HAT-099P 型歧化催化剂进料比例宽幅调节探索

王 靖，胡 畔，焦晓东，王 伟，赵炳建

（中国石油 四川石化有限责任公司，四川 彭州 611930）

中国石油四川石化公司对二甲苯装置于2014年建成投产，包含歧化、异构化、吸附分离和二甲苯分馏4 个单元。歧化单元设计进料量为112t·h-1。原催化剂采用国外某公司T 型催化剂，2018 年装置停工检修期间，更换为中国石化上海石油化工研究院(以下简称上海院) 研发的HAT-099P 型歧化催化剂，装填量为35t。至今已在满负荷下稳定运行34个月，性能良好。

歧化单元原料为甲苯和碳九芳烃（以下简称C9），通过设置进料中甲苯与C9比例不同的4 种工况，收集和分析数据，研究歧化单元产品组成及数量，探索HAT-099P 型歧化催化剂在进料组成变化和产品之间的对应关系，继而在歧化单元高负荷实际运行中，通过调整歧化反应进料比例，最大程度增产苯或二甲苯产品，优化产品分布，提高经济效益，促进对二甲苯装置挖潜增效，更好地适应市场变化。

1 反应机理及催化剂性能指标

1.1 反应机理

歧化反应中最基本的化学反应是通过烷基转移将甲苯与C9转化成为苯和二甲苯产品。理论上，歧化单元的产品分布是进料中甲基-苯环之比的函数，如果进料中甲基-苯环的比例发生变化，反应生成物中苯和二甲苯的比例也随之变化。

HAT-099P 型歧化催化剂设计进料中甲苯与C9的比例为6∶4。

1.2 催化剂性能指标

HAT-099P 型歧化催化剂的物性指标见表1。

表1 物性指标Tab.1 Physical property indexes

HAT-099P 型歧化催化剂的工艺条件见表2。

表2 工艺条件Tab.2 Process conditions

根据催化剂厂商提供的催化剂性能指标，在表2 所示工艺条件下，HAT-099P 型歧化催化剂的反应总转化率不小于46%，总选择性不小于90%，其中二甲苯选择性不小于65%，歧化苯纯度大于等于99.9%，催化剂寿命大于4 年。

2 进料比例和产品关系研究

2.1 对比工况设置

实际生产中，在歧化单元102%负荷、反应条件不变的情况下，设置进料中甲苯与C9比例不同的4种工况。具体数据见表3。

表3 工况设置Tab.3 Setting of working conditiongs

由表3 可以看出，4 种工况下歧化单元的负荷、进料量、反应条件均为固定参数，只有反应进料组成是变量。反应进料组成中甲苯和C9的比例规律性改变，对此4 种工况下的产品数据进行分析。

2.2 运行数据及分析

4 种工况下歧化反应生成物组成数据见表4。

表4 反应生成物组成数据Tab.4 Composition data of reaction products

从表4 可以看出，随着进料中甲苯的含量逐渐降低、C9含量逐渐增加，反应生成物中苯含量逐渐降低，二甲苯含量逐渐增加。

由此可知，可以通过调整歧化反应进料中甲苯和C9的比例，改变歧化反应产物中苯或二甲苯的含量，达到增产苯和二甲苯产品的目的。

2.3 性能指标及产品数据

根据4 种工况下歧化反应生成物组成数据，进一步分析4 种工况下歧化反应转化率、选择性等性能指标及产品数据。相关数据见表5。

表5 歧化反应性能指标及产品的数据Tab.5 Disproportionation reaction perfornance index and product data

由表5 可以看出：

（1）4 种工况中，反应总转化率的差别不大，说明在反应温度、反应压力、氢纯度等反应条件不变的情况下，反应总转化率和进料比例的关联度不高；

（2）进料中C9含量逐渐增加，反应产物中苯的选择性逐渐降低，二甲苯的选择性逐渐升高。通过调整歧化反应进料中甲苯和C9的比例，改变反应产物中苯或二甲苯的选择性，继而调整反应生成物中苯或二甲苯的产量。

3 综合效益

3.1 运行状况

使用上海院HAT-099P 型歧化催化剂后，对二甲苯装置歧化单元已连续稳定运行34 个月。根据转化率变化情况，反应温度由340℃提升至362℃，提升幅度不大。总体运行状况符合性能指标要求，催化剂寿命情况符合预期。

3.2 催化剂国产化效益

国外某公司的T 型歧化催化剂和上海院HAT-099P 型歧化催化剂费用数据对比见表6。

表6 催化剂费用数据对比Tab.6 Comparison of catalyst cost data

由表6 可以看出，在一个使用周期内，使用HAT-099P 型歧化催化剂可节约费用296 万元，是更加经济的选择。

3.3 长周期、高负荷运行经济效益

随着市场行情的波动，当苯的市场效益较好时，可将歧化反应进料中甲苯和C9的比例调整为6.5∶3.5；当PX 的市场效益较好时，可将歧化反应进料中甲苯和C9比例调整为5∶5。

举例说明：

（1）2021 年3 月下旬，苯的市场价约为6320 元·t-1，PX 的市场价约为6700 元·t-1。在这个市场行情下，将歧化反应进料中甲苯和C9比例调整为5∶5，可比采用设计进料比例时多产生974.8 万元·a-1的效益。

（2）2021 年6 月中旬，苯的市场价约为7700 元·t-1，PX 的市场价约为6500 元·t-1。在这个市场行情下，将歧化反应进料中甲苯和C9比例调整为6.5∶3.5，可比采用设计进料比例时多产生5703 万元·a-1的效益。

根据HAT-099P 型歧化催化剂实际使用情况，歧化单元最高负荷可提升至110%。高负荷运行下，通过灵活调整歧化反应进料比例，可进一步增加歧化单元的综合效益。

4 结论

（1）通过调整歧化反应进料中甲苯和C9的比例，可以改变歧化反应产物中苯或二甲苯的含量，达到增产苯和二甲苯产品。

（2）在反应温度、反应压力、氢纯度等反应条件不变的情况下，反应总转化率和进料比例的关联度不高。

（3）当苯的市场效益较好时，可将歧化反应进料中甲苯和C9比例调整为6.5∶3.5，以增加苯产品产量；当PX 的市场效益较好时，可将歧化反应进料中甲苯和C9比例调整为5∶5，以增加二甲苯产量。

（4）高负荷运行下，通过灵活调整歧化反应进料比例，可进一步增加歧化单元的综合效益。