全国首套芳烃型移动床轻烃芳构化装置的设计及工业应用

轻烃芳构化是一种以轻烃(C4~C7)为原料，以改性分子筛为催化剂，将低分子的烃类直接转化为苯、甲苯和二甲苯(BTX)或汽油等轻质芳烃的石油加工技术。BTX是最具代表性的芳烃产品，已被广泛应用于多种化工产品的制备过程中。大力发展芳烃生产符合传统炼油企业由燃料型向化工型转型的发展趋势。

由中石化石油化工科学研究院(石科院)与中石化洛阳工程有限公司共同开发的芳烃型移动床轻烃芳构化技术，以C3~C7混合轻烃为原料，生产苯、甲苯和混合二甲苯，副产氢气，已成功实现工业应用。

某炼油厂新建一套500kt/a轻烃芳构化装置于2019年7月完成详细设计，2020年5月建成中交，2020年7月8日投料，7月10日产出合格甲苯产品，7月12日催化剂循环烧焦，一次开车成功。原料包括DCC(深度催化裂解)石脑油、重整戊烷油、芳烃抽余油、加氢石脑油、液化石油气及重整和加氢干气。主要产品为苯、甲苯、C+8芳烃，副产氢气、液化石油气以及干气。

装置由芳构化反应部分、产品分离部分、催化剂连续再生部分及界区内配套的公用工程设施组成。

工艺原理：轻烃芳构化反应是一个复杂的过程，包括了裂化、齐聚、环化、脱氢、氢转移等诸多反应。可划分为烷烃活化和烯烃芳构化两个阶段。

烷烃活化阶段主要包括烷烃的脱氢、裂化和氢转移反应；烯烃芳构化阶段主要包括烯烃异构、裂化、齐聚和环化等反应。

低碳烷烃的活化并裂解脱氢是轻烃芳构化的控制步骤之一，需要在高温下才有较高的反应速率；同时轻烃脱氢芳构化反应是分子数增加的反应，也需要提高反应温度来促使反应平衡向有利于生成芳烃的方向移动。降低反应压力，不利于烯烃的聚合、环化等减分子反应的发生，但有利于裂化、脱氢以及多烷基苯的脱烷基等增分子反应的发生。该装置主要工艺条件如下。

（1）反应温度520~550℃；平均反应压力0.2MPa。

（2）采用移动床工艺技术，催化剂在反应器及再生器内连续移动及连续再生，使反应能够在更高的苛刻度下运行(反应压力低，反应温度高)并提高产品收率。

（3）采用闭锁料斗实现催化剂循环，能够精准计量催化剂循环量，并采用“无阀输送”，以减少催化剂磨损。

芳构化反应器采用两两重叠结构。反应器内构件采用向心流动型式，反应器内构件及再生器内构件采用激光无纵向焊缝技术，提高了内网抗应力撕裂的能力，保证系统运行更加稳定、安全、可靠。

加热炉采用“四合一”多流路U形管箱式炉和低NOx燃烧器。对流段设有3.5MPa蒸汽发生系统，其烟气与稳定塔重沸炉的烟气联合余热回收，加热炉设计热效率可达92%以上。

进料/反应产物换热器、再生气换热器采用缠绕管式换热器，有利于深度换热，降低能耗，减少占地。

该装置于2020年6月9日开始催化剂装填及料位标定；7月5日系统开始升温脱水，鉴于催化剂的性质及当地气候状况，系统设定脱水72h；7月8日投料并提温；7月10日甲苯产品合格；7月12日催化剂循环烧焦。

装置自投料开车以来，生产运行较为稳定，受全厂干气平衡的限制，装置加工负荷约为60%。

为考核装置的运行能力、催化剂性能及各项技术经济指标，于2020年12月2日-4日进行了56h首次标定。

标定原料包括重整戊烷油、加氢石脑油、芳烃抽余油、醚前碳四及循环物料。与设计原料相比，标定原料烯烃质量分数降低7.44百分点，烷烃质量分数增加5.17百分点，环烷烃质量分数增加2.34百分点，详细数据如下。

根据轻烃芳构化的反应原理，烯烃比烷烃和环烷烃具有更高的芳烃产率和氢气产率。装置经标定，产品液体收率达到50.2%，稳定汽油中芳烃质量分数95.9%，芳烃收率48.14%，纯氢收率2.90%，均超过设计保证值。

标定的技术指标见下表。

标定期间反应温度最高530℃，较设计值(550℃)低20℃。

原因:反应温降大于设计值(设计温降30℃，实际温降达到61℃)导致加热炉热负荷不足，提温受限。根本原因是原料烯烃含量偏少，系统热量损失也较为严重。

解决办法:增加原料烯烃含量；转油线保温整改；加热炉改造增加设计热负荷。今后对于此类反应温降受原料影响较大的装置，加热炉设计应留有更多的余量。