HAT-099催化剂在芳烃联合装置中的应用优化

杨 文 白 锐 许炳辉 王珅皓 李经球

(1 中国石化海南炼油化工有限公司，海南 洋浦 578101;2 中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，上海 201208)

芳烃是有机化学工业最基本的原料，主要来源于石油和煤焦油。芳烃中的苯、甲苯、二甲苯是石油化工重要的基本原料，其产量和规模仅次于乙烯和丙烯。芳烃的生产主要来源于化工工业中的芳烃联合装置，芳烃联合装置是综合复杂的系统，其主要过程单元包括原料精制与精馏、芳烃异构与转化、吸附分离等工艺及工程技术，系统集成度高，开发难度大，截至21世纪初仅有美国和法国两家著名公司掌握，技术壁垒难以逾越。经过数十年在该技术领域的持续研发，中国石化成功开发了具有完整自主知识产权的高效环保芳烃成套技术，并成功应用于生产。该技术显著提高了产品分离和芳烃资源利用效率，实现了能耗和固废排放的大幅降低，使我国成为世界上第三个掌握该技术的国家。该技术更是提升了我国芳烃生产技术水平和国际竞争能力，取得了重大的技术突破、经济效益和社会效益，践行了中国创造，具有里程碑意义[1-5]。

1 装置简介

中国石化海南炼油化工有限公司(以下简称海南炼化)600 kt/a对二甲苯(PX)芳烃装置是国内首套采用中国石化自主成套技术的芳烃联合装置，由600 kt/a芳烃抽提装置、900 kt/a歧化及烷基转移装置、2 660 kt/a异构化装置、3 850 kt/a二甲苯精馏装置及3 270 kt/a吸附分离装置组成。本装置以重整生成油及外购混合碳八芳烃(C8A)为原料，生产PX、邻二甲苯(OX)和苯(Bz)，同时副产高辛烷值汽油调和组分(甲苯和C9/C10芳烃混合物)和抽余油(C6～C7非芳烃)等。甲苯歧化及烷基转移单元采用中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院(以下简称上海石化院)开发的HAT-099催化剂以及成套的临氢/固定床甲苯歧化和烷基转移工艺技术。该单元利用反应过程中侧链烷基基团在苯环之间的移动和重排，将低附加值的甲苯(C7A)和C9/C10重芳烃转化为高附加值的苯和混合C8A，可有效提高芳烃联合装置的经济效益[6-8]。海南炼化歧化及烷基转移装置于2013年10月建成，同年12月一次开车成功。2014年3月对该装置进行了标定，结果显示该装置各项技术和经济指标均达到了预期目标。

2 HAT-099催化剂技术性能特点

海南炼化歧化及烷基转移工艺的核心技术是HAT-099催化剂。该催化剂是上海石化院自主研发的HAT甲苯歧化及烷基转移系列催化剂之一，具有高转化率、高C8A收率、低氢油比、高空速和高稳定性的特点，其最大的优势在于较强的原料适应能力，自投用以来保持良好的工业应用业绩。HAT-099催化剂的工艺性能指标见表1。

表1 HAT-099催化剂工艺性能指标

HAT-099催化剂具有良好的原料适应性：

3 HAT-099催化剂在芳烃联合装置中的应用优化

3.1 提高进料重芳烃比例，增产优质混合C8A

表2 优化前后HAT-099催化剂运行参数

由表2可以看出：由于进料中重组分含量增加，导致催化剂活性略有降低，因此反应总转化率降低，但该影响可通过提高反应温度进行补偿。由于进料中重芳烃质量分数升高，一方面重芳烃脱烷基反应加剧，低碳轻质烃含量增加；另一方面，萘及萘系物的引入致使稠化苯环芳烃加氢行为增加，因此导致氢纯度下降[9-13]。通过调整压缩机和补充氢系统的操作，维持循环氢纯度超过80%(体积分数)，可以减缓催化剂因进料中重组分质量分数升高引起的积炭速度的加快。通过调整，C8A产量增加0.86 t/h，有效提高了该单元经济效益。

为提高歧化进料中重芳烃质量分数，重芳烃塔塔压及塔底再沸量降低后，塔底热源减少30 t/h，则重芳烃塔能耗降低81.6 kg/h(以标油计)，实现了较大幅度的降耗效益。

3.2 提高歧化反应负荷，增产优质吸附原料

海南炼化吸附分离装置混合C8A进料来源有三股：一是自重整油分离塔来重整油，二是外购混合C8A，三是歧化反应生成的混合C8A，其中歧化反应生成的混合C8A中乙苯(EB)质量分数最低。图1为长周期歧化反应产物乙苯质量分数趋势，其中歧化反应产物中EB平均质量分数低于1.2%，混合C8A中乙苯平均质量分数低于3.6%，而重整油的混合C8A中乙苯质量分数平均为14.28%，外购混合C8A中乙苯质量分数平均为15.57%。

由于吸附分离单元中吸附剂对EB和PX的选择性相当，因此吸附分离混合C8A进料中EB质量分数的高低对吸附分离效率有着重要影响。歧化反应负荷的提高，有效增产了具有低乙苯质量分数的混合C8A(见表3)。在吸附分离负荷不变的情况下，不仅可以减少外购混合C8A，还可使吸附进料中EB质量分数降低1.09%。提高歧化反应负荷后，吸附单元PX产量增加0.91 t/h，PX纯度得到进一步优化，可见适当提高歧化反应负荷，能在增产优质混合C8A原料的同时，并有效提高吸附分离装置经济效益。

图1 歧化反应产物质量分数趋势

表3 歧化反应负荷调整前后吸附分离装置运行参数

3.3 灵活调整产品结构，及时响应市场需求

化工产品市场价格瞬息万变，为使装置经济效益最大化，需灵活调整产品结构，以及时满足市场需求。根据HAT-099催化剂原料适应能力强的特点，可通过调整反应进料组成及负荷，达到目的产物选择性优化，苯产品市场价格高时多产苯，PX市场价格高时多产混合C8A。

2017年3月，苯产品价格持续走高，为抓住这一市场机遇，及时对歧化反应进行调整，提高苯产品产量。如表4所示，歧化反应负荷自110 t/h提高至115 t/h，进料中C7A质量分数自58%提高至63%。从反应结果看，其转化率及选择性仍保持在正常水平。通过优化调整，在不降低混合C8A产量的基础上，苯产品选择性提高2.22%，苯产量提高1.53 t/h，有效提高了装置经济效益。

表4 歧化单元优化前后催化剂性能及产品变化

4 结论

(2)通过提高歧化反应负荷，可实现增产优质低乙苯质量分数C8A原料，提高吸附分离装置效率，提升PX产品质量和增加产量的目的。

(3)利用HAT-099催化剂适应原料能力强的特点，通过调整进料组成可灵活调变产品结构，及时响应市场需求，实现装置经济效益最大化。