二甲苯液相異構化新工藝及其工業化應用

二甲苯液相異構化二甲苯液相異構化的研究已經歷了幾十年的時間，主要目的是降低二甲苯流程的能耗。主要挑戰有以下幾方面：一是實現乙苯在液相的選擇性轉化很難。二是在汽相異構化裝置中乙苯轉化為苯的同時，在液相異構化過程中副反應生成苯或甲苯必須減至最少，使液相異構化流出物滿足對二甲苯分離工藝對原料的要求，因此允許將其直接送進二甲苯塔。三是對二甲苯的選擇性必須接近汽相異構化工藝得到的對二甲苯選擇性，即必須得到在給定工藝溫度時的平衡對二甲苯，以保持送進對二甲苯回收部分C8 芳烴餾分中對二甲苯的濃度。四是在液相異構化工藝過程中氣體生成（由于非芳烴裂化反應）量必須最少，生成的任何微量輕氣體都必須通過已有的二甲苯分餾系統放出。五是液相異構化催化劑的更換必須與現代芳烴聯合裝置的要求一致，即為避免非計劃停工，芳烴聯合裝置的檢修周期必須達到5～6年。

二甲苯液相異構化新工藝液相異構化新工藝在2015 年就已經工業應用，并滿足上述所有要求，即：1）生成輕芳烴很少，能使液相異構化流出物直接送進二甲苯塔；2）在工藝操作溫度下得到平衡的對二甲苯；3）生成氣體極少，在液相異構化工藝被加到現有裝置時通過可用的設備能夠管理；4）催化劑運轉周期與現代芳烴聯合裝置的檢修周期一致。

不僅如此，還具有以下優勢：1）把液相異構化工藝加到現有或新建的裝置中能使投資最省。此外，低溫工藝可以方便地使用碳鋼設備（如備用的白土處理器）。2）二甲苯單程損失極少，大大低于已報道的工業汽相異構化裝置單程的二甲苯損失。3）不僅通過二甲苯回路中兩相轉變的旁路實現節能，而且因為液相異構化工藝操作溫度低于汽相異構化工藝，且減少了運送量也意味著能耗低于汽相異構化工藝。4）當液相異構化工藝的某些操作條件或對二甲苯回收裝置的C9/C10芳烴標準（規格）與典型吸附工藝相比不太嚴格時，液相異構化工藝流出物可以部分或全部旁通二甲苯塔。5）在與產生少量或不產生乙苯的二甲苯生產工藝（如甲苯甲基化、甲苯歧化或芳烴烷基轉移）結合時，二甲苯異構化可以僅通過液相異構化工藝實現，因此就不需要在同一個流程中有汽相異構化裝置并聯操作。

在印度信誠工業公司煉化企業中的應用2018年4月開始在Jamnagar煉化企業的裝置中利用二甲苯液相異構化新工藝。提高對二甲苯回收率是增加液相異構化裝置的主要目的。Jamnagar 煉化聯合企業的芳烴聯合裝置中有1套二甲苯汽相異構化裝置，經過評估決定將其原料處理裝置改造為液相異構化裝置，液相異構化裝置與汽相異構化裝置并聯運行。2018 年3 月裝填液相異構化催化劑，4 月開始運行，運行情況如下：

1）對二甲苯收率提高。增加液相異構化裝置使進對二甲苯分離裝置的原料中對二甲苯濃度有顯著提高，因此異構化原料通過汽相和液相異構化裝置加工與僅通過汽相異構化裝置加工相比，對二甲苯收率提高15%以上。這表明印度信誠工業公司Jamnagar煉化聯合企業對二甲苯產量有很大提高。

2）二甲苯損失減少。部分C8芳烴料通過液相異構化裝置加工與全部C8 芳烴料都通過汽相異構化裝置加工相比，單程二甲苯損失減少。二甲苯損失反應主要是生成甲苯、C9和C10芳烴，同時可能在烷基轉移裝置中再結合生成苯和二甲苯，這些分子通過不同的分餾步驟循環，使能耗大大增加，因此節能是液相異構化工藝減少單程二甲苯損失固有的優點。

3）降低操作溫度。液相異構化反應器入口溫度大大低于汽相異構化的反應器入口溫度。這表明全部C8 芳烴料都通過汽相異構化工藝加工，能耗大大增加。

在埃克森美孚化學公司荷蘭鹿特丹工廠的應用?？松梨诨瘜W公司荷蘭鹿特丹廠的二甲苯液相異構化裝置2015年1月開始運轉。從吸附裝置分出對二甲苯以后，C8芳烴提余液送進串聯操作的汽相異構化和液相異構化裝置。汽相異構化裝置的平衡二甲苯流出物通過結晶回收對二甲苯，沒有對二甲苯的結晶器濾液在吸附回收對二甲苯前，通過液相異構化裝置再進行一次異構化。裝置運行情況如下：

1）二甲苯流程能耗大大降低。在液相異構化工藝應用前，對二甲苯含量少的結晶器濾液總是與新鮮混合的二甲苯混合，這樣就降低了進吸附裝置原料中對二甲苯的濃度。投用液相異構化裝置以后，平衡的二甲苯與吸附裝置原料中新鮮的二甲苯混合，大大降低了吸附裝置和在二甲苯產量一定時二甲苯總流程的通過量，使運轉能耗降低約9%。

2）原料消耗減少。二甲苯在液相異構化裝置中異構化，單程二甲苯損失極低（質量分數0.2%）。而且，進吸附裝置原料中的對二甲苯濃度較高，即降低了汽相異構化裝置的通過量（因此降低二甲苯損失）。鹿特丹廠在對二甲苯產量一定時改進收率，原料消耗減少4%。

在埃克森美孚化學公司新加坡工廠的應用埃克森美孚化學公司新加坡廠的二甲苯液相異構化裝置2017 年6 月開始運轉。分出對二甲苯以后的C8芳烴料送進并聯操作的汽相和液相異構化裝置。工藝模擬用于評估汽相異構化和液相異構化之間的分流對整個聯合裝置操作的影響。優化的因素有以下三個：1）汽相異構化裝置中較高的乙苯單程轉化率。乙苯單程轉化率高避免了乙苯在二甲苯流程中積累，但這樣做直接提高了操作溫度和汽相異構化裝置單程的二甲苯損失。2）降低汽相異構化裝置的通過量。汽相異構化裝置的通過量降低是部分二甲苯轉向進入液相異構化裝置的結果，直接降低了汽相異構化裝置的操作溫度和單程的二甲苯損失。3）液相異構化裝置的操作條件使苯和甲苯生成減至最少，使液相異構化流出物直接進入二甲苯塔。液相異構化的工藝設計允許C8芳烴料分開，50%進汽相異構化裝置，50%進液相異構化裝置，同時調節各自的操作條件，實現節能目標并保持和/或提高對二甲苯產量。裝置運行情況如下：

1）二甲苯流程能耗降低。旁路能耗高的步驟，通過低溫液相異構化加工二甲苯，降低通過高溫汽相異構化的加工量，在對二甲苯產量不變的情況下能耗下降10%。

2）二甲苯損失減少。分出部分C8芳烴料進液相異構化裝置與全部C8 芳烴料都進汽相異構化裝置加工相比，使單程二甲苯損失降低（相對25%）。在對二甲苯產量一定的情況下，芳烴聯合裝置新鮮原料量減少1.5%～2.0%。