新型二甲苯异构化催化剂RIC-270的工业应用

孙 磊，梁战桥

乙苯转化型二甲苯异构化催化剂在催化二甲苯异构体异构化反应的同时，可以将乙苯异构化为二甲苯，是双功能催化剂［1-5］。中国石化石油化工科学研究院开展该类型催化剂的研究已有四十多年，随着催化材料、改性技术和制备工艺的不断进步，陆续开发了一系列催化剂。该院在RIC-200催化剂的基础上，通过优化酸性中心性质、金属功能等措施［6-12］，在2016年研制了新型催化剂RIC-270。实验室数据表明，RIC-270催化剂的活性有所提高，特别是乙苯转化能力明显增强，而且保持了较低的C8芳烃损失。同时，该院还开发了新型RKJ-1型导流帽罩，用于替代原来的不锈钢材质的折流挡板。同年，与中国石化天津分公司达成合作协议，进行RIC-270催化剂的工业应用试验。中国石化天津分公司化工部大芳烃装置是2000年建成投产的，采用UOP联合芳烃装置工艺，对二甲苯规模为300 kt/a，催化剂装填数量为42 t。该公司之前使用的是美国ZEOLYST公司的PARIS PLUS催化剂，已经运转到末期，借大检修机会将国外催化剂更换为RIC-270催化剂。2016年8—10月，中国石化天津分公司化工部完成了大芳烃装置检修，并完成了RIC-270催化剂的密相装填、干燥和投料开车。同年12月份，进行了性能标定。标定数据表明，RIC-270催化剂的性能优于RIC-200催化剂，导流帽罩性能良好。

本工作介绍了新型二甲苯异构化催化剂RIC-270在中国石化天津分公司化工部大芳烃装置上的工业应用情况。

1 催化剂的物化指标及工艺条件要求

1.1 RIC-270催化剂的物化指标

RIC-270催化剂的物化指标见表1。

表1 RIC-270催化剂的物化指标Table 1 Physical properties of RIC-270 catalyst

1.2 原料和工艺条件要求

1.2.1 补充和循环氢气

由于新研制的RIC-270催化剂的抗杂质能力有所提高，对有些杂质的限制有所放宽。但对于异构化催化剂来说，原料中的杂质含量越低，催化剂的稳定性和寿命越好。RIC-270催化剂对氢气的杂质要求见表2。

表2 氢气的杂质要求Table 2 Impurity requirement of hydrogen

1.2.2 C8芳烃原料

RIC-270催化剂对C8芳烃原料的杂质要求见表3。

表3 C8芳烃原料的杂质要求Table 3 Impurity requirement of C8 aromatics feed

1.2.3 工艺条件

RIC-270催化剂的工艺操作条件见表4。

表4 工艺操作条件Table 4 Operating conditions of process

2 催化剂的运行情况

2.1 RIC-270催化剂的运行情况

RIC-270催化剂于2016年10月投用，已经稳定在线运行9个多月，进料负荷100%，进料组成稳定。2016年12月的数据为标定前的运转情况，运行两个多月后，于2016年12月23—25日进行标定。RIC-270催化剂的运行数据见表5。表5还列出了标定前、标定及技术协议保证值的数据，以便进行对比。

从表5可看出，RIC-270催化剂的标定性能指标均达到了技术协议保证值，异构化活性达到了95.5%。尤其明显的是，在高分压力只有0.66 MPa的条件下，乙苯平衡达成率达到了80%以上，充分说明RIC-270催化剂具有高乙苯转化能力的特点。在高乙苯转化率下，C8芳烃损失仍然维持在较低的水平，仅为2.2%，说明更多的乙苯转化为二甲苯，而不是发生加氢裂解等副反应，乙苯转化为二甲苯的选择性好。由于中国石化天津分公司大芳烃装置的C8芳烃原料中乙苯的质量分数仅为7.3%，更高的乙苯转化率会增加C8芳烃损失。因此，考虑到装置运行的经济性，标定结束后，在保证异构化脱庚烷塔塔底中对二甲苯质量分数超过20%的前提下，降低反应压力，控制乙苯平衡达成率在50%左右即可保证乙苯不积累。2017年2月的运转数据表明，在降低乙苯平衡达成率后，C8芳烃损失由2.2%降至1.9%，达到了效益最大化。

表5 RIC-270催化剂的运行数据Table 5 Operating data of RIC-270 catalyst

2.2 性能对比

对使用过的国产和国外催化剂进行标定性能对比，结果见表6。从对比数据可看出，RIC-270催化剂的活性与其他催化剂相近，但乙苯平衡达成率却比其他催化剂提高了约20百分点，且C8芳烃损失也小于其他催化剂。RIC-270催化剂的乙苯转化能力明显提高的原因主要是中国石化石油化工科学研究院对催化剂的分子筛和金属活性中心进行了优化，同时改善了氧化铝载体的性质，进一步优化了两个活性中心的匹配关系。可以看出，高乙苯转化率不但可以降低异构化进料和产物中的乙苯含量，而且降低了进料和产物中循环C8非芳烃的平衡浓度（2.6%（w）），该值比RIC-200催化剂低1.8百分点，比国外催化剂低2.3百分点。因此，RIC-270催化剂可以提高产物中的对二甲苯浓度，增加对二甲苯产量。运行数据表明，RIC-270催化剂的性能优于国内外其他催化剂。

表6 催化剂性能的对比Table 6 Comparison of catalyst performance

2.3 RKJ-1型导流帽罩的使用效果

在应用RIC-270催化剂的同时，采用中国石化石油化工科学研究院开发的RKJ-1型导流帽罩铺设在催化剂上表面，用以替代原来的不锈钢材质的折流挡板内构件。采用密相装填方法，用专用装填器抛撒催化剂，使床层更加均匀，可以提高催化剂装填堆密度约10%。采用RKJ-1型软质导流帽罩内构件，可以节省密封层催化剂，而且操作方便，对催化剂上部的气流分布更加有利。采用密相装填和导流帽罩后，反应器出入口压差与之前的相同，为0.02 MPa。从催化剂性能标定结果看，密相装填和导流帽罩的效果良好。

2.4 后续运转建议

根据RIC-270催化剂的性能和对二甲苯的市场情况，对温度和压力进行调整，使得温度和压力达到最佳匹配，发挥催化剂的潜能。需要多产对二甲苯时，可以同时提高温度和压力，提高脱庚烷塔塔底的对二甲苯浓度；在对二甲苯价格较低时，降低活性，降低C8芳烃损失，保证装置的经济性。

3 结论

1）RIC-270催化剂的异构化活性达到了95.5%，乙苯平衡达成率达到了81.7%，C8芳烃损失为2.2%。RIC-270催化剂的乙苯转化能力明显提高，实现了乙苯高效转化的目标。RIC-270催化剂的乙苯转化能力提高，而且转化为二甲苯的选择性高，C8非芳烃的平衡浓度低，可以降低物料中非二甲苯物料的含量，提高产物中对二甲苯的浓度，增产对二甲苯。

2）在RIC-270催化剂的工业应用中，密相装填和RKJ-1型导流帽罩使用效果良好。

3）RIC-270催化剂工业应用成功，可以推广使用。

［1］ 侯强，梁战桥. RIC-200转化型二甲苯异构化催化剂的工业应用［J］.石油化工，2011，40（12）：1326-1330.

［2］ 于深波，侯强. 国内外二甲苯异构化催化剂性能的比较［J］.石油化工，2012，41（2）：190-193.

［3］ 徐国斌，陈松林. SKI-400-40型二甲苯异构化催化剂的工业应用［J］.石油化工，1999，28（5）：388-392.

［4］ 姚国欣. 二甲苯异构化技术进展［J］.现代化工，1990（4）：23-27.

［5］ 王建伟，桂寿喜，景振华. 二甲苯异构化催化剂的研究进展［J］.化工进展，2004，23（3）：244-259.

［6］ 梁战桥，顾昊辉，赵斌. 水热处理ZSM-5沸石对乙苯转化型二甲苯异构化催化剂性能的影响［J］.石油化工，2009，38（9）：940-944.

［7］ 梁战桥，顾昊辉. 双功能催化剂中金属铂对乙苯异构化反应的影响［J］.石油化工，2011，40（1）：18-21.

［8］ Rao G N，Kumar R，Ratnasamy P. Shape selectivity of zeolite EU-1 in reactions of aromatic hydrocarbons［J］.Appl Catal，1989，49（2）：307-318.

［9］ Moreau F，Gnep N S，Lacombe S，et al. Ethylbenzene transformation on bifunctional Pt/Al2O3-NaHMOR catalysts：Influence of Na exchange on their activity and selectivity in ethylbenzene isomerization［J］.Appl Catal，A，2002，230 （1/2）：253-262.

［10］ UOP. Xylene isomerization process using UZM-5 and UZM-6 zeolites：US6388159［P］.2002-05-14.

［11］ IFP. Isomerization with an EUO-type catalyst of aromatic compounds with eight carbon atoms followed by a dehydrogenation stage：US6147269［P］.2000-11-14.

［12］ Moreau F，Moreau P，Gnep N S，et al. Ethylbenzene isomerization over bifunctional platinum alumina-EUO catalysts：Location of the active sites［J］.Microporous Mesoporous Mater，2006，90（1/3）：327-338.