C5/C6異構化技術方案對比與應用分析

趙旺華

C5/C6異構化技術方案對比與應用分析

趙旺華

中化泉州石化有限公司

為便于C5/C6異構化技術方案的選擇，該文對國外兩種C5/C6異構化專利技術，即UOP公司的Penex異構化，Axens公司的C5/C6 ISOM異構化進行了詳細的描述和對比分析，對C5/C6異構化工藝技術選擇、工業設計等方面提出一些方法和建議。

異構化 辛烷值 催化劑

隨著我國經濟的發展，環保對工業生產要求越來越嚴。汽車尾氣對大氣環境的嚴重污染已經引起了人們的廣泛關注。為此，石油工業正在探索用一種經濟的解決方法來生產清潔燃料方式，使之符合新的環保規范。目前我國汽油質量的標準朝著無鉛、低芳烴、低蒸汽壓、高氧含量的方向發展。而車用汽油的主要組分是催化汽油、少量重整汽油，部分廠在高牌號汽油中添加MTBE，造成了車用汽油的烯烴和苯含量高，辛烷值分布不均等問題，這可以通過調整汽油的組分來解決。C5/C6餾分油是一種常用的清潔汽油調和組分，但其辛烷值較低，約為60～65，且RVP（雷氏蒸汽壓）較高，增加產品運輸難度。為了解決這個問題，高性能C5/C6異構化技術逐漸發展起來，該技術具有突出的優點，既可以降低汽油池中苯的濃度，又能增加汽油池中的辛烷值。

目前國外應用比較廣的兩種異構化工藝為UOP公司開發的Penex異構化和Axens公司的C5/C6 ISOM技術，本文主要針對這兩種技術展開分析研究。

1 工藝技術比較基礎

為便于C5/C6異構化工藝的技術對比分析，以某廠新建一套60萬噸/年C5/C6異構化裝置實例，進行對比分析。

1.1 原料性質

該原料來自重整拔頭油和抽余油，其混合性質見表1。

從原料油看，C5+C6烷烴烯烴總和達94.64%，C5/C6值為1.23，是比較好的異構化原料，但X因子較高，該部分反應難度較大。裝置的氫源采用體積分數為87.3%的重整氫。

1.2 產品方案

考慮全廠汽油辛烷值來源較為豐富，該裝置只需生產目標RON 83的異構化油就能滿足全廠調和需要。

表1 原料油組成

2 工藝方案對比

2.1 兩種工藝方案描述

針對上述的異構化原料性質和產品方案要求，選擇應用較多的UOP公司的 Penex OT（一次通過方案）和Axens公司的C5/C6 ISOM OT（一次通過方案）兩種工藝方案進行對比分析。

2.1.1 Penex OT異構化

Penex OT工藝采用固定床反應器，裝有高活性改進型氯化物催化劑，可使C5/C6直鏈烴異構為帶支鏈高辛烷值組分，并且該催化劑在促進異構化反應同時能最大限度減少加氫裂化。催化劑選擇I-84貴金屬催化劑，其催化活性高，壽命長。對于典型的C5/C6原料，在原料一次通過反應中，反應平衡時，RON可達83~86之間。該工藝如圖1所示,主要分為如下幾部分：

（1）原料預處理：重整氫先進入硫保護床脫除H2S，然后進入甲烷化反應器進一步脫除CO和CO2，經甲烷化處理后的氫氣進入干燥器對水分進行脫除。

從界區來的原料油經硫保護床后，進入干燥器進行脫水后與干燥后的氫氣混合進入反應部分。

（2）反應部分：該工藝兩反應器采用串聯，由特殊的閥門控制，使每個反應器都可以根據情況調整到首位或末位，方便催化劑的置換，主要反應有苯環加氫、異構化、環烷烴開環、加氫裂化等。反應中通過不斷地注入C2Cl4，維持氯環境，保持催化劑活性。

（3）穩定和洗滌部分：經反應后的異構化油在穩定塔中將輕組分分離后作為產品，為防止穩定塔波動造成HCl進入異構化油，在穩定塔底設置了脫氯保護床，避免HCl對下游管線及設備腐蝕。穩定塔頂出來富含HCl組分的干氣進入洗滌塔進行堿洗和水洗，脫除干氣中的HCl。

（4）干燥再生部分：干燥器在連續運行了一個周期后，需進行再生，對吸附在干燥劑上的水進行脫除。兩組干燥器采用UOP專利的DRCS控制干燥器再生過程，可最大程度降低水分進入反應系統。

圖1 Penex 一次通過工藝流程

該工藝的技術特點為：（1）RON、MON提高幅度大；（2）高異構體轉化率；（3）不需加熱爐和循環氣壓縮機；（4）需設置氫氣和原料油硫保護床、CO甲烷化反應器；（5）采用UOP專利CRCS控制系統；（6）催化劑對水的要求為無游離水。

2.1.2 C5/C6 ISOM OT異構化

C5/C6 ISOM OT異構化工藝，催化劑采用Axens公司和AKZO催化劑公司開發的一種新型高活性低密度異構化催化劑ATIS-2L，在氫氣條件下，直鏈C5/C6與ATIS-2L催化劑接觸，發生異構化反應，轉化為帶支鏈的異構烷烴，提高產品辛烷值。該催化劑在較低的反應溫度下具有很高的異構化活性，受熱力學平衡的影響，反應溫度低有利于產物辛烷值的提高，同時反應溫度低也會減少裂化反應提高液體收率。通過C5/C6 ISOM OT流程，辛烷值能提高10個單位以上，其工藝流程如圖2所示，主要分為如下幾部分：

（1）原料預處理：氫氣和原料油送至干燥器，干燥劑在脫水的同時，能脫除部分H2S和CO、CO2，經干燥后的原料直接送至反應部分，不需要硫保護床和甲烷化反應器。

（2）在反應部分和穩定、洗滌塔部分的流程設計與Penex OT工藝基本相似。

（3）干燥再生部分，C5/C6 ISOM OT采用單獨的PLC控制干燥器再生過程，再生流程設置方面與Penex OT基本相似。

圖2 C5/C6 ISOM 一次通過工藝流程

該工藝的技術特點為：（1）提高RON和MON幅度大；（2）反應溫度低，裂化反應少，干氣量少；（3）不需加熱爐和循環氣壓縮機；（4）不需設置原料油硫保護床；（5）反應溫度低，具有更高的異構轉化率；（6）催化劑對水的要求高于I-84。

2.2 工藝技術方案的對比分析結果

兩種工藝運行工藝數據對比分析如下表：

表2 兩種工藝技術對比

從表2看，兩種工藝的操作條件均較緩和, Penex OT操作壓力均在3.0~3.5MPa之間，Penex OT略低，反應溫度Penex OT要高一些。

從產品辛烷值上看，兩種工藝都能滿足目標辛烷值要求，從產品收率、氫耗上看，由于ATIS-2L具有更高的低溫活性，C5/C6 ISOM OT液體收率略高于Penex OT，氫耗比Penex OT略低。

從使用業績上看，UOP發展時間較早，自1958年以來，Penex工藝就充當提高C5/C6輕石腦油質量的主要工藝，業績較Axens好很多，截至2010年已授權專利業績為235套，持續的設計、運行以及催化劑改進使這項工藝保持世界先進水平。Axens進入C5/C6異構化的時間為20世紀90年代，依托其在研究和設計能力方面的優勢，經過20余年的發展，截至2010年已授權業績56套，由于其與AKZO共同開發的高活性ATIS-2L催化劑，使得這項工藝越來越成熟，近幾年市場占有率明顯提升，近五年已授權32套。但我國異構化方面目前還基本處于空白，兩種工藝在國內都還沒有已開工業績。

從能耗角度，C5/C6 ISOM OT要比Penex OT略高，主要是C5/C6 ISOM OT的反應壓力較Penex OT略高，動力消耗較多，因此電耗要高于Penex OT。從蒸汽及循環水等能耗上，兩工藝差別不大。

從投資角度上看，由于兩種工藝流程及工藝條件較為接近，只是Penex OT多了CO甲烷化反應器、氫氣硫保護床和原料油硫保護床，增加了部分設備投資。另外，Penex OT工藝在干燥器再生控制系統上需指定采用UOP專利DRCS系統。因此拋除兩家催化劑報價上的差別，總體上建設投資Penex OT略高于C5/C6 ISOM OT。

3 建議

對于建設C5/C6異構化裝置, 上述兩種工藝各有特點和利弊，例如Penex OT工藝投資稍高，但能耗較低。C5/C6 ISOM OT工藝的催化劑活性高，反應溫度較低，但其反應壓力較Penex OT高，且對原料中水的要求要高于I-84。在選擇上應根據全廠產品質量情況和投資能力, 結合具體情況進行選擇，以達到最大化的經濟效益。本文提出以下工程方面的建議：

（1）根據實際的原料，選擇合適的流程和產品質量指標，對于辛烷值來源較為豐富的煉廠，采用一次通過流程較為合適，可以在投資及經濟效益最優化的情況下滿足調和要求。如全廠汽油池調和對辛烷值要求較高，可選擇DIP（脫異戊烷塔）流程或者DIH（脫異己烷塔）流程，這樣可使產品辛烷值提高較多，但同時投資及能耗也會相應上升。

（2）如果原料油中C7+含量很高時，可設置采用脫重組分塔，將C7+適當的脫除，C7+在反應過程中主要是裂化，一方面增加了干氣量，降低液收，同時裂化過程產生的積碳會吸附在催化劑上，使催化劑活性降低。

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