研客专栏 | 一文搞懂对二甲苯（PX）生产流程

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文 | 蒋硕朋 许安静

来源 |大地期货研究院

编辑 | 杨兰

审核 | 浦电路交易员

基本性质及用途

对二甲苯（英文名称p-xylene，缩写为PX）是一种低毒化合物，化学式为C8H10，分子量106，是邻二甲苯和间二甲苯的同分异构体，常温下是具有芳香味的无色透明液体，不溶于水，可混溶于乙醇、乙醚、氯仿等多数有机溶剂。

资料来源：公共资料，大地期货研究院整理

PX是聚酯产业链重要原料，主要用它可生产精对苯二甲酸（PTA），PTA再和乙二醇反应生成聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），即聚酯，进一步加工纺丝生产涤纶纤维和轮胎工业用聚酯帘布，PET树脂还可制成聚酯瓶、聚酯膜、塑料合金及其它工业元件等，除此之外，PX还用来做溶剂及生产医药、香料。

资料来源：公共资料，大地期货研究院整理

生产路线、装置和技术

对二甲苯（PX）是芳烃的一种，而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，也是生产高辛烷值汽油的重要调和组分，产量和规模仅次于乙烯和丙稀。

按照生产原料，芳烃的生产路线可分为石油生产路线和煤制路线。煤制路线整体占比较小，仅有少量芳烃（苯和甲苯）来自煤焦化副产物，即焦化苯。石油路线在芳烃生产中占比最大，其中对二甲苯（PX）完全来自于石油路线。石油制芳烃的技术主要分三个方面：石脑油重整、裂解汽油加氢和轻烃芳构化。石脑油重整生产的芳烃量占石油制芳烃总量的80%、裂解汽油加氢生产的芳烃量占石油制芳烃总量的16%，剩余的4%将由轻烃芳构化技术生产。

资料来源：公共资料，大地期货研究院

石脑油催化重整和蒸汽裂解两种加工过程分别得到重整生成油，副产得到裂解加氢汽油，再经过一系列芳烃分离和芳烃间转化过程，即得到各种用作石化原料的芳烃产品，通常将这类装置称为芳烃联合装置。芳烃联合装置生产环节主要包括：催化重整、裂解汽油加氢、轻烃芳构化、甲苯/苯歧化与烷基转移、二甲苯异构化，最后一步对以上得到的混二甲苯进行吸附分离得到PX，典型的芳烃联合装置生产流程如下图：

下面我们详细介绍一下对二甲苯（PX）生产相关环节：

1. 催化重整

石脑油经催化重整生成富含芳烃的重整油，同时副产氢及液化石油气。催化重整按催化剂再生方式分为半再生的固定床催化重整和连续再生的移动床连续重整。随着炼油规模的大型化，2000年以后我国基本上不再建设半再生重整装置。由于重整反应产物中存在着相当量的沸点相近的非芳烃、苯、甲苯和二甲苯产品，必须采用溶剂抽提工艺将苯、甲苯、二甲苯等芳烃与非芳烃分离，苯、甲苯和二甲苯等混合芳烃再通过精馏分离高纯度的苯、甲苯和二甲苯产品。

2. 裂解汽油加氢

裂解汽油含有C6～C9 芳烃，因而它是石油芳烃的重要来源之一。以石脑油为裂解原料生产乙烯时能得到大约20%（质、下同）的裂解汽油，其中芳烃含量为40～80%。裂解汽油加氢装置是乙烯装置的一个配套装置，该装置的主要任务是将乙烯装置的副产品“裂解汽油”进行再处理。裂解汽油中含有工业中重要的化工原料芳烃（苯、甲苯、二甲苯），同时也含有大量的不饱和烃(双烯烃、单烯烃)和其它含S, O,N等的烃类化合物。提取三苯（苯、甲苯、二甲苯）前必须对裂解汽油进行加工处理，将其中的不饱和烯烃进行加氢饱和，并将含有其它元素的烃类化合物进行加氢裂解净化处理。但是裂解汽油中还含有C5及C9等烃类，所以在加氢前，先将裂解汽油中的C5及C9馏分分离，然后对裂解汽油的中心馏分C6-C8进行加氢处理。

裂解汽油加氢制芳烃工艺流程

数据来源：公共资料，大地期货研究院

3. 轻烃芳构化

轻烃芳构化技术是近十年来发展起来的一种新的石油化工工艺技术，以C2至C7轻烃为原料，通过叠合、芳构化等反应生产苯、甲苯及二甲苯等芳烃或高辛烷值汽油组分的过程。对于轻烃芳构化技术而言，不存在原料限制问题，从乙烯到汽油馏分的轻烃均可作为芳构化的原料，其中液化石油气（C3和C4）是轻烃芳构化的主要原料。生产芳烃装置根据原料和工艺条件的不同，所需要的操作单元也不尽相同，以最简单的催化裂化C4馏分生产芳烃为例，该装置包含反应再生、产物分离和芳烃精馏部分。

轻烃芳构化流程

不同原料在生产芳烃的反应过程也存在差别，下面我们以丙烷和丁烷为例说明轻烃芳构化的化学反应过程。丙烷在催化剂上进行芳构化反应时，650℃时的芳烃产率最高，超过该温度时芳烃产率下降。在催化剂的帮助下上，丙烷的转化率为56%～95%，气体产物主要为甲烷和乙烷，液体产品产率较低，一般为17%～37%，液体产物中苯、甲苯和二甲苯占绝大多数。

丙烷为原料制芳烃反应过程

数据来源：公共资料，大地期货研究院

丁烷为原料制芳烃反应过程

数据来源：公共资料，大地期货研究院

4. 甲苯/苯歧化与烷基转移

无论是催化重整还是裂解汽油加氢还是轻烃芳构化得到的石油芳烃，即苯、甲苯、二甲苯、乙苯等，在品种与数量上与实际需求不一致，其中甲苯、间二甲苯和其他芳烃大约占50%，苯和对二甲苯需求与日俱增，造成了芳烃品种及数量供需矛盾，因此需要开发芳烃品种之间转化的技术。甲苯歧化和烷基转移技术是利用芳烃联合装置生产的甲苯和C9/C10芳烃转化为混合二甲苯和苯的有效途径，旨在将芳烃品种与数量进行调整。芳烃联合装置中50%以上的混合二甲苯由该技术生产，是芳烃联合装置增产PX的主要手段。

甲苯/苯歧化与烷基转移主反应过程如下图：

1. 歧化反应过程

2. 烷基转移反应过程

数据来源：公共资料，大地期货研究院

5. 二甲苯异构化

二甲苯异构化也是芳烃联合装置中增产PX的主要方法之一。受热力学平衡的限制，从催化重整油以及裂解汽油中获得的混合二甲苯中，PX的含量仅有25%左右，为最大限度地生产PX，需要将其他的C8芳烃经过异构化反应转化成PX。由于C8芳烃中的乙苯和二甲苯难以分离，在二甲苯异构化单元的原料中带有一部分乙苯，需要对其进行处理。最常用的方式是将乙苯异构转化为二甲苯，或者脱烷基转化为苯。因此，二甲苯异构化工艺主要包括乙苯转化型和乙苯脱烷基型两种技术路线，二者的工艺流程基本相同，均使用临氢固定床反应器，区别在于催化剂及其布置方式和乙苯的处理方式不同。

主反应过程如下图：

（1）混合二甲苯异构化反应过程

（2）乙苯异构化反应过程

数据来源：公共资料，大地期货研究院

6. 二甲苯吸附分离

芳烃装置在正常市场环境下，产出的对二甲苯越多，效益值会越好，但如何从C8芳烃中分离出对二甲苯，需要一种成熟的工艺，为生产数量更多的、纯度更好的对二甲苯（PX）提供支持。当前芳烃装置中较多使用吸附分离法，利用C8芳烃与吸附剂逆向接触，吸附剂对对二甲苯优先吸附的特性，反复多次进行物质传递，使对二甲苯（PX）在吸附剂上浓度增加，并利用解吸剂将对二甲苯（PX）从吸附剂上解吸下来，并将贫液C8送入异构化进行增产对二甲苯（PX）。

吸附分离法生产PX工艺流程图

数据来源：公共资料，大地期货研究院

对二甲苯（PX）生产过程总结

1.芳烃尤其是轻质芳烃（苯、甲苯、二甲苯）是一种重要的化学原料，在化工行业中的地位仅次于乙烯和丙烯。

2.石油制和煤制是生产芳烃的两种路线，其中石油制芳烃产量占比远高于煤制。轻质芳烃（C6-C8）中，苯和甲苯83%来自石油、17%来自煤焦工业生产出来的焦化苯，而二甲苯基本来自于石油制。

3.石油制芳烃路线，生产芳烃的技术主要有三种，催化重整和裂解汽油加氢占主流地位，两者芳烃产量占比达到96%，同时催化重整和裂解汽油加氢也是芳烃联合生产装置的重要组成部分，轻烃芳构化占比只有4%。

4.在石油制混合芳烃中，苯、甲苯、乙苯、二甲苯（间二甲苯、邻二甲苯和对二甲苯（PX））各个品种的占比与社会生产生活中的需求占比并不匹配，苯和对二甲苯需求与日俱增，但产量占比相对较小。甲苯/苯歧化和选择性歧化与烷基转移可以有效降低甲苯和其他芳烃的含量，增加苯和二甲苯的含量。

5.在二甲苯中，由于热力学平衡的限制，对二甲苯（PX）的占比相对较低占比仅有15%-25%，间二甲苯占比45%-70%，邻二甲苯占比10%-15%。二甲苯异构化解决了对二甲苯占比较低的问题。

6.最后一步，根据对二甲苯（PX）与其他组分和吸附剂之间结合能力的强弱差异，将对二甲苯（PX）从混二甲苯中进一步提纯最终得到对二甲苯（PX）。

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