催化轻汽油醚化装置生产运行与优化

温红林，赵赞立，李书璞，顾兴坤

(1.江苏新海石化有限公司，江苏 连云港 222113；2 山东润泽化工有限公司，山东 东明274500;3.山东易阳石化节能装备有限公司，山东 济南 250101)

随着国内大气环保要求的日益严格，我国已全面实施国Ⅴ车用汽油标准，并正在加快国Ⅵ标准的实施。标准的升级内容主要是降低汽油的硫含量和烯烃含量，而常用的加氢脱硫措施会不可避免造成汽油产品辛烷值的损失。催化轻汽油醚化工艺是汽油质量升级的有效手段，该工艺将催化轻汽油中的C4～C7活性烯烃与醇类发生反应生成相应的醚，从而显著降低催化汽油的烯烃含量和蒸汽压，并提高其辛烷值，弥补由于加氢脱硫工艺造成的辛烷值损失，显著改善汽油的各项质量要求。另外，醚化工艺可以将低价值的甲醇转化为高价值的汽油，经济效益非常显著。

1 装置概况

江苏新海石化有限公司60万t/a催化汽油加氢脱硫装置的国Ⅴ汽油产品质量升级改造项目完成后，催化汽油产品的辛烷值损失2～3个单位，而其生产的轻汽油二烯烃含量少，C5活性烯烃含量高，是优质的醚化原料。为弥补汽油辛烷值损失并进一步降低全厂汽油的烯烃含量和蒸汽压，公司于2014年8月投资建设一套15万t/a轻汽油醚化装置，并于2015年4月一次开车成功。

本装置根据凯瑞化工股份有限公司开发的KRLNE催化轻汽油醚化工艺，采用泡点主反应器+催化蒸馏塔+后反应器的工艺路线，其中催化蒸馏塔内设置专利的反应段床层，装填捆扎包式催化剂。该工艺路线是将催化轻汽油与甲醇原料混合后进行主醚化反应，再进入催化蒸馏塔和后反应器进一步转化活性烯烃，最终实现深度醚化。经该工艺处理后，轻汽油中C5活性烯烃的醚化总转化率可达93%～95%，C6活性烯烃的醚化转化率为45%～50%。该工艺技术具有烯烃转化率高、设备投资省、能耗低等优点。

2 工艺流程和特点

2.1 工艺流程简介

本装置由甲醇净化、醚化反应及催化蒸馏、甲醇回收等三部分组成。主要工艺流程如图1所示。

2.2 主要工艺特点

1)由于装置的轻汽油原料由上游催化汽油加氢脱硫装置提供，轻汽油已经过选择性加氢处理，二烯烃含量仅为260ppm，故不设轻汽油选择性加氢部分。

2)主醚化反应系统采用泡点反应器技术，将反应热用于反应物料的气化，充分利用了反应热，降低了装置总能耗。主反应器正常操作为一开一备，中间设置备用的冷却器，必要时可实现串联操作，提高总转化率并可实现在线换剂。

3)采用催化反应蒸馏技术，使反应和分离在一个塔内同时进行，以达到深度转化的目的，同时可节省设备投资和并降低能耗。催化反应蒸馏塔内的反应段采用捆扎包结构，具有汽液接触充分、催化剂装卸方便、使用成本低等特点。

4)催化蒸馏塔分为上、下两塔，部分热源来自于系统内的凝结水，起到进一步利用蒸汽余热，节省能耗的目的；

5)在混合甲醇管线设置净化器，延长主反应器及催化蒸馏塔内催化剂的使用寿命，保证装置长周期稳定运行。

图1 催化轻汽油醚化工艺流程简图

3 生产运行数据分析

装置运行过程根据原料及产品质量进行实时分析监控，及时调整工艺参数；同时严格控制反应器进料温度、各塔釜温度和塔顶压力、醇烯比等操作参数，强化平稳率操作，确保产品质量满足设计要求。

3.1 醚化反应器操作条件

从表1可以看出，醚化第一反应器(R101)入口温度控制在(50±1)℃，醚化第二反应器(R102)入口温度控制在(55±1)℃，醚化第三反应器(R103)入口温度控制在(55±1)℃。表1中数据表明，各反应器的绝热温升均低于设计最大值，同时和常规轻汽油醚化装置相比也偏低，这主要是由于轻汽油中的活性烯烃含量偏低，醚化反应放热量偏少。

表1 醚化反应器操作条件

3.2 醚化塔器操作条件

从表2可以看出，按照树脂催化剂反应温度不大于85℃的要求，醚化蒸馏上塔反应段压力控制在(0.27±0.01)MPa，温度控制在63～77℃。为提高活性烯烃转化率，控制醚化蒸馏下塔底温度为130℃，略高于设计值，醚化蒸馏下塔塔底物料中TAME含量在70%以上，基本不含活性烯烃。甲醇回收塔压力控制在(0.08±0.01)MPa,塔低温度控制在(123±2)℃，低于设计值，可节约蒸汽用量并降低装置能耗。

表2 塔器操作条件

3.3 轻汽油烯烃及转化率

由于上游汽油加氢脱硫装置受汽油产品硫含量限制，轻汽油拔出率较低，轻汽油组分基本不含碳六活性烯烃。而从表3中可以看出，碳五活性烯烃在醚化第一反应器(R101)、醚化第二反应器(R102)、蒸馏上塔反应段、醚化第一反应器(R103)的转化率分别为68.92%、6.2%、9.67%和4.73%，其总转化率为93.38%，醚化后轻汽油辛烷值提升2.5个单位，均高于设计值。

表3 轻汽油烯烃及转化率

3.4 装置物料平衡

为了控制轻汽油的硫含量<10ppm，上游催化汽油加氢脱硫装置的轻汽油拔出率偏低，轻汽油组分较轻，以碳五为主。醚化装置加工负荷为12315 kg/h，是设计负荷的71%。同时由于原料活性烯烃含量较低，每吨轻汽油消耗甲醇量为75.9 kg，低于设计值。同时根据全装置物平，装置的加工损失为零，说明装置操作控制平稳，不凝气体几乎没有排放。物料平衡表见表4。

表4 装置物料平衡

4 优化改进措施

为了进一步提升装置效益，保证装置的长周期稳定运行，从生产操作的角度采取了以下优化改进措施：

(1)合理优化操作参数，保障醚化催化剂长期活性。严格控制R101的温升，当发现R101温升偏高(≥30℃)时，利用适当降低R101入口温度的方法，降低反应器出口温度和温升，一方面可抑制逆反应，另一方面可延长催化剂使用寿命。

(2)优化醚化蒸馏塔的操作，提高塔底产品的TAME纯度(控制50%以上)，让尽可能多的未反应活性烯烃经过醚化蒸馏塔反应段，进一步提高醚化转化率。不过当甲醇萃取塔超出设计负荷时，醚化蒸馏塔的操作要兼顾加工负荷和总体甲醇消耗量，尽可能增加装置效益。

(3)优化上游催化裂化装置和汽油加氢脱硫装置操作，提高催化汽油的烯烃含量和轻汽油产量，进而提升轻汽油醚化装置整体效益。

5 结论

15万t/a催化轻汽油醚化装置自开车以来运行平稳，C5活性烯烃的总转化率稳定在93%以上，醚化汽油产品辛烷值(RON)提升2.5个单位以上，醚化工艺处理效果良好，对催化汽油产品的性质改善显著。该装置2016年全年累计生产256天，加工轻汽油8.5万t，消耗甲醇0.6万余t，经济效益可观。