通過調(diào)整歧化單元進料組成優(yōu)化PX 裝置產(chǎn)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(chǎn)PX 和苯。

中國石油四川石化有限責任公司生產(chǎn)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(chǎn)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(diào)節(jié)進料中甲苯和C9芳烴的比例，研究反應產(chǎn)物中苯、混合二甲苯的含量變化，繼而確定歧化裝置富產(chǎn)苯或富產(chǎn)混合二甲苯等不同工況下的最優(yōu)進料組成，為PX 裝置的產(chǎn)品在不同市場需求下的產(chǎn)品結構調(diào)整提供可供選擇的方式[1]。

2 歧化催化劑工業(yè)應用描述

2.1 流程簡介

產(chǎn)自苯-甲苯單元的甲苯和產(chǎn)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(fā)生歧化和烷基轉移反應。反應產(chǎn)物經(jīng)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(jīng)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(chǎn)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(huán)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(fā)的HAT-099P 型甲苯歧化與烷基轉移催化劑在國內(nèi)外得到廣泛應用，具有良好的工業(yè)應用業(yè)績。

2018 年，中國石油四川石化有限責任公司生產(chǎn)三部PX 裝置原歧化單元催化劑壽命到期，經(jīng)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(shù)據(jù)

根據(jù)技術協(xié)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(chǎn)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(zhì)量分數(shù)增加，反應產(chǎn)物中混合二甲苯的選擇性會有明顯升高[1]，相應地，反應產(chǎn)物中苯的選擇性會有所降低。

根據(jù)甲苯歧化和烷基轉移反應機理，理論上可以通過調(diào)整歧化反應進料中甲苯和C9芳烴的比例，改變反應產(chǎn)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(chǎn)量，繼而可以根據(jù)苯產(chǎn)品和PX 產(chǎn)品的市場行情變化，增產(chǎn)苯產(chǎn)品、減產(chǎn)PX 產(chǎn)品，或是增產(chǎn)PX 產(chǎn)品、減產(chǎn)苯產(chǎn)品，從而在一定程度上調(diào)整PX 裝置產(chǎn)品結構。

3.2 運行數(shù)據(jù)及分析

實際生產(chǎn)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(shù)據(jù)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(yōu)。

(2)隨著進料中C9芳烴含量的逐漸增加，反應產(chǎn)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(shù)據(jù)印證了反應理論。

由此可知，通過調(diào)整歧化反應進料中甲苯和C9芳烴的比例，改變反應產(chǎn)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(shù)據(jù)

3.3 產(chǎn)品收率及產(chǎn)量

根據(jù)運行數(shù)據(jù)，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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品收率最高。

表5 產(chǎn)品收率

按照95 萬t/a 歧化單元滿負荷生產(chǎn)進行計算，可以得到三種工況下混合二甲苯產(chǎn)品和苯產(chǎn)品的理論年產(chǎn)量，數(shù)據(jù)如表6所示。

表6 產(chǎn)品年產(chǎn)量

由于混合二甲苯在PX 裝置中最終轉化為PX 產(chǎn)品，故通過調(diào)整歧化單元進料中甲苯/C9芳烴的比例，最終可以根據(jù)市場價格進行核算，調(diào)節(jié)PX 裝置苯產(chǎn)品和PX 產(chǎn)品的產(chǎn)量，使苯產(chǎn)品和PX 產(chǎn)品的綜合利潤最大化。從而在一定程度上優(yōu)化PX 裝置產(chǎn)品結構，通過增產(chǎn)優(yōu)勢產(chǎn)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(yōu)。

(2)通過調(diào)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(chǎn)物中苯和混合二甲苯的選擇性，繼而改變PX 裝置苯產(chǎn)品和PX 產(chǎn)品的產(chǎn)量。

(3)通過調(diào)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(yōu)化PX 裝置產(chǎn)品結構，通過增產(chǎn)優(yōu)勢產(chǎn)品提升PX 裝置的綜合效益。