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【第二十一期】大工技述:纳米分子筛轻烃芳构化技术—郭洪臣教授课题组助推我国轻芳烃生产和汽油质量升级

2017-12-26  点击:[]

自2000年以来,我国原油加工一直保持迅猛增长势头。目前,我国炼油能力已接近8亿吨,成为世界第二大石化产品生产国。在获得化工原料和清洁燃料两大产品的同时,我国炼化行业还副产以千万吨计的轻质石油烃—碳四液化气、C5/C6拔头油、芳烃抽余油和各种劣质石脑油等。这些轻烃资源的合理利用一直是企业挖潜增效和国家降低石油进口依赖度的重要课题。

通过芳构化反应将轻烃转化为轻芳烃(BTX)化工原料或者转化为高辛烷值汽油,是公认的轻烃有效利用催化技术手段。但是长期以来,芳构化技术本身一直受催化剂积碳失活快的问题困扰。因此,二十世纪末国内外开发的基于微米分子筛催化剂的传统芳烃生产工艺(如Cyclar、Z-forming和Aroforming等)均未得到推广应用。

自2002年开始,我校化工学院郭洪臣教授课题组利用本学科在纳米分子筛上的优势基础致力于开发抗积碳失活型芳构化催化剂,潜心攻关三年解决了制约芳构化技术工业应用的瓶颈问题。该课题组于2005年成功开发出在富烯烃碳四液化气进料下能够长周期运行(>30天)的新型芳构化催化剂,为在固定床上平稳运行芳构化反应奠定了基础。

2006年9月,郭洪臣教授课题组通过与山东齐旺达集团的校企合作首次将固定床纳米分子筛芳构化技术(Nano- forming工艺)投入工业应用。在山东省淄博市建设的国内首套规模达10万吨/年的最大芳构化装置一次性投料成功。该装置可将富烯烃碳四液化气转化为轻芳烃(BTX)和优质蒸汽裂解料,实现了碳四原料的完全增值利用,吸引了广泛关注,在全国掀起了一轮持续多年的芳构化热,最终为我国炼化企业彻底解决了碳四液化气的出路问题。

砺剑十载后,Nano- forming工艺已在国内推广40余套工业装置,在用最大单套装置年加工能力达69万吨(进料为丙丁烷液化气、拔头油和芳烃抽余油的混合物,用于BTX生产)。2017年又新增60万吨/年和100万吨/年BTX生产装置各一套。如今Nano- forming工艺已拥有系列催化剂和配套工艺包。适用原料涵盖各种石油液化气、轻石脑油、抽余油、凝析油和各种加氢石脑油。技术成熟,具有丰富的工业应用经验和完善的产业化技术服务体系。Nano- forming工艺不但支持轻芳烃化工原料生产模式(深度芳构化),而且支持高辛烷值清洁汽油生产模式(缓和芳构化)。

山东齐旺达集团和武汉凯顺石化公司的芳构化装置采用轻芳烃生产模式。上述企业将Nano-forming工艺与蒸汽裂解装置集成,利用气体副产物(主要为乙烷、丙烷和丁烷)作为乙烯装置的蒸汽裂解料,生产轻芳烃(BTX)的同时联产乙烯丙烯,最大限度地提高了芳构化装置的经济性。该模式的运行装置规模分别为10万吨/年和20万吨/年。

大连FD石化公司的芳构化装置也采用轻芳烃生产模式。该公司将Nano- forming工艺与连续重整装置集成,利用重整装置的轻烃副产物(丙丁烷液化石油气、拔头油和抽余油)为芳构化装置提供原料。芳构化装置利用副产轻烃生产的芳烃(芳烃产率45-50%)与重整芳烃合并进行分离加工。在该模式中,芳构化装置副产的大量丙烷(产率约为30-40%)将用于丙烷脱氢制丙烯,吃干榨净石脑油,走出芳-烯兼顾的深加工之路,为连续重整装置的未来发展提供了重要借鉴。现役装置规模为69万吨/年。山东WR石化公司和山东YT石化公司分别在建60万吨/年和100万吨/年同类装置。

湖北金奥石化公司、山东佳浩石化公司、吉林松原石化等公司的芳构化装置采用汽油生产模式。这些公司用Nano- forming工艺进行石脑油改质生产高辛烷值汽油组分。进料石脑油(直馏汽油和各种加氢石脑油)的辛烷值较低,一般在50左右。Nano-forming工艺能在非临氢的芳构化反应中将其变成辛烷值达85左右的汽油组分,使调和生产高标号汽油变得简单,且不论原料油的硫含量如何,生成油的硫含量均不高于10 μg/g,这一优点为汽油清洁化提供了有利条件。

Nano-forming工艺用于石脑油改质生产高辛烷值汽油时还允许掺炼5-20%甲醇。这种新的石脑油改质模式已经在山东海新石化公司和山东齐旺达海仲石化公司的两套20万吨/年工业装置上成功运行。与金奥石化等用户的石脑油改质模式相比,本工艺模式的生成油在达到同样辛烷值情况下油品收率会有较明显提高。不仅如此,掺炼甲醇还具有降苯、补热节能的作用。

总而言之,Nano-forming 在石脑油进料生产汽油模式下,可以把进料石脑油的辛烷值提高35-40个单位,油品收率达到70%以上,催化剂单程运行周期达到2个月以上。在以加氢石脑油为原料生产轻芳烃模式下,能够在干气低至10- 12%的情况下获得大于50%的总芳烃收率,催化剂单程运行周期不低于一个月。

Nano-forming芳构化技术经过十余年的不断发展完善,如今已经跨过了推广初期的独立装置原始应用模式,正在融入大型石化基地,成为各种炼化装置副产烃类的集结加工站和为其它装置再输出资源化原料的供应站,已经并将继续为炼化企业优化全厂资源配置,调整产业结构,挖潜增效,进而提高整体经济和社会效益发挥重要作用。

 

教授简介:

郭洪臣教授,博士生导师。主要从事沸石分子筛合成,多相催化和等离子体催化在能源、环境及化学品合成等领域的基础和应用研究。主要学术成果曾发表在AIChE. J,Chem. Eng. J.和Angew. Chem. Int. Ed., J. Catal., ACS Catal., Chem.Commn.和Appl. Catal. B等国际著名化工、化学和催化期刊上。已有60余项专利授权。曾获得2003年国家科技进步二等奖。

 

编辑排版:经顾廷

责任编辑:蔡  琳

文章作者:瑜  平

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