催化和焦化碳四作烷基化料技术经济分析

苏跃军

（中石化股份天津分公司，天津300271）

1 前言

催化碳四是指初始来源于催化裂化装置、经过脱硫及气体分离、以C4成分为主的液化石油气。焦化碳四是指来自于延迟焦化装置，经过脱硫及气体分离、以C4成分为主的液化石油气。两种碳四所含的异丁烷和碳四烯烃是烷基化反应的有效组分，两种碳四组成、烷基化油收率、经济效益等差异较大。分析比较催化碳四和焦化碳四作烷基化原料的技术经济性能，便于企业优化催化碳四和焦化碳四的流向、优化烷基化装置原料结构。

2 烷基化装置及其对原料性质的需求

烷基化装置：本企业烷基化装置设计能力为年产300kt 烷基化油，烷基化装置包括原料分离精制、烷基化等主生产单元。其中原料精制单元通过选择性加氢及精馏，将原料中少量有害杂质如硫含量、二甲醚、丁二烯等予以消除，并分离出部分轻组分燃料气。烷基化单元采用杜邦STRATCO硫酸法烷基化技术，使原料中异丁烷与正丁烯、顺/反丁烯、异丁烯等发生化学反应，生成以碳八烷烃为主要组分的烷基化油。原料中所含正丁烷则属于无效反应组分, 最终以饱合液化气等产品形式排出装置。

原料有效组分：指原料中异丁烷与正丁烯、顺/反丁烯、异丁烯等含量之和，是烷基化原料组成的标志性指标,是形成烷基化油的基础。原料有效组分含量越高，对烷基化油主产品的贡献也越高，反之越低。从反应机理分析，原料有效组分基本都生成了烷基化油。烷基化装置本身希望非有效组分含量越低越好。

原料烷烯比值：即异丁烷含量与碳四烯烃含量的比值，也是原料性质重要指标。烷基化反应理论烷烯比值为1.0[1]。实际生产中装置进料中烷烯比值提高，有利于提高烷基化油的辛烷值。烷烯比值低，烷基化油产品辛烷值降低、甚至不能正常生产。由于本企业烷基化装置原料品种多，原料配比精细操作难度大，装置实际生产需要的原料烷烯比值在1.2～1.3 之间，一般按烷烯比值1.26 计算。原料烷烯比值超过1.0 时、多余异丁烷与碳四原料中的正丁烷组分一起形成饱合液化气外售。

3 催化和焦化碳四性质及作烷基化原料技术分析

催化碳四、焦化碳四是企业自产碳四液化气资源，是烷基化装置优先使用的原料。因本企业自产碳四总资源量不足以满足烷基化装置生产需求，尚需外购部分碳四作为补充。

表1 催化、焦化碳四及外购异丁烷组成及性质 单位：wt%

3.1 催化碳四及焦化碳四的组成对比。

表1 中原料组成参考6 月份企业原料组成分析报告，其中：

有效组分含量：催化碳四有效组分含量为90.7%，焦化碳四有效组分含量为47.2%，可见催化碳四的有效组分含量远远超过焦化碳四。也就是说催化碳四作烷基化原料，其烷基化油收率约高于焦化碳四43.5%。

烷烯比值：烷烯比值即异丁烷含量与碳四烯烃含量比值。表1 中催化碳四的烷烯比值为1.19，焦化碳四的烷烯比值为0.90。此时两种自产碳四原料的烷烯比值都达不到烷基化反应进料烷烯比值1.26 的要求，而焦化碳四的烷烯比值相对更低。因此天津石化烷基化装置必须外采异丁烷组分来满足装置的基本生产需求。

3.2 原料性质变化情况

由于碳四是炼油生产成品油过程中的联产品，上游炼油装置生产工艺变化，导致两种碳四液化气原料组成的变化，也直接影响了烷基化装置原料结构变化。

催化碳四不同时段的烷烯比值变化趋势见图1。

从图1 中可见，催化碳四的有效组分含量是比较稳定的，基本稳定在90%左右，波动幅度不大。而烷烯比值一季度（冬季工艺）和二季度（夏季工艺）相比相差较大，这与催化装置调整操作条件等因素有关。其中一季度催化碳四的烷烯比值在1.65 左右，此时催化碳四的烷烯比值能够保证烷基化装置烷烯比值1.26 的需要，还可以富裕部分异丁烷。二季度催化碳四烷烯比值下降，基本在1.1～1.2 左右，低于烷基化装置反应1.26 的基本需求。因此夏季催化碳四也需要外采异丁烷作为烷基化装置的基本需要。

图1 催化碳四不同时段性质变化情况

焦化碳四原料的变化情况具体如下图2。

图2 焦化碳四不同时间段烷烯比值变化情况

从图2 可见，焦化液化气的烷烯比值、有效组分含量相对于催化液化气而言，波动更为剧烈、幅度也更大。焦化碳四的烷烯比值一季度在1.1 左右、二季度在0.90 左右，焦化碳四烷烯比值下降程度低于催化碳四。由于焦化液化气烷烯比值一直低于1.26，因此需要外采异丁烷作为补充原料，来调合烷烯比值，保证烷基化装置生产需求。

4 催化和焦化碳四作烷基化料的经济分析

4.1 市场价格条件

各原料价格、产品价格全部扣税，以2019 年6月份价格作参考。原料及产品价格是催化碳四和焦化碳四经济分析比较的基础条件。具体见表2。

表2 碳四原料及烷基化产品价格

催化及焦化碳四价格参考周边同类原料价格，烷基化产品也有市场价格或可参考价格。当然市场价格是不断变化的，上述价格只是特定时期价格（按2019 年6 月份市场价格），市场价格对原料经济性有影响。

烷基化产品中，烷基化油主要是炼油企业利用烷基化油的辛烷值高、烯烃含量低等特性来调合生产高标准汽油；饱合液化气主要含正丁烷，是一种高效乙烯原料，外售给乙烯企业；燃料作为企业自用燃料，性质与天然气相当，价格参照天然气。

4.2 催化及焦化碳四作烷基化原料的经济分析

按表1 中两种碳四原料的组成为例进行经济效益对比分析。将两种原料“净产出”进行对比作为两种原料经济性对比的途径。

在两种原料烷烯比值都达不到烷基化装置生产需要时，都需要外采异丁烷调节烷烯比值，来保证烷基化装置生产需要的烷烯比值。因此两种原料本身作烷基化原料经济分析数据时，还必须扣除因调合烷烯比值外采的异丁烷的经济效益。

按净产出法对两种碳四液化气作烷基化原料的经济性进行分析。净产出法是将两种液化气作烷基化原料产出的烷基化油、饱合液化气（含正丁烷等）、燃料气等三种产品产量，分别乘其价格（税后），扣除原料价值（原料投料量乘单价）、扣除燃动能耗及辅助材料后的净额即“净产出”。哪种原料的净产出额越大，哪种原料的经济性越好。使用“净产出法”时，不考虑装置的固定费用。

表3 外购异丁烷作烷基化原料的净产出

表4 催化碳四作烷基化原料的净产出

表5 焦化碳四作烷基化原料的净产出

其中外购5t 异丁烷的净产出为5*336＝1680元t-1，因此每100t 催化碳四的净产出为74585-1680＝72905 元t-1，折每t 催化碳四原料净产出额为729 元t-1。

其中外购11t 异丁烷原料的净产出为11*336＝3696 元t-1，因此每100t 焦化碳四原料的净产出为56735-3696＝53039 元t-1，折每t 焦化碳四原料净产出额为530 元t-1。

可以看到，每t 催化碳四原料的净产出为729元t-1，比焦化碳四的530 元t-1高199 元t-1，尽管催化碳四比焦化碳四市场价格高300 元t-1左右，当然催化碳四市场价格高从另一方面也反映了催化碳四作烷基化原料技术经济性能相对更好。

5 结论

1）作为烷基化原料，催化碳四有效组分含量90.7%，焦化碳四有效组分含量47.2%。催化碳四的烷基化油收率约高于焦化碳四43.5%。

2）催化碳四的平均烷烯比值1.65～1.19，焦化碳四平均烷烯比值1.1～0.90。焦化碳四烷烯比值较低，需要补充的异丁烷量也更多。同时由于两种原料烷烯比值不同且时间段变化较大，需要根据届时的原料分析报告，测算届时异丁烷的补充量。

3）因有效组分含量高，催化碳四作烷基化原料的经济性明显高于焦化碳四。总之从原料性质及经济效益两方面分析看，催化碳四相对于焦化碳四是一种更好的烷基化原料。