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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 艺
2、 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 整
4、 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 行业0材料石 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
6、温 对异构化反应 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
7、害 杂 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 ，
8、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 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
9、不 予 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
10、序 为 ， 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
11、 高 ，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 ，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
