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轻芳烃，包括苯、甲苯和二甲苯（B、T、X），是重要的基本有机化工原料，也是生产高辛烷值汽油的重要调和组分。传统的轻芳烃生产主要以石脑油原料，通过催化重整装置获得。随着轻芳烃市场需求的日益增长，而常规石脑油资源供应有限，市场无法得到满足。在这种背景下，以原主要用于燃料的轻烃资源为原料，通过芳构化装置生产轻芳烃的新技术路线得到重视，国内已经建成数十套轻烃芳构化装置。为了更好的理解轻烃芳构化技术特点，本文从几个方面将其与催化重整技术进行比较。
催化重整技术出现的较早，俄国化学家泽林斯基在1911年就发现了催化重整的基本反应。1940年世界首套催化重整装置在美国建成投产，装置为固定床反应器，催化剂为MoO3/Al2O3，但此装置存在反应周期短、处理能力小、操作费用大等问题。
1949年UOP公司开发出了以Pt/Al2O3为催化剂的铂重整技术，同样采用固定床反应器，反应周期提升到半年以上，并且液收率和芳烃选择性也得到提高，铂重整技术的出现使得催化重整技术实现快速发展。
1967年雪佛龙公司发明了Pt-Re/Al2O3双金属重整催化剂，并将其工业化，相比于铂重整，铂铼重整技术稳定性成倍提高，进一步提升了催化重整技术。另外，在工艺及装置方面，连续重整技术的出现使得催化重整技术更加完善，重整装置可以采用超低压、高转化率以及大处理量的设计。
我国第一套催化重整装置于1965年在大庆建成投产，现在我国催化重整装置总加工能力已经超过1000万吨/年。在技术研发方面，我国从建国初期就开始致力于催化重整技术的研发，掌握了催化剂、工艺、设备、工程模型等核心技术，并成功工业应用。
轻烃芳构化技术可以认为起源于催化重整技术，研究始于上世纪40年代，也就是催化重整技术刚实现工业化的时期。轻烃芳构化技术研究初期主要借鉴铂重整技术，以Pt/Al2O3催化剂实现了轻烃的芳构化，但催化剂结焦严重、产品中芳烃含量低，此阶段研究进展缓慢。
直到上世纪70年代，Mobil公司研发的ZSM-5分子筛被用于轻烃芳构化技术研究，其反应活性较好、抗积炭能力强，使轻烃芳构化技术得到突破，工业化成为可能。世界首套轻烃芳构化工业装置于1990年在英国建成，采用的是BP公司和UOP公司联合开发的Cycla工艺。
目前国外轻烃芳构化技术除了Cycla工艺，还有Mobil公司开发的M-2工艺、IFP和SALUTEC公司开发的Aroforming工艺、三菱石油和千代田公司开发的Z-Forming工艺等。
国内研究机构在轻烃芳构化技术研究方面也走在了世界前列，比较有代表性的包括大连理工大学、中石化石油化工研究院以及中科院大连化学物理研究所，技术均实现了工业化，多套装置建成并稳定运行。国内首套轻烃芳构化装置采用的是大连理工大学的专利技术，于2006年在山东省淄博市建成投产，装置规模为10万吨/年。目前国内已建成的轻烃芳构化装置超过60套，总加工能力超过1200万吨/年。
催化重整是在一定反应条件和催化剂作用下，C6～C11馏分烃类分子重新排列成新的分子结构的工艺过程，即所谓的“重整”。催化重整的主要反应包括六元环烷烃脱氢反应、五元环烷烃的异构脱氢反应、烷烃的环化脱氢反应、异构化反应和加氢裂化反应等五个反应，其中前三个反应是生成芳烃的反应，直接影响到产品芳烃的收率。因此原料中环烷烃的含量决定着重整产品的辛烷值以及芳烃产量。
生产上通常用“芳烃潜含量”的高低表征重整原料的反应性能优良，由此可见并不是所有的石脑油都适于作为重整原料。另外，石脑油中会含有一定量的C5组分，其不但不利于重整装置的芳烃生成，还加重了装置能耗以及降低氢纯度，因此重整原料需要首先将C5组分分馏，即“拔头”。
轻烃芳构化的反应机理比较复杂，目前学术界尚未形成较为一致的看法。一般认为，烷烃组分首先转化为烯烃，烯烃则在催化剂酸中心作用下通过齐聚反应生成长链烯烃，接着环化反应生成环烷烃，其后有两种反应途径：低温条件下主要通过氢转移方式生成芳烃和烷烃；高温条件下主要通过脱氢方式生成芳烃和氢气。
由于反应机理与催化重整不同，轻烃芳构化对于原料的要求较为宽泛，C3～C9的烷烃和烯烃都可以作为芳构化原料，没有“芳烃潜含量”的要求。催化重整反应催化剂需要具备双功能：金属中心催化烃类的加氢和脱氢反应，主要由Pt等贵金属提供；酸性中心主要催化烃类的重排反应，由含卤素的Al2O3提供。因此催化重整催化剂由基本活性组分（如Pt）、酸性载体（如含卤素的Al2O3）和助催化剂（如Re）所组成。
目前工业应用的重整催化剂主要为两类，即用于固定床反应器的铂铼催化剂和用于移动床反应器的铂锡催化剂，均已国产化。对于含有Pt催化重整催化剂，砷、铅、铜、铁、镍、汞、钠等为永久性毒物，硫、氮、氧等为非永久性毒物，重整原料需要精制以避免催化剂中毒。
重整催化剂在运行过程中会因积炭而失活，工艺上通过烧焦再生，但烧焦过程中会使催化剂中的卤素流失，因此烧焦后还需要进行氯化处理以恢复重整催化剂活性。轻烃芳构化的催化剂为改性的ZSM-5分子筛催化剂，其是一种高硅铝比、三维直通孔道的择形分子筛，具有优良的催化烷基化、异构化和芳构化反应性能。ZSM-5分子筛具有L酸中心和B酸中心，前者主要作用于烷烃和环烯烃中间体脱氢，后者主要作用于烯烃聚合、裂解、环化和氢转移。为提高催化剂的芳构化反应活性和催化剂寿命，需要引入Ga、Zn等金属离子对ZSM-5分子筛进行改性，使其具有适宜的酸量和强度分布。
除了改性，分子筛的粒径也对芳构化催化剂的性能起到显著影响，研究发现纳米级ZSM-5分子筛比微米级具有更强的容炭能力和稳定性，能够大幅度提高单程运转周期，有利于工业化应用，大连理工大学的轻烃芳构化技术采用的就是纳米级分子筛催化剂。由于不含有Pt，同时ZSM-5分子筛本身具有抗硫中毒性能，轻烃芳构化催化剂抗中毒能力较强。对芳构化催化剂造成影响的杂质主要是碱性氮化物和二烯烃，会造成催化剂酸中心失活和催化剂快速结焦失活，若芳构化原料中含有上述两种杂质，则需预处理。芳构化催化剂运行一定周期后也会因积炭缓慢失活，需烧焦再生。催化重整和轻烃重整催化剂差别情况，见表1。
催化重整装置包括原料预处理和重整反应两个主要部分，生产化工用芳烃时还需增加抽提装置。重整反应器类型可以分为固定床反应器和移动床反应器两大类，前者采用3～4个固定床反应器串联，每半年或一年停车原位再生催化剂一次；后者采用移动床式的反应器和再生器，催化剂连续再生，一般运行3～7d催化剂全部再生一次。
相比于固定床式，移动床式的催化重整工艺可以在低反应压力和氢油比下操作，并且液收率和氢纯度较高，但建设投资较高，且技术主要掌握在UOP和IFP两家外国公司手中。我国已建成的催化重整装置以固定床式为主，但近年新建装置中连续重整装置比例开始增加。
轻烃芳构化技术起源于催化重整技术，反应器类型也可以分为固定床式和移动床式两种，但目前国外及国内的工业化装置几乎全部为固定床式，只有UOP/BP公司的Cycla工艺采用移动床式。因此，本文只对催化重整技术和轻烃芳构化技术的固定床反应器式工艺进行比较。
催化重整反应器的原料经过预分馏、预脱砷、预加氢、脱水及脱硫等预处理后，进入重整反应部分。原料与循环氢混合以达到要求的氢油比，经过换热器和加热炉后进入重整反应器。反应部分一般设四个串联反应器，由于重整反应为吸热反应，反应器出口会有温降，为了保持反应温度，每个反应器前均设有加热炉。从反应系统出来的物料经换热后进入油气分离器，分离器分出的气体含有90%（Vol.）的氢气，大部分作为循环气返回反应系统抑制催化剂结焦，其余部分经分离作为氢气副产品产出；分离器分出的液体进入稳定塔，塔顶出重整液化气产品，塔底出重整油，其作为重整汽油产品产出或进入抽提系统生产芳烃。
轻烃芳构化原料经简单预处理后进入芳构化反应系统，经换热器和加热炉达到工艺温度后进入芳构化反应器进行反应。轻烃芳构化通常设3～4台并列反应器，每台反应器配有一台加热炉。工业生产中，其中的2～3台反应器为芳构化反应工作状态，另外1台反应器为催化剂再生或等待工作状态，即并列的几台反应器为交替操作。因为芳构化反应过程中有烯烃类中间产品，芳构化工艺未设循环氢，但催化剂结焦较快，单程运行周期为30d左右。物料出反应器后进入分离系统产出干气、产品液化气、轻芳烃和重芳烃等产品。
轻烃芳构化工艺的BTX收率一般为50%～60%，干气产率则高达20%～25%，若此部分干气无法得到高价值利用，装置的经济评价则较差，这个局限性使得该技术推广困难。国内研究单位在轻烃芳构化技术基础上探索出了低温芳构化技术，该技术以醚后碳四为原料，通过降低芳构化反应温度，改为生产芳烃汽油。低温芳构化技术主要利用醚后碳四中的烯烃组分，反应温度为300～380℃，干气产率可以降低到1%以下，产品芳烃汽油的研究法辛烷值接近93，可以作为调和汽油的原料，在醚后碳四和汽油价格差较大的条件下装置具有较强的盈利能力，国内近几年建成的芳构化装置采用的均为该工艺技术。
轻烃芳构化技术虽然起源于催化重整技术，装置以及工艺流程类似，但原料以及反应原理的不同，造成两者在工艺以及产品分布上差别较大，选取两组实际工业装置参数进行对比，如表2所示。
通过与催化重整技术进行多方面的对比，可以发现轻烃芳构化技术具有较明显的特点：原料适应能力强，轻烃资源都可以作为芳构化原料，且原料不需要精制，另外装置投资低、操作费用低。但轻烃芳构化技术大的问题是干气产率较大，作为独立的一套装置很难生存。若调整思路，将其作为石化装置的附属装置，则可以扬长避短，发挥轻烃芳构化技术的优势，提高主装置的市场竞争力，例如：
（1）与蒸汽裂解装置配套，轻烃芳构化装置以蒸汽裂解装置副产的抽余碳四为原料生产芳烃产品，产生的干气及碳三循环回蒸汽裂解装置，可以增加蒸汽裂解装置的双烯产率。
（2）与催化重整装置配套，轻烃芳构化装置以催化重整装置预分馏的拔头油以及副产的重整液化气为原料，芳构化反应器产出液体进入催化重整装置的分离部分，副产的干气作为联合装置的燃料气使用，少量投资就可以增加芳烃产率。
资讯来源：付磊《当代化工》
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