HAT-300歧化催化劑應(yīng)用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

于 濤

中國石油化工股份有限公司天津分公司化工部，天津 300270

歧化及烷基轉(zhuǎn)移裝置是芳烴聯(lián)合裝置的重要單元之一，它以芳烴聯(lián)合裝置中較為廉價(jià)的甲苯和C9芳烴（包括部分C10芳烴）為原料，在H2和歧化催化劑存在的條件下發(fā)生反應(yīng)，生成苯和C8芳烴［1］（主要用于生產(chǎn)對二甲苯）。重整產(chǎn)物中約50%的物料需要經(jīng)過歧化裝置處理才能轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)品苯和C8芳烴，歧化裝置在芳烴聯(lián)合裝置中起著目的產(chǎn)品調(diào)節(jié)器的作用，它運(yùn)行的好壞直接影響到聯(lián)合裝置的物料平衡［2］。苯和C8芳烴是聯(lián)合裝置中附加值最高的2 種目的產(chǎn)品，占聯(lián)合裝置中總產(chǎn)量的一半以上，因此，優(yōu)化歧化裝置的運(yùn)行情況對芳烴聯(lián)合裝置的經(jīng)濟(jì)效益起著至關(guān)重要的作用，而催化劑性能是裝置運(yùn)行優(yōu)化的核心［3］。

HAT-300 歧化催化劑是中國石油化工股份有限公司（以下簡稱中石化）上海石油化工研究院開發(fā)的新一代甲苯與重芳烴烷基轉(zhuǎn)移催化劑，該型號催化劑適合高空速、低氫烴比工況，具有良好的節(jié)能降耗效果，同時(shí)目的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也得到進(jìn)一步優(yōu)化。本文通過裝置運(yùn)行實(shí)際數(shù)據(jù)對催化劑的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能和反應(yīng)特性進(jìn)行分析驗(yàn)證。

1 裝置概況

中石化天津分公司2#芳烴聯(lián)合裝置由預(yù)加氫、連續(xù)重整、抽提、二甲苯精餾、歧化、吸附分離及異構(gòu)化單元組成，該裝置采用美國環(huán)球油品公司（UOP）的專利技術(shù)，以直餾石腦油和加氫裂化石腦油為原料，生產(chǎn)對二甲苯、混合二甲苯及苯。裝置于2000 年10 月建成投產(chǎn)，生產(chǎn)25.4 萬t/a 對二甲苯和5.04萬t/a混合二甲苯。2004年，公司對裝置進(jìn)行了擴(kuò)產(chǎn)改造，其中重整單元處理量由60萬t/a 擴(kuò)產(chǎn)到80 萬t/a，對二甲苯產(chǎn)量由25.4 萬t/a提高到30.4萬t/a。

該裝置歧化反應(yīng)器為軸向絕熱固定床反應(yīng)器，直徑3.6 m。該裝置先后使用了上海石油化工研究院研制的HAT-095、HAT-096、HAT-097 和HAT-099 催化劑，其中在用催化劑的裝填量為36 t。本次換用HAT-300 催化劑后，由于其適用于高空速、低氫烴比工況，因此催化劑的裝填量減少至24 t。

2016 年9 月20 日完成催化劑的裝填，軸向固定床催化劑分上下層裝填，催化劑裝填密度為0.59 t/m3。

2 HAT-300歧化催化劑技術(shù)指標(biāo)

HAT-300 歧化催化劑的技術(shù)指標(biāo)分為物性指標(biāo)、原料條件要求、工藝條件要求和技術(shù)保證指標(biāo)，具體指標(biāo)參數(shù)見表1～4。

表1 催化劑物性指標(biāo)

表2 原料條件要求

表3 工藝條件要求

表4 技術(shù)保證指標(biāo)

3 催化劑性能的相關(guān)特性參數(shù)計(jì)算方法

反應(yīng)原料及反應(yīng)產(chǎn)物組成、補(bǔ)充氫、循環(huán)氫等組成分析均采用廠方常規(guī)的分析方法。

催化劑性能相關(guān)特性參數(shù)計(jì)算公式如式（1）～（6）所示。

4 裝置標(biāo)定情況

4.1 第一次標(biāo)定情況

在裝置滿負(fù)荷運(yùn)行工況下進(jìn)行了性能標(biāo)定，第一次標(biāo)定結(jié)果如表5 所示，標(biāo)定結(jié)果與技術(shù)協(xié)議比較如表6 所示。從表5 和表6 可知：標(biāo)定期間各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到協(xié)議要求。

表5 HAT-300催化劑第一次標(biāo)定結(jié)果

表6 標(biāo)定值和技術(shù)協(xié)議值比較

4.2 第二次標(biāo)定情況

為考察催化劑受到硫化物等毒物及水沖擊的影響，降低催化劑金屬中毒的影響，提高反應(yīng)活性及穩(wěn)定性，可相應(yīng)提高系統(tǒng)的反應(yīng)壓力［4-5］。高分壓力由第一次標(biāo)定期間的2.3 MPa 提高至2.7 MPa，通過提壓操作后，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率提高較明顯，同時(shí)副反應(yīng)未加劇，苯質(zhì)量合格，裝置穩(wěn)定運(yùn)行。

HAT-300 催化劑第二次標(biāo)定結(jié)果如表7所示。

表7 HAT-300催化劑第二次標(biāo)定結(jié)果

由表7 可知：在反應(yīng)進(jìn)料組成為總量與C9+A質(zhì)量比50∶50 條件下，總轉(zhuǎn)化率為45.2%，選擇性為90.4%，C8A 選擇性為74.0%，苯產(chǎn)品冰點(diǎn)為5.46 ℃，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到技術(shù)協(xié)議的要求，在高空速、低氫烴比條件下表現(xiàn)出高轉(zhuǎn)化率及高選擇性特點(diǎn)，有效增產(chǎn)了二甲苯。

4.3 標(biāo)定結(jié)論

HAT-300 催化劑的裝填、投料以及開車過程平穩(wěn)，產(chǎn)品質(zhì)量合格，驗(yàn)證了開車方案和產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)化方案可行性。裝置在高空速、低氫烴比工況下可長周期穩(wěn)定運(yùn)行，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到技術(shù)協(xié)議要求，并且表現(xiàn)出高轉(zhuǎn)化率及高選擇性特點(diǎn)，有效增產(chǎn)了二甲苯。長周期運(yùn)行結(jié)果表明，歧化單元更換HAT-300 催化劑后有效優(yōu)化了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，降低了裝置運(yùn)行能耗與物耗，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

HAT-300 甲苯與重芳烴烷基轉(zhuǎn)移催化劑是中國石化上海石油化工研究院開發(fā)的新一代催化劑，相比之前歧化裝置所使用的催化劑，新一代HAT-300 催化劑有著更高的性能與更優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。自歧化單元開車運(yùn)行以來，中石化天津分公司化工部與上海石油化工研究院專業(yè)技術(shù)人員充分挖掘催化劑的潛能，一年多的運(yùn)行考察顯示，催化劑降低了裝置的生產(chǎn)成本，提高了裝置的整體效益。

中石化天津分公司2017 年度不含稅產(chǎn)品、原料平均價(jià)格（本單位該年度成交平均價(jià)格）為：苯5 564元/t、混和二甲苯4 980元/t、非芳烴3 365元/t、甲苯4 403元/t、C9芳烴3 828元/t、重芳烴3 448元/t。按照2017 年運(yùn)行負(fù)荷86 t/h（校正后90 t/h）、年開工8 760 h、進(jìn)料中甲苯與C9芳烴和C10芳烴質(zhì)量比50∶40∶10 計(jì)算，依據(jù)第一次標(biāo)定結(jié)果可以得出以下結(jié)果。

1）反應(yīng)空速高，催化劑裝填量降低，催化劑購置費(fèi)用減少。與HAT-099 反應(yīng)條件相比，反應(yīng)空速提高到4.0 h-1，催化劑裝填量降低，由原先的36 t 下降到24 t，催化劑購置費(fèi)降低了444 萬元，預(yù)計(jì)其使用壽命為4 年，折合每年節(jié)約催化劑費(fèi)用111萬元。

2）更合理的產(chǎn)品分布，更高的選擇性和轉(zhuǎn)化率。根據(jù)催化劑標(biāo)定數(shù)據(jù)，HAT-300 催化劑反應(yīng)性能如下：總轉(zhuǎn)化率47.6%，同比HAT-099催化劑提高0.8%；苯與C8A 總選擇性90.6%，同比HAT-099 催化劑提高1.5%；C8A 選擇性75.5%，同比HAT-099 催化劑提高1.9%。從數(shù)據(jù)可以看出，催化劑在高空速、低氫烴比條件下表現(xiàn)出高轉(zhuǎn)化率及高選擇性特點(diǎn)，有效增加了二甲苯及目的產(chǎn)品產(chǎn)量。按照投入產(chǎn)出整體計(jì)算，2017 年大芳烴裝置使用HAT-300 催化劑與原催化劑比較，同期增加效益1 650萬元。

3）HAT-300 催化劑低氫烴比、低氫耗產(chǎn)生的效益。2017 年HAT-300 催化劑年度平均氫耗為30.75 Nm3/m3進(jìn)料，2013 年HAT-099 催化劑年度平均氫耗為32.81 Nm3/m3進(jìn)料，按照進(jìn)料密度0.873 t/m3、純氫價(jià)格11 900 元/t 計(jì)算，降低氫耗折合效益197萬元/a。

歧化反應(yīng)降低氫烴比后，歧化循環(huán)氫壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速由9 200 r/min 降至8 200 r/min，蒸汽消耗量降低1.6 t/h，3.5 MPa 蒸汽價(jià)格為158 元/t，折合效益為221萬元/a。

4）HAT-300 催化劑的高轉(zhuǎn)化率降低裝置蒸汽消耗產(chǎn)生的效益。催化劑總轉(zhuǎn)化率提高，引起甲苯和C9A 的循環(huán)量減少，最終甲苯塔底蒸汽消耗量減少1.5 t/h，折合效益為208萬元/a。

綜上所述，本單位采用HAT-300 催化劑后，由于其采購成本的降低以及轉(zhuǎn)化率、目的產(chǎn)品收率、對目的產(chǎn)品選擇性的提高等多項(xiàng)技術(shù)優(yōu)勢，年度可提高經(jīng)濟(jì)效益2 387萬元。

6 結(jié)論

工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)表明，HAT-300 歧化催化劑較原催化劑具有反應(yīng)空速高、二甲苯選擇性更高和使用氫烴比低等優(yōu)勢。經(jīng)過運(yùn)行測算，使用HAT-300 催化劑相較原催化劑可獲得更優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，年度可提高經(jīng)濟(jì)效益2 387萬元。