芳烃联合装置综合节能技术分析

芳烃联合装置综合节能技术分析 刘元海 中国石油化工股份有限公司天津分公司 天津市 300270

摘要：结合芳烃联合装置的设计，以装置竞争力和解决装置大型化问题为重点，探讨芳烃联合装置大型化的重要性以及装置大型化对提高芳烃联合装置竞争力和可靠性的影响;实现联合装置大型化的方案和途径，结果表明:以两套近期投产的芳烃联合装置A，B为例，其中A，B均由连续重整、芳烃抽提、歧化及烷基转移和PX(对二甲苯)等装置构成，与A相比，B投资和占地面积可分别节省9.6%和5.7%。分别从工艺方案、设备选型和工程设计等方面对装置进行优化，通过采用先进催化剂、新型高效设备以及局部双系列等手段，可在保证装置竞争力的同时降低大型化工程的难度，但装置单系列最大规模应结合芳烃技术、工程技术和装备制造的能力确定。

关键词：芳烃联合装置；技术现状

1 前言

芳烃是石油化工的重要基础原料，芳烃中包含多种组分，其中最重要的是苯、甲苯、二甲苯。随着炼油工业的发展和芳烃需求的增长，石油芳烃已成为主要的的芳烃来源。目前，生产芳烃的原料主要包括来自于催化重整的C8芳烃、石脑油蒸汽裂解副产的芳烃组分、煤焦油加氢与催化裂化轻循环油中的芳烃等， 甲醇制芳烃、纤维素等生物质生产芳烃等拓宽原料来源的新工艺与新技术也在积极的研发过程中。传统芳烃的工业生产主要由催化重整蒸汽裂解、芳烃抽提、歧化烷基转移、异构化、二甲苯精馏、吸附分离等典型工艺组成的大型联合装置完成。重整生成油和裂解汽油中的芳烃，经芳烃抽提分离出苯和甲苯，甲苯和芳烃通过甲苯歧化烷基转移工艺和甲苯选择性歧化工艺生产苯和二甲苯。近年来，芳烃生产的各单元技术已取得了较大的发展与进步，开发了新的催化剂与吸附剂、反应工艺和分离工艺， 生产芳烃的物耗、能耗不断下降。提高反应空速、降低氢烃比、提高目标产品选择性、提高重芳烃处理能力以及开发组合工艺等已成为该领域技术的主要发展方向。

2 芳烃联合装置技术现状

2.1　催化重整工艺及催化剂

催化重整将环烷烃和部分链烷烃转化为芳烃，是最重要的生成芳烃的工艺过程。重整生成油中除了富含BTX芳烃外，其中的C9+重芳烃也是进一步转化为对二甲苯的重要原料，催化重整工艺按催化剂的再生方式分为固定床半再生、固定床循环再生和移动床连续再生３种类型。移动床连续重整工艺由于可采用超低压、高苛刻度的反应条件，能够获得最大化的芳烃产率，逐渐成为生产芳烃的主流技术。连续重整工艺主要围绕催化剂再生技术进行进一步改进与完善，以满足环境保护对再生气排放的要求。中石化连续重整工艺的再生循环气体可采用固相脱氯技术，大幅减缓了催化剂比表面积的衰减，延长了催化剂的总寿命，同时开工程序简化、操作简便，避免了腐蚀。

中石化开发了逆流移动床连续再生式催化重整工艺技术。该工艺与常规连续重整工艺的不同之处主要是，将催化剂在反应区的循环输送方向改变为与反应物料的流动方向相反，即逆流输送；此时再生后的催化剂首先进入最后一个重整反应器，并依次向前一个反应器输送。其目的是使相对较难的链烷烃脱氢环化反应在活性较高的新鲜催化剂上进行，而相对容易的环烷烃脱氢反应在积炭后较低活性的催化剂上进行，从而使各反应器中催化剂的活性状态与反应的难易程度更好地匹配。随着重整反应苛刻度的提高，重整催化剂的主要发展方向是进一步降低积炭速率、提高选择性和再生性能。

2.2 芳烃抽提工艺技术

芳烃抽提是将芳烃与非芳烃进行分离的工艺过程，分为液－液抽提和抽提蒸馏两种工艺技术。芳烃液－液抽提工艺适用的原料范围宽，尤其适合处理芳烃质量分数适中（一般认为70%左右或更低）的宽馏分原料，同时回收C6~C8乃至C9芳烃组分，目前多用于加氢裂解汽油的BTX芳烃抽提，具有产品纯度和收率高的特点。芳烃液－液抽提以UOP的Sulfolane工艺为代表，使用的环丁砜溶剂比其它溶剂具有更优异的溶解选择性和溶解能力，装置投资和操作费用更低，因而获得了最广泛的应用，已经成为成熟的技术。

2.3 甲苯歧化及烷基转移技术

甲苯与C9+芳烃进行歧化及烷基转移反应生成低乙苯含量的混合二甲苯，是生产对二甲苯的优质原料。该工艺可以最大程度地利用重整生成油中的甲基和芳环资源，是目前芳烃联合装置中普遍采用的增产二甲苯的技术单元。中石化开发了S-TDT歧化及烷基转移工艺及ZA系列、HAT系列等催化剂，获得了广泛应用。S-TDT工艺使用了高效换热器、热集成及冷热两级气－液分离等技术，进一步实现了节能降耗。最新的HAT-099催化剂成功应用，使用具有较高酸密度和酸强度、含多级孔具有良好扩散性能的两相共生分子筛，并适当强化金属加氢功能。

2.4 二甲苯异构化技术

二甲苯异构化是将分离出某种二甲苯异构体的C8芳烃重新建立热力学平衡的工艺过程。该工艺以增加需要生产的二甲苯异构体产品的产量为目的，最主要用途是增产对二甲苯。按照将乙苯异构转化成二甲苯，或者脱乙基生成苯的不同方式，分为乙苯转化型和乙苯脱乙基型两种技术路线。二者工艺流程基本相同，技术发展已趋成熟，其核心是催化剂，不同技术路线采用的催化剂不同。

2.5 对二甲苯吸附分离技术及其吸附剂

吸附分离是获得对二甲苯产品最主要的方法，工业上采用逆流模拟移动床工艺技术。早期大规模商业化的是UOP的Parex工艺，之后又推出了Eluxyl工艺。二者分别使用旋转阀和程控阀组来实现工艺物料分配和步进切换，同时配套专用的吸附室格栅内构件和吸附剂等。模拟移动床吸附分离过程因工艺物料进出位置的周期性切换，导致不同物料在各床层管线中交替流过，管线冲洗是获得高纯度对二甲苯产品的技术关键。Eluxyl工艺将其它来源的低浓度原料送入吸附分离单元， 得到较高浓度的原料，然后与来自装置的高浓度原料一同进入结晶分离单元， 进而得到高纯度产品。采用吸附分离和结晶分离技术的组合， 可以充分发挥吸附分离工艺单程收率高和结晶分离工艺提纯效率高的优势，简化吸附分离装置的复杂程度。此外，增加的结晶分离装置还可以延长吸附剂的使用寿命， 从而使对二甲苯生产装置的综合效益得到提高。

2.6 抽提蒸馏和芳构化组合工艺

为更加经济地实现由高苛刻度催化裂化汽油烯烃增产芳烃的目的， 市场推出了GT-BTXPlus 抽提蒸馏和芳构化的联合工艺。该工艺技术在汽油市场相对过剩或芳烃资源短缺的情况下， 可将芳烃含量高达70%的催化裂化汽油转化成满足市场要求的芳烃， 同时可避免将该馏分送人重整装置带来的大量氢气消耗

3 结束语

芳烃特别是轻质芳烃（苯、甲苯、二甲苯）是重要的基础有机化工材料，未来芳烃生产技术将朝着两个方向发展，一是围绕拓宽原料来源， 实现原料多样化， 加强芳烃生产与炼油、乙烯、煤化工等行业的统筹， 以多孔催化材料为核心，不断推出新型高性能催化剂和吸附剂， 突破芳烃生产过程中石脑油原料的限制，实现各种生产工艺的组合，开发出满足装置大型化需求的芳烃成套生产技术；二是通过优化原料与产品，进行产品结构调整进而实现芳烃资源的合理利用， 进一步降低生产成本和能耗。

参考文献：

[1] 韩凤山，林克芝．世界芳烃生产技术的发展趋势[J]．当代石油石化，2006，14（5）：30-35．

[2] 徐承恩．催化重整工艺与工程[M]．北京：中国石化出版社，2006．