通過調整歧化單元進料組成優化PX 裝置產品結構

張慶(四川石化有限責任公司，四川 彭州 611930)

1 概述

歧化工藝是一種芳烴烷基轉移的催化工藝。對二甲苯裝置(以下稱PX 裝置)歧化單元的主要作用，是將甲苯和C9芳烴在一定溫度、壓力和臨氫條件下，在催化劑作用下轉變成苯和C8芳烴，以增產PX 和苯。

中國石油四川石化有限責任公司生產三部PX 裝置95 萬t/a 歧化單元采用中石化上海石油化工研究院的HAT-099P 甲苯歧化與烷基轉移型催化劑。

由于HAT-099P 催化劑的產品組成分布受到進料中甲苯和C9芳烴比例的影響，故可通過調節進料中甲苯和C9芳烴的比例，研究反應產物中苯、混合二甲苯的含量變化，繼而確定歧化裝置富產苯或富產混合二甲苯等不同工況下的最優進料組成，為PX 裝置的產品在不同市場需求下的產品結構調整提供可供選擇的方式[1]。

2 歧化催化劑工業應用描述

2.1 流程簡介

產自苯-甲苯單元的甲苯和產自二甲苯分餾單元的C9芳烴，按照一定的比例混合后送入歧化單元，在歧化反應器HAT-099P 催化劑、臨氫，以及一定的反應條件下發生歧化和烷基轉移反應。反應產物經高分脫除氫氣和燃料氣后送入汽提塔。汽提塔頂液相輕組分去異構化單元汽提塔，最終去往芳烴抽提裝置；氣相燃料氣經外送壓縮機增壓后送至乙烯裝置作為原料；塔底物料送至苯-甲苯分餾單元。在苯-甲苯單元中，苯分離出來作為產品，C8及以上芳烴送至二甲苯分餾單元，未轉化的甲苯再循環至歧化反應。

2.2 催化劑簡介

中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院開發的HAT-099P 型甲苯歧化與烷基轉移催化劑在國內外得到廣泛應用，具有良好的工業應用業績。

2018 年，中國石油四川石化有限責任公司生產三部PX 裝置原歧化單元催化劑壽命到期，經技術交流，新劑選用了HAT-099P 型甲苯歧化與烷基轉移催化劑進行催化。催化劑物性指標如表1 所示。

表1 物性指標

2.3 工藝條件及技術要求

HAT-099P 型甲苯歧化與烷基轉移催化劑的工藝條件如表2 所示。

表2 工藝條件數據

根據技術協議，在滿足原料指標和工藝條件要求的工況下，HAT-099P 型甲苯歧化與烷基轉移催化劑的性能達到以下指標，具體如表3 所示。

表3 性能指標

3 進料組成和產品結構的關系

3.1 反應機理

歧化單元最基本的反應是將甲苯與C9芳烴轉化成為苯和混合二甲苯。由甲苯歧化和烷基轉移反應機理來看，如果進料中C9芳烴質量分數增加，反應產物中混合二甲苯的選擇性會有明顯升高[1]，相應地，反應產物中苯的選擇性會有所降低。

根據甲苯歧化和烷基轉移反應機理，理論上可以通過調整歧化反應進料中甲苯和C9芳烴的比例，改變反應產物中苯和混合二甲苯的選擇性，從而改變苯或混合二甲苯的產量，繼而可以根據苯產品和PX 產品的市場行情變化，增產苯產品、減產PX 產品，或是增產PX 產品、減產苯產品，從而在一定程度上調整PX 裝置產品結構。

3.2 運行數據及分析

實際生產中，選取進料總量不變，而進料中甲苯/C9芳烴的比例分別為60/40、55/45、50/50 的三種工況，進行對比分析。相關數據如表4 所示。從表4 中可以看出：

(1)三種工況中，進料中甲苯/C9芳烴的比例為60/40 時，反應總轉化率和總選擇性均最高，可見HAT-099P 型甲苯歧化與烷基轉移催化劑在此工況下性能最優。

(2)隨著進料中C9芳烴含量的逐漸增加，反應產物中混合二甲苯的選擇性逐漸升高，而苯的選擇性逐漸降低，運行數據印證了反應理論。

由此可知，通過調整歧化反應進料中甲苯和C9芳烴的比例，改變反應產物中苯和混合二甲苯的選擇性是完全可行的[2]。

表4 運行數據

3.3 產品收率及產量

根據運行數據，進一步求得理論上混合二甲苯和苯的收率，如表5 所示。從表5 中可以看出：

(1)三種工況中，進料中甲苯/C9芳烴的比例為60/40 時，產品總收率最高。

(2)三種工況中，進料中甲苯/C9芳烴的比例為60/40 時，苯產品收率最高。

(3)三種工況中，進料中甲苯/C9芳烴的比例為50/50 時，混合二甲苯產品收率最高。

表5 產品收率

按照95 萬t/a 歧化單元滿負荷生產進行計算，可以得到三種工況下混合二甲苯產品和苯產品的理論年產量，數據如表6所示。

表6 產品年產量

由于混合二甲苯在PX 裝置中最終轉化為PX 產品，故通過調整歧化單元進料中甲苯/C9芳烴的比例，最終可以根據市場價格進行核算，調節PX 裝置苯產品和PX 產品的產量，使苯產品和PX 產品的綜合利潤最大化。從而在一定程度上優化PX 裝置產品結構，通過增產優勢產品提升PX 裝置的效益。

4 結語

(1)當進料中甲苯/C9芳烴的比例為60/40 時，HAT-099P型甲苯歧化與烷基轉移催化劑的綜合性能最優。

(2)通過調整歧化反應進料中甲苯和C9芳烴的比例，可以改變HAT-099P 型甲苯歧化與烷基轉移催化劑反應產物中苯和混合二甲苯的選擇性，繼而改變PX 裝置苯產品和PX 產品的產量。

(3)通過調整歧化反應進料中甲苯和C9芳烴的比例，可以在一定程度上優化PX 裝置產品結構，通過增產優勢產品提升PX 裝置的綜合效益。