通过调整歧化单元进料组成优化PX 装置产品结构

张庆(四川石化有限责任公司，四川 彭州 611930)

1 概述

歧化工艺是一种芳烃烷基转移的催化工艺。对二甲苯装置(以下称PX 装置)歧化单元的主要作用，是将甲苯和C9芳烃在一定温度、压力和临氢条件下，在催化剂作用下转变成苯和C8芳烃，以增产PX 和苯。

中国石油四川石化有限责任公司生产三部PX 装置95 万t/a 歧化单元采用中石化上海石油化工研究院的HAT-099P 甲苯歧化与烷基转移型催化剂。

由于HAT-099P 催化剂的产品组成分布受到进料中甲苯和C9芳烃比例的影响，故可通过调节进料中甲苯和C9芳烃的比例，研究反应产物中苯、混合二甲苯的含量变化，继而确定歧化装置富产苯或富产混合二甲苯等不同工况下的最优进料组成，为PX 装置的产品在不同市场需求下的产品结构调整提供可供选择的方式[1]。

2 歧化催化剂工业应用描述

2.1 流程简介

产自苯-甲苯单元的甲苯和产自二甲苯分馏单元的C9芳烃，按照一定的比例混合后送入歧化单元，在歧化反应器HAT-099P 催化剂、临氢，以及一定的反应条件下发生歧化和烷基转移反应。反应产物经高分脱除氢气和燃料气后送入汽提塔。汽提塔顶液相轻组分去异构化单元汽提塔，最终去往芳烃抽提装置；气相燃料气经外送压缩机增压后送至乙烯装置作为原料；塔底物料送至苯-甲苯分馏单元。在苯-甲苯单元中，苯分离出来作为产品，C8及以上芳烃送至二甲苯分馏单元，未转化的甲苯再循环至歧化反应。

2.2 催化剂简介

中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院开发的HAT-099P 型甲苯歧化与烷基转移催化剂在国内外得到广泛应用，具有良好的工业应用业绩。

2018 年，中国石油四川石化有限责任公司生产三部PX 装置原歧化单元催化剂寿命到期，经技术交流，新剂选用了HAT-099P 型甲苯歧化与烷基转移催化剂进行催化。催化剂物性指标如表1 所示。

表1 物性指标

2.3 工艺条件及技术要求

HAT-099P 型甲苯歧化与烷基转移催化剂的工艺条件如表2 所示。

表2 工艺条件数据

根据技术协议，在满足原料指标和工艺条件要求的工况下，HAT-099P 型甲苯歧化与烷基转移催化剂的性能达到以下指标，具体如表3 所示。

表3 性能指标

3 进料组成和产品结构的关系

3.1 反应机理

歧化单元最基本的反应是将甲苯与C9芳烃转化成为苯和混合二甲苯。由甲苯歧化和烷基转移反应机理来看，如果进料中C9芳烃质量分数增加，反应产物中混合二甲苯的选择性会有明显升高[1]，相应地，反应产物中苯的选择性会有所降低。

根据甲苯歧化和烷基转移反应机理，理论上可以通过调整歧化反应进料中甲苯和C9芳烃的比例，改变反应产物中苯和混合二甲苯的选择性，从而改变苯或混合二甲苯的产量，继而可以根据苯产品和PX 产品的市场行情变化，增产苯产品、减产PX 产品，或是增产PX 产品、减产苯产品，从而在一定程度上调整PX 装置产品结构。

3.2 运行数据及分析

实际生产中，选取进料总量不变，而进料中甲苯/C9芳烃的比例分别为60/40、55/45、50/50 的三种工况，进行对比分析。相关数据如表4 所示。从表4 中可以看出：

(1)三种工况中，进料中甲苯/C9芳烃的比例为60/40 时，反应总转化率和总选择性均最高，可见HAT-099P 型甲苯歧化与烷基转移催化剂在此工况下性能最优。

(2)随着进料中C9芳烃含量的逐渐增加，反应产物中混合二甲苯的选择性逐渐升高，而苯的选择性逐渐降低，运行数据印证了反应理论。

由此可知，通过调整歧化反应进料中甲苯和C9芳烃的比例，改变反应产物中苯和混合二甲苯的选择性是完全可行的[2]。

表4 运行数据

3.3 产品收率及产量

根据运行数据，进一步求得理论上混合二甲苯和苯的收率，如表5 所示。从表5 中可以看出：

(1)三种工况中，进料中甲苯/C9芳烃的比例为60/40 时，产品总收率最高。

(2)三种工况中，进料中甲苯/C9芳烃的比例为60/40 时，苯产品收率最高。

(3)三种工况中，进料中甲苯/C9芳烃的比例为50/50 时，混合二甲苯产品收率最高。

表5 产品收率

按照95 万t/a 歧化单元满负荷生产进行计算，可以得到三种工况下混合二甲苯产品和苯产品的理论年产量，数据如表6所示。

表6 产品年产量

由于混合二甲苯在PX 装置中最终转化为PX 产品，故通过调整歧化单元进料中甲苯/C9芳烃的比例，最终可以根据市场价格进行核算，调节PX 装置苯产品和PX 产品的产量，使苯产品和PX 产品的综合利润最大化。从而在一定程度上优化PX 装置产品结构，通过增产优势产品提升PX 装置的效益。

4 结语

(1)当进料中甲苯/C9芳烃的比例为60/40 时，HAT-099P型甲苯歧化与烷基转移催化剂的综合性能最优。

(2)通过调整歧化反应进料中甲苯和C9芳烃的比例，可以改变HAT-099P 型甲苯歧化与烷基转移催化剂反应产物中苯和混合二甲苯的选择性，继而改变PX 装置苯产品和PX 产品的产量。

(3)通过调整歧化反应进料中甲苯和C9芳烃的比例，可以在一定程度上优化PX 装置产品结构，通过增产优势产品提升PX 装置的综合效益。