★C_5_C_6烷烃异构化装置工艺流程方案选择与优化

1、. 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 ）摘 要 ：以 某 石 油 公 司 轻石脑油异构 化 装 置 为 例 ，对 装 填 低温异构化催化剂的 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 初 期 为，末 期 为；蒸 气 压 初 期 为，末 期 为；设 计产品液体收率初期为 ，末 期 为 。 该 思 路 和 方 法 可 供 国 内 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 ： 异 构 化 轻 石 脑 油 工

2、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 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 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 的异构化油，且 调 合 性 能 好，同 时 可 以 调 节 汽 油 前 端 辛 烷 值，使汽

3、 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 轻 石 脑 油 异 构 化 装 置 为 例，对 装 填 低温异构化催化剂的 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 原 料 组 成摩 尔 分 数 ，表 重

4、整 氢 组 成，油 至 少 应 达 到，蒸 气 压 不 大 于，产品 液 体 收 率 不 低 于 。工 艺 技 术 的 选 择工 艺 设 计 基 础催 化 剂 的 选 择用 于 烷 烃 异 构 化 工 艺 的 催 化 剂 主 要 分原 料 组 成原料来自石 脑 油 加 氢 装 置 的 组 分，原 料组成见表。来自重整装置的重整氢组成见表。收 稿 日 期 ：；修改稿收到日期 ：。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 篇 。通 讯 联 系 人 ：张 永 铭 ，：。产 品 规 格 要 求根 据 初 步 拟 定 的 全 厂

5、 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 装置异构化项 目 数 据项 目 数 据 合 计 项 目 数 据项 目 数 据 环 戊 烷 ，二 甲 基 丁 烷 ，二 甲 基 丁 烷 甲 基 戊 烷 甲 基 戊 烷 甲 基 环 戊 烷 苯 环 己 烷 烯 烃 合 计 .石 油 炼 制与 化 工 年 第 卷为 三 类。第 一 类 为 低 温 型 ，第 二 类 烷 烃 异 构 化 工 艺 基 本 流 程 是 一 次 通 过 流 程 ， 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

6、异构化反应 有 利 ，低 温 型 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 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 催 化 剂 最 严 格 ，主 要 有 害 杂

7、 质 为 水 、氧 及 氧 化 物 、氮 化 物 、硫 、，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 。 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 （脱 异 戊 烷 ）、（脱 异 己 烷 ）、（脱 戊 烷 ）或 吸 附 单 元 形 成 ，主 要 有 ： 一 次 通 过 ，一 次 通 过，一 次 通 过 ， 一 次 通 过 ，一 次 通 过 吸 附 单 元 ，一 次 通 过吸 附 单 元 。带 吸 附 单 元 流 程 的 一 次 投资 高 ，需 要

8、 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 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 ，一 次 通 过 流 程 无 法 达 到 所 要 求 的 辛 烷 值 ，此 流 程 也 不 予

9、 考 虑 。以 下 重 点 对 种 方 案 进 行 模 拟 优 化 、比 较 、分 析 。方 案 ：一 次 通 过 ；方 案 ： 一 次 通 过 ；方 案 ： 一 次 通 过 。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

10、 ， 模 拟 软 件 采 用 ，模 拟 优 化 结 果 见 表 。 组 分 含 量 也 有 限 制 要 求 ；与 分 子 筛 中 温 型 催 化剂 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 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 要 求 较 高

11、，初 步 要 求 不 小 于 。 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 低 温 异构化催化剂活性和 选 择 性 高 ，对 产 品 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 低 温 异 构 化 催 化 剂 。 典 型 代 表 有 美 国 公 司 的 ，以 及 法 国 公 司 与 公 司 联 合 开 发 的 。本 项 目 可 选 用 或催 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

12、 ，结合 所 采 用 催 化 剂 工 艺 技 术 ，进 行流程优化选择 。表 模 拟 优 化 结 果方 案 方 案 方 案 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 期蒸 气 压根 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 ： 方 案 流 程 生

13、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 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 。方 案 流 程 生 产 的 异 构 化 油 基 本 可 以 满第 期张 永 铭 烷烃异构化装置工艺流

14、程方案选择与优化 足 调 合 指 标 要 求 ，可 生 产 部 分 高 标 号 汽 油 ，异 构 化催 化 剂 末 期 要 调 合 高 标 号 汽 油 ，芳 烃 含 量 接 近 限 制 指 标 。此 方 案 基 本 满 足 要 求 ，但 将 来 汽 油 升 级 适 应 性 略 差 。方 案 流程生产的异构化 油 能 够 满 足 全 厂 汽 油 调 合 指 标 要 求 ，辛 烷 值 稍 有 过 剩 ，可 以 在 生 产 中 适 当 调 整 ，将 重 整 装 置 的 苛 刻 度 降 低 个 单 位 ，有 利 于 重 整 装 置 长 周 期 运 行 ，对 将 来 汽 油 升 级 适 应 性 强 。优

15、 化 后 方 案和 方 案流 程 催 化 剂 、吸 附 剂 及 各 种 化 学 品 消 耗 见 表 。 从 表 可 以 看 出 ，方 案 与 方 案 相 比 ，因 循 环 物 流 量 的 增 加 ，干 燥 吸 附 剂用 量 有 微 量 增 加 ； 碱液 设计消耗量相 差 仅为 ；注 氯 量 仅 多 。 可 以 认 为 两 种 流 程 的 催 化 剂 、吸 附 剂 及 化 学 品 消 耗 在 投 资 和 生 产 成 本 方 面 差 别 不 大 。两种方案主要技术经济估算指标见表 。从 表可以看出，方案产品异构化油的设计 达 到，设 计 产 品 液 体 收 率 为 ，优 于 方 案 ；但 能 耗

16、、操 作 费 用 和 投 资 均 高 于 方 案 。根 据 表 、表数 据 ，对 以 上 两 个 方 案进 行 经 济 评 价 发 现 ，如果以装置为分析单元 ，方 案的 效 益 优 于 方 案 ；如 果 考 虑 全 厂 汽 油 调 合 的 经 济 价 值 ，方 案 的 效 益 优 于 方 案 。 综 合 考 虑 ，选 择 方 案 为 设 计 流 程 。表 主要技术经济估算指标比较 项 目方 案 方 案 进 料 量（）产 品 液 体 收 率 （反 应 初 期反 应 末 期 ），（反 应 初 期反 应 末 期 ）装 置 综 合 能 耗（）占 地 面 积基 准基 准 基 准 表 催 化 剂 、吸附

17、剂及化学品消耗 项 目氢 耗 （反 应 初 期反 应 末方 案 方 案 基 准期 ）（）催 化 剂 装 填 量催 化 剂 寿 命干燥吸附剂用 量 干燥吸附剂寿 命 脱 氯 剂 装 填 量脱 氯 剂 寿 命 碱 液 用 量（）注 氯 量（）投 资 估 算 （不 包 括 占 地 ）基 准基 准 基 准基 准 基 准基 准结 论基 准基 准 基 准（） 轻石脑油异构化装置 工 艺流程 的确 定 应 在 已 确 定 催 化 剂 的 前 提 下 ，根 据 物 料 组 成 和 上 游 变 化 工 况 综 合 考 虑 ，进 行 模 拟 、优 化 、分 析 ， 提 出 几 个 可 行 的 流 程 方 案 ，结

18、 合 全 厂 汽 油 调 合 情 况 ，再 进 行 技 术 经 济 分 析 ，做 到 优 中 选 优 。 本 项 目 确 定 一 次 通 过 流 程 为 该 装 置 最 终 选 定设计工艺流程 。产 品 异 构 化 油 的 设 计 初 期 为 ，末 期 为 ；蒸 气 压 初 期 为 ，末 期 为 ；设 计 产 品 液 体 收 率 初 期 为，末 期 为 。（）对所选定技术进行技 术 经 济 评 价 时 ，不 能 仅 局 限 于 分 析 本 装 置 单 元 ，应 从 全 厂 效 益 的 层 面上 综 合 评 价 。（）对于带循环的异构化 工 艺 流 程 ，运 行 成 本 的 差 别 主 要 体

19、现 在 蒸 汽 消 耗 上 ，在 优 化 过 程 中 需要 特 别 关 注 。基 准基 准基 准基 准基 准基 准基 准 （）基 准 基 准优 化 后 两 方 案 公 用 工 程 消 耗 见 表 。 从 表 可 以 看 出 ，方 案 与 方 案 相 比 ，因 循 环 物 流 量 的 增 加 ，引 起 公 用 工 程 消 耗 有 不 同 程 度 增 加 ，电、冷 却水和仪表空气消耗略有增加。主要差别体现 在 蒸 汽消 耗 上，占 综 合 能 耗 的 ，是节 能优化主要关注 因素，也是方案操作费用高于方案的主要原因。表 公 用 工 程 消 耗项 目方 案 方 案 电 量冷 却 水（）除 氧 水（）

20、 蒸 汽（） 蒸 汽（）仪 表 空 气 （标 准 状 态 ）（）氮 气 （标 准 状 态 ）（）参 考 文 献 马 爱 增 ，于 中 伟 ，张 秋 平 ，等 从 石 脑油和轻烃资源增产汽油 的 技 术 及 措 施 石油炼制与化工 ，（）： 张 永 铭 引进轻石脑油异构化 装置的工艺设计 石 油 炼 制与 化 工 ， （ ）： 石 油 炼 制与化 工 年 第 卷： ： ， ， ， ， （ ，）： （） ， （） （） （） （）， （）， （） ：；櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸櫸成本上处于不利地位 。受 页岩气革命带来 的廉价乙烷

21、原料供应刺激 ，北 美 洲 最 终将成为低成本的烯 烃 生 产 国 ，将向中国内地供应更低 成 本的聚乙烯产品 ，逐 步 抢 占 日 本 、韩 国 、中国台湾和新加 坡 出 口 中 国 内地市场的份额 。 尽管近年来中国经济增长 开 始 趋 缓 ，但 是需求仍将保持增长 ，中国对于乙烯的需求 将 从 年 的 增 加 至 年 的 。在 此 会 议 上 ， 有 关 人 士 还 指 出 ，亚洲已成为世界 特 种 化 学 品 最 大 消 费 地 区 。 年全球化学品销 售 额 达 万 亿 美 元 ，特 种 化 学 品 规 模 达 亿 美 元 ，占 总 销 售 额 的 ，预 计 未 来 年 全 球 特 种 化学品市场还将以每年 的速率继续增长 。 亚洲已成为世界特种化学品最大 消 费 地 区 ，其中中国占世界总量的 ，为 亚 洲 最 大 的 特 种 化 学 品 市 场 ，其 次 是 日 本 ，占 ，其它亚洲国家占 ，北美洲占全球市场的 ，西 欧 占 。由 于 北 美 洲 和西欧两个成熟市场的特种