催化重整裝置輕石腦油生產戊烷發泡劑的工業實踐

劉 飛，于 寧，田 園

(1.中國石化青島石油化工有限責任公司，山東 青島 266043；2.中國石化石油化工科學研究院；3.國網物資有限公司)

在催化重整裝置中，預加氫單元分餾塔可將加氫石腦油切割分為輕石腦油和重整原料兩部分[1-2]。隨著煉油能力的日趨增加，輕石腦油的產量也大幅度增加，如何合理利用輕石腦油成為工業生產的一項重要課題。目前輕石腦油常被作為汽油調合組分或者芳構化裝置的原料，但由于輕石腦油富含C4～C6烷烴，將其直接調入汽油，會降低汽油辛烷值和增大汽油蒸氣壓。將輕石腦油進行芳構化轉化則需要新建裝置，增加投資費用。而由于輕石腦油中富含C5烷烴，該部分原料還可以用于生產高純度戊烷油，即戊烷發泡劑[3-4]。

發泡劑是促進產生泡沫從而形成閉孔或聯孔結構材料的物質，又稱為泡沫劑或起泡劑。傳統的氟氯烴類發泡劑由于環境污染問題逐漸被棄用，而戊烷發泡劑由于溫室效應潛能(GWP)小、毒性小、安全環保等優勢，可以作為氟氯烴替代品滿足環保方面的各項要求[5]。從發泡劑的物理化學特性上來看，重整裝置非常適合作為生產高純度戊烷發泡劑的裝置。重整預加氫反應器脫除石腦油中的硫、氮、氧等雜質，經過分餾單元分離，就能得到優質的戊烷發泡劑[6]。為進一步提高產品附加值，增加經濟收益，考慮通過工藝參數調整，生產符合國家標準GB/T 22053—2008《戊烷發泡劑》要求的戊烷發泡劑產品[7]。

1 技術方案及流程

中國石化青島石油化工有限責任公司(簡稱青島石化)250 kt/a催化重整裝置預加氫分餾單元含蒸發塔及分餾塔，其工藝流程示意見圖1。

圖1 催化重整裝置預加氫處理單元工藝流程示意

在輕石腦油作為調合組分的方案(方案1)中，蒸發塔和分餾塔的作用是將預加氫反應產物中不適合作重整原料的輕組分分出，得到合適餾程的精制石腦油作為重整進料。蒸發塔主要分離加氫后的硫化氫等酸性組分及水分等雜質，通過控制塔底溫度可以使精制石腦油中水質量分數低于5 μg/g，硫質量分數低于5 μg/g，從而滿足重整進料的要求。分餾塔主要分離原料中的輕烴，使輕烴中C5質量分數保持在85%以上，從而使重整單元進料保持在適宜的餾程范圍，提高重整過程的經濟性。在常規工藝條件下，蒸發塔采用全回流操作，分餾塔塔頂輕石腦油作為汽油調合組分。

在輕石腦油作為高純度的戊烷發泡劑的方案(方案2)中，為了最小限度地變更原有工藝流程及設備設施，僅對現有催化重整裝置預加氫分餾單元的蒸發塔及分餾塔的操作條件作出調整。在現有流程基礎上，調整蒸發塔的回流使之由全回流改為部分回流，塔頂抽出部分小于C5的餾分油，從而使分餾塔塔頂生產純度大于98%的C5組分發泡劑。

2 兩種方案工業應用結果

2.1 工藝條件對比

方案1和方案2的工藝條件見表1所示。

表1 兩種方案的工藝條件對比

由表1可以看出：與方案1相比，方案2的工藝條件主要進行了如下調整：①蒸發塔塔底溫度由185～190 ℃提升至200～204 ℃，塔頂回流量由7 t/h提高至9 t/h，塔頂溫度由60 ℃提高至84～88 ℃，溫度和回流量的提高可以將部分輕烴組分由塔頂脫除；蒸發塔由全回流操作改為外送部分C3和C4，外送量為0.5～0.8 t/h；蒸發塔的含硫氣外送量由450～550 m3/h提高至550～600 m3/h。②分餾塔塔頂溫度由70～75 ℃降低至68～72 ℃，塔頂回流量由11 t/h提高至12 t/h；由于部分輕烴已從蒸發塔塔頂脫除，因此分餾塔的輕石腦油C5餾分外送量由2～2.5 t/h降低至1.5～2 t/h。

2.2 產品性質對比

表2為兩種方案的輕石腦油中烷烴組成分析數據。2017年5月17日，裝置按方案1的工藝參數進行穩定運轉，2017年5月24日，裝置按方案2的

表2 兩種方案的輕石腦油中烷烴組成分析數據 w，%

工藝參數進行調整。由表2可以看出：按方案1進行操作運轉時，輕石腦油中C5質量分數為86.65%；按方案2進行操作運轉時，輕石腦油中C5質量分數為98.06%，達到輕石腦油中C5質量分數大于98%的要求，其他性質均滿足國家標準GB/T 22053—2008《戊烷發泡劑》規定的要求。

2.3 生產及安全性分析

裝置按方案2在不新增設備設施，僅通過局部調整現有裝置流程的情況下，可生產出滿足國家標準GB/T 22053—2008要求的戊烷發泡劑產品。為了將C3、C4組分分離出來，方案2提高了蒸發塔的操作溫度，塔頂溫度由60 ℃提高至84～88 ℃，導致塔頂冷卻器負荷大幅增加，塔頂冷卻器負荷增加的問題可以通過降低裝置處理量的方法來解決。考慮到蒸發塔及分餾塔的氣相負荷和回流量增加以及塔頂冷卻器負荷的限制，重整裝置處理量可以根據塔的實際操作情況適當調節。

同時，方案2中由于分餾塔塔頂輕石腦油作為C5餾分抽出，為保證其純度，有少量C5進入精制石腦油，使精制石腦油初餾點有所降低，但對重整裝置操作的安全性沒有影響。

2.4 產品儲存及運輸

戊烷的存儲利用青島石化液化氣罐區現有的球罐。球罐需要增加氮封設施，并設低壓報警，防止儲罐抽成負壓。戊烷發泡劑全部用汽車運輸出廠。

2.5 經濟效益分析

方案1和方案2的催化重整裝置處理量保持32.7 t/h，夏季生產因汽油飽和蒸氣壓的要求，輕石腦油難以作汽油調合組分，此時加工方案由方案1調整為方案2后，每月可以生產C5組分約1 kt，生產周期3個月。蒸發塔及分餾塔底部熱源為熱載體加熱，熱載體加熱爐瓦斯用量由120 m3/h增加至150 m3/h。裝置水、電、汽、化工輔料等費用因裝置處于滿負荷運行基本沒有增加，重整裝置能耗增加20.9 MJ/t。燃料油價格以2 200元/t核算，重整裝置生產C5費用增加1.1元/t。輕石腦油和C5的價格分別以2 940元/t(不含稅)和3 376元/t(不含稅)核算，3個月可增加的效益為129萬元。

3 結 論

青島石化催化重整裝置在原有以輕石腦油生產汽油調合組分基礎上進行工藝參數調整，變為兼產戊烷發泡劑工藝，實現了生產C5組分質量分數大于98%的戊烷發泡劑。工業試驗結果表明，調整后工藝生產的戊烷發泡劑質量指標滿足國家標準GB/T 22053—2008《戊烷發泡劑》規定的要求。同時，通過對催化重整裝置工藝操作條件變更情況和產品存儲及運輸方面的分析，生產戊烷發泡劑對設備的平穩運行和裝置安全性沒有影響，并可獲得較高的經濟價值。