摘要：甲醇制芳烴工藝產(chǎn)物成分復(fù)雜、對(duì)二甲苯含量低，耦合芳烴間轉(zhuǎn)化技術(shù)能提升對(duì)二甲苯收率，但存在多組分匹配復(fù)雜、耦合非線性的難題。本文通過梳理5 類反應(yīng)產(chǎn)物集總與6 種轉(zhuǎn)化技術(shù)之間的對(duì)應(yīng)、競爭、共生和協(xié)同關(guān)系，構(gòu)建超結(jié)構(gòu)模型并將之轉(zhuǎn)化為非線性規(guī)劃方程進(jìn)行求解，提出甲醇制芳烴和芳烴間轉(zhuǎn)化技術(shù)的高效耦合方法，揭示了反應(yīng)產(chǎn)物和轉(zhuǎn)化技術(shù)的多組分協(xié)調(diào)匹配機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了組分中碳?xì)湓叵驅(qū)Χ妆降亩ㄏ蜣D(zhuǎn)化，為甲醇制對(duì)二甲苯的高效發(fā)展提供了思路。

關(guān)鍵詞：對(duì)二甲苯；超結(jié)構(gòu)模型；非線性規(guī)劃方程；甲醇制芳烴；芳烴間轉(zhuǎn)化

中圖分類號(hào)：TQ021.8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

對(duì)二甲苯是重要的有機(jī)化工原料，用于生產(chǎn)對(duì)苯二甲酸（ PTA） 和聚對(duì)苯二甲酸乙二醇（ PET， 聚酯），進(jìn)而生成聚酯纖維、樹脂、瓶子和薄膜等。隨著聚酯需求的增加，對(duì)二甲苯得到快速發(fā)展，2021 年我國對(duì)對(duì)二甲苯的需求和其產(chǎn)量分別達(dá)到3.497×107 t、2.132×107 t[1]。對(duì)二甲苯傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式是以裂解汽油和重整油為原料，經(jīng)催化重整、芳烴抽提、對(duì)二甲苯分離等芳烴聯(lián)合裝置得到。近年來，甲醇制芳烴由于具有擺脫石油資源依賴，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級(jí)等意義，受到廣泛關(guān)注，但由于受原料和產(chǎn)物氫碳比差異以及二甲苯混合物熱力學(xué)平衡值等問題影響，工藝面臨初產(chǎn)物成分復(fù)雜（超過20 種組分）、對(duì)二甲苯含量低（w≤20%）的挑戰(zhàn)[2-4]。

結(jié)合反應(yīng)特點(diǎn)，通過耦合轉(zhuǎn)化技術(shù)，進(jìn)而設(shè)計(jì)配套工藝裝置，在一定程度上打破熱力學(xué)平衡態(tài)，引導(dǎo)物料向目標(biāo)產(chǎn)物定向轉(zhuǎn)化，是提高預(yù)期產(chǎn)物收率的有效策略。例如在甲醇制芳烴反應(yīng)路線中，針對(duì)副產(chǎn)物低碳烴，馮霄團(tuán)隊(duì)[5-6] 提出將輕烴直接芳構(gòu)化和裂解為合成氣后循環(huán)進(jìn)料的兩種耦合策略，輕質(zhì)芳烴（苯、甲苯和二甲苯）收率分別提高50%～68%和151%；將兩種耦合技術(shù)組合，輕烴芳構(gòu)化技術(shù)處理C3+烴類，輕烴裂解技術(shù)處理C2–烴類，使得輕質(zhì)芳烴收率提高173%；Chen 等從反應(yīng)器設(shè)計(jì)角度出發(fā)，分段調(diào)變溫度實(shí)現(xiàn)控制甲醇及副產(chǎn)物輕烴的串聯(lián)反應(yīng)，提出“甲醇芳構(gòu)化、輕烷烴和烯烴中間體芳構(gòu)化、殘余烯烴芳構(gòu)化”[7] 和“甲醇芳構(gòu)化、輕烷烴脫氫和芳構(gòu)化、烯烴芳構(gòu)化”[8] 兩種三級(jí)變溫方案，使輕質(zhì)芳烴的收率提高72%～89%[9]。

建立以對(duì)二甲苯為目標(biāo)產(chǎn)物，甲醇制芳烴和轉(zhuǎn)化技術(shù)的高效耦合機(jī)制，能促進(jìn)煤制對(duì)二甲苯收率的提高，進(jìn)而提升競爭力，但目前相關(guān)研究均旨在提升混合芳烴產(chǎn)率，從混合芳烴到對(duì)二甲苯的耦合機(jī)制尚未建立?；旌戏紵N包括苯、甲苯、二甲苯、C9 和C10 芳烴等，針對(duì)不同芳烴，存在不同的芳烴間轉(zhuǎn)化技術(shù)，如苯和C10 芳烴可經(jīng)苯與重芳烴烷基轉(zhuǎn)移技術(shù)轉(zhuǎn)化為混合二甲苯，乙苯、鄰二甲苯和間二甲苯可經(jīng)二甲苯異構(gòu)化技術(shù)轉(zhuǎn)化為對(duì)二甲苯，以甲苯為原料的轉(zhuǎn)化技術(shù)有甲苯歧化及烷基轉(zhuǎn)移、甲苯甲醇甲基化[10-11] 和甲苯擇形歧化[12-13]，分別為與C9 芳烴生產(chǎn)混合二甲苯、與甲醇生產(chǎn)混合二甲苯和自身反應(yīng)生產(chǎn)苯和對(duì)二甲苯，此外，C9 和C10+重芳烴除經(jīng)上述工藝轉(zhuǎn)化外，還可以通過重芳烴輕質(zhì)化技術(shù)將C9 和C10+芳烴轉(zhuǎn)化為混合芳烴[14]。由此可見，混合多組分與轉(zhuǎn)化技術(shù)并不是一一對(duì)應(yīng)的，其構(gòu)成的耦合系統(tǒng)也不是多個(gè)轉(zhuǎn)化技術(shù)的疊加，需要兼顧反應(yīng)產(chǎn)物與轉(zhuǎn)化原料之間的組分匹配、轉(zhuǎn)化副產(chǎn)物的歸屬、不同轉(zhuǎn)化技術(shù)間的協(xié)同組合等因素，造成反應(yīng)過程與轉(zhuǎn)化技術(shù)的深度耦合具有極強(qiáng)的非線性。因此，揭示甲醇制芳烴產(chǎn)物與芳烴間轉(zhuǎn)化技術(shù)的多組分協(xié)調(diào)匹配機(jī)制，對(duì)促進(jìn)甲醇制對(duì)二甲苯工藝高效耦合和提升對(duì)二甲苯收率具有重要的意義。