催化和焦化碳四作烷基化料技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(lái)源于催化裂化裝置、經(jīng)過(guò)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(lái)自于延遲焦化裝置，經(jīng)過(guò)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(yīng)的有效組分，兩種碳四組成、烷基化油收率、經(jīng)濟(jì)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(shù)經(jīng)濟(jì)性能，便于企業(yè)優(yōu)化催化碳四和焦化碳四的流向、優(yōu)化烷基化裝置原料結(jié)構(gòu)。

2 烷基化裝置及其對(duì)原料性質(zhì)的需求

烷基化裝置：本企業(yè)烷基化裝置設(shè)計(jì)能力為年產(chǎn)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(chǎn)單元。其中原料精制單元通過(guò)選擇性加氫及精餾，將原料中少量有害雜質(zhì)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(shù)，使原料中異丁烷與正丁烯、順/反丁烯、異丁烯等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，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(wú)效反應(yīng)組分, 最終以飽合液化氣等產(chǎn)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(biāo)志性指標(biāo),是形成烷基化油的基礎(chǔ)。原料有效組分含量越高，對(duì)烷基化油主產(chǎn)品的貢獻(xiàn)也越高，反之越低。從反應(yīng)機(jī)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(zhì)重要指標(biāo)。烷基化反應(yīng)理論烷烯比值為1.0[1]。實(shí)際生產(chǎn)中裝置進(jìn)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(chǎn)品辛烷值降低、甚至不能正常生產(chǎn)。由于本企業(yè)烷基化裝置原料品種多，原料配比精細(xì)操作難度大，裝置實(shí)際生產(chǎn)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(jì)算。原料烷烯比值超過(guò)1.0 時(shí)、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(zhì)及作烷基化原料技術(shù)分析

催化碳四、焦化碳四是企業(yè)自產(chǎn)碳四液化氣資源，是烷基化裝置優(yōu)先使用的原料。因本企業(yè)自產(chǎn)碳四總資源量不足以滿足烷基化裝置生產(chǎn)需求，尚需外購(gòu)部分碳四作為補(bǔ)充。

表1 催化、焦化碳四及外購(gòu)異丁烷組成及性質(zhì) 單位：wt%

3.1 催化碳四及焦化碳四的組成對(duì)比。

表1 中原料組成參考6 月份企業(yè)原料組成分析報(bào)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(jiàn)催化碳四的有效組分含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)焦化碳四。也就是說(shuō)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(shí)兩種自產(chǎn)碳四原料的烷烯比值都達(dá)不到烷基化反應(yīng)進(jìn)料烷烯比值1.26 的要求，而焦化碳四的烷烯比值相對(duì)更低。因此天津石化烷基化裝置必須外采異丁烷組分來(lái)滿足裝置的基本生產(chǎn)需求。

3.2 原料性質(zhì)變化情況

由于碳四是煉油生產(chǎn)成品油過(guò)程中的聯(lián)產(chǎn)品，上游煉油裝置生產(chǎn)工藝變化，導(dǎo)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(jié)構(gòu)變化。

催化碳四不同時(shí)段的烷烯比值變化趨勢(shì)見(jiàn)圖1。

從圖1 中可見(jiàn)，催化碳四的有效組分含量是比較穩(wěn)定的，基本穩(wěn)定在90%左右，波動(dòng)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(diào)整操作條件等因素有關(guān)。其中一季度催化碳四的烷烯比值在1.65 左右，此時(shí)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(yīng)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(shí)段性質(zhì)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(shí)間段烷烯比值變化情況

從圖2 可見(jiàn)，焦化液化氣的烷烯比值、有效組分含量相對(duì)于催化液化氣而言，波動(dòng)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(bǔ)充原料，來(lái)調(diào)合烷烯比值，保證烷基化裝置生產(chǎn)需求。

4 催化和焦化碳四作烷基化料的經(jīng)濟(jì)分析

4.1 市場(chǎng)價(jià)格條件

各原料價(jià)格、產(chǎn)品價(jià)格全部扣稅，以2019 年6月份價(jià)格作參考。原料及產(chǎn)品價(jià)格是催化碳四和焦化碳四經(jīng)濟(jì)分析比較的基礎(chǔ)條件。具體見(jiàn)表2。

表2 碳四原料及烷基化產(chǎn)品價(jià)格

催化及焦化碳四價(jià)格參考周邊同類(lèi)原料價(jià)格，烷基化產(chǎn)品也有市場(chǎng)價(jià)格或可參考價(jià)格。當(dāng)然市場(chǎng)價(jià)格是不斷變化的，上述價(jià)格只是特定時(shí)期價(jià)格（按2019 年6 月份市場(chǎng)價(jià)格），市場(chǎng)價(jià)格對(duì)原料經(jīng)濟(jì)性有影響。

烷基化產(chǎn)品中，烷基化油主要是煉油企業(yè)利用烷基化油的辛烷值高、烯烴含量低等特性來(lái)調(diào)合生產(chǎn)高標(biāo)準(zhǔn)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(yè)；燃料作為企業(yè)自用燃料，性質(zhì)與天然氣相當(dāng)，價(jià)格參照天然氣。

4.2 催化及焦化碳四作烷基化原料的經(jīng)濟(jì)分析

按表1 中兩種碳四原料的組成為例進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比分析。將兩種原料“凈產(chǎn)出”進(jìn)行對(duì)比作為兩種原料經(jīng)濟(jì)性對(duì)比的途徑。

在兩種原料烷烯比值都達(dá)不到烷基化裝置生產(chǎn)需要時(shí)，都需要外采異丁烷調(diào)節(jié)烷烯比值，來(lái)保證烷基化裝置生產(chǎn)需要的烷烯比值。因此兩種原料本身作烷基化原料經(jīng)濟(jì)分析數(shù)據(jù)時(shí)，還必須扣除因調(diào)合烷烯比值外采的異丁烷的經(jīng)濟(jì)效益。

按凈產(chǎn)出法對(duì)兩種碳四液化氣作烷基化原料的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析。凈產(chǎn)出法是將兩種液化氣作烷基化原料產(chǎn)出的烷基化油、飽合液化氣（含正丁烷等）、燃料氣等三種產(chǎn)品產(chǎn)量，分別乘其價(jià)格（稅后），扣除原料價(jià)值（原料投料量乘單價(jià)）、扣除燃動(dòng)能耗及輔助材料后的凈額即“凈產(chǎn)出”。哪種原料的凈產(chǎn)出額越大，哪種原料的經(jīng)濟(jì)性越好。使用“凈產(chǎn)出法”時(shí)，不考慮裝置的固定費(fèi)用。

表3 外購(gòu)異丁烷作烷基化原料的凈產(chǎn)出

表4 催化碳四作烷基化原料的凈產(chǎn)出

表5 焦化碳四作烷基化原料的凈產(chǎn)出

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

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

可以看到，每t 催化碳四原料的凈產(chǎn)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(chǎng)價(jià)格高300 元t-1左右，當(dāng)然催化碳四市場(chǎng)價(jià)格高從另一方面也反映了催化碳四作烷基化原料技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能相對(duì)更好。

5 結(jié)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(bǔ)充的異丁烷量也更多。同時(shí)由于兩種原料烷烯比值不同且時(shí)間段變化較大，需要根據(jù)屆時(shí)的原料分析報(bào)告，測(cè)算屆時(shí)異丁烷的補(bǔ)充量。

3）因有效組分含量高，催化碳四作烷基化原料的經(jīng)濟(jì)性明顯高于焦化碳四?？傊畯脑闲再|(zhì)及經(jīng)濟(jì)效益兩方面分析看，催化碳四相對(duì)于焦化碳四是一種更好的烷基化原料。