來 源 | 洛陽院 煉油技術與工程

作 者 | 郭勁鶴

導 讀

輕烴芳構化是一種以輕烴(C4~C7)為原料，以改性分子篩為催化劑，將低分子的烴類直接轉化為苯、甲苯和二甲苯(BTX)或汽油等輕質芳烴的石油加工技術。BTX是最具代表性的芳烴產品，已被廣泛應用于多種化工產品的制備過程中。大力發展芳烴生產符合傳統煉油企業由燃料型向化工型轉型的發展趨勢。

由中石化石油化工科學研究院(石科院)與中石化洛陽工程有限公司共同開發的芳烴型移動床輕烴芳構化技術，以C3~C7混合輕烴為原料，生產苯、甲苯和混合二甲苯，副產氫氣，已成功實現工業應用。

裝置基本情況

某煉油廠新建一套500kt/a輕烴芳構化裝置于2019年7月完成詳細設計，2020年5月建成中交，2020年7月8日投料，7月10日產出合格甲苯產品，7月12日催化劑循環燒焦，一次開車成功。原料包括DCC(深度催化裂解)石腦油、重整戊烷油、芳烴抽余油、加氫石腦油、液化石油氣及重整和加氫干氣。主要產品為苯、甲苯、C+8芳烴，副產氫氣、液化石油氣以及干氣。

 

裝置由芳構化反應部分、產品分離部分、催化劑連續再生部分及界區內配套的公用工程設施組成。

技術特點

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主要工藝特點

工藝原理：輕烴芳構化反應是一個復雜的過程，包括了裂化、齊聚、環化、脫氫、氫轉移等諸多反應。可劃分為烷烴活化和烯烴芳構化兩個階段。

烷烴活化階段主要包括烷烴的脫氫、裂化和氫轉移反應；烯烴芳構化階段主要包括烯烴異構、裂化、齊聚和環化等反應。

 

低碳烷烴的活化并裂解脫氫是輕烴芳構化的控制步驟之一，需要在高溫下才有較高的反應速率；同時輕烴脫氫芳構化反應是分子數增加的反應，也需要提高反應溫度來促使反應平衡向有利于生成芳烴的方向移動。降低反應壓力，不利于烯烴的聚合、環化等減分子反應的發生，但有利于裂化、脫氫以及多烷基苯的脫烷基等增分子反應的發生。該裝置主要工藝條件如下。

（1）反應溫度520~550℃；平均反應壓力0.2MPa。

（2）采用移動床工藝技術，催化劑在反應器及再生器內連續移動及連續再生，使反應能夠在更高的苛刻度下運行(反應壓力低，反應溫度高)并提高產品收率。

（3）采用閉鎖料斗實現催化劑循環，能夠精準計量催化劑循環量，并采用“無閥輸送”，以減少催化劑磨損。

02

主要設備特點

芳構化反應器采用兩兩重疊結構。反應器內構件采用向心流動型式，反應器內構件及再生器內構件采用激光無縱向焊縫技術，提高了內網抗應力撕裂的能力，保證系統運行更加穩定、安全、可靠。

 

加熱爐采用“四合一”多流路U形管箱式爐和低NOx燃燒器。對流段設有3.5MPa蒸汽發生系統，其煙氣與穩定塔重沸爐的煙氣聯合余熱回收，加熱爐設計熱效率可達92%以上。

 

進料/反應產物換熱器、再生氣換熱器采用纏繞管式換熱器，有利于深度換熱，降低能耗，減少占地。

工業應用

01

裝置開工及運行

該裝置于2020年6月9日開始催化劑裝填及料位標定；7月5日系統開始升溫脫水，鑒于催化劑的性質及當地氣候狀況，系統設定脫水72h；7月8日投料并提溫；7月10日甲苯產品合格；7月12日催化劑循環燒焦。

 

裝置自投料開車以來，生產運行較為穩定，受全廠干氣平衡的限制，裝置加工負荷約為60%。

02

裝置標定

為考核裝置的運行能力、催化劑性能及各項技術經濟指標，于2020年12月2日-4日進行了56h首次標定。

 

標定原料包括重整戊烷油、加氫石腦油、芳烴抽余油、醚前碳四及循環物料。與設計原料相比，標定原料烯烴質量分數降低7.44百分點，烷烴質量分數增加5.17百分點，環烷烴質量分數增加2.34百分點，詳細數據如下。

根據輕烴芳構化的反應原理，烯烴比烷烴和環烷烴具有更高的芳烴產率和氫氣產率。裝置經標定，產品液體收率達到50.2%，穩定汽油中芳烴質量分數95.9%，芳烴收率48.14%，純氫收率2.90%，均超過設計保證值。

 

標定的技術指標見下表。

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存在問題分析及改進

標定期間反應溫度最高530℃，較設計值(550℃)低20℃。

 

原因:反應溫降大于設計值(設計溫降30℃，實際溫降達到61℃)導致加熱爐熱負荷不足，提溫受限。根本原因是原料烯烴含量偏少，系統熱量損失也較為嚴重。

 

解決辦法:增加原料烯烴含量；轉油線保溫整改；加熱爐改造增加設計熱負荷。今后對于此類反應溫降受原料影響較大的裝置，加熱爐設計應留有更多的余量。