HAT-099P 型歧化催化劑進料比例寬幅調節探索

王 靖，胡 畔，焦曉東，王 偉，趙炳建

（中國石油 四川石化有限責任公司，四川 彭州 611930）

中國石油四川石化公司對二甲苯裝置于2014年建成投產，包含歧化、異構化、吸附分離和二甲苯分餾4 個單元。歧化單元設計進料量為112t·h-1。原催化劑采用國外某公司T 型催化劑，2018 年裝置停工檢修期間，更換為中國石化上海石油化工研究院(以下簡稱上海院) 研發的HAT-099P 型歧化催化劑，裝填量為35t。至今已在滿負荷下穩定運行34個月，性能良好。

歧化單元原料為甲苯和碳九芳烴（以下簡稱C9），通過設置進料中甲苯與C9比例不同的4 種工況，收集和分析數據，研究歧化單元產品組成及數量，探索HAT-099P 型歧化催化劑在進料組成變化和產品之間的對應關系，繼而在歧化單元高負荷實際運行中，通過調整歧化反應進料比例，最大程度增產苯或二甲苯產品，優化產品分布，提高經濟效益，促進對二甲苯裝置挖潛增效，更好地適應市場變化。

1 反應機理及催化劑性能指標

1.1 反應機理

歧化反應中最基本的化學反應是通過烷基轉移將甲苯與C9轉化成為苯和二甲苯產品。理論上，歧化單元的產品分布是進料中甲基-苯環之比的函數，如果進料中甲基-苯環的比例發生變化，反應生成物中苯和二甲苯的比例也隨之變化。

HAT-099P 型歧化催化劑設計進料中甲苯與C9的比例為6∶4。

1.2 催化劑性能指標

HAT-099P 型歧化催化劑的物性指標見表1。

表1 物性指標Tab.1 Physical property indexes

HAT-099P 型歧化催化劑的工藝條件見表2。

表2 工藝條件Tab.2 Process conditions

根據催化劑廠商提供的催化劑性能指標，在表2 所示工藝條件下，HAT-099P 型歧化催化劑的反應總轉化率不小于46%，總選擇性不小于90%，其中二甲苯選擇性不小于65%，歧化苯純度大于等于99.9%，催化劑壽命大于4 年。

2 進料比例和產品關系研究

2.1 對比工況設置

實際生產中，在歧化單元102%負荷、反應條件不變的情況下，設置進料中甲苯與C9比例不同的4種工況。具體數據見表3。

表3 工況設置Tab.3 Setting of working conditiongs

由表3 可以看出，4 種工況下歧化單元的負荷、進料量、反應條件均為固定參數，只有反應進料組成是變量。反應進料組成中甲苯和C9的比例規律性改變，對此4 種工況下的產品數據進行分析。

2.2 運行數據及分析

4 種工況下歧化反應生成物組成數據見表4。

表4 反應生成物組成數據Tab.4 Composition data of reaction products

從表4 可以看出，隨著進料中甲苯的含量逐漸降低、C9含量逐漸增加，反應生成物中苯含量逐漸降低，二甲苯含量逐漸增加。

由此可知，可以通過調整歧化反應進料中甲苯和C9的比例，改變歧化反應產物中苯或二甲苯的含量，達到增產苯和二甲苯產品的目的。

2.3 性能指標及產品數據

根據4 種工況下歧化反應生成物組成數據，進一步分析4 種工況下歧化反應轉化率、選擇性等性能指標及產品數據。相關數據見表5。

表5 歧化反應性能指標及產品的數據Tab.5 Disproportionation reaction perfornance index and product data

由表5 可以看出：

（1）4 種工況中，反應總轉化率的差別不大，說明在反應溫度、反應壓力、氫純度等反應條件不變的情況下，反應總轉化率和進料比例的關聯度不高；

（2）進料中C9含量逐漸增加，反應產物中苯的選擇性逐漸降低，二甲苯的選擇性逐漸升高。通過調整歧化反應進料中甲苯和C9的比例，改變反應產物中苯或二甲苯的選擇性，繼而調整反應生成物中苯或二甲苯的產量。

3 綜合效益

3.1 運行狀況

使用上海院HAT-099P 型歧化催化劑后，對二甲苯裝置歧化單元已連續穩定運行34 個月。根據轉化率變化情況，反應溫度由340℃提升至362℃，提升幅度不大。總體運行狀況符合性能指標要求，催化劑壽命情況符合預期。

3.2 催化劑國產化效益

國外某公司的T 型歧化催化劑和上海院HAT-099P 型歧化催化劑費用數據對比見表6。

表6 催化劑費用數據對比Tab.6 Comparison of catalyst cost data

由表6 可以看出，在一個使用周期內，使用HAT-099P 型歧化催化劑可節約費用296 萬元，是更加經濟的選擇。

3.3 長周期、高負荷運行經濟效益

隨著市場行情的波動，當苯的市場效益較好時，可將歧化反應進料中甲苯和C9的比例調整為6.5∶3.5；當PX 的市場效益較好時，可將歧化反應進料中甲苯和C9比例調整為5∶5。

舉例說明：

（1）2021 年3 月下旬，苯的市場價約為6320 元·t-1，PX 的市場價約為6700 元·t-1。在這個市場行情下，將歧化反應進料中甲苯和C9比例調整為5∶5，可比采用設計進料比例時多產生974.8 萬元·a-1的效益。

（2）2021 年6 月中旬，苯的市場價約為7700 元·t-1，PX 的市場價約為6500 元·t-1。在這個市場行情下，將歧化反應進料中甲苯和C9比例調整為6.5∶3.5，可比采用設計進料比例時多產生5703 萬元·a-1的效益。

根據HAT-099P 型歧化催化劑實際使用情況，歧化單元最高負荷可提升至110%。高負荷運行下，通過靈活調整歧化反應進料比例，可進一步增加歧化單元的綜合效益。

4 結論

（1）通過調整歧化反應進料中甲苯和C9的比例，可以改變歧化反應產物中苯或二甲苯的含量，達到增產苯和二甲苯產品。

（2）在反應溫度、反應壓力、氫純度等反應條件不變的情況下，反應總轉化率和進料比例的關聯度不高。

（3）當苯的市場效益較好時，可將歧化反應進料中甲苯和C9比例調整為6.5∶3.5，以增加苯產品產量；當PX 的市場效益較好時，可將歧化反應進料中甲苯和C9比例調整為5∶5，以增加二甲苯產量。

（4）高負荷運行下，通過靈活調整歧化反應進料比例，可進一步增加歧化單元的綜合效益。