浅谈轻石脑油异构化在国内炼油厂的应用

张晓华 孙会东 邢定峰 张星 王咏

（1.中国石油天然气股份有限公司规划总院；2.中国石油锦州石化公司）

按照2015年5月国家发改委等部门印发的《加快成品油质量升级工作方案》要求，2016年1月1日起东部地区率先全面供应符合国Ⅴ标准的车用汽柴油，2017年1月1日起，全国全面供应符合国Ⅴ标准的车用汽柴油，同时停止国内销售低于国Ⅴ标准车用汽柴油。目前，全国范围内90号低标号汽油已开始逐步退市，预测未来我国高标号即辛烷值（RON-Research Octane Number）92及以上的汽油消费量和需求量将不断增长［1］。

国Ⅴ标准对汽油中的硫含量、饱和蒸汽压和烯烃含量等指标有更严格的限制和规定，国Ⅳ与国Ⅴ车用汽油标准主要质量指标对比见表 1。国内炼油厂车用汽油国Ⅳ到国Ⅴ质量升级的技术手段主要是：一方面针对催化汽油新建或改造催化汽油加氢、催化轻汽油醚化、烷基化、MTBE（甲基叔丁基醚）等装置；另一方面是针对轻石脑油组分新建轻石脑油异构化等装置。随着环保要求的不断提高，汽油标准将会更加严格，因此，清洁汽油的生产需要低硫、低烯烃并且辛烷值较高的调和组分。

表1 国Ⅳ与国Ⅴ车用汽油标准主要质量指标对比

轻石脑油主要来自连续重整装置原料预处理单元、芳烃抽提单元和加氢裂化等装置，主要成分是C5、C6烷烃，以直链烷烃为主，其辛烷值较低。某炼油厂轻石脑油异构化装置的原料油组成见表2［2］。目前主要作为乙烯裂解和制氢等装置的原料。随着采用天然气制氢以及充分利用C4以下烷烃作为乙烯裂解原料而进行的装置原料结构优化，炼油厂将有富余的轻石脑油需要进一步加工处理。轻石脑油异构化所生产的异构化油不含硫、不含芳烃、不含烯烃，并且通过采用不同的轻石脑油异构化技术和加工流程可以使轻石脑油辛烷值提高10～20个单位，异构化油是理想的清洁汽油调和组分。

表2 某炼油厂轻石脑油异构化装置的原料油组成

1 国内外工业应用情况

轻石脑油异构化技术是成熟的工艺，在国外应用广泛。国内轻石脑油异构化技术研究也有较好的基础，并且已有工业应用装置。

1.1 国外工业应用

轻石脑油异构化工艺技术于20世纪80年代开始在美国、日本和欧洲等发达国家迅速发展起来，并且在20世纪90年代装置能力得到了迅速的增长，大量的轻石脑油通过异构化来生产高辛烷值汽油调和组分［3］。目前，国外多家公司已拥有各自成熟的轻石脑油异构化工艺技术，其中美国环球油品公司（UOP）开发的 Penex异构化工艺和法国阿克森斯公司（Axens）的C5/C6ISOM异构化工艺技术处于世界领先地位，并且在国外工业应用较广。工业业绩方面，截至2010年UOP的Penex工艺已授权专利业绩为235套，Axens已授权业绩56套［2］，另外还有几家公司也开发出了各自的轻石脑油异构化工艺技术，如，Phillips、ABB Lummus、Kellogg等公司。

1.2 国内工业应用

国内首套轻石脑油异构化工业装置于2001年2月在中国石化湛江东兴石油化工有限公司开工，装置规模为18×104t/a，采用中国石化石油化工科学研究院研究（简称石科院）开发的RISO（石科院开发的中温型C5/C6烷烃异构化工艺）异构化技术和中温型RISO C5/C6异构化催化剂，工艺流程采用脱异戊烷+一次通过的流程，C5/C6烷烃原料辛烷值为 75，产品辛烷值标定结果为81［4］。

中国石油塔里木油田分公司泽普石化 3×104t/a轻石脑油异构化装置也采用的是石科院的专利技术，该装置于2004年底建成，2005年4月正式开工投产。

中国石化海南石化的 20×104t/a轻石脑油异构化装置，原料为连续重整拔头油，采用中国石化金陵石化研究院（简称金陵院）的一次通过流程工艺和钯系列催化剂，产品辛烷值提高约13个单位。

2014年2月中国石油天然气股份有限公司广西石化分公司 40×104t/a轻石脑油异构化开工投产，该装置是采用UOP的Penex低温轻石脑油异构化技术的国内首套装置，该工艺采用了反应物一次通过，产品辛烷值可提高约13个单位。

2014年 7月中化泉州石化有限公司新建的 60×104t/a轻石脑油异构化装置开工投产。

2014年7月中石化塔河炼化有限公司新建的30×104t/a轻石脑油异构化装置开工，该装置采用UOP技术。

2 工艺技术概况

2.1 国外技术

目前，国外轻石脑油异构化技术主要掌握在美国UOP公司和法国Axens公司手中，产品辛烷值超过80，最高约为93。

2.1.1 UOP 的 Penex 异构化工艺［2、5］

该工艺可提供一次通过流程与循环流程达到生产不同辛烷值异构化油的目的。

一次通过流程是轻石脑油只通过异构化反应器一次，将原料中低辛烷值的正构烷烃转化为高辛烷值的异构烷烃，受热力学平衡的影响，一次通过流程生产的异构化油辛烷值通常为82～85。一次通过流程简图见图1。

图1 一次性通过流程简图

循环流程又可分为部分循环与全循环流程，部分循环是采用蒸馏分离的方法将异构化产物中以正构烷烃为主的物料返回异构化反应器进一步反应，全循环是采用吸附分离的方法将异构化产物中的正构烷烃与异构烷烃彻底的分离，分离出的正构烷烃返回异构化反应器再次反应，循环流程生产的异构化油辛烷值通常为87～89。循环流程简图见图2。

图2 循环流程简图

如果进料中异戊烷含量较高，可在原料预处理前增设脱异戊烷塔，脱除原料中的异戊烷以降低装置能耗并可促进异构化平衡反应，前脱异戊烷塔与循环流程联合使用，其生产的异构化油辛烷值可达90～93。

Penex主要使用的I-84、I-80和 I-8等催化剂为低温型双功能催化剂，该催化剂采用贵金属铂载于氧化铝上并加入氯化物作为助剂，其催化剂活性高、裂解反应小且液相产率高。

2.1.2 Axens的 ISOM 异构化工艺［2、5］

ISOM轻石脑油异构化工艺也可根据对产品的辛烷值需求选择不同的加工流程：

简单一次通过流程辛烷值可提高10个单位；前脱异戊烷一次通过流程即在反应器前增加脱异戊烷塔，先分离出原料中的异戊烷组分，其余部分进异构化反应器生成异构化产物再与先分离出的异戊烷组分混合，一方面可以提高转化率；另一方面可以降低能耗，此流程辛烷值可提高11～12个单位；循环流程即将反应产物中辛烷值较低的组分通过蒸馏或者吸附的方法分离出来再返回异构化反应器进一步进行异构化反应，以生成理想的异构烷烃组分，此类流程辛烷值可提高15～20个单位，产品辛烷值超过90。

催化剂主要采用Axens公司的ATIS-2L和IS614A催化剂，该催化剂也属于低温型双功能催化剂。

2.2 国内技术

我国轻石脑油异构化工艺技术和异构化催化剂具有较大进展，但仍处于发展阶段。

2.2.1 RISO 异构化工艺［4］

石科院开发了中温型 C5/C6烷烃异构化催化剂和工艺（简称RISO异构化工艺），RISO-A和RISO-B属于中温型分子筛催化剂，具有活性高、异构化选择性、稳定性及低压性能好等特点。以馏程为36～71℃富含正构C5（或C6）的重整拔头油为原料，采用一次通过工艺的异构化汽油辛烷值超过80。

2.2.2 CI-50 催化剂［6］

金陵院和华东理工大学（简称华东理工）联合研发的CI-50催化剂，此催化剂为中温型钯催化剂，中国石化海南石化的 20×104t/a异构化装置采用一次通过流程工艺和此催化剂，异构化油产品辛烷值可提高13个单位。国内外主要的轻石脑油异构化工艺参数对比见表 3［5］。

表3 国内外主要的轻石脑油异构化工艺参数对比

3 结论

一是，随着新标准对汽油质量要求的不断提高，炼油厂生产的汽油产品中增加低硫、低氮、低烯烃、低芳烃、高辛烷值组分的含量将成为炼油厂面临的必然选择。

二是，轻石脑油异构化装置可以生产出具有高附加值的高辛烷值清洁汽油调和组分，不仅可以解决C5/C6的产品出路问题，而且对于炼油厂的产业结构调整、生产流程优化、汽油质量升级都具有积极的重要作用。

三是，各炼油厂可根据自身汽油调和池中辛烷值的实际情况，确定所需异构化油辛烷值目标值，并以此为基础选择轻石脑油异构化工艺流程。

四是，轻石脑油异构化必将是国内清洁汽油生产的重要技术手段之一。

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