C5/C6异构化技术方案对比与应用分析

赵旺华

C5/C6异构化技术方案对比与应用分析

赵旺华

中化泉州石化有限公司

为便于C5/C6异构化技术方案的选择，该文对国外两种C5/C6异构化专利技术，即UOP公司的Penex异构化，Axens公司的C5/C6 ISOM异构化进行了详细的描述和对比分析，对C5/C6异构化工艺技术选择、工业设计等方面提出一些方法和建议。

异构化 辛烷值 催化剂

随着我国经济的发展，环保对工业生产要求越来越严。汽车尾气对大气环境的严重污染已经引起了人们的广泛关注。为此，石油工业正在探索用一种经济的解决方法来生产清洁燃料方式，使之符合新的环保规范。目前我国汽油质量的标准朝着无铅、低芳烃、低蒸汽压、高氧含量的方向发展。而车用汽油的主要组分是催化汽油、少量重整汽油，部分厂在高牌号汽油中添加MTBE，造成了车用汽油的烯烃和苯含量高，辛烷值分布不均等问题，这可以通过调整汽油的组分来解决。C5/C6馏分油是一种常用的清洁汽油调和组分，但其辛烷值较低，约为60～65，且RVP（雷氏蒸汽压）较高，增加产品运输难度。为了解决这个问题，高性能C5/C6异构化技术逐渐发展起来，该技术具有突出的优点，既可以降低汽油池中苯的浓度，又能增加汽油池中的辛烷值。

目前国外应用比较广的两种异构化工艺为UOP公司开发的Penex异构化和Axens公司的C5/C6 ISOM技术，本文主要针对这两种技术展开分析研究。

1 工艺技术比较基础

为便于C5/C6异构化工艺的技术对比分析，以某厂新建一套60万吨/年C5/C6异构化装置实例，进行对比分析。

1.1 原料性质

该原料来自重整拔头油和抽余油，其混合性质见表1。

从原料油看，C5+C6烷烃烯烃总和达94.64%，C5/C6值为1.23，是比较好的异构化原料，但X因子较高，该部分反应难度较大。装置的氢源采用体积分数为87.3%的重整氢。

1.2 产品方案

考虑全厂汽油辛烷值来源较为丰富，该装置只需生产目标RON 83的异构化油就能满足全厂调和需要。

表1 原料油组成

2 工艺方案对比

2.1 两种工艺方案描述

针对上述的异构化原料性质和产品方案要求，选择应用较多的UOP公司的 Penex OT（一次通过方案）和Axens公司的C5/C6 ISOM OT（一次通过方案）两种工艺方案进行对比分析。

2.1.1 Penex OT异构化

Penex OT工艺采用固定床反应器，装有高活性改进型氯化物催化剂，可使C5/C6直链烃异构为带支链高辛烷值组分，并且该催化剂在促进异构化反应同时能最大限度减少加氢裂化。催化剂选择I-84贵金属催化剂，其催化活性高，寿命长。对于典型的C5/C6原料，在原料一次通过反应中，反应平衡时，RON可达83~86之间。该工艺如图1所示,主要分为如下几部分：

（1）原料预处理：重整氢先进入硫保护床脱除H2S，然后进入甲烷化反应器进一步脱除CO和CO2，经甲烷化处理后的氢气进入干燥器对水分进行脱除。

从界区来的原料油经硫保护床后，进入干燥器进行脱水后与干燥后的氢气混合进入反应部分。

（2）反应部分：该工艺两反应器采用串联，由特殊的阀门控制，使每个反应器都可以根据情况调整到首位或末位，方便催化剂的置换，主要反应有苯环加氢、异构化、环烷烃开环、加氢裂化等。反应中通过不断地注入C2Cl4，维持氯环境，保持催化剂活性。

（3）稳定和洗涤部分：经反应后的异构化油在稳定塔中将轻组分分离后作为产品，为防止稳定塔波动造成HCl进入异构化油，在稳定塔底设置了脱氯保护床，避免HCl对下游管线及设备腐蚀。稳定塔顶出来富含HCl组分的干气进入洗涤塔进行碱洗和水洗，脱除干气中的HCl。

（4）干燥再生部分：干燥器在连续运行了一个周期后，需进行再生，对吸附在干燥剂上的水进行脱除。两组干燥器采用UOP专利的DRCS控制干燥器再生过程，可最大程度降低水分进入反应系统。

图1 Penex 一次通过工艺流程

该工艺的技术特点为：（1）RON、MON提高幅度大；（2）高异构体转化率；（3）不需加热炉和循环气压缩机；（4）需设置氢气和原料油硫保护床、CO甲烷化反应器；（5）采用UOP专利CRCS控制系统；（6）催化剂对水的要求为无游离水。

2.1.2 C5/C6 ISOM OT异构化

C5/C6 ISOM OT异构化工艺，催化剂采用Axens公司和AKZO催化剂公司开发的一种新型高活性低密度异构化催化剂ATIS-2L，在氢气条件下，直链C5/C6与ATIS-2L催化剂接触，发生异构化反应，转化为带支链的异构烷烃，提高产品辛烷值。该催化剂在较低的反应温度下具有很高的异构化活性，受热力学平衡的影响，反应温度低有利于产物辛烷值的提高，同时反应温度低也会减少裂化反应提高液体收率。通过C5/C6 ISOM OT流程，辛烷值能提高10个单位以上，其工艺流程如图2所示，主要分为如下几部分：

（1）原料预处理：氢气和原料油送至干燥器，干燥剂在脱水的同时，能脱除部分H2S和CO、CO2，经干燥后的原料直接送至反应部分，不需要硫保护床和甲烷化反应器。

（2）在反应部分和稳定、洗涤塔部分的流程设计与Penex OT工艺基本相似。

（3）干燥再生部分，C5/C6 ISOM OT采用单独的PLC控制干燥器再生过程，再生流程设置方面与Penex OT基本相似。

图2 C5/C6 ISOM 一次通过工艺流程

该工艺的技术特点为：（1）提高RON和MON幅度大；（2）反应温度低，裂化反应少，干气量少；（3）不需加热炉和循环气压缩机；（4）不需设置原料油硫保护床；（5）反应温度低，具有更高的异构转化率；（6）催化剂对水的要求高于I-84。

2.2 工艺技术方案的对比分析结果

两种工艺运行工艺数据对比分析如下表：

表2 两种工艺技术对比

从表2看，两种工艺的操作条件均较缓和, Penex OT操作压力均在3.0~3.5MPa之间，Penex OT略低，反应温度Penex OT要高一些。

从产品辛烷值上看，两种工艺都能满足目标辛烷值要求，从产品收率、氢耗上看，由于ATIS-2L具有更高的低温活性，C5/C6 ISOM OT液体收率略高于Penex OT，氢耗比Penex OT略低。

从使用业绩上看，UOP发展时间较早，自1958年以来，Penex工艺就充当提高C5/C6轻石脑油质量的主要工艺，业绩较Axens好很多，截至2010年已授权专利业绩为235套，持续的设计、运行以及催化剂改进使这项工艺保持世界先进水平。Axens进入C5/C6异构化的时间为20世纪90年代，依托其在研究和设计能力方面的优势，经过20余年的发展，截至2010年已授权业绩56套，由于其与AKZO共同开发的高活性ATIS-2L催化剂，使得这项工艺越来越成熟，近几年市场占有率明显提升，近五年已授权32套。但我国异构化方面目前还基本处于空白，两种工艺在国内都还没有已开工业绩。

从能耗角度，C5/C6 ISOM OT要比Penex OT略高，主要是C5/C6 ISOM OT的反应压力较Penex OT略高，动力消耗较多，因此电耗要高于Penex OT。从蒸汽及循环水等能耗上，两工艺差别不大。

从投资角度上看，由于两种工艺流程及工艺条件较为接近，只是Penex OT多了CO甲烷化反应器、氢气硫保护床和原料油硫保护床，增加了部分设备投资。另外，Penex OT工艺在干燥器再生控制系统上需指定采用UOP专利DRCS系统。因此抛除两家催化剂报价上的差别，总体上建设投资Penex OT略高于C5/C6 ISOM OT。

3 建议

对于建设C5/C6异构化装置, 上述两种工艺各有特点和利弊，例如Penex OT工艺投资稍高，但能耗较低。C5/C6 ISOM OT工艺的催化剂活性高，反应温度较低，但其反应压力较Penex OT高，且对原料中水的要求要高于I-84。在选择上应根据全厂产品质量情况和投资能力, 结合具体情况进行选择，以达到最大化的经济效益。本文提出以下工程方面的建议：

（1）根据实际的原料，选择合适的流程和产品质量指标，对于辛烷值来源较为丰富的炼厂，采用一次通过流程较为合适，可以在投资及经济效益最优化的情况下满足调和要求。如全厂汽油池调和对辛烷值要求较高，可选择DIP（脱异戊烷塔）流程或者DIH（脱异己烷塔）流程，这样可使产品辛烷值提高较多，但同时投资及能耗也会相应上升。

（2）如果原料油中C7+含量很高时，可设置采用脱重组分塔，将C7+适当的脱除，C7+在反应过程中主要是裂化，一方面增加了干气量，降低液收，同时裂化过程产生的积碳会吸附在催化剂上，使催化剂活性降低。

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