芳烃异构化的目的及生产工艺

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摘要：异构化也称异构化反应，指某种化学物质在特定条件下改变自身的组成结构，从而成为新物质的反应。

工业上C8芳烃的异构化是以不含或少含对二甲苯的C8芳烃为原料，通过催化剂的作用，转化成浓度接近平衡浓度的C8芳烃，从而达到增产对二甲苯的目的。

关键词：异构化，反应，新物质，催化剂，增产
前言
在以苯、甲苯、二甲苯为产品的芳烃联合装置中，生产对二甲苯(PX)的联合装置占有重要地位。

C8芳烃异构化单元作为PX联合装置中唯一的化学反应过程，直接影响着联合装置的运行情况，而异构化催化剂正是这一单元技术的核心。

从20世纪60年代至今，在全球芳烃装置中普遍使用C8芳烃异构化技术用于增产PX 等芳烃产品。

按照对乙苯转化方式的不同，C8芳烃异构化催化剂通常分为乙苯转化型和乙苯脱乙基型两种。

1、芳烃异构化的目的
以C8为例，工业上C8芳烃的异构化是以不含或少含对二甲苯的C8芳烃为原料，通过催化剂的作用，转化成浓度接近平衡浓度的C8芳烃，从而达到增产对二甲苯的目的。

2、芳烃异构化的生产工艺
以C8为例，C8芳烃异构化目的就是将OX、MX、EB转化为价值更高的PX。

但是由于将乙苯与二甲苯分离十分困难且不经济，因此在二甲苯异构化过程中，必须将乙苯转化。

所以C8芳烃异构化主反应包括二甲苯异构化反应和乙苯转化反应。

2.1、热力学分析
C8芳烃异构化时，可能进行的主反应是三种二甲苯异构体之间的相互转化和乙苯与二甲苯之间的转化。

副反应是歧化和芳烃的加氢反应等。

表4-17是C8芳烃异构体反应的热效应及平衡常数值。

可以看出C8芳烃异构化反应的热效应是很小的，因此温度对平衡常数的影响不明显。

表4-18为温度与混合二甲苯平衡组成的关系，可以看出，在平衡混合物中，对二甲苯平衡组成的关系，可以看出，在平衡混合物中，对二甲苯的平衡浓度最高只能达到23.7%，并随着温度升高逐渐降低；间二甲苯的含量总是最高，低温时尤为显著；邻二甲苯的浓度随温度升
高而增高。

故C8芳烃异构化为对二甲苯的效率是受到热力学平衡所限制的，即对二甲苯在异构化产物中的浓度最高在23%左右。

这也是为何不同来源C8芳烃具有相似组成的原因。

2.2、动力学分析
2.2.1、二甲苯的异构过程
曾在SiO2−Al2O3催化剂上对异构化过程的动力学规律进行了研究。

得到的实验结果是：邻二甲苯异构化的主要产物是间二甲苯；对二甲苯异构化的主要产物也是间二甲苯；而间二甲苯异构化产物中邻二甲苯和对二甲苯的含量却非常接近。

因此认为二甲苯在该催化剂上异构化的反应历程应是第二种。

温度℃间→对
K×103
间→邻
K×103
3710.02630.0189 4270.1180.089 4820.49730.334
2.2.1、乙苯的转化过程
曾在Pt/Al2O3催化剂上研究了乙苯的气相临氢异构化。

得知异构化速度比二甲苯慢，而且温度的影响较显著
反应温度/℃乙苯转化率二甲苯收率反应温度/℃乙苯转化率二甲苯收率42740.9%32%48324.0%19.2%
45328.6%24.2%50921.1%11.8%
综上所述，在整个异构化过程包括了加氢、异构和脱氢等反应。

而低温有利于加氢，高温有利于异构和脱氢，故只有协调好各种条件才能使乙苯异构化得到较好的结果。

3、异构化中催化剂的种类
（1）以固体酸为载体的贵金属催化剂，如铂-氧化铝、铂-分子筛、钯-氧化铝等。

这类催化剂属于双功能催化剂,其中金属组分起加氢和脱氢作用，固体酸起异构化作用。

采用这类催化剂时，反应需在氢存在下进行，故也称临氢异构化催化剂，用于气相异构化。

烷烃、烯烃、芳烃、环烷烃的异构化也可采用。

尤其是乙苯异构化为二甲苯和环烷烃的异构化只有这类催化剂有效。

其优点是结焦少，使用寿命长
（2）弗瑞德－克来福特型催化剂，常用的有三氯化铝-氯化氢、氟化硼-氟化氢等。

这类催化剂活性高，所需反应温度低，用于液相异构化，如正丁烷异构化为异丁烷，二甲苯的异构化等。

（3）以固体酸为载体的非贵金属催化剂，如镍-分子筛等，一般也需有氢存在，用于气相异构化,但不能使乙苯异构化成二甲苯。

（4）ZSM-5分子筛催化剂,主要用于二甲苯的气相或液相异构化。

4、PX异构化工艺流程图
异构化单元
PX生产系统二甲苯异构化单元C8芳烃异构化在芳烃生产中决定了芳烃联合装置的经济性，而异构化催化剂是装置的核心。

提高生产PX效率的方法除了提升C8芳烃二甲苯异构化催化剂的性能，还有除去与二甲苯沸程接近的乙苯(EB)，减少乙苯在循环液流中积累。

参考文献
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