HAT-099P 型歧化催化劑進(jìn)料比例寬幅調(diào)節(jié)探索

王 靖，胡 畔，焦曉東，王 偉，趙炳建

（中國(guó)石油 四川石化有限責(zé)任公司，四川 彭州 611930）

中國(guó)石油四川石化公司對(duì)二甲苯裝置于2014年建成投產(chǎn)，包含歧化、異構(gòu)化、吸附分離和二甲苯分餾4 個(gè)單元。歧化單元設(shè)計(jì)進(jìn)料量為112t·h-1。原催化劑采用國(guó)外某公司T 型催化劑，2018 年裝置停工檢修期間，更換為中國(guó)石化上海石油化工研究院(以下簡(jiǎn)稱上海院) 研發(fā)的HAT-099P 型歧化催化劑，裝填量為35t。至今已在滿負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行34個(gè)月，性能良好。

歧化單元原料為甲苯和碳九芳烴（以下簡(jiǎn)稱C9），通過(guò)設(shè)置進(jìn)料中甲苯與C9比例不同的4 種工況，收集和分析數(shù)據(jù)，研究歧化單元產(chǎn)品組成及數(shù)量，探索HAT-099P 型歧化催化劑在進(jìn)料組成變化和產(chǎn)品之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，繼而在歧化單元高負(fù)荷實(shí)際運(yùn)行中，通過(guò)調(diào)整歧化反應(yīng)進(jìn)料比例，最大程度增產(chǎn)苯或二甲苯產(chǎn)品，優(yōu)化產(chǎn)品分布，提高經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)對(duì)二甲苯裝置挖潛增效，更好地適應(yīng)市場(chǎng)變化。

1 反應(yīng)機(jī)理及催化劑性能指標(biāo)

1.1 反應(yīng)機(jī)理

歧化反應(yīng)中最基本的化學(xué)反應(yīng)是通過(guò)烷基轉(zhuǎn)移將甲苯與C9轉(zhuǎn)化成為苯和二甲苯產(chǎn)品。理論上，歧化單元的產(chǎn)品分布是進(jìn)料中甲基-苯環(huán)之比的函數(shù)，如果進(jìn)料中甲基-苯環(huán)的比例發(fā)生變化，反應(yīng)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(shè)計(jì)進(jìn)料中甲苯與C9的比例為6∶4。

1.2 催化劑性能指標(biāo)

HAT-099P 型歧化催化劑的物性指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 物性指標(biāo)Tab.1 Physical property indexes

HAT-099P 型歧化催化劑的工藝條件見(jiàn)表2。

表2 工藝條件Tab.2 Process conditions

根據(jù)催化劑廠商提供的催化劑性能指標(biāo)，在表2 所示工藝條件下，HAT-099P 型歧化催化劑的反應(yīng)總轉(zhuǎn)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(jìn)料比例和產(chǎn)品關(guān)系研究

2.1 對(duì)比工況設(shè)置

實(shí)際生產(chǎn)中，在歧化單元102%負(fù)荷、反應(yīng)條件不變的情況下，設(shè)置進(jìn)料中甲苯與C9比例不同的4種工況。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 工況設(shè)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(fù)荷、進(jìn)料量、反應(yīng)條件均為固定參數(shù)，只有反應(yīng)進(jìn)料組成是變量。反應(yīng)進(jìn)料組成中甲苯和C9的比例規(guī)律性改變，對(duì)此4 種工況下的產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2.2 運(yùn)行數(shù)據(jù)及分析

4 種工況下歧化反應(yīng)生成物組成數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 反應(yīng)生成物組成數(shù)據(jù)Tab.4 Composition data of reaction products

從表4 可以看出，隨著進(jìn)料中甲苯的含量逐漸降低、C9含量逐漸增加，反應(yīng)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(guò)調(diào)整歧化反應(yīng)進(jìn)料中甲苯和C9的比例，改變歧化反應(yīng)產(chǎn)物中苯或二甲苯的含量，達(dá)到增產(chǎn)苯和二甲苯產(chǎn)品的目的。

2.3 性能指標(biāo)及產(chǎn)品數(shù)據(jù)

根據(jù)4 種工況下歧化反應(yīng)生成物組成數(shù)據(jù)，進(jìn)一步分析4 種工況下歧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、選擇性等性能指標(biāo)及產(chǎn)品數(shù)據(jù)。相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

表5 歧化反應(yīng)性能指標(biāo)及產(chǎn)品的數(shù)據(jù)Tab.5 Disproportionation reaction perfornance index and product data

由表5 可以看出：

（1）4 種工況中，反應(yīng)總轉(zhuǎn)化率的差別不大，說(shuō)明在反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、氫純度等反應(yīng)條件不變的情況下，反應(yīng)總轉(zhuǎn)化率和進(jìn)料比例的關(guān)聯(lián)度不高；

（2）進(jìn)料中C9含量逐漸增加，反應(yīng)產(chǎn)物中苯的選擇性逐漸降低，二甲苯的選擇性逐漸升高。通過(guò)調(diào)整歧化反應(yīng)進(jìn)料中甲苯和C9的比例，改變反應(yīng)產(chǎn)物中苯或二甲苯的選擇性，繼而調(diào)整反應(yīng)生成物中苯或二甲苯的產(chǎn)量。

3 綜合效益

3.1 運(yùn)行狀況

使用上海院HAT-099P 型歧化催化劑后，對(duì)二甲苯裝置歧化單元已連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行34 個(gè)月。根據(jù)轉(zhuǎn)化率變化情況，反應(yīng)溫度由340℃提升至362℃，提升幅度不大?？傮w運(yùn)行狀況符合性能指標(biāo)要求，催化劑壽命情況符合預(yù)期。

3.2 催化劑國(guó)產(chǎn)化效益

國(guó)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(fèi)用數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表6。

表6 催化劑費(fèi)用數(shù)據(jù)對(duì)比Tab.6 Comparison of catalyst cost data

由表6 可以看出，在一個(gè)使用周期內(nèi)，使用HAT-099P 型歧化催化劑可節(jié)約費(fèi)用296 萬(wàn)元，是更加經(jīng)濟(jì)的選擇。

3.3 長(zhǎng)周期、高負(fù)荷運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益

隨著市場(chǎng)行情的波動(dòng)，當(dāng)苯的市場(chǎng)效益較好時(shí)，可將歧化反應(yīng)進(jìn)料中甲苯和C9的比例調(diào)整為6.5∶3.5；當(dāng)PX 的市場(chǎng)效益較好時(shí)，可將歧化反應(yīng)進(jìn)料中甲苯和C9比例調(diào)整為5∶5。

舉例說(shuō)明：

（1）2021 年3 月下旬，苯的市場(chǎng)價(jià)約為6320 元·t-1，PX 的市場(chǎng)價(jià)約為6700 元·t-1。在這個(gè)市場(chǎng)行情下，將歧化反應(yīng)進(jìn)料中甲苯和C9比例調(diào)整為5∶5，可比采用設(shè)計(jì)進(jìn)料比例時(shí)多產(chǎn)生974.8 萬(wàn)元·a-1的效益。

（2）2021 年6 月中旬，苯的市場(chǎng)價(jià)約為7700 元·t-1，PX 的市場(chǎng)價(jià)約為6500 元·t-1。在這個(gè)市場(chǎng)行情下，將歧化反應(yīng)進(jìn)料中甲苯和C9比例調(diào)整為6.5∶3.5，可比采用設(shè)計(jì)進(jìn)料比例時(shí)多產(chǎn)生5703 萬(wàn)元·a-1的效益。

根據(jù)HAT-099P 型歧化催化劑實(shí)際使用情況，歧化單元最高負(fù)荷可提升至110%。高負(fù)荷運(yùn)行下，通過(guò)靈活調(diào)整歧化反應(yīng)進(jìn)料比例，可進(jìn)一步增加歧化單元的綜合效益。

4 結(jié)論

（1）通過(guò)調(diào)整歧化反應(yīng)進(jìn)料中甲苯和C9的比例，可以改變歧化反應(yīng)產(chǎn)物中苯或二甲苯的含量，達(dá)到增產(chǎn)苯和二甲苯產(chǎn)品。

（2）在反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、氫純度等反應(yīng)條件不變的情況下，反應(yīng)總轉(zhuǎn)化率和進(jìn)料比例的關(guān)聯(lián)度不高。

（3）當(dāng)苯的市場(chǎng)效益較好時(shí)，可將歧化反應(yīng)進(jìn)料中甲苯和C9比例調(diào)整為6.5∶3.5，以增加苯產(chǎn)品產(chǎn)量；當(dāng)PX 的市場(chǎng)效益較好時(shí)，可將歧化反應(yīng)進(jìn)料中甲苯和C9比例調(diào)整為5∶5，以增加二甲苯產(chǎn)量。

（4）高負(fù)荷運(yùn)行下，通過(guò)靈活調(diào)整歧化反應(yīng)進(jìn)料比例，可進(jìn)一步增加歧化單元的綜合效益。