新型二甲苯異構化催化劑RIC-270的工業(yè)應用

孫 磊，梁戰(zhàn)橋

乙苯轉化型二甲苯異構化催化劑在催化二甲苯異構體異構化反應的同時，可以將乙苯異構化為二甲苯，是雙功能催化劑［1-5］。中國石化石油化工科學研究院開展該類型催化劑的研究已有四十多年，隨著催化材料、改性技術和制備工藝的不斷進步，陸續(xù)開發(fā)了一系列催化劑。該院在RIC-200催化劑的基礎上，通過優(yōu)化酸性中心性質、金屬功能等措施［6-12］，在2016年研制了新型催化劑RIC-270。實驗室數據表明，RIC-270催化劑的活性有所提高，特別是乙苯轉化能力明顯增強，而且保持了較低的C8芳烴損失。同時，該院還開發(fā)了新型RKJ-1型導流帽罩，用于替代原來的不銹鋼材質的折流擋板。同年，與中國石化天津分公司達成合作協議，進行RIC-270催化劑的工業(yè)應用試驗。中國石化天津分公司化工部大芳烴裝置是2000年建成投產的，采用UOP聯合芳烴裝置工藝，對二甲苯規(guī)模為300 kt/a，催化劑裝填數量為42 t。該公司之前使用的是美國ZEOLYST公司的PARIS PLUS催化劑，已經運轉到末期，借大檢修機會將國外催化劑更換為RIC-270催化劑。2016年8—10月，中國石化天津分公司化工部完成了大芳烴裝置檢修，并完成了RIC-270催化劑的密相裝填、干燥和投料開車。同年12月份，進行了性能標定。標定數據表明，RIC-270催化劑的性能優(yōu)于RIC-200催化劑，導流帽罩性能良好。

本工作介紹了新型二甲苯異構化催化劑RIC-270在中國石化天津分公司化工部大芳烴裝置上的工業(yè)應用情況。

1 催化劑的物化指標及工藝條件要求

1.1 RIC-270催化劑的物化指標

RIC-270催化劑的物化指標見表1。

表1 RIC-270催化劑的物化指標Table 1 Physical properties of RIC-270 catalyst

1.2 原料和工藝條件要求

1.2.1 補充和循環(huán)氫氣

由于新研制的RIC-270催化劑的抗雜質能力有所提高，對有些雜質的限制有所放寬。但對于異構化催化劑來說，原料中的雜質含量越低，催化劑的穩(wěn)定性和壽命越好。RIC-270催化劑對氫氣的雜質要求見表2。

表2 氫氣的雜質要求Table 2 Impurity requirement of hydrogen

1.2.2 C8芳烴原料

RIC-270催化劑對C8芳烴原料的雜質要求見表3。

表3 C8芳烴原料的雜質要求Table 3 Impurity requirement of C8 aromatics feed

1.2.3 工藝條件

RIC-270催化劑的工藝操作條件見表4。

表4 工藝操作條件Table 4 Operating conditions of process

2 催化劑的運行情況

2.1 RIC-270催化劑的運行情況

RIC-270催化劑于2016年10月投用，已經穩(wěn)定在線運行9個多月，進料負荷100%，進料組成穩(wěn)定。2016年12月的數據為標定前的運轉情況，運行兩個多月后，于2016年12月23—25日進行標定。RIC-270催化劑的運行數據見表5。表5還列出了標定前、標定及技術協議保證值的數據，以便進行對比。

從表5可看出，RIC-270催化劑的標定性能指標均達到了技術協議保證值，異構化活性達到了95.5%。尤其明顯的是，在高分壓力只有0.66 MPa的條件下，乙苯平衡達成率達到了80%以上，充分說明RIC-270催化劑具有高乙苯轉化能力的特點。在高乙苯轉化率下，C8芳烴損失仍然維持在較低的水平，僅為2.2%，說明更多的乙苯轉化為二甲苯，而不是發(fā)生加氫裂解等副反應，乙苯轉化為二甲苯的選擇性好。由于中國石化天津分公司大芳烴裝置的C8芳烴原料中乙苯的質量分數僅為7.3%，更高的乙苯轉化率會增加C8芳烴損失。因此，考慮到裝置運行的經濟性，標定結束后，在保證異構化脫庚烷塔塔底中對二甲苯質量分數超過20%的前提下，降低反應壓力，控制乙苯平衡達成率在50%左右即可保證乙苯不積累。2017年2月的運轉數據表明，在降低乙苯平衡達成率后，C8芳烴損失由2.2%降至1.9%，達到了效益最大化。

表5 RIC-270催化劑的運行數據Table 5 Operating data of RIC-270 catalyst

2.2 性能對比

對使用過的國產和國外催化劑進行標定性能對比，結果見表6。從對比數據可看出，RIC-270催化劑的活性與其他催化劑相近，但乙苯平衡達成率卻比其他催化劑提高了約20百分點，且C8芳烴損失也小于其他催化劑。RIC-270催化劑的乙苯轉化能力明顯提高的原因主要是中國石化石油化工科學研究院對催化劑的分子篩和金屬活性中心進行了優(yōu)化，同時改善了氧化鋁載體的性質，進一步優(yōu)化了兩個活性中心的匹配關系。可以看出，高乙苯轉化率不但可以降低異構化進料和產物中的乙苯含量，而且降低了進料和產物中循環(huán)C8非芳烴的平衡濃度（2.6%（w）），該值比RIC-200催化劑低1.8百分點，比國外催化劑低2.3百分點。因此，RIC-270催化劑可以提高產物中的對二甲苯濃度，增加對二甲苯產量。運行數據表明，RIC-270催化劑的性能優(yōu)于國內外其他催化劑。

表6 催化劑性能的對比Table 6 Comparison of catalyst performance

2.3 RKJ-1型導流帽罩的使用效果

在應用RIC-270催化劑的同時，采用中國石化石油化工科學研究院開發(fā)的RKJ-1型導流帽罩鋪設在催化劑上表面，用以替代原來的不銹鋼材質的折流擋板內構件。采用密相裝填方法，用專用裝填器拋撒催化劑，使床層更加均勻，可以提高催化劑裝填堆密度約10%。采用RKJ-1型軟質導流帽罩內構件，可以節(jié)省密封層催化劑，而且操作方便，對催化劑上部的氣流分布更加有利。采用密相裝填和導流帽罩后，反應器出入口壓差與之前的相同，為0.02 MPa。從催化劑性能標定結果看，密相裝填和導流帽罩的效果良好。

2.4 后續(xù)運轉建議

根據RIC-270催化劑的性能和對二甲苯的市場情況，對溫度和壓力進行調整，使得溫度和壓力達到最佳匹配，發(fā)揮催化劑的潛能。需要多產對二甲苯時，可以同時提高溫度和壓力，提高脫庚烷塔塔底的對二甲苯濃度；在對二甲苯價格較低時，降低活性，降低C8芳烴損失，保證裝置的經濟性。

3 結論

1）RIC-270催化劑的異構化活性達到了95.5%，乙苯平衡達成率達到了81.7%，C8芳烴損失為2.2%。RIC-270催化劑的乙苯轉化能力明顯提高，實現了乙苯高效轉化的目標。RIC-270催化劑的乙苯轉化能力提高，而且轉化為二甲苯的選擇性高，C8非芳烴的平衡濃度低，可以降低物料中非二甲苯物料的含量，提高產物中對二甲苯的濃度，增產對二甲苯。

2）在RIC-270催化劑的工業(yè)應用中，密相裝填和RKJ-1型導流帽罩使用效果良好。

3）RIC-270催化劑工業(yè)應用成功，可以推廣使用。

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