催化和焦化碳四作烷基化料技術經濟分析

蘇躍軍

（中石化股份天津分公司，天津300271）

1 前言

催化碳四是指初始來源于催化裂化裝置、經過脫硫及氣體分離、以C4成分為主的液化石油氣。焦化碳四是指來自于延遲焦化裝置，經過脫硫及氣體分離、以C4成分為主的液化石油氣。兩種碳四所含的異丁烷和碳四烯烴是烷基化反應的有效組分，兩種碳四組成、烷基化油收率、經濟效益等差異較大。分析比較催化碳四和焦化碳四作烷基化原料的技術經濟性能，便于企業優化催化碳四和焦化碳四的流向、優化烷基化裝置原料結構。

2 烷基化裝置及其對原料性質的需求

烷基化裝置：本企業烷基化裝置設計能力為年產300kt 烷基化油，烷基化裝置包括原料分離精制、烷基化等主生產單元。其中原料精制單元通過選擇性加氫及精餾，將原料中少量有害雜質如硫含量、二甲醚、丁二烯等予以消除，并分離出部分輕組分燃料氣。烷基化單元采用杜邦STRATCO硫酸法烷基化技術，使原料中異丁烷與正丁烯、順/反丁烯、異丁烯等發生化學反應，生成以碳八烷烴為主要組分的烷基化油。原料中所含正丁烷則屬于無效反應組分, 最終以飽合液化氣等產品形式排出裝置。

原料有效組分：指原料中異丁烷與正丁烯、順/反丁烯、異丁烯等含量之和，是烷基化原料組成的標志性指標,是形成烷基化油的基礎。原料有效組分含量越高，對烷基化油主產品的貢獻也越高，反之越低。從反應機理分析，原料有效組分基本都生成了烷基化油。烷基化裝置本身希望非有效組分含量越低越好。

原料烷烯比值：即異丁烷含量與碳四烯烴含量的比值，也是原料性質重要指標。烷基化反應理論烷烯比值為1.0[1]。實際生產中裝置進料中烷烯比值提高，有利于提高烷基化油的辛烷值。烷烯比值低，烷基化油產品辛烷值降低、甚至不能正常生產。由于本企業烷基化裝置原料品種多，原料配比精細操作難度大，裝置實際生產需要的原料烷烯比值在1.2～1.3 之間，一般按烷烯比值1.26 計算。原料烷烯比值超過1.0 時、多余異丁烷與碳四原料中的正丁烷組分一起形成飽合液化氣外售。

3 催化和焦化碳四性質及作烷基化原料技術分析

催化碳四、焦化碳四是企業自產碳四液化氣資源，是烷基化裝置優先使用的原料。因本企業自產碳四總資源量不足以滿足烷基化裝置生產需求，尚需外購部分碳四作為補充。

表1 催化、焦化碳四及外購異丁烷組成及性質 單位：wt%

3.1 催化碳四及焦化碳四的組成對比。

表1 中原料組成參考6 月份企業原料組成分析報告，其中：

有效組分含量：催化碳四有效組分含量為90.7%，焦化碳四有效組分含量為47.2%，可見催化碳四的有效組分含量遠遠超過焦化碳四。也就是說催化碳四作烷基化原料，其烷基化油收率約高于焦化碳四43.5%。

烷烯比值：烷烯比值即異丁烷含量與碳四烯烴含量比值。表1 中催化碳四的烷烯比值為1.19，焦化碳四的烷烯比值為0.90。此時兩種自產碳四原料的烷烯比值都達不到烷基化反應進料烷烯比值1.26 的要求，而焦化碳四的烷烯比值相對更低。因此天津石化烷基化裝置必須外采異丁烷組分來滿足裝置的基本生產需求。

3.2 原料性質變化情況

由于碳四是煉油生產成品油過程中的聯產品，上游煉油裝置生產工藝變化，導致兩種碳四液化氣原料組成的變化，也直接影響了烷基化裝置原料結構變化。

催化碳四不同時段的烷烯比值變化趨勢見圖1。

從圖1 中可見，催化碳四的有效組分含量是比較穩定的，基本穩定在90%左右，波動幅度不大。而烷烯比值一季度（冬季工藝）和二季度（夏季工藝）相比相差較大，這與催化裝置調整操作條件等因素有關。其中一季度催化碳四的烷烯比值在1.65 左右，此時催化碳四的烷烯比值能夠保證烷基化裝置烷烯比值1.26 的需要，還可以富裕部分異丁烷。二季度催化碳四烷烯比值下降，基本在1.1～1.2 左右，低于烷基化裝置反應1.26 的基本需求。因此夏季催化碳四也需要外采異丁烷作為烷基化裝置的基本需要。

圖1 催化碳四不同時段性質變化情況

焦化碳四原料的變化情況具體如下圖2。

圖2 焦化碳四不同時間段烷烯比值變化情況

從圖2 可見，焦化液化氣的烷烯比值、有效組分含量相對于催化液化氣而言，波動更為劇烈、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。由于焦化液化氣烷烯比值一直低于1.26，因此需要外采異丁烷作為補充原料，來調合烷烯比值，保證烷基化裝置生產需求。

4 催化和焦化碳四作烷基化料的經濟分析

4.1 市場價格條件

各原料價格、產品價格全部扣稅，以2019 年6月份價格作參考。原料及產品價格是催化碳四和焦化碳四經濟分析比較的基礎條件。具體見表2。

表2 碳四原料及烷基化產品價格

催化及焦化碳四價格參考周邊同類原料價格，烷基化產品也有市場價格或可參考價格。當然市場價格是不斷變化的，上述價格只是特定時期價格（按2019 年6 月份市場價格），市場價格對原料經濟性有影響。

烷基化產品中，烷基化油主要是煉油企業利用烷基化油的辛烷值高、烯烴含量低等特性來調合生產高標準汽油；飽合液化氣主要含正丁烷，是一種高效乙烯原料，外售給乙烯企業；燃料作為企業自用燃料，性質與天然氣相當，價格參照天然氣。

4.2 催化及焦化碳四作烷基化原料的經濟分析

按表1 中兩種碳四原料的組成為例進行經濟效益對比分析。將兩種原料“凈產出”進行對比作為兩種原料經濟性對比的途徑。

在兩種原料烷烯比值都達不到烷基化裝置生產需要時，都需要外采異丁烷調節烷烯比值，來保證烷基化裝置生產需要的烷烯比值。因此兩種原料本身作烷基化原料經濟分析數據時，還必須扣除因調合烷烯比值外采的異丁烷的經濟效益。

按凈產出法對兩種碳四液化氣作烷基化原料的經濟性進行分析。凈產出法是將兩種液化氣作烷基化原料產出的烷基化油、飽合液化氣（含正丁烷等）、燃料氣等三種產品產量，分別乘其價格（稅后），扣除原料價值（原料投料量乘單價）、扣除燃動能耗及輔助材料后的凈額即“凈產出”。哪種原料的凈產出額越大，哪種原料的經濟性越好。使用“凈產出法”時，不考慮裝置的固定費用。

表3 外購異丁烷作烷基化原料的凈產出

表4 催化碳四作烷基化原料的凈產出

表5 焦化碳四作烷基化原料的凈產出

其中外購5t 異丁烷的凈產出為5*336＝1680元t-1，因此每100t 催化碳四的凈產出為74585-1680＝72905 元t-1，折每t 催化碳四原料凈產出額為729 元t-1。

其中外購11t 異丁烷原料的凈產出為11*336＝3696 元t-1，因此每100t 焦化碳四原料的凈產出為56735-3696＝53039 元t-1，折每t 焦化碳四原料凈產出額為530 元t-1。

可以看到，每t 催化碳四原料的凈產出為729元t-1，比焦化碳四的530 元t-1高199 元t-1，盡管催化碳四比焦化碳四市場價格高300 元t-1左右，當然催化碳四市場價格高從另一方面也反映了催化碳四作烷基化原料技術經濟性能相對更好。

5 結論

1）作為烷基化原料，催化碳四有效組分含量90.7%，焦化碳四有效組分含量47.2%。催化碳四的烷基化油收率約高于焦化碳四43.5%。

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。焦化碳四烷烯比值較低，需要補充的異丁烷量也更多。同時由于兩種原料烷烯比值不同且時間段變化較大，需要根據屆時的原料分析報告，測算屆時異丁烷的補充量。

3）因有效組分含量高，催化碳四作烷基化原料的經濟性明顯高于焦化碳四。總之從原料性質及經濟效益兩方面分析看，催化碳四相對于焦化碳四是一種更好的烷基化原料。