芳烴異構(gòu)化裝置操作工況優(yōu)化分析

陳晨

摘 要：芳烴異構(gòu)化裝置不僅能夠提高其聯(lián)合裝置的效益，同時還能達到節(jié)省能源的效果，本文通過對芳烴異構(gòu)化的操作工況問題進行分析研究，同時結(jié)合鎮(zhèn)海石化的芳烴聯(lián)合裝置共同分析研究，意在能夠提高芳烴異構(gòu)化裝置的產(chǎn)量，達到節(jié)能增效的效果，希望對相關(guān)工作人員具有一定參考作用。

關(guān)鍵詞：芳烴異構(gòu)化裝置;節(jié)能;優(yōu)化改造;操作工況

0 引言

芳烴是重要的化學原料，被廣泛的應用在我國醫(yī)藥、建材、軍事以及農(nóng)藥制造等領域。二苯甲是與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)的化工原材料，需求量較大，為了滿足人們生產(chǎn)和生活的需要，我國目前十分重視二甲苯產(chǎn)量。而芳烴聯(lián)合裝置中異構(gòu)化單元則能夠有效的提高二甲苯的產(chǎn)量，因此增加對芳烴相關(guān)的設備和資金的投入，提高該化工原料的產(chǎn)量，是當前我國石油化工企業(yè)的重要內(nèi)容。

1 異構(gòu)化裝置簡介

1.1 異構(gòu)化反應機理

一定工況條件下，C8芳烴的各異構(gòu)體組分間存在著相對化學平衡，當平衡因某一或兩種組分被分離出而打破時，在催化劑作用下，反應體系就會向恢復平衡方向移動。混合二甲苯用于生產(chǎn)對二甲苯、鄰二甲苯或間二甲苯單體產(chǎn)品正是基于該原理，所用催化劑即二甲苯異構(gòu)化催化劑。

實際應用中，二甲苯異構(gòu)化反應不是獨立的，而是處在一個復雜的多集總反應體系中。在這個體系中，還包含歧化與烷基轉(zhuǎn)移、加氫--脫氫、裂解、環(huán)烷烴異構(gòu)等一系列反應。許多人致力于二甲苯異構(gòu)化反應和乙苯異構(gòu)化機理的研究，但至今仍有許多反應機理難以定論。

對本裝置所用RIC-200型催化劑而言，乙苯大部分異構(gòu)成二甲苯。該過程要經(jīng)過乙苯加氫、縮環(huán)擴環(huán)、異構(gòu)、脫氫等反應步驟。一般認為中間體C8環(huán)烷烴的骨架異構(gòu)是該過程的控制步驟，整個反應過程的完成依賴于催化劑酸性組元和貴金屬的雙功能作用，更重要的是二者必須匹配適宜。乙苯異構(gòu)化反應過程示意如下：

異構(gòu)化反應伴隨的副反應主要是乙苯、二甲苯自身的歧化或相互之間的烷基轉(zhuǎn)移反應，以及加氫裂解反應、脫烷基反應等。而這些副反應都大多與原料中的乙苯有關(guān)，因此，控制適宜的乙苯轉(zhuǎn)化是催化劑操作的關(guān)鍵。

1.2 異構(gòu)化工藝流程簡介

異構(gòu)化工藝是芳烴聯(lián)合裝置中一個包含有反應轉(zhuǎn)化的單元，與精餾、抽提、吸附等分離單元相結(jié)合實現(xiàn)目標產(chǎn)品的生產(chǎn)。

異構(gòu)化產(chǎn)物經(jīng)換熱冷卻后，在高壓分離器進行汽液分離，少量氣體排放到燃料氣管網(wǎng)，其余與補充氫氣一起進入循環(huán)壓縮機循環(huán)使用。液體則經(jīng)過換熱后進入脫庚烷塔分離，在脫庚烷塔內(nèi)將包含苯及主要是C7N+P（即C7環(huán)烷和鏈烷）以下的其他輕組分由塔頂分出，冷凝后不凝的氣相送燃料氣管網(wǎng)，冷凝冷卻的液體再經(jīng)汽提塔脫除液化氣組分后送抽提單元;脫庚烷塔塔底物料進精餾單元二甲苯塔，塔底分走C9A及以上重芳烴，塔頂包含C8非芳及所有C8芳烴進吸附單元，經(jīng)吸附分離產(chǎn)出PX產(chǎn)品，貧PX物料經(jīng)抽余液塔頂側(cè)線采出回異構(gòu)化反應器作原料。如此循環(huán)，新鮮C8芳烴會不斷轉(zhuǎn)化為目標產(chǎn)品。通常，補充的新鮮C8芳烴原料是補充到脫庚烷塔或二甲苯塔進入循環(huán)物流。

2 芳烴異構(gòu)化裝置的優(yōu)化改造

2.1 改造原因

裝置生產(chǎn)運行時發(fā)現(xiàn)整個芳烴聯(lián)合裝置內(nèi)的C8平衡無法維持，系統(tǒng)內(nèi)的C8含量不足，系統(tǒng)補充外購C8管線堵塞，這導致了整個芳烴聯(lián)合裝置降負荷生產(chǎn)，既影響了產(chǎn)量，又增大了裝置能耗，大大影響了公司經(jīng)濟效益。經(jīng)多方查證發(fā)現(xiàn)外購混合二甲苯在運輸?shù)倪^程中沒有氮封，含有較高的溶解氧，與含有烯烴的異構(gòu)化反應產(chǎn)物混合后，在游離氧的作用下發(fā)生化學反應，生成高粘稠聚合物，此類聚合物質(zhì)在高溫下聚集在塔盤、換熱器、調(diào)節(jié)閥等處，造成管路及換熱器堵塞，并且影響了塔盤效率。揚子石化、金山石化、鎮(zhèn)海石化等多家企業(yè)都發(fā)現(xiàn)存在相同的問題。其中鎮(zhèn)海石化采用分子篩（或者白土）吸附的方法，在外購C8芳烴換熱后設置分子篩罐，吸附反應生成的聚合物。自從2014年6月該設施投用后一直運行平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)管線、設備堵塞的問題。

2.2 改造內(nèi)容

脫除外購原料中攜帶的溶解氧可以采用汽提的方法，需要新增一臺塔系。考慮到本裝置占地比較緊張，本次改造借鑒鎮(zhèn)海煉化的成功經(jīng)驗，增設外購C8A脫氧吸附罐，同時增設一臺外購C8A/脫庚烷塔底換熱器。脫氧吸附罐內(nèi)裝白土約42t，吸附物料中生成的聚合物。外購C8芳烴依次進入外購C8A/脫庚烷塔底換熱器和外購C8A脫氧吸附罐，脫除聚合物后，一部分并入脫庚烷塔進料/塔底換熱器殼程入口，順序換熱后進入脫庚烷塔，另一部分送至二甲苯分餾裝置重整油分離塔。

2.3 改造后效果

改造后芳烴聯(lián)合裝置的C8平衡恢復正常，裝置負荷在改造后也能恢復100%滿負荷運行狀態(tài)，異構(gòu)化脫庚烷塔能恢復正常操作。原設計裝置對每噸對二甲苯產(chǎn)品能耗為255.6kg標油/t，本裝置改造后能耗可以低于原設計水平。

3 裝置仍需完善和改進的地方

本次改造中不涉及加熱爐燃燒器改造。原設計時已考慮過低氮燃燒設計，但達到的效果需要根據(jù)公司對加熱爐的監(jiān)測值與新頒布的《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》（GB31570-2015）進行對照。如氮氧化物不能穩(wěn)定達到新標準，則還需對加熱爐燃燒器進行改造。

4 結(jié)束語

在當前提倡節(jié)能增效的背景下，提高我國芳烴異構(gòu)化裝置的效率，減少能源的浪費，已經(jīng)成為當前石油化工企業(yè)的工作重點，因此只有不斷對芳烴裝置生產(chǎn)中的缺陷環(huán)節(jié)加以研究，同時企業(yè)不斷增加對資金和設備的投入，攻克芳烴異構(gòu)化裝置中的重點和難點，才能提升我國的生產(chǎn)設備和制作工藝，最大限度的提高芳烴異構(gòu)化裝置的效益，提升石油化工企業(yè)的競爭力。