吳惜偉，張秋平，于中偉

(1.中國(guó)石化湛江東興分公司，廣東 湛江 524003；2.中國(guó)石化石油化工科學(xué)研究院)

C5、C6異構(gòu)化裝置升級(jí)改造技術(shù)方案

吳惜偉1，張秋平2，于中偉2

(1.中國(guó)石化湛江東興分公司，廣東 湛江 524003；2.中國(guó)石化石油化工科學(xué)研究院)

中國(guó)石化湛江東興分公司原C5、C6異構(gòu)化裝置采用中國(guó)石化石油化工科學(xué)研究院(石科院)開(kāi)發(fā)的中溫沸石型異構(gòu)化催化劑，為“脫異戊烷塔+異構(gòu)化反應(yīng)”流程，可生產(chǎn)RON為82的C5、C6異構(gòu)化汽油。為適應(yīng)車(chē)用汽油升級(jí)的需要，擬采用石科院開(kāi)發(fā)的固體超強(qiáng)酸異構(gòu)化技術(shù)對(duì)裝置進(jìn)行技術(shù)升級(jí)改造，以提高異構(gòu)化汽油的辛烷值。對(duì)兩種C5、C6異構(gòu)化技術(shù)的流程、催化劑用量、異構(gòu)化產(chǎn)物辛烷值、設(shè)備、能耗等進(jìn)行對(duì)比，并對(duì)改造后的效果進(jìn)行模擬分析。結(jié)果表明，在原流程不變的情況下，可以以較小的改造費(fèi)用升級(jí)為固體超強(qiáng)酸異構(gòu)化技術(shù)方案，在異構(gòu)化催化劑的用量大幅減少的同時(shí)得到RON為84.2的異構(gòu)化產(chǎn)品。

n-C5n-C6異構(gòu)化催化劑 中溫沸石型催化劑 超強(qiáng)酸固體催化劑 清潔汽油

C5、C6異構(gòu)化技術(shù)是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)清潔汽油調(diào)合組分的重要手段之一。異構(gòu)化汽油是一種低硫、無(wú)烯烴、無(wú)芳烴的環(huán)境友好產(chǎn)品，RON和MON差值小(1～2個(gè)單位)，密度低(0.66 g/cm3左右)，是優(yōu)良的清潔汽油調(diào)合組分，通常在車(chē)用汽油中異構(gòu)化油占5%～10%。中國(guó)石化湛江東興分公司(簡(jiǎn)稱(chēng)湛江東興分公司)180 kt/a C5、C6異構(gòu)化裝置于2001年2月投產(chǎn)，是國(guó)內(nèi)首套C5、C6異構(gòu)化裝置，該裝置采用中國(guó)石化石油化工科學(xué)研究院(簡(jiǎn)稱(chēng)石科院)開(kāi)發(fā)的RISO C5、C6異構(gòu)化技術(shù)，催化劑為中溫沸石型異構(gòu)化催化劑，生產(chǎn)的異構(gòu)化汽油的RON、MON分別為82、80，產(chǎn)品的辛烷值、液體收率等均達(dá)到或超過(guò)了設(shè)計(jì)指標(biāo)。使用該技術(shù)后，湛江東興分公司生產(chǎn)的90號(hào)汽油達(dá)到了當(dāng)時(shí)的世界燃油Ⅱ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)(硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于200 g/L、氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于2.7%、苯體積分?jǐn)?shù)小于2.5%、芳烴體積分?jǐn)?shù)小于40%、烯烴體積分?jǐn)?shù)小于20%)，為產(chǎn)品進(jìn)一步升級(jí)換代打下了基礎(chǔ)[1-2]。

隨著環(huán)境保護(hù)法規(guī)的日益嚴(yán)格，對(duì)車(chē)用汽油提出了更高的要求，2014年北京、上海、廣東等發(fā)達(dá)地區(qū)采用滿(mǎn)足國(guó)Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)的汽油，2018年將在全國(guó)實(shí)施國(guó)Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)。在此形勢(shì)和要求下，湛江東興分公司C5、C6異構(gòu)化裝置生產(chǎn)的RON在82左右的異構(gòu)化汽油已不能滿(mǎn)足出廠(chǎng)汽油的要求，為此，需要對(duì)裝置進(jìn)行技術(shù)升級(jí)改造，使現(xiàn)有的異構(gòu)化流程或裝置在改動(dòng)最小、投資最省的前提下能夠生產(chǎn)辛烷值更高的異構(gòu)化汽油。湛江東興分公司通過(guò)對(duì)不同的C5、C6異構(gòu)化技術(shù)進(jìn)行比較，決定采用石科院開(kāi)發(fā)的固體超強(qiáng)酸C5、C6異構(gòu)化技術(shù)。本課題對(duì)RISO C5、C6異構(gòu)化技術(shù)和固體超強(qiáng)酸C5、C6異構(gòu)化技術(shù)的流程、催化劑用量、異構(gòu)化產(chǎn)物辛烷值、設(shè)備、能耗等進(jìn)行對(duì)比，并對(duì)原C5、C6異構(gòu)化裝置升級(jí)改造為固體超強(qiáng)酸C5、C6異構(gòu)化技術(shù)方案后的效果進(jìn)行模擬分析。

1 原C5、C6異構(gòu)化裝置工藝流程

湛江東興分公司C5、C6烷烴異構(gòu)化裝置是由大連石化設(shè)計(jì)院承擔(dān)工程設(shè)計(jì)[3]，采用石科院的RISO C5、C6異構(gòu)化專(zhuān)利技術(shù)，催化劑為中溫沸石型異構(gòu)化催化劑，并由石科院提供成套工藝包設(shè)計(jì)。該裝置采用“脫異戊烷塔+異構(gòu)化反應(yīng)”流程，原料為C5、C6輕石腦油。原料油在進(jìn)入異構(gòu)化反應(yīng)單元前，首先經(jīng)脫異戊烷塔拔除原料中的C4組分及異戊烷高辛烷值組分，其余富含正戊烷和己烷組分的塔底油進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行異構(gòu)化反應(yīng)，異構(gòu)化反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)穩(wěn)定塔穩(wěn)定后與脫異戊烷塔頂?shù)漠愇焱榻M分混合作為異構(gòu)化產(chǎn)品出裝置。裝置的總處理量為180 kt/a，其中異構(gòu)化反應(yīng)單元處理量為150 kt/a，裝置工藝流程示意見(jiàn)圖1。

圖1 C5、C6異構(gòu)化工藝流程示意

2001年2月，C5、C6異構(gòu)化裝置投產(chǎn)并平穩(wěn)運(yùn)行，裝置在運(yùn)轉(zhuǎn)7個(gè)多月后于2001年10月進(jìn)行了催化劑性能的標(biāo)定，標(biāo)定原料性質(zhì)見(jiàn)表1，標(biāo)定結(jié)果見(jiàn)表2。從表1可以看出，原料中含有較多的C4組分，質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)8.54%，同時(shí)含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20.65%的異戊烷，在異構(gòu)化反應(yīng)過(guò)程中，C4組分在現(xiàn)有的異構(gòu)化催化劑體系下不參加反應(yīng)，較多的i-C5組分在異構(gòu)化反應(yīng)過(guò)程中會(huì)影響n(yōu)-C5的異構(gòu)化反應(yīng)深度，而i-C5組分又是高辛烷值組分，可以在進(jìn)入異構(gòu)化反應(yīng)前通過(guò)脫異戊烷塔分離出來(lái)，既可以提高異構(gòu)化產(chǎn)品的辛烷值，又可減少異構(gòu)化反應(yīng)部分的催化劑用量，從而降低異構(gòu)化催化劑的費(fèi)用。從表2可以看出，在加權(quán)平均入口溫度為260 ℃ 、平均反應(yīng)壓力為1.76 MPa、質(zhì)量空速為0.98 h-1、氫油體積比為625的條件下，C5、C6異構(gòu)化率分別達(dá)到65.16%、81.28%，總液體收率達(dá)到97.36%，異構(gòu)化產(chǎn)物的RON、MON分別由72.8、70.6提高到82.1、80.1，提高幅度達(dá)10個(gè)單位左右，催化劑保持了較高的異構(gòu)化活性，達(dá)到了異構(gòu)化催化劑的技術(shù)控制指標(biāo)要求。

表1 C5、C6異構(gòu)化原料油性質(zhì)

表2 異構(gòu)化裝置標(biāo)定結(jié)果

從2001年2月開(kāi)工到2003年4月，C5、C6異構(gòu)化裝置始終處于平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)果表明：在反應(yīng)溫度僅提高3 ℃的情況下，催化劑活性保持在較高的水平，C5、C6異構(gòu)化率分別達(dá)到65.5%、82.0%，總液體收率達(dá)到98.1%，異構(gòu)化產(chǎn)物的RON 達(dá)到81以上。

2 固體超強(qiáng)酸C5、C6異構(gòu)化技術(shù)

2.1 固體超強(qiáng)酸C5、C6異構(gòu)化催化劑

由石科院開(kāi)發(fā)的固體超強(qiáng)酸異構(gòu)化催化劑[4-5]是以硫酸根促進(jìn)的納米晶粒氧化鋯(SO42-/ZrO2)為酸性組元，負(fù)載金屬為加氫組元，固體超強(qiáng)酸催化劑的物化性質(zhì)及應(yīng)用工藝條件見(jiàn)表3和表4，與中溫沸石型異構(gòu)化催化劑的性能對(duì)比見(jiàn)表5。從表3可以看出，固體超強(qiáng)酸異構(gòu)化催化劑的金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.26%，低于中溫沸石型催化劑(0.32%)，因此，異構(gòu)化催化劑的制備成本大大降低。從表5可以看出，與中溫沸石型催化劑相比，固體超強(qiáng)酸異構(gòu)化催化劑在反應(yīng)溫度低、反應(yīng)空速高的條件下，以n-C5與n-C6質(zhì)量比為1∶1的混合物為異構(gòu)化反應(yīng)原料時(shí)，C5異構(gòu)化率達(dá)到73.6%，C6異構(gòu)化率達(dá)到87.1%，C6選擇性達(dá)到27.8%，異構(gòu)化產(chǎn)物的RON、MON分別為82.5、81.4，其異構(gòu)化性能明顯高于中溫沸石型異構(gòu)化催化劑。

表3 固體超強(qiáng)酸異構(gòu)化催化劑的物化指標(biāo)

表4 固體超強(qiáng)酸異構(gòu)化催化劑的應(yīng)用工藝條件

表5 固體超強(qiáng)酸催化劑與中溫沸石型催化劑的性能比較

注： 異構(gòu)化反應(yīng)原料為n-C5與n-C6質(zhì)量比為1∶1的混合物。

2.2 固體超強(qiáng)酸C5、C6異構(gòu)化催化劑對(duì)原料的要求

固體超強(qiáng)酸C5、C6異構(gòu)化催化劑對(duì)原料的要求見(jiàn)表6。從表6可以看出，原料中硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于10μg/g，水質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于10μg/g，一旦原料中的雜質(zhì)含量超標(biāo)，則會(huì)對(duì)異構(gòu)化催化劑的活性有較大的影響，所以必須采取措施嚴(yán)格控制。C5、C6異構(gòu)化反應(yīng)用氫也應(yīng)滿(mǎn)足固體超強(qiáng)酸催化劑的要求，正常操作時(shí)，要求其純度大于85%。固體超強(qiáng)酸催化劑不含鹵素，因此不會(huì)產(chǎn)生裝置的腐蝕問(wèn)題。

表6 固體超強(qiáng)酸異構(gòu)化催化劑對(duì)原料性質(zhì)的要求

3 原中溫沸石型C5、C6異構(gòu)化裝置的升級(jí)改造方案

在異構(gòu)化原料油性質(zhì)(C5與C6的比例、異構(gòu)烷烴與正構(gòu)烷烴的比例)一定的情況下，采用的異構(gòu)化流程不同，得到的異構(gòu)化產(chǎn)物的辛烷值不同；反之，在異構(gòu)化流程相同，原料油性質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，則得到的異構(gòu)化產(chǎn)物的辛烷值也不盡相同，所以，C5、C6異構(gòu)化工藝流程的選擇原則必須要考慮異構(gòu)化原料油的性質(zhì)[6]。由表1可以看出，異構(gòu)化原料含有較多的戊烷組分，并且異戊烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)20.65%，適合采用固體超強(qiáng)酸異構(gòu)化催化劑，因此可以在原流程不變的情況下生產(chǎn)高辛烷值的異構(gòu)化產(chǎn)品。另外，從固體超強(qiáng)酸催化劑對(duì)原料的要求可以看出，對(duì)于原料中的金屬雜質(zhì)，異構(gòu)化原料只要經(jīng)過(guò)加氫處理即可滿(mǎn)足要求，但對(duì)于原料中的水，則需要增加脫水干燥單元，控制進(jìn)入到異構(gòu)化反應(yīng)單元的原料油及循環(huán)氫中的水質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于10μg/g，防止過(guò)量的水對(duì)固體超強(qiáng)酸異構(gòu)化催化劑的性能產(chǎn)生影響。升級(jí)改造后的C5、C6異構(gòu)化裝置包括烴分離、干燥脫水、異構(gòu)化反應(yīng)單元。

3.1 烴分離單元

從加氫裝置來(lái)的雜質(zhì)含量滿(mǎn)足固體超強(qiáng)酸催化劑要求的異構(gòu)化原料油進(jìn)入到脫異戊烷塔進(jìn)行正、異構(gòu)戊烷的分離，塔頂分出的異戊烷和異構(gòu)化反應(yīng)產(chǎn)物送至穩(wěn)定塔，穩(wěn)定后的產(chǎn)物作為產(chǎn)品出裝置，塔底的物料經(jīng)緩沖罐送至原料干燥單元。

3.2 脫水干燥單元

從脫異戊烷塔底來(lái)的物料經(jīng)緩沖罐進(jìn)入原料油干燥罐，經(jīng)脫水至油中水質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于10μg/g后方可進(jìn)入到異構(gòu)化反應(yīng)單元。從重整裝置過(guò)來(lái)的補(bǔ)充氫也需要經(jīng)過(guò)脫水干燥至氫氣中水質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于10μg/g后方可進(jìn)入到異構(gòu)化反應(yīng)單元。

3.3 異構(gòu)化反應(yīng)單元

經(jīng)干燥脫水的脫異戊烷塔塔底油與氫氣混合，混合物料經(jīng)進(jìn)料/產(chǎn)物換熱器換熱，經(jīng)反應(yīng)進(jìn)料加熱爐加熱到反應(yīng)溫度后進(jìn)入異構(gòu)化反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)與原料換熱后再經(jīng)反應(yīng)產(chǎn)物空冷器、反應(yīng)產(chǎn)物水冷器冷卻到40 ℃以下后進(jìn)入氣液分離器進(jìn)行氣液分離，氣體進(jìn)入循環(huán)壓縮機(jī)作為循環(huán)氫使用，液體部分進(jìn)入穩(wěn)定塔穩(wěn)定后作為產(chǎn)品出裝置。

3.4 異構(gòu)化產(chǎn)物穩(wěn)定單元

從氣液分離器來(lái)的異構(gòu)化產(chǎn)物經(jīng)過(guò)穩(wěn)定塔穩(wěn)定后與脫異戊烷塔塔頂來(lái)的富含異戊烷的產(chǎn)品混合后作為異構(gòu)化產(chǎn)物出裝置。

綜上所述，原中溫沸石型C5、C6異構(gòu)化裝置可以升級(jí)改造為采用固體超強(qiáng)酸異構(gòu)化技術(shù)的裝置，以較小的投資即可滿(mǎn)足固體超強(qiáng)酸異構(gòu)化催化劑的使用條件。

4 升級(jí)改造后的效果分析

4.1 異構(gòu)化催化劑的用量

采用“脫異戊烷塔+異構(gòu)化反應(yīng)”的工藝流程，對(duì)于C5、C6異構(gòu)化原料，先將原料中的C4和i-C5(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為29.23%)組分分離出來(lái)，使得進(jìn)入到異構(gòu)化反應(yīng)單元的原料量大大降低，同時(shí)，固體超強(qiáng)酸異構(gòu)化催化劑的質(zhì)量空速可提高至2 h-1，是中溫沸石型催化劑的質(zhì)量空速的2倍，所以固體超強(qiáng)酸催化劑的用量降至8 t，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于升級(jí)改造前的中溫沸石型催化劑的用量(18 t)，大大節(jié)省了催化劑的使用成本。

4.2 異構(gòu)化產(chǎn)物的組成及辛烷值

根據(jù)表1提供的C5、C6異構(gòu)化原料的組成及性質(zhì)，采用原異構(gòu)化流程，但將異構(gòu)化催化劑更換為固體超強(qiáng)酸異構(gòu)化催化劑后得到的C5、C6異構(gòu)化產(chǎn)品組成及辛烷值見(jiàn)表7。從表7可以看出，由于固體超強(qiáng)酸異構(gòu)化催化劑比中溫沸石型具有更高的異構(gòu)化活性，其異構(gòu)化產(chǎn)物中高辛烷值的異戊烷組分和異己烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別達(dá)到33.56%和36.85%，RON、MON比采用中溫沸石型催化劑時(shí)分別提升約2個(gè)單位。

表7 異構(gòu)化產(chǎn)品組成和性質(zhì)(穩(wěn)定塔塔底產(chǎn)物)

4.3 物料平衡

對(duì)原裝置采用固體超強(qiáng)酸異構(gòu)化技術(shù)升級(jí)改造后，C5、C6異構(gòu)化裝置的物料平衡見(jiàn)表8。從表8可以看出，升級(jí)改造后，C5、C6異構(gòu)化產(chǎn)物中干氣產(chǎn)率低于1%，液化氣產(chǎn)率為2.45%，C5+異構(gòu)化產(chǎn)品收率為96.91%，具有較高的液體收率，表明固體超強(qiáng)酸異構(gòu)化催化劑具有較低的裂解性能。

表8 升級(jí)改造后異構(gòu)化裝置的物料平衡

4.4 裝置設(shè)備利舊

升級(jí)改造裝置的設(shè)備利舊率直接影響改造費(fèi)用的投入。異構(gòu)化裝置升級(jí)改造前后的主要設(shè)備見(jiàn)表9。由表9可見(jiàn)，對(duì)于升級(jí)改造后的異構(gòu)化裝置，原裝置的反應(yīng)加熱爐、脫異戊烷塔、穩(wěn)定塔、循環(huán)氫壓縮機(jī)等主要設(shè)備均能利舊，只需新增加原料的干燥單元即可滿(mǎn)足固體超強(qiáng)酸異構(gòu)化技術(shù)的使用要求，同時(shí)由于固體超強(qiáng)酸異構(gòu)化技術(shù)的反應(yīng)空速高，原有的2臺(tái)反應(yīng)器只需要1臺(tái)即可。因此，中溫沸石型異構(gòu)化裝置的設(shè)計(jì)條件均能夠滿(mǎn)足固體超強(qiáng)酸異構(gòu)化技術(shù)的設(shè)計(jì)條件要求。

表9 異構(gòu)化裝置升級(jí)改造前后的主要設(shè)備

注： “×”表示沒(méi)有，“√”表示有或可利舊。

4.5 公用工程消耗

改造前后異構(gòu)化裝置公用工程消耗見(jiàn)表10。從表10可以看出，與改造前相比，改造后用電負(fù)荷增加，燃料氣用量降低，冷卻水和蒸汽的用量相當(dāng)。這是因?yàn)楦脑旌笱b置增加了異構(gòu)化原料的脫水單元，脫水單元的吸附劑需要定期脫水再生，因此用電負(fù)荷增加，但采用固體超強(qiáng)酸異構(gòu)化催化劑時(shí)的反應(yīng)溫度降低至160～210 ℃，所以反應(yīng)器的加熱爐負(fù)荷會(huì)相應(yīng)降低。

表10 改造前后公用工程消耗

4.6 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

改造前后的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表11。從表11可以看出：在裝置處理量相同的前提下，改造前后裝置的綜合能耗基本相當(dāng)；C5、C6異構(gòu)化產(chǎn)品(總液體)的收率分別為97.31%和96.91%，變化幅度較??；異構(gòu)化產(chǎn)品的辛烷值RON分別為82.1、84.2，改造后提高約2.1個(gè)單位；改造后催化劑的用量大幅降低至8 t。

表11 改造前后的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

5 結(jié) 論

(1) 石科院開(kāi)發(fā)的固體超強(qiáng)酸C5、C6烷烴異構(gòu)化技術(shù)的催化劑異構(gòu)化活性高，對(duì)原料雜質(zhì)要求較寬松，應(yīng)用過(guò)程中不消耗任何化學(xué)助劑。

(2) 湛江東興分公司的原中溫沸石型C5、C6異構(gòu)化裝置在原流程不變的情況下可以以較低的費(fèi)用改造成固體超強(qiáng)酸C5、C6異構(gòu)化裝置。模擬分析結(jié)果表明，與改造前相比，改造后的異構(gòu)化反應(yīng)溫度降低，C5異構(gòu)化率大于70%，C6異構(gòu)化率大于85%，催化劑用量大幅減少，在流程不變的情況下，異構(gòu)化產(chǎn)物的RON可達(dá)到84.2，較改造前提高約2.1個(gè)單位。

[1] 馬愛(ài)增，于中偉，張秋平，等.從石腦油和輕烴資源增產(chǎn)汽油的技術(shù)及措施[J].石油煉制與化工，2009，40(11)：1-6

[2] 王瑞英，李斌，黃國(guó)雄，等.C5C6烷烴異構(gòu)化催化劑的千噸級(jí)裝置使用試驗(yàn)[J].石油煉制，1991，22(12)：15-18

[3] 張秋平，濮仲英，于春年，等.RISO型C5C6烷烴異構(gòu)化催化劑的工業(yè)生產(chǎn)及應(yīng)用[J].石油煉制與化工，2005，36(8)：1-4

[4] 潘暉華，于中偉，濮仲英.一種固體超強(qiáng)酸催化劑及其制備方法：中國(guó)，CN1168533C[P].2004-09-29

[5] 范書(shū)信，于中偉，濮仲英.固體超強(qiáng)酸催化劑及其制備方法：中國(guó)，CN1159099C[P].2004-07-28

[6] 張永銘.引進(jìn)輕石腦油異構(gòu)化裝置的工藝設(shè)計(jì)[J].石油煉制與化工，2012，43(8)：17-21

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新環(huán)保法對(duì)污染企業(yè)施加的約束正在收緊

當(dāng)前中國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視程度前所未有，2015年1月1日，被稱(chēng)為“史上最嚴(yán)”的新環(huán)保法正式生效，這為治理環(huán)境污染提供了明確的法律指引。而當(dāng)前部分企業(yè)已經(jīng)感受到新法規(guī)的威力。在新環(huán)保法實(shí)施的兩天以前，江蘇省6家污染企業(yè)收到江蘇高等法院終審判決，為其2012年初往泰州兩條河中非法傾倒的近25 kt化工廢料賠付1.6億元修復(fù)費(fèi)用。這是中國(guó)環(huán)境公益訴訟中最高的判賠額度，媒體稱(chēng)為“天價(jià)環(huán)境公益訴訟”。

有關(guān)人士指出，“這是一個(gè)信號(hào)，說(shuō)明通過(guò)公益訴訟讓污染企業(yè)付出更大代價(jià)的常態(tài)，已經(jīng)開(kāi)始啟動(dòng)”。

[中國(guó)石化有機(jī)原料科技情報(bào)中心站供稿]

利用模型預(yù)測(cè)適用于乙醇生產(chǎn)和烷烴異構(gòu)化的分子篩結(jié)構(gòu)

美國(guó)萊斯大學(xué)和明尼蘇達(dá)大學(xué)科學(xué)家通過(guò)大規(guī)模的多步計(jì)算篩選過(guò)程，確認(rèn)了從發(fā)酵液中提純乙醇和石油煉制中18～30碳烷烴加氫異構(gòu)這兩個(gè)能源生產(chǎn)過(guò)程最適用的分子篩結(jié)構(gòu)。發(fā)表在《自然通訊》雜志上的這一研究結(jié)果說(shuō)明合成分子篩的預(yù)測(cè)模型(一種由萊斯大學(xué)的生物工程師邁克爾·蒂姆(Michael Deem)率先開(kāi)創(chuàng)的技術(shù))和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的科學(xué)能夠用來(lái)解決工業(yè)中最具挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，這些問(wèn)題需要有效的方法對(duì)物料進(jìn)行分離或催化。

乙醇生產(chǎn)是個(gè)多步驟過(guò)程，涉及生物質(zhì)發(fā)酵。最后一步是從水中分離乙醇。研究者發(fā)現(xiàn)一種全硅分子篩，其孔道能容納乙醇分子，而避免乙醇與水分子形成氫鍵。另一種分子篩能改進(jìn)長(zhǎng)直鏈烷烴和短支鏈烷烴的分離。烷烴的結(jié)構(gòu)影響潤(rùn)滑油和其它石油產(chǎn)品的傾點(diǎn)和黏度。這些石油產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程涉及多種復(fù)雜混合物，要找到一種完全適用的吸附劑和催化劑，一直是一個(gè)難以解決的問(wèn)題。

分子篩作為吸附介質(zhì)和催化劑的性能取決于其骨架結(jié)構(gòu)。到目前為止，已經(jīng)合成了213種結(jié)構(gòu)類(lèi)型的分子篩，并預(yù)計(jì)有33萬(wàn)種以上分子篩結(jié)構(gòu)在熱力學(xué)上是可以合成的?？赡芎铣傻姆肿雍Y數(shù)目如此巨大，通過(guò)試錯(cuò)的方法進(jìn)行開(kāi)發(fā)幾乎不可能。因此，成功地確認(rèn)這兩種用途的分子篩結(jié)構(gòu)，正是對(duì)這種算法的有價(jià)值的概念驗(yàn)證。蒂姆認(rèn)為這將能夠加快材料開(kāi)發(fā)的速度。

預(yù)測(cè)的分子篩還有待合成，但是從數(shù)百萬(wàn)種可能性中挑出少數(shù)幾個(gè)適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)、孔徑和化學(xué)反應(yīng)性來(lái)篩選，是一個(gè)巨大的成就。萊斯大學(xué)的算法還給出了所預(yù)測(cè)的分子篩的合成路徑建議。蒂姆指出，雖然實(shí)驗(yàn)室不用這種算法每年也能創(chuàng)造出約5種分子篩，但都在這種算法的預(yù)測(cè)范圍內(nèi)。

計(jì)算分子篩結(jié)構(gòu)需要強(qiáng)大的計(jì)算能力。為解決這個(gè)問(wèn)題，該團(tuán)隊(duì)使用了阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的超級(jí)計(jì)算機(jī)Mira上多達(dá)80萬(wàn)個(gè)處理器。

[程薇摘譯自Green Car Congress，2015-01-23]

C5，C6ISOMERIZATION UNIT UPGRADE TECHNOLOGY

Wu Xiwei1， Zhang Qiuping2， Yu Zhongwei2

(1.ZhanjiangDongxingPetroleumCompany，SINOPEC，Zhanjiang，Guangdong524003；2.SINOPECResearchInstituteofPetroleumProcessing)

Zhanjiang Dongxing petroleum company Ltd.， SINOPEC adopted a “de-isopentane tower+ isomerization reaction” process to produce C5， C6isomerization gasoline with RON 82 using moderate temperature zeolite-based C5，C6isomerization catalyst developed by RIPP. In order to upgrade gasoline， the unit upgrading was conducted to use RIPP’s solid superacid isomerization catalyst to improve the octane number of isomerate. Two kinds of C5，C6isomerization processes were simulated to compare the effect of catalyst dosage，RON of isomerate，equipment，and energy consumption on transformation results. The results show that using the original process with little changes and low cost，the unit can produce RON 84.2 isomerate with much less solid superacid isomerization catalyst dosage.

n-C5；n-C6； isomerization catalyst； moderate temperature zeolite-based catalyst； solid superacid catalyst； clean gasoline

2014-11-24； 修改稿收到日期： 2014-12-25。

吳惜偉，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事煉油化工項(xiàng)目建設(shè)和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理工作。先后榮獲全國(guó)“青年崗位能手”、中國(guó)石化總公司有突出貢獻(xiàn)的科技和管理專(zhuān)家、中國(guó)石化集團(tuán)公司勞動(dòng)模范、廣東省勞動(dòng)模范等榮譽(yù)稱(chēng)號(hào)以及國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。

張秋平，E-mail：zhangqp2.ripp@sinopec.com。