 要 ：以 某 石 油 公 司 ５６７ｋｔ／ａ轻石脑油异构 化 装 置 为 例 ，对 装 填 Ｐｔ／Ｃｌ－Ａｌ２Ｏ３ 低温异构化催化剂的 Ｃ５

／ Ｃ６ 烷烃异构化装置流程进行模拟 、

优 化 ，确 定 “脱 异 戊 烷 ＋ 一 次 通 过 ＋ 脱 异 己 烷 ＋ 脱 戊 烷 ”流程为该装置最佳工 艺 流 程 ，产品异构化油的设计 ＲＯＮ 初 期 为９１．２３，末 期 为９０．７７；蒸 气 压 初 期 为９６．５０ｋＰａ，末 期 为９５．１５ｋＰａ；设 计产品液体收率初期为 ９７．２２％ ，末 期 为 ９７．５０％ 。 该 思 路 和 方 法 可 供 国 内 Ｃ５／Ｃ６ 烷 烃 异 构 化装置工艺流程方 案的选择和优化设计借鉴 。

关 键 词 ：Ｃ５／Ｃ６ 异

构 化 轻 石 脑 油 工 艺 设 计 流 程 优 化

随 着 汽 油 标 准 越 来 越 严 格，低 辛烷值轻石脑油 异构化 技术作 为改善 汽 油馏分辛烷值分布 、提 高 汽 油辛烷值和生产清洁汽油燃料的有效手段正 日 益 受 到 各 炼 油 企 业 的 重 视，国内大部 分 新建炼油厂都考 虑或已经建设 Ｃ５／Ｃ６烷烃异 构 化 装 置。调 合 高 标 号 汽油时，在满足辛烷值要求的同时，对芳 烃 含 量 指 标 要求成为 汽 油 调 合 的 限 制 因 素，而 Ｃ５／Ｃ６ 烷 烃 异 构 化油低硫、无芳 烃、无 烯 烃，可 根 据 全厂调合要求生

产 ＲＯＮ７７～

９２的异构化油［１］

，且 调 合 性 能 好，同 时 可 以 调 节 汽 油 前 端 辛 烷 值，使汽 油 馏分辛烷值分布 合理，从而改善发动机启动性能，是清洁 汽 油 的 理 想 组分。在确定工 艺 技 术 及 工 艺 流 程 时，不 同 的 原 料 组 成、性质 及产品辛烷 值 要求对催化剂选择和工艺 流 程 设 计 影 响 很 大，同时投资和 生 产成本差别也较 大，所以在 项目设计前 期 阶段对异构化工艺流程进 行优化设计尤为重要。本 文 以 某 石 油 公 司 ５６７ｋｔ／ａ Ｃ５／Ｃ６ 轻 石 脑 油 异 构 化 装 置 为 例，对 装 填 Ｐｔ／Ｃｌ－ Ａｌ２Ｏ３ 低温异构化催化剂的 Ｃ５／Ｃ６ 烷 烃 异 构 化 装 置 流程进行模拟、优化，确定适合该项目的 最 佳 工 艺 流 程的基本思路和方法。 表 １ 原 料 组 成

摩 尔 分 数 ，％

表 ２ 重 整 氢 组 成

φ

，％ ＋

油 ＲＯＮ 至 少 应 达 到８８，蒸 气 压 不 大 于１００ｋＰａ，产 品 液 体 收 率 不 低 于 ９７％。 工 艺 技 术 的 选 择 ２ 工 艺 设 计 基 础 １ 催 化 剂 的 选 择

用 于 Ｃ５／Ｃ６ 烷

烃 异 构 化 工 艺 的 催 化 剂 主 要 分 ２．１ 原 料 组 成

原料来自石 脑 油 加 氢 装 置 的 Ｃ５／Ｃ６ 组

分，原 料 组成见表１

。来自重整装置的重整氢组成见表２。 １．１ 收 稿 日 期 ：２０１３－０１－１０；修改稿收到日期 ：２０１３－０３－１８。 作 者 简 介 ：张 永 铭 ，高 级 工 程 师 ，主要从事炼油工艺和石油化 工工艺设计工作 ，已 发 表 论 文 ７ 篇 。

通 讯 联 系 人 ：张 永 铭 ，Ｅ－ｍａｉｌ：１３４３９３４８６６６＠１３９．ｃｏｍ。

产 品 规 格 要 求

根 据 初 步 拟 定 的 全 厂 汽 油 调 合 方 案 ，对 该 装 置 生 产 的 异 构 化 油 提 出 了 初 步 要 求 ，出 装置异构化

１．２ 项 目 数 据 项 目

数 据

Ｈ２ ８０．０４ Ｃ１ １４．２５

Ｃ２

４．７５

Ｃ３

０．３８

ｉ－Ｃ４

０．１９

ｎ－Ｃ４ ０．１６ ｉ－Ｃ５ ０．１２ ｎ－Ｃ５ ０．１０ Ｃ６ ０

．０１ 合 计 １００

项 目

数 据 项 目

数 据

ｉ－Ｃ４ ０．１６ ｎ－Ｃ４ １．１８ ｉ－Ｃ５ １４．４２ ｎ－Ｃ５ ２４．４１ 环 戊 烷

１．９１ ２，２－二 甲 基 丁 烷 ０．８０ ２，３－二 甲 基 丁 烷 １．５７ ２－甲 基 戊 烷

１１．０９

３－甲 基 戊 烷 ８．４１ ｎ－Ｃ６ ２０．３７ 甲 基 环 戊 烷 ７．１１ 苯

０．４７

环 己 烷 ６．０９

Ｃ７

＋ ２．００ Ｃ６ 烯

烃 ０．０１ 合 计 １００

石 油 炼 制 与 化 工 ２０１３ 年 第 ４４

卷 ９４

为 三 类［２

］。第 一 类 为 Ｐｔ／Ｃｌ－ＡｌＯ 低

温 型 ，第 二 类 ／ 烷 烃 异 构 化 工 艺 基 本 流 程 是 一 次 通 过 流 程 ， Ｃ５ Ｃ６ ２ ３ 为 固 体 超 强 酸 型 ，第 三 类 为 分 子 筛 型 。 从 热 力 学

角 度 分 析 ，低 温 对异构化反应 有 利 ，低 温 型 Ｐｔ／Ｃｌ－ Ａｌ２Ｏ３ 催

化 剂 在 三 种 催 化 剂 中 活 性 和 选 择 性 最 高 ， 在 满 足 催 化 剂 对 原 料 和 氢 气 中 杂 质 含 量 要 求 的 前 提 下 ，同 样 的 原 料 组 成 完 成 同 样 的 异 构 化 产 品 要 求 ，对 于 采 用 同 一 类 型 流 程 ，在辅助设施和 公 用 工 程 配 备 及 环 保 设 施 齐 备 的 条 件 下 ，可 优 先 考 虑 选 用 低 温 型 Ｐｔ／Ｃｌ－Ａｌ２Ｏ３ 催 化 剂 。 三种类型催化剂 对 原 料 和 氢 气 中 杂 质 含 量 限 制 要 求 以 低 温 型 Ｐｔ／ Ｃｌ－Ａｌ２Ｏ３ 催

化 剂 最 严 格 ，主 要 有 害 杂 质 为 水 、氧 及 氧 化 物 、氮 化 物 、硫 、ＣＯ／ＣＯ２，另 外 对 苯 、烯 烃 和 在 此 基 础 上 增 加 各 种 分 离 、循 环 手 段 ，演 变 出 各 种

流 程 形 式 。Ｐｔ／Ｃｌ－Ａｌ２Ｏ３ 低 温 异构化催化剂采用 的 流 程 也 是 在 一 次 通 过 流 程 基 础 上 ，增 加 或 组 合 ＤＩＰ（脱 异 戊 烷 ）、ＤＩＨ（脱 异 己 烷 ）、ＤＰ（

脱 戊 烷 ）或 吸 附 单 元 形 成 ，主 要 有 ：ＤＩＰ＋ 一 次 通 过 ，一 次 通 过 ＋ＤＩＨ，ＤＩＰ＋一 次 通 过 ＋ＤＩＨ，ＤＩＰ＋ 一 次 通 过 ＋

ＤＩＨ＋ＤＰ，ＤＩＰ＋一 次 通 过 ＋ 吸 附 单 元 ，

一 次 通 过 ＋吸 附 单 元 ＋ＤＩＨ

［４－６

］ 。带 吸 附 单 元 流 程 的 一 次 投 资 高 ，需 要 维 护 、更 换 吸 附 剂 ，与 不 带 吸 附 单 元 的 流 程 相 比 较 ，达 到 同 样 的 产 品 要 求 ，经 济 上 并 无 明 显 优 势 ，一 般 只 有 当 要 求 正 戊 烷 、正己烷和甲基戊 烷 的 转 化 率 接 近 １００％ 或需要对现有 的 异 构 化 装 置 进 行 升 级 改 造 提 高 辛 烷 值 时 才 考 虑 选 择 带 吸 附 单 元 的 流 程 ，所 述 项 目 不 考 虑 带 吸 附 单 元 流 程 。 因 原 料 中 异 戊 烷 含 量 不 高 ，经初步模拟计算 ，ＤＩＰ ＋一 次 通 过 流 程 无 法 达 到 所 要 求 的 辛 烷 值 ，

此 流 程 也 不 予 考 虑 。以 下 重 点 对 ３ 种 方 案 进 行 模 拟 优 化 、比 较 、分 析 。方 案 １：一 次 通 过 ＋ＤＩＨ；方 案 ２： ＤＩＰ＋一 次 通 过 ＋ＤＩＨ；方 案 ３：ＤＩＰ＋ 一 次 通 过 ＋ ＤＩＨ＋ＤＰ。

不 同 的 原 料 组 成 和 流 程 对 异 构 化 油 的 品 质 规 格 影 响 很 大 ，所 以 流程选择时有必要进 行 模 拟 计 算 。 低 辛 烷值组分循环率 的 大 小 影 响 设 备 投 资 和 运 行 费 用 ，模 拟 计 算 时 ，在 满 足 产 品 规 格 要 求 的 前 提 下 ，以 主 要设备投资少和能 耗 低为 优 化 目 标 ，对 低辛烷值组分循环率进行 优 化 ，优 化 模 拟 顺 序 为 ＤＩＨ，ＤＩＰ，ＤＩＨ＋ＤＩＰ，ＤＩＨ＋ＤＩＰ＋ＤＰ，

模 拟 软 件 采 用 ＳｉｍｓｃｉＰＲＯ／ＩＩ８．０，模 拟 优 化 结 果 见 表 ３。

＋ 组 分 含 量 也 有 限 制 要 求 ；与 分 子 筛 中 温 型 催 化 Ｃ７ 剂 相 比 较 ，杂 质 含 量 的 要 求 至 少 严 格 十 倍 以 上 ，对 水 含 量 的 要 求 尤 其 严 格 。 固体超强酸型催 化 剂 的 反 应 温 度 比 低 温 型 Ｐｔ／Ｃｌ－Ａｌ２Ｏ３ 催 化 剂 略 高 ，活 性 和 选 择 性 也 略 低 ，对 原 料 中 的 有 害 毒 物 限 制 也 相 对 宽 松 。分 子 筛 型 催 化 剂 的 反 应 温 度 最 高 ，对 原 料 的 要 求 最 宽 松 。

该 装 置 对 异 构 化 油 ＲＯＮ 要 求 较 高 ，初 步 要 求 不 小 于 ８８。 不论采用哪种 催 化剂 ，一 次 通 过 流 程 都 无 法 满 足 要 求 ，需 要 正 构 烷 烃 组 分 进 一 步 循 环

反 应 。因 Ｐｔ／Ｃｌ－Ａｌ２Ｏ３ 低 温 异构化催化剂活性和 选 择 性 高 ，对 产 品 ＲＯＮ 要 求 越 高 ，活 性 和 选 择 性 高 的催化剂优势就 越 明 显 ，故 确 定 选 择 Ｐｔ／Ｃｌ－ Ａｌ２Ｏ３ 低 温 异 构 化 催 化 剂 。 典 型 代 表 有 美 国 ＵＯＰ 公 司 的 Ｉ－１２２，Ｉ－８２，Ｉ－

８４［３］

以 及 法 国 ＡＸＥＮＳ 公 司 与 ＡＫＺＯ ＮＯＢＥＬ 公 司 联 合 开 发 的 ＡＴＩＳ－２Ｌ。本 项 目 可 选 用 ＡＴＩＳ－２Ｌ 或Ｉ－

８４催 化 剂 。 工 艺 流 程 的 确 定

选 定 催 化 剂 后 ，根 据 汽 油 调 合 方 案 及 要 求 ，结 ２．２ 合 所 采 用 催 化 剂 工 艺 技 术 ，进 行流程优化选择 。

表 ３ 模 拟 优 化 结 果

方 案 １

方 案 ２

方 案 ３

项 目

反 应 初 期 反 应 末 期 反 应 初 期 反 应 末 期 反 应 初 期 反 应 末 期 ＲＯＮ

蒸 气 压／ｋＰａ

８８．５１ ８７．８１ ８９．５６ ８８．８１ ９１．２３ ９０．７７ ８８．５０

８７．０５

９５．１５

９３．４５

９６．５０

９５．１５

根 据 全 厂 汽 油 调 合 方 案 ，重 整装置的不同苛 刻 度 操 作 工 况 对 全 厂 汽 油 调 合 影 响 较 大 ，要 求 异 构 化 装 置 能 对 应 重 整 不 同 苛 刻 度 工 况 弥 补 调 合 问 题 。将 以 上 模 拟 优 化 结 果 与 重 整 不 同 苛 刻 度 生 产 工 况 组 合 分 析 ，结 果 如 下 ：① 方 案 １ 流 程 生 产 的 异 构 化 油 可 以 调 合 满 足 低 标 号 汽 油 指 标 要 求 ，如 要

生 产 高 标 号 汽 油 ，必 须 调 入 较 多 ＲＯＮ９８以 上 的 重 整 汽 油 ，这 就 造 成 芳 烃 含 量 超 标 ，无 法 满 足 生 产 高 标 号 汽 油 要 求 ，且 催 化 剂 末 期 生 产 的 异 构 化 油 辛 烷 值 达 不 到 调 合 要 求 ，故 不 考 虑 此 方 案 。 一 般 情 况 下 ，此 流 程 适 用 于 异 构 化 原 料 己 烷 组 分 较 高 的 情 形 。②方 案 ２流 程 生 产 的 异 构 化 油 基 本 可 以 满