原料組成對甲苯歧化和烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)的影響

徐希俊

【摘 要】甲苯歧化和烷基轉(zhuǎn)移是芳烴生產(chǎn)工藝活動中的關(guān)鍵技術(shù)，其對于原料的構(gòu)成比例具有嚴(yán)格的要求。選擇不同的原材料配合不同的工藝，在甲苯歧化和烷基轉(zhuǎn)移控制方面也會取得不同的技術(shù)效果。文章首先分析了甲苯歧化和烷基轉(zhuǎn)移的反應(yīng)機(jī)理，其次分析了原料組成對甲苯歧化、烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)的測試途徑進(jìn)行了探討，并在最后對甲苯歧化和烷基轉(zhuǎn)移中不同原材料的影響情況進(jìn)行了解析，希望可以進(jìn)一步提升甲苯歧化和烷基轉(zhuǎn)移工藝水平，確保產(chǎn)品品質(zhì)。

【關(guān)鍵詞】原料組成；甲苯歧化；烷基轉(zhuǎn)移

引言

甲苯歧化和烷基轉(zhuǎn)移是化工生產(chǎn)合成過程中芳烴聯(lián)合裝置最關(guān)鍵的技術(shù)單元之一。其通過C9和甲苯作為基礎(chǔ)原料，通過化學(xué)反應(yīng)來獲取苯以及C8芳烴。從反應(yīng)的效果上來看，該技術(shù)屬于物流轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)，相當(dāng)于增產(chǎn)了50%的苯、甲苯。實際上，甲苯歧化以及烷基轉(zhuǎn)移都屬于比較復(fù)雜的過程，其中包括有副反應(yīng)的歧化，同時還包括脫烷基的反應(yīng)等等。除此之外，反應(yīng)的溫度變化對于化學(xué)平衡具有不同程度的影響，所以原料中的組分變化也會成為產(chǎn)品分離的重要原因，這也在一定程度上影響了催化劑的活性，對于催化劑的使用壽命產(chǎn)生不利的影響。為了進(jìn)一步探討不同的原材料比例對于甲苯歧化和烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)的影響，現(xiàn)就反應(yīng)機(jī)理介紹如下。

一、甲苯歧化和烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)機(jī)理

甲苯歧化和烷基轉(zhuǎn)移屬于一個多反映的復(fù)雜反應(yīng)，在這個反應(yīng)過程中，芳烴歧化是從烷基的側(cè)臉兩個相同的部分代替分子間轉(zhuǎn)移的，隨后會生成兩個不同的芳烴分子。相似的，烷基的轉(zhuǎn)移反應(yīng)也是通過烷基的側(cè)鏈在不同的芳烴分子中間遷移，所以可以生產(chǎn)不同的芳烴分子。對于甲苯歧化和烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)，借助于甲基的轉(zhuǎn)移，能夠生產(chǎn)多種二甲苯產(chǎn)物，其中甲基、苯環(huán)的物質(zhì)的量比例也直接決定了二甲苯產(chǎn)物的收益，原料單一的情況下發(fā)生歧化時，生成二甲苯、苯，在選擇甲苯、C9A作為原料時，整個反應(yīng)的過程就會變得更加復(fù)雜，這是因為其重組分中存在大量的同分異構(gòu)體。結(jié)合物理性質(zhì)來看，這些芳烴的沸點(diǎn)更高，同時也具有較高的分子尺寸，所以覆蓋催化劑的酸性中心時會使得催化劑失活。如果從化學(xué)性質(zhì)上來看，甲基的轉(zhuǎn)移會選擇性的出現(xiàn)升高，包括產(chǎn)物中混合的二甲苯產(chǎn)量的上升，同時乙基、丁基等側(cè)鏈烷基反應(yīng)時，都可以通過優(yōu)化該環(huán)節(jié)來提升產(chǎn)品的質(zhì)量。

二、原料組成對甲苯歧化和烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)的測試途徑

通過工業(yè)手段來測試甲苯歧化和烷基轉(zhuǎn)移的反應(yīng)與原料組成的關(guān)系，需要選擇合適的催化劑，并根據(jù)催化劑裝填后的狀態(tài)經(jīng)過置換、氣密性測試以及脫水等環(huán)節(jié)的準(zhǔn)備。在裝置方面采取了純甲苯投料的方式，轉(zhuǎn)入工業(yè)化的環(huán)節(jié)。在正常情況下，甲苯、C9以及重質(zhì)芳烴混合物，其中的C9與重質(zhì)芳烴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0%～50%，而熱力學(xué)的平衡則主要與T、甲乙苯和丙苯等有關(guān)。在反應(yīng)的進(jìn)料方面，采用HP5890氣相色譜儀進(jìn)行分析整理，并借助于PEG毛細(xì)柱進(jìn)行分析檢測。

三、原料組成對甲苯歧化和烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)的影響

1.苯的含量對甲苯歧化和烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)的影響

苯與C9A的反應(yīng)時在酸性條件下進(jìn)行的，所以在這個過程中，如果苯的含量足夠高，那么苯與C9A的烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)也更容易完成。除此之外，隨著原料中苯的含量的持續(xù)增加，苯、三甲苯的轉(zhuǎn)移量也會相應(yīng)的增加，同時原料中苯含量增加會受到影響而衰減。為了簡化討論這個問題，在不考慮加氫脫烷基的前提下，需要適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)掉一部分苯，否則就會影響具體的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

2.C8A含量、非芳烴含量對甲苯歧化和烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)的影響

C8A以及非芳烴含量對甲苯歧化和烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)也會具有一定的影響。通過歧化進(jìn)料的環(huán)節(jié)來看，雖然其本身不屬于催化劑的毒物，但是如果C8A的含量過高，依然會抑制正反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率。非芳烴的含量則主要由于組分復(fù)雜，所以在反應(yīng)的過程中產(chǎn)生較為復(fù)雜的影響，一般主要涉及到影響催化劑的催化能力進(jìn)而縮短催化劑的使用效率與壽命。

3.T/C9含量對甲苯歧化和烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)的影響

在選擇甲苯作為原材料的時候，主反應(yīng)的甲苯為歧化反應(yīng)，其中產(chǎn)物分別為中苯以及二甲苯，量比為1。在原材料中添加C9芳烴后，甲苯自身會發(fā)生歧化，同時甲乙苯發(fā)生轉(zhuǎn)移，隨后苯的產(chǎn)率會下降，同時二甲苯的收率會適當(dāng)上升。結(jié)合這個原理對產(chǎn)物中的二甲苯與苯的比例，可以很好的適應(yīng)市場的需求。在C9芳烴組成較為復(fù)雜的情況下，可以考慮到不同的異構(gòu)體的影響，當(dāng)T含量增加時，二甲苯的產(chǎn)量也會相應(yīng)增高，相反當(dāng)T的含量降低，其同樣也會降低。

4.C10A含量對甲苯歧化和烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)的影響

C10芳烴包括四甲基苯異構(gòu)體以及二乙基苯異構(gòu)體，C10芳烴的歧化與烷基的轉(zhuǎn)移反應(yīng)基本原理為烷基的轉(zhuǎn)移以及加氫脫去烷基兩個主要環(huán)節(jié)。在C10A的同分異構(gòu)體當(dāng)中，四甲基苯的貢獻(xiàn)率較高，可以生產(chǎn)較多的目標(biāo)產(chǎn)物，但是由于其甲基的數(shù)量過多，所以容易使得苯環(huán)、甲基的鍵能變得更加穩(wěn)定，所以反應(yīng)起來難度也更高。在提升四甲苯的轉(zhuǎn)化率之后，也可以需要提高反應(yīng)的溫度以此來抑制副反應(yīng)的發(fā)生。

總結(jié)

綜上所述，在研究原材料組成對于甲苯歧化和烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)的影響結(jié)果中不難發(fā)現(xiàn)，隨著C9A的添加，可以獲得更高的C8A生產(chǎn)率，而隨著T/C9A的量不斷增加，B/C8A的變換率會受到影響，甚至?xí)嬖谝欢ǔ潭鹊臏p少。在C10A中添加一部分混合二甲苯，可以有效提升整體產(chǎn)量，同時在原料的含量中能夠?qū)崿F(xiàn)一定比例的通知。C10A的異構(gòu)體當(dāng)中，丙基苯的同分異構(gòu)體能夠獲得較多的生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物。所以，需要嚴(yán)格控制好苯在原料中的含量，從而實現(xiàn)烷基轉(zhuǎn)移與反應(yīng)中更多的甲苯、二甲苯的產(chǎn)量，這也是實現(xiàn)增產(chǎn)的新途徑。

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（作者單位：中石油遼陽石化分公司）