RIC-200催化剂末期运行优化研究

任红锋

（中国石化扬子石化有限公司，江苏南京210048）

对二甲苯（PX）是产量和规模均较大的重要有机化工原料之一，用途广泛。生产对二甲苯的芳烃装置一般包含石脑油重整、歧化、抽提、吸附分离、异构化、二甲苯分离等单元，其中重整反应、歧化反应、异构化反应中均有一定的对二甲苯组分生成。异构反应生成的对二甲苯组分占对二甲苯产量的60%以上，因此，在对二甲苯生产中，异构化单元的作用举足轻重。

某公司芳烃装置是以对二甲苯为主产品的装置，采用乙苯转化型异构化催化剂RIC-200，于2012年装填，2015年4月进行了催化剂再生，至2016年8月已运行四年半，处于催化剂运行末期。

1 异构化单元工艺流程

某芳烃异构化单元包括反应系统和分馏系统，详见图1。异构化反应进料来自吸附分离装置异构化进料缓冲罐，经泵加压后与反应进料/高分罐底料换热器换热，与循环氢（含补充氢）一起进入反应进/出料换热器换热后进入反应进料加热炉，加热至反应温度后进入反应器进行反应。反应出料依次经反应进出料换热器换热、空冷器/后冷器冷凝冷却，达到所要求的工艺温度后送入高分罐分离，罐顶部出来的气体一部分送往燃料系统，大部分则进入循环氢压缩机增压后作循环氢使用。高分罐底部的液相经泵加压后，依次与反应进料/高分罐底料换热器、脱庚烷塔进出料换热器、吸附进料换热器换热后进入脱庚烷塔分离。

脱庚烷塔内物料经过分离后，塔顶气相经空冷器和水冷器冷凝进入塔顶受槽。受槽内不凝气体在压力控制下送燃料气系统；受槽内液相一部分由回流泵打回塔内，另一部分由采出泵送脱戊烷塔。脱庚烷塔塔底泵抽出部分去加热炉获得再沸热量，另一部分经白土塔处理后去二甲苯分馏装置。

2 异构化单元存在的问题

某芳烃装置异构化催化剂为RIC-200型催化剂，经过四年多运行，催化剂处于末期运行状态，其性能明显降低，如表1所示。

图1 异构化装置流程

表1 某装置RIC-200型催化剂性能对比

由表1可以看出，与RIC-200运行初期相比，2016年8月装置运行末期异构化装置高分液中PX浓度降低幅度约2.17百分点，同时C8A芳烃损失增加明显，从运行初期的1.94%增加到3.55%，远超过2.5%的保证指标；EB转化率从催化剂运行初期的32.76%降低到26.14%，装置内EB无效循环量增加。与RIC-200催化剂再生初期相比，2016年8月以来，RIC-200催化剂性能降低明显。催化剂性能降低造成的影响如下：

1）异构化C8A芳烃损失增加，同等异构化负荷下，外补的C8A物料增加，加大了装置生产成本压力。

2）异构化EB转化率降低，一方面造成反应产物中PX含量降低，同等异构化负荷下，PX产品产量降低；另一方面造成EB组分在吸附/异构化/二甲苯分馏回路中循环量和能耗增加。

3 异构化反应参数优化

3.1 催化剂更换

综合考虑异构化催化剂运行状况、运行周期后，某芳烃装置拟在2017年装置检修期间，利用RIC-270催化剂更换已处于末期的RIC-200催化剂。自2016年8月计算，RIC-200催化剂尚有约10个月左右的运行时间，在这段时间内，应充分发挥催化剂余热，尽可能为装置创造效益。

3.2 催化剂运行参数与设计指标对比

2016年8月RIC-200运行参数与设计指标对比情况如表2所示。

表2 RIC-200催化剂运行参数与设计指标对比

由表2可以看出，根据设计指标，RIC-200催化剂温度、压力等反应参数均有较大的调整空间；RIC-200催化剂运行效果相对不理想，PX选择性一般，C8A芳烃损失较大，结合当时高分液中PX实际含量在16.1%左右，即2016年8月RIC-200催化剂实际运行水平远低于设计预期。

3.3 催化剂优化可行性分析

3.3.1 异构化反应参数与负荷匹配性对比

2016年10月，在二甲苯装置吸附负荷降低后，异构化反应高分液中PX含量从8月份的16.1%左右提高到16.5%左右，PX/∑X选择性率提高，EB转化率、C8A芳损略有增加，如表3所示。整体来说，单位异构化进料PX产品产量提高0.32百分点，相当于每小时可增产PX 0.62 t。这表明低负荷下异构化参数与负荷的匹配优于2016年8月高负荷下异构化参数与负荷的匹配。综合考虑2016年8—10月异构化装置运行数据，并与异构化催化剂标定参数进行对比，说明通过优化催化剂反应参数，使温度、压力等反应参数与异构化负荷相匹配，提升了异构化装置经济性。

表3 RIC-200催化剂不同时期运行情况对比

3.3.2 异构化反应参数优化原理

高收率、高PX选择性是异构化装置操作的目标。在催化剂运行初期，在特定负荷下，通过调整反应温度、压力，使之与负荷匹配，可使异构化C8A收率、PX选择性均处于相对较为理想的水平。随着催化剂运行时间的增加，催化剂积碳增多，PX选择性降低，此时必须提高反应温度以提高异构化反应的PX选择性；同时反应温度提高会加剧异构化副反应速度，造成催化剂积碳速度增加，需通过适当提高异构化反应压力来抑制催化剂积碳。异构化反应压力同时与乙苯转化率关系密切，提高压力，乙苯转化率增加，反应产物中C8烷烃增加，同时裂化副反应增加，C8A芳烃损失增加。也就是说，不同时期，与同一负荷匹配的温度和压力参数不同，这是一个不断摸索调优的过程。

一般来说，提高异构化反应温度能够提高反应产物中PX含量，但同时副反应增加，异构化反应C8A收率会有所降低。在保持异构化C8A收率相对稳定的前提下，提高异构化反应苛刻度，可改善吸附进料组成，提高吸附分离装置单位时间PX产品产量；或在保持装置PX产品产量稳定的情况下，可降低装置负荷和外购混合二甲苯量。在异构化反应C8A收率稳定的情况下，提高装置苛刻度可以为装置带来效益，当然，这应以不明显影响催化剂的预期寿命为前提。

刘忠勋等人的研究结果[2]表明，对乙苯转化型催化剂来说，低C8非芳烃平衡控制非常必要，通常反应出料中C8非芳烃与C8A芳烃的摩尔比应控制在0.08~0.10，在给定的空速和氢烃比下，通过对反应温度、压力进行优化，可使反应出料中C8非芳平衡达到预期水平，尤其适用处于运行周期中后阶段的C8A异构化催化剂。

受装置配套所限，采用RIC-200催化剂的某异构化装置目前没有配套的歧化C8A进料，导致异构化进料中乙苯质量分数较高，一般在13%~20%之间，超出了10%~12%的范围，且催化剂运行初期EB含量略低，末期略高。该反应进料容易导致EB在系统内积累，反应产物中非芳烃含量较多，C8环损失较大，直观表现为异构化脱庚烷塔塔顶非芳烃采出与PX产品采出比较大。针对处于末期的RIC-200催化剂，在反应产物中EB基本无增加的前提下，可通过适当控制C8非芳烃含量，以及高温匹配低压的操作方式，提高反应产物中PX含量和芳烃收率，增产目标产品；如EB有明显增加，则在提温时必须相应的提高反应压力，促进EB向非芳烃的转化。

3.4 RIC-200 催化剂反应参数优化调整

2016年11月，在异构化负荷基本保持在195 t/h左右的情况下，异构化反应温度从379℃逐步调整至385℃，反应压力从0.90 MPa逐步调至0.96 MPa，此时异构化反应温度、压力与进料负荷的匹配达到较好的状态。与反应参数优化前相比，在维持异构化C8A损失在3.5%左右的情况下，异构化PX选择性从2016年8月的22.7%左右提高到目前的23.3%左右，反应产物中对二甲苯含量从2016年的8月的16.10%左右提高到目前的16.68%左右，EB转化率从26.14%提高到27.16%。反应参数优化前后技术指标对比见表4。

表4 RIC-200催化剂反应参数优化前后技术指标对比

4 RIC-200催化剂反应参数优化后经济效果

以该异构化单元目前实际进料负荷计算，优化后可增产对二甲苯1.13 t/h，折合混合二甲苯6.1 t，以2016年11月至2017年5月装置检修，运行5 000小时计，同样的PX产品产量下，可节约混合二甲苯3.05万t；以吨混合C8A和非芳烃差价1 000元计，则可节约装置原料成本3 050万元。

5 结论

1）在异构化负荷195 t/h左右时，通过提高异构化温度至385℃，提高反应压力至0.96 MPa，异构化反应产物中PX含量提高了0.58百分点。

2）以相同运行负荷计，优化反应参数后，装置可增产对二甲苯1.13 t/h，降低系统无效循环量，或相当于同等PX产品产量下，可降低吸附/异构化/二甲苯分馏回路负荷，减少外购混合C8 6.10 t/h。