34763次閱讀
作者：孟晶 來源：中國化工報 2019年12月27日
收藏全球首套10萬噸/年裝置2013年8月在山東德陽化工開車成功，15萬噸/年裝置2018年12月在哈爾濱石化投產、2019年3月九江石化30萬噸/年裝置開始運行……複合離子液體碳四烷基化裝置規模的全球紀錄不斷刷新。開發環境友好的新型碳四烷基化工藝，這道世界煉油工業最具挑戰性的難題，有了「中國方案」。被業界稱為下一代煉化技術的高辛烷值烷基化油生產技術，正在引領煉化技術升級換代。
縱觀全球，中國以外，在這一技術領域，有過公開報導的只有雪佛龍鹽湖城煉油廠的示範裝置。霍尼韋爾UOP官方消息稱，其攜手美國雪佛龍共同開發的ISOALKY技術，第一套100噸級的裝置預計將於2020年建成投產。這將是他們的第一套離子液體法烷基化裝置，合作夥伴是中化弘潤石油化工有限公司。
在核心技術長久以來一直依靠引進的煉化領域，憑藉複合離子液體催化技術的突破，中國終於站上了全球制高點。12月15日，中國科學院院士、中國石油大學(北京)教授徐春明，在重質油國家重點實驗室成立30周年學術研討會上，對這一前沿技術進行了介紹。
目前國內汽油標準正在快速升級。烷基化油辛烷值高，不含硫、烯烴和芳烴等，符合歐Ⅵ汽油排放標準，是最理想的調和組分。但在汽油構成中，我國和全球平均水平差距最大的，恰恰就是烷基化油。汽油構成中，烷基化油的平均佔比全球為14%，我國只有4%。
2012年，我國烷基化產能不足70萬噸;2015年，50餘家企業的總產能猛增至1359萬噸，產量573萬噸;2017年，產能進一步增加到1680萬噸，產量785萬噸;2020年，預計總產能將突破2000萬噸。產能的飛速增加並未帶來產量的同步增長。「這主要是因為過去我們在技術上存在差距。」徐春明院士說。
國際上碳四烷基化技術有4種:濃硫酸法、氫氟酸法、固體酸法、離子液體法。其中濃硫酸法和氫氟酸法為傳統工藝，佔絕對主導地位。但氫氟酸法汙染嚴重，對設備腐蝕嚴重，易引發事故。濃硫酸法則酸耗很大，廢酸處理難度大，且對人體和環境的潛在危害巨大。固體酸法由於流程複雜，催化劑容易失活且再生困難，工藝難度大，而未能成為主流工藝。
換道超車成為了徐春明院士團隊的選擇。反應條件溫和、反應時間短、安全環保性能高的離子液體催化是他們的方向。
2000年，他們開始了複合離子液體的合成工作。「離子液體為熔點低於100℃的鹽。在研究中，我們發現離子液體幾乎不揮發，而且腐蝕性低、環境友好。氯鋁酸離子液體還呈現出了超強酸性且酸性可調，便堅定地選擇了這個研究方向。」徐春明院士表示。
隨後，徐春明院士課題組創新性地設計併合成了兼具高活性和高選擇性的複合離子液體。與常規氯鋁酸離子液體相比，這種具有兩種或兩種以上金屬配位中心陰離子的離子液體，在保證高活性之外，還將碳八選擇性從46.5%提高到了95.8%。
之後，他們創建了世界上首套20噸/日的複合離子液體催化碳四烷基化中試裝置，創新了複合離子液體的失活、再生與連續再生工藝。裝置集成並優化了原料預處理、離子液體再生、流出物製冷、產物分離與氯代烴循環等單元操作環節。
工業應用證明，與濃硫酸法和氫氟酸法相比，複合離子液體法烷基化油的辛烷值高，反應條件溫和，反應時間明顯縮短，同時工藝設備投資低，安全和環保性能好，也適合處理異丁烯進料。
在對中試裝置完善和改進的基礎上，工業化應用開始突破。2013年8月，世界首套10萬噸/年複合離子液體碳四烷基化工業試驗裝置在山東德陽化工有限公司開車成功。現場72小時考核數據顯示，烯烴轉化率達到100%，烷基化油辛烷值平均達到96.8，噸烷基化油的催化劑消耗僅4千克。2015年實現了滿負荷生產，烯烴轉化率100%，其中烷基化油的收率高達77.5%。
此後，更大的突破相繼而來。2018年12月，世界首套15萬噸/年裝置在哈爾濱石化開車;2019年3月，世界首套30萬噸/年裝置在九江石化建成並產出合格產品。
在多套工業化裝置的成功運行後，離子液體法裝置迎來了全面推廣應用期。2019年1月，5萬噸/年裝置在中國石油格爾木石化投產。現在安慶石化和武漢石化還各有一套30萬噸/年的裝置即將投產，大港石化15萬噸/年的裝置正在建設，華北石化和撫順石化30萬噸/年的裝置也進入了論證階段。
離子液體催化技術的突破，正在引領國內煉化行業的一次整體升級。