甲苯的工业现状及发展趋势
甲苯生产现状从国外的现状与发展来谈
甲苯主要是通过粗汽油催化重整或者液体原料蒸汽裂解中汽油热裂解制备的。目前也有新的工艺出现，如BP和UOP公司的Cyclar工艺就可以把天然气中的丙烷和丁烷生成芳烃，目前沙特阿拉伯已经有一个工厂采用该技术建设了生产装置。
上周国内甲苯市场整理运行。原油区间整理运行，个别产品随之下行，临近年末，大户进入2022年长约谈判期，下游采买需求偏淡，实际成交欠佳，实单多谈；上周国内TDI美金报盘在2300-2350美元/吨FOB；上周国内软泡聚醚市场弱稳运行。部分厂家检修、减产，成品及原料库存压力等原因，整体场内气氛较为清淡，市场成交受挫，导致场内观望心态较浓，偏空情绪占据。
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国内外研究现状和发展趋势
有机废气种类繁多，来源广泛，治理难度大，一次性投资和操作费用高，基本上无回收利用价值。成分复杂的有机废气则更加难以净化、分离和回收。
挥发性有机化合物(VOCs)作为有机化合物主要分支，是指在常温下饱和蒸气压大于70Pa、常压下沸点在260℃以内的有机化合物。从环境监测角度来讲，指以氢焰离子检测器测出的非甲烷烃类检出物的总称，包括烃类、氧烃类、含卤烃类、氮烃及硫烃类化合物。VOCs种类繁多，分布面广，根据部分国外主要环境优先污染物名录，VOCs占80％以上。日本1974－l985年环境普查表明，在检出的化学毒物中，卤代烃类最多共52种，一般烃类次之共43种，含氮有机物（主要是硝基苯和苯胺类化合物）共40种，以上三类占总检出毒物的70％。VOCs污染严重，与NOx、CnHm在阳光作用下发生光化学反应，吸收地表红外辐射引起温室效应；破坏臭氧层形成臭氧空洞，引起人体致癌和动植物中毒。
随着VOCs污染范围的不断扩大和人们对其危害的逐步认识，1979年联合国欧洲经济委员会在日内瓦召开跨国大气污染会议，重点讨论了VOCs控制问题，1991年11月通过了《VOCs跨国大气污染议定书》，要求签字国以1988年VOCs排放量为基准，到1999年每年削减30％；1990年，美国修订了清洁空气法（CAA），要求到2000年将VOCs的排放量减少70％。为此，开发VOCs替代产品，寻找VOCs控制最优技术已成为解决VOCs污染的必由之路。
随着世界各国对VOC污染的日益重视和环保法规不断严格VOC的排放标准，其治理技术亦在逐渐改进和完善。
（一）有机废气治理技术
早在1925年欧洲就开发出固定床活性碳吸附装置，1958年日本也开始使用该项技术。这是一种非常经典、成熟的方法，可用于治理任何浓度的常温有机废气，但处理低浓度、大风量有机废气时，设备庞大，不经济。对于排气温度较高的高浓度有机废气的治理，首先由美国于1950年开发成功以天然气为燃料的直接燃烧技术。1965年日本与美国合作，将该项技术引入日本。该法需将有机废气加热到760℃，方可将有机溶剂氧化分解为无害的CO2和H2O，其缺点是燃料费高，故在欧美等天然气便宜的地区应用广泛。后来人们开发出催化燃烧技术，由于催化剂的作用可在300—350℃的低温下将有机溶剂氧化分解，因此大大降低了燃料费并且产生的NOx量非常少。其缺点是需对废气中易引起催化剂中毒的物质和粉尘进行前处理，另外，在催化燃烧装置中使用的热交换器换热效率较低，约在50％。为了提高热效率，降低运行成本，美国于1975年开发出换热效率在90％以上的蓄热式燃烧装置。由于其运行费用的降低，因此，可用于治理中等浓度有机废气。随后欧洲也开展了该项技术的开发。日本针对美国蓄热燃烧方式又开发出催化燃烧装置的改良型——蓄热催化氧化方法，并于1977年由日铁化工机首先售出产品。该产品可较经济地对高、中浓度的、温度较高的有机废气进行治理。
总体而言，按照处理的方法，有机废气处理的方法主要有两类：一类是回收法，另一类是消除法。回收法主要有炭吸附、变压吸附、冷凝法及膜分离技术，回收法是通过物理方法，用温度、压力、选择性吸附剂和选择性渗透膜等方法来分离VOC的。消除法有热氧化、催化燃烧、生物氧化及集成技术；消除法主要是通过化学或生化反应，用热、催化剂和微生物将有机物转变成为CO2和水。
1、回收技术
（1）炭吸附法
炭吸附是目前最广泛使用的回收技术，其原理是利用吸附剂（粒状活性炭和活性炭纤维）的多孔结构，将废气中的VOC捕获。将含VOC的有机废气通过活性炭床，其中的VOC被吸附剂吸附，废气得到净化，而排入大气。
当炭吸附达到饱和后，对饱和的炭床进行脱附再生；通入水蒸汽加热炭层，VOC被吹脱放出，并与水蒸汽形成蒸汽混合物，一起离开炭吸附床，用冷凝器冷却蒸汽混合物，使蒸汽冷凝为液体。若VOC为水溶性的，则用精馏将液体混合物提纯；若为水不溶性，则用沉析器直接回收VOC。因涂料中所用的“三苯”与水互不相溶，故可以直接回收。
炭吸附技术主要用于废气中组分比较简单、有机物回收利用价值较高的情况，其废气处理设备的尺寸和费用正比于气体中VOC的数量，却相对独立于废气流量；因此，炭吸附床更倾向于稀的大气量物流，一般用于VOC浓度小于5000PPM的情况。适于喷漆、印刷和粘合剂等温度不高，湿度不大，排气量较大的场合，尤其对含卤化物的净化回收更为有效。
（2）冷凝法
冷凝法是最简单的回收技术，将废气冷却使其温度低于有机物的露点温度，使有机物冷凝变成液滴，从废气中分离出来，直接回收。但这种情况下，离开冷凝器的排放气中仍含有相当高浓度的VOC，不能满足环境排放标准。要获得高的回收率，系统需要很高的压力和很低的温度，设备费用显著地增加。
冷凝法主要用于高沸点和高浓度的VOC回收，适用的浓度范围为＞5％(体积)。
（3）膜分离技术
膜分离系统是一种高效的新型分离技术，其流程简单、回收率高、能耗低、无二次污染。
膜分离技术的基础就是使用对有机物具有选择渗透性的聚合物膜，该膜对有机蒸气较空气更易于渗透10－100倍，从而实现有机物的分离。
最简单的膜分离为单级膜分离系统，直接使压缩气体通过膜表面，实现VOC的分离，但单级膜因分离程度很低，难以达到分离要求，而多级膜分离系统则会大大增加设备投资。
MTR开发了一种新型的集成膜系统，仅使用单级膜，就可以大大提高回收率，并降低系统的费用。
该技术结合压缩冷凝和膜分离两种技术的特点，来集成实现分离。用压缩机先将进料气提高到一定压力，然后将进料气送到冷却器冷凝，使部分VOC冷凝下来，冷凝液直接放入储罐。离开冷凝器的非凝气体仍含相当数量的有机物，并具有很高的压力，可以作为膜渗透的驱动力，使膜分离不再需要附加的动力。将非凝气送到膜系统，有机选择渗透膜将气体分成两股物流，脱除了VOC的未渗透侧的净化气被排放；渗透物流为富集了有机物的蒸汽，该渗透物流循环到压缩机的进口。系统通常可以从进料气中移出VOC达99％以上，并使排放气中的VOC达到环保排放标准。
该系统的特点是末渗透物流的浓度独立于进料气的浓度，该浓度由冷凝器的压力和温度决定。
（4）变压吸附技术
该技术利用吸附剂在一定压力下，先吸附有机物。当吸附剂吸附饱和后，进行吸附剂的再生。再生不是利用蒸汽，而是通过压力变换来将有机物脱附。当压力降低时，有机物从吸附剂表面脱附放出。其特点是无污染物，回收效率高，可以回收反应性有机物。但是该技术操作费用较高，吸附需要加压，脱附需要减压，环保中应用较少。
回收技术的适用范围：
粒状活性炭主要用于脂肪和芳香族碳氢化合物、大部分含氯溶剂、常用醇类、部分酮类和酯类等的回收。常见的有：苯、甲苯、二甲苯、己烷、庚烷、甲基乙基酮、丙酮、四氯化碳、醋酸乙酯等，活性炭纤维吸附则可回收苯乙烯和丙烯晴等反应性单体，但费用较粒状活性炭吸附要高的多。吸附法已广泛用在喷漆行业的“三苯”、醋酸乙酯、制鞋行业的“三苯”，印刷行业的甲苯、醋酸乙酯、电子行业的二氯甲烷和三氯乙烷的回收。炭吸附法要求废气中的VOC不能超过5000PPM，并且湿度不能＞50％；当浓度＞5000PPM时，则需在吸附前稀释，对部分酮、醛、酯等含活性的物质不适用，该类VOC会与活性炭或在活性炭表面发生反应，堵塞炭孔，使活性炭失活。
冷凝法对高沸点的有机物效果较好，对中等和高挥发的有机物回收效果不好，该法适合VOC浓度＞5％的情况，回收率不高。而大部分废气中均存在水分，温度低于0℃时会结冰，降低系统的可靠性，故很少单独使用。
膜分离方法适合于处理较浓的物流，即0.1％＜VOC浓度＜10％，膜系统的费用与进口流速成正比，与浓度则关系不大。它适于高浓度、高价值的有机物回收，其设备费用较高。
工业上已经从聚烯烃装置的冲洗气中回收烯烃单体和氦气。在环保领域，从加油站回收碳氢化合物；从制冷设备、气雾剂及泡沫塑料的生产和使用过程中回收CFC，从PVC加工中回收氯乙烯单体。此技术非常有前途，随着新高效膜的出现和系统造价的降低，它会成为一种重要的回收手段。
2、消除技术
（1）热氧化
热氧化系统就是火焰氧化器，通过燃烧来消除有机物的，其操作温度高达700℃－1,000℃。这样不可避免地具有高的燃料费用，为降低燃料费用，需要回收离开氧化器的排放气中的热量。回收热量有两种方式，传统的间壁式换热和新的非稳态蓄热换热技术。
间壁式热氧化是用列管或板式间壁换热器来捕获净化排放气的热量，它可以回收40％－70％的热能，并用回收的热量来预热进入氧化系统的有机废气。预热后的废气再通过火焰来达到氧化温度，进行净化，间壁换热的缺点是热回收效率不高。
蓄热式热氧化（简称RTO）回收热量采用一种新的非稳态热传递方式。主要原理是：有机废气和净化后的排放气交替循环，通过多次不断地改变流向，来最大限度地捕获热量，蓄热系统提供了极高的热能回收。
在某个循环周期内，含VOC的有机废气进入RTO系统，首先进入耐火蓄热床层1（该床层已被前一个循环的净化气加热），废气从床层1吸收热能使温度升高，然后进入氧化室；VOC在氧化室内被氧化成CO2和H2O，废气得到净化；氧化后的高温净化气离开燃烧室，进入另一个冷的蓄热床层2，该床从净化排放气中吸收热量，并储存起来(用来预热下一个循环的进入系统的有机废气)，并使净化排放气的温度降低。此过程进行到一定时间，气体流动方向被逆转、有机废气从床层2进入系统。此循环不断地吸收和放出热量，作为热阱的蓄热床也不断地以进口和出口的操作方式改变，产生了高效热能回收，热回收率可高达95％，VOC的消除率可达99％。
（2）催化燃烧
催化燃烧是一种类似热氧化的方式来处理VOC的，它净化有机物是用铂、钯等贵金属催化剂及过渡金属氧化物催化剂来代替火焰，操作温度较热氧化低一半，通常为250℃－500℃。由于温度降低，允许使用标准材料来代替昂贵的特殊材料，大大地降低设备费用和操作费用。与热氧化相似，系统仍可分为间壁式和蓄热式两类热量回收方式。
间壁式催化燃烧是在催化床后设一个换热器，该换热器在降低排放气温度的同时，也预热含VOC的有机废气，其热回收达60％—75％。该类氧化器早已用于工业过程。
蓄热催化燃烧（简称为RCO）是一种新的催化技术。它具有RTO高效回收能量的特点和催化反应的低温操作及能量有效性的优点，将催化剂置于蓄热材料的顶部，来使净化达到最优，其热回收率高达95％－98％。
RCO系统性能的关键是使用专用的催化剂，浸渍在鞍状或是蜂窝状陶瓷上的贵金属或过渡金属催化剂，允许氧化发生在RTO系统温度的一半，既降低了燃料消耗，又降低了设备造价。
现在，有的国家已经开始使用RCO技术进行有机废气的消除处理，很多RTO设备已开始转变成RCO，这样可以削减操作费用达33％－75％，并增加排放气流量达20％－40％。
（3）集成技术（炭吸附＋催化氧化）
对于大流量、低浓度的有机废气，单一使用上述方法处理费用太高，不经济。利用炭吸附具有处理低浓度和大气量的优势，先用活性炭捕获废气中的有机物，然后用小得多流量的热空气来脱附，这样可使VOC富集10—15倍，大大地减少了处理废气的体积，使后处理设备的规模也大幅度地降低。把浓缩后的气体送到催化燃烧装置中，利用催化燃烧适于处理较高浓度的特点来消除VOC。催化燃烧放出的热量可以通过间壁换热器，来预热进入炭吸附床的脱附气，降低系统的能量需要量。
该技术利用炭吸附处理低浓度和大气量的持点，又利用催化床处理适中流量、高浓度的优势，形成一种非常有效的集成技术。国内也已开始利用此技术，用于喷漆、印刷和制鞋等排放大流量、低浓度有机废气行业的治理。
家里不再打柜，而是选用实木类 家具 ，客厅不再吊顶，而是张贴各种风格的壁纸。本以为这样装修可以减少甲醛污染，但市民孙女士没想到，自己的生理紊乱却与家中的实木家具有关，因为家具含甲苯超标。
三雄 · 极光 宅家家居旗舰店
昨日，记者获悉环境监测中心室内空气检测中心公布的一组数据，数据显示：在230户沈城新装修居民家庭中，甲苯超标51户，二甲苯超标74户，并且首次超过甲醛。
◆住进新房后，她常头痛
2011年初，市民孙女士买了一套新房。听说人造板材用料越多室内甲醛污染就越严重，而且“装修味”迟迟挥发不掉。在朋友建议下，孙女士没按传统装修方式打壁柜和隔断，而是在市场花3万余元买了一些实木家具，甚至连吊顶也省了，在房间张贴了不同风格的壁纸。
装修结束后，孙女士未来得及给房子放味就入住了，由于天冷，空气流通也很不好。入住后，孙女士经常头痛睡不着觉，每月超准的生理期也不来了，身上开始干燥脱皮甚至瘙痒引发了皮炎。
这种情况持续了半年，孙女士找到专业部门进行室内空气检测，这才得知家里甲苯、二甲苯超标高达十几倍。而医院检查结果也显示，孙女士的症状不排除是因家里装修而导致的甲苯慢性中毒。在孙女士家，检测人员发现，她家壁纸胶、实木家具上的亮油漆、挂毯等装饰品的化学试剂中，均含有较高的甲苯。
◆甲苯、二甲苯超标率上升
昨日，记者从沈阳市环境监测中心室内环境监测中心公布的一组数据上看到，2011年~2012年，在对230余户家庭及室内公共场所进行环境检测中，甲醛超标为35户；而甲苯超标51户，与2010年相比超标率上升了4.73%；二甲苯超标74户，上升了8.11%。
记者留意到，从沈阳市室内空气主要污染物平均值、超标率来看，甲醛和苯均呈下降趋势，甲苯、二甲苯均呈上升趋势。二甲苯超标率还首次超过了甲醛，二甲苯2011年沈阳市室内空气污染物超标率总体比例占到44.3%。
◆甲苯、二甲苯为何“赶超”了甲醛？
环保 专家说，根据目前掌握的情况，广大市民装饰装修观念已经转变，大多数人开始青睐实木类家具，人造板材用量减少。同时，随着木器涂料及墙面漆壁纸类装饰材料的大量应用，使得甲苯、二甲苯逐渐“赶超”甲醛，成为新的家装污染。此外，甲醛刺激味强烈，市民对其危害十分敏感，而甲苯相对便宜，厂家大多也是看好甲苯这种成本低廉的添加剂，使得甲苯、二甲苯成为室内空气主要污染气体，其次才是甲醛和苯。
随着春季到来，不少市民都乔迁新居，北方春季气温逐渐回升，室内环境干燥，加上气温变化大，室内通风较少，装修后残留的污染物将随着气温的升高而挥发，这种室内条件催化了室内装修残留污染物（如：甲醛，苯、甲苯、二甲苯等）的产生和积累。
环保专家表示，目前沈阳市室内环境空气质量现状不容乐观，由室内环境污染间接导致的免疫系统、呼吸系统以及血液系统疾病的案例正在逐年攀升。如长期接触，这些主要污染气体会对人体造成不同程度的危害，特别是对婴幼儿、孕妇及老年人等体质弱、抵抗力较低的敏感人群，造成的危害都是无法弥补的。
接触污染气体症状有这些甲醛：头晕、失眠、疲倦、记忆力下降、腹痛、恶心、呕吐、胸闷、气喘等，可致鼻咽癌、肺癌、皮肤癌、白血病、结肠癌等。苯：头痛、面色苍白、视力减退、皮肤红肿、干燥等。甲苯：眼结膜及咽部充血、四肢无力，抽搐、昏迷、肝肿大、皮肤干燥、月经异常。二甲苯：对眼和上呼吸道有刺激作用，神经衰弱、皮炎、意识模糊等。
甲苯、二甲苯：在溶剂分类中属中等毒性溶剂，对人体具有麻醉、刺激作用，高浓度时对神经系统有毒害作用，但在人体内残留性低，一般可经代谢排除。空气中最高容许浓度为100mg/m �0�6。长期接触甲苯、二甲苯的人不宜饮白酒，更不宜过量饮用高度白酒，因为酒精会延长其在体内的滞留时间，对健康极为不利。工作场所应保持空气流通以降低其在空气中的浓度根据最新的研究资料表明，甲苯、二甲苯进入大气层后会产生一定的光化学反应，对臭氧层有一定的破坏作用。
苯：属于剧毒溶剂，少量的吸入也会对人体造成长期的损害。苯能在神经系统和骨髓内蓄积，使神经系统和造血组织受到损害，引起血液中白血球、血小板数减少，长期接触可引起白血病。
乙二醇醚类溶剂，乙二醇醚类溶剂在体内经代谢后会形成剧毒的化合物，对人体的血液循环系统和神经系统造成永久性的损害，长期接触高浓度的乙二醇醚类溶剂会致癌。另外，乙二醇醚类溶剂会对女性的生殖系统造成永久性的损害，造成女性不育。
TDI(甲苯二异氰酸酯)：TDI具有低的蒸汽压，对人体眼角膜有强烈的刺激作用，造成眼部红肿。TDI蒸汽经人体吸入后，会损害人体肝、肾功能，长期接触高浓度的TDI蒸汽会致癌。在聚氨酯（PU）类油漆中，只有游离TDI低于0.5‰，才对人体不会造成毒害作用。因为在低浓度下，游离TDI不易从体系中逸出，形不成对人体产生毒害的TDI蒸气。在现行国家标准中，对游离TDI规定为油漆调配之后低于0.7%，那么单就固化剂组份来讲实际上仍属于剧毒级，因为国内TDI聚合工业的水准问题，目前与发达国家差距甚大，所以从保护民族工业的角度出发，国家制定的标准范围较宽。
重金属：人体摄入重金属过多，会造成慢性中毒。重金属影响儿童的生长发育，特别对儿童智力发育造成不良影响，部分重金属可在脑部及内脏器官中残留，对肝、肾等造成永久性伤害。
邻苯二甲酸酯类增塑剂：此类增塑剂是挥发性油漆中用量最大、用途最为广泛的增塑剂，过去相当一段时间内人们认为其对人体没有毒害，但根据欧美最新的研究表明，此类增塑剂对成人健康没有明显的不良作用，主要造成儿童性早熟，所以最近欧美标准中，已明确规定在儿童玩具中禁用此类增塑剂。
VOC：VOC即挥发性有机化合物，据不完全统计在我国油漆行业每年向大气排放约300万吨有机挥发物，直接对大气环境造成污染，破坏人类生存环境，损害人体健康，造成巨大的资源浪费，与当今再生可持续发展的经济模式格格不入。
甲醛：甲醛是一种刺激性气体，会损害呼吸道及内脏，对眼角膜有强烈的刺激作用，主要存在于粘合剂、胶粘板材和低品质涂料中，劣质墙体腻子也是一大主要来源。
油漆工职业健康防护
“40岁以前用健康换钱，40岁以后用钱换生命”，这是一些油漆工对自己生存状态的总结。
20多年来，油漆工为祖国的经济迅猛增长做出了巨大贡献，但由于长期有毒、有害作业和粉尘、放射污染等，导致油漆工患职业病死亡、致残、部分丧失劳动能力的人数不断增加。加强对其职业病的防护工作，是用人单位、劳动者、监督部门共同的责任。根据长期跟踪调查，超过10年油漆工龄的农民工大多有咳嗽、容易疲劳、头疼、胸闷、四肢无力的症状。而且“这个群体得再生障碍性贫血、结核、胸膜炎等严重疾病的比例相当高。”就现在市面上采用溶剂型油漆作业，作业过程中调和好的油漆有60％溶剂（含有毒有害物质苯、甲苯、二甲苯等）要在作业现场挥发出来，如果作业人员的防护条件差，甚至没有任何防护措施，或用一些低质低价、防护性能低的保护器材。致使现场作业人员不得不大量被动吸入有毒有害物质。特别是采用喷涂方法时，整个房间弥漫着油漆颗粒，对人的呼吸道和肺部危害极大。此外，油漆含有的特殊的化学成分，还会对人的眼睛和皮肤造成很大程度的伤害，在通风不畅的情况下会使接触者出现皮肤黏膜刺激感，对神经系统及肝、肾、造血系统造成损害，严重者当场可能心功能衰竭死亡。“由于很多油漆工文化知识低、流动性大，他们大多对职业病浑然不知，更不会维护自己的合法权益。”所以提高油漆工的防护意识；加强对用人单位的监督管理，对超标单位限期整改；同时希望用人单位定期对油漆工进行培训，帮助其掌握防护知识。抓好新科技产品的推广应用，以彻底整治“职业杀手”。
甲苯的排放标准在国标《大气污染物综合排放标准（GB16297-1996）》中可以找到。
GB16297-1996中规定，大气污染物综合排放中甲苯的排放标准：
最高允许排放速率(kg/h)：
①二级3.1～30；3.6～36；
②三级4.7～46；5.5～54。
知识点延伸：
甲苯是一种无色，带特殊芳香味的易挥发液体。甲苯是芳香族碳氢化合物的一员，它的很多性质与苯很相像，常常替代有相当毒性的苯作为有机溶剂使用，还是一种常用的化工原料，可用于制造炸药、农药、苯甲酸、染料、合成树脂及涤纶等。同时它也是汽油的一个组成成分。
随着我国经济的快速发展，对二甲苯作为最重要的基本有机化工原料之一，其需求在过去的5年里已经呈现了强劲的增长态势。受下游产品(主要是PTA工业)的迅速发展，未来几年的PX市场需求将呈快速上升态势，预计需求量年平均增长24.9%，年消费增长率达22.4%。预计2010年，中国PTA装置消费的PX将达到54-61Mt，装置产能的建设远落后于需求的增长，中国PX需求和产量之间的缺口将进一步扩大。
典型的对二甲苯生产方法是从石脑油催化重整生成的热力学平衡的混二甲苯(C8A)中通过多级深冷结晶分离或分子筛模拟移动床吸附分离(简称吸附分离)技术，将对二甲苯从沸点与之相近的异构体混合物中分离出来。而对于邻位和间位的二甲苯及乙苯的处理，往往采取混二甲苯异构化(简称异构化)技术，使之异构化为对二甲苯。甲苯歧化和烷基转移技术是充分利用工业上廉价的甲苯和碳九芳烃/碳十芳烃(C9A/C10A)转化为混二甲苯和苯的有效途径。对于芳烃联合装置，50%以上的混二甲苯由该技术生产，该技术是工业上增产对二甲苯的主要手段。甲苯选择性歧化是生产对二甲苯的一个新途径。近年来，随着催化剂性能的不断提高，该工艺取得了长足的进展。随着乙烯产能的不断提高，甲苯总量将呈上升趋势，从而使该工艺具有良好的市场前景。
本文综述了这两条增产对二甲苯技术路线近年来的进展，并提出了该领域的技术发展趋向。
1 甲苯歧化与烷基转移工艺技术
1.1 典型的生产工艺流程
传统的甲苯歧化生产工艺流程是20世纪60年代末由美国UOP公司与日本TORAY公司联合开发的临氢固定床Tatoray工艺。上海石油化工研究院(SRIPT)进行该技术领域的开发已逾30年，研发的S-TDT工艺已于1997年实现了工业化。与Tatoray工艺相比，S-TDT工艺允许原料中含C10重芳烃，使用具有国际领先水平的HAT甲苯歧化催化剂，装置的能耗和物耗低，从而使该工艺具有优良的技术经济指标。
S-TDT甲苯歧化工艺简要流程为：含有甲苯与含C10重芳烃的C9A原料与循环氢混合后，经反应器进出口换热器换热后，由加热炉加热到所需的反应温度，进入固定床绝热反应器，在催化剂的作用下，反应生成苯和混二甲苯。反应流出物经反应器进出口换热器换热后，再经冷却，进入高压分离罐，分离得到的芳烃液体进入下游分馏单元。分离得到的气体，其中一部分外排，绝大部分气体与补充氢混合后进入循环氢压缩机，经增压后用作循环氢。
1.2 甲苯歧化与烷基转移技术研发进展
1.2.1 TA甲苯歧化催化剂及Tatoray技术
美国UOP公司与日本TORAY公司联合研发了Tatoray甲苯歧化与烷基转移技术，该技术于1969年工业化以来，由于其采用固定床临氢气相反应，操作稳定，运行周期长，技术经济指标先进，目前在全世界已有50多套装置使用该项技术，是本领域工业化的主要技术。该工艺20世纪90年代使用的是TA-4催化剂，从1997年起TA-5催化剂获得工业应用。目前国外Tatoray工艺主要使用TA-4和TA-5催化剂。
UOP公司最新研发了新一代金属加氢脱烷基的TA-20催化剂。由于具有金属加氢裂解功能，提高了催化剂的重芳烃处理能力，能够加工甲苯质量分数为30%的混合进料，允许原料中含有质量分数为1%的烷烃。与原先的TA-4和TA-5催化剂相比，TA-20催化剂的长周期稳定性也得到了改善。
1.2.2 HAT系列甲苯歧化催化剂及S-TDT技术
为了适应芳烃联合装置在反应器及压缩机不作改动而实现扩能改造的需要，SRIPT研究开发了HAT系列甲苯歧化与烷基转移催化剂，其中HAT-095，HAT-096，HAT-097催化剂已从1996年起成功地应用于国内规模为1.3-12.3 Mt/a的甲苯歧化装置上，并且以HAT催化剂为核心技术的S-
TDT甲苯歧化成套技术及催化剂已出口伊朗。表1列出了已工业化的HAT催化剂的主要性能指标。从表1可看出，从HAT-095催化剂到HAT-097催化剂，催化剂的处理能力大幅度增加，而氢烃比却越来越低，现有装置在压缩机不更换的条件下，仅更换催化剂就能实现扩能的目的。同时由于反应进料中允许的C10A的含量越来越高，歧化装置可以加工的重芳烃量越来越多，有效地提高了苯和混二甲苯的产量，提高了装置的经济效益。
HAT催化剂的芳烃处理能力与国外同类工业催化剂相比有了较大幅度的增加，工业运转结果表明，其综合性能达到了国际先进水平。已完成研发的HAT-099催化剂将C10A作为第3种反应原料，允许C9A原料中C10A的质量分数达到25%-30%。HAT-099催化剂的研发成功，将有效地提高重芳烃的利用率，从而较大幅度地增产混二甲苯，达到增产对二甲苯的目的。
近年来，要求甲苯歧化装置能够处理高含量的C9A原料，以生产更多的C8A，满足对二甲苯扩能的需要。SRIPT进行了大孔β沸石催化甲苯和C9A歧化与烷基转移反应的研究，所研制的MXT-01催化剂实验结果表明，在反应进料中C9A的质量分数高达50%，高空速、低氢烃比条件下，其总摩尔转化率达到46%以上，C8A芳烃与苯的摩尔比在3.7以上。与HAT丝光沸石催化剂相比，MXT-01催化剂具有较高的混二甲苯收率，现已完成歧化生产装置中的工业侧线试验。
1.2.3 MTDP-3甲苯歧化与烷基转移技术
MTDP-3甲苯歧化与烷基转移技术是Mobil公司开发的能加工一定量C9A的技术。该技术由于使用的是ZSM-5分子筛，要求反应进料中C9A的质量分数不高于25%。允许在低氢烃摩尔比(小于等于3)条件下运转是该技术的竞争优势。
在MTDP-3技术的基础上，为了提高处理C9A及部分C10A原料的能力，Mobil公司与台湾中国石油公司(CPC)联合开发了TransPlus工艺，并于1997年在中国台湾的林园石化厂首次工业化。该技术使用了一种具有较好的重芳烃轻质化功能的催化剂，从而使其能够加工含有一定量C10A和C9A的原料。据称，C9原料中允许C10A的质量分数最高可达25%以上，反应混合原料中C9A的质量分数可达到40%以上，但至今尚未有工业化数据报道。典型的操作条件为：反应温度385-500℃，反应压力2.1-2.8MPa，芳烃质量空速2.5-3.6h-1，氢烃摩尔比不大于3,总转化率为45%-50%。
1.2.4 其它工艺技术
Arco-IFP公司的二甲苯增产法(Xylene-Plus)于1968年实现工业化，使用稀土Y型沸石，活性和选择性低，分别为28%-30%和92.5%；由于使用移动床反应器，催化剂需连续再生，能耗大。可以用甲苯和C9A为原料。原料中允许的C¬9A含量较低，迄今世界上已工业化的装置仅有4套。
Cosden公司的T2BX法于1985年实现工业化，操作压力较高(4.1MPa)，转化率为44%，采用丝光沸石作催化剂，可用甲苯和C9A芳烃作反应原料。近年来未见新的报道。
2 甲苯择形歧化制高浓度对二甲苯的技术
2.1 概述
择形催化可有效地抑制副反应，大大提高目的产物的选择性，使分离工艺过程简化，能耗及投资大幅度减小，因此可有效地提高装置的经济效益。但甲苯择形歧化反应只能用于纯甲苯原料。
甲苯择形歧化反应要得到高的对位选择性，适宜的分子筛孔径大小以及外表面钝化至关重要。分子筛晶体的外表面钝化旨在使快速扩散出分子筛孔道的对二甲苯，在分子筛外表面不再发生异构化反应，又可生成热力学平衡的混二甲苯。
到目前为止，有关ZSM-5分子筛用于甲苯选择性歧化方面的专利报道多来自Mobil公司，少量涉及到与ZSM-5分子筛有类似孔道结构的ZSM-11分子筛。
2.2 国外开发的技术
2.2.1 MSTDP及PXMAX甲苯择形歧化技术
最先实现工业化的甲苯择形歧化技术是Mobil公司1988年推出的采用原位改性技术的MSTDP工艺。MSTDP装置在意大利Gela城的EniChem炼油厂成功运行。其工业化的技术指标为：甲苯转化率25%-30%，对位选择性85%-90%，反应产物中苯与二甲苯的摩尔比为1.44。
1996年该公司又推出了采用异位改性的PX-MAX技术，对二甲苯的选择性可达90%以上，甲苯转化率在30%左右。与MSTDP技术相比，采用PXMAX技术反应产物中苯与二甲苯的摩尔比有所降低，从而能获得更多的对二甲苯。
2.2.2 PX-PLUS甲苯择形歧化技术
UOP公司于1997年推出了据称性能优于MSTDP工艺的PX-PLUS工艺。其主要指标为：甲苯转化率30%，对位选择性90%，反应产物中苯与二甲苯的摩尔比为1.37，对二甲苯收率大约为41%(以转化的甲苯计)。1998年第一套装置实现工业化。
UOP公司认为该技术与以分子筛吸附分离生严对二甲苯的芳烃联合装置相组合，具有良好的互补作用。使用PX-PLUS技术生产的高浓度对二甲苯的混二甲苯经简单结晶分离后，就可获得高纯度的对二甲苯产品，残液中的对二甲苯质量分数仍在40%以上，远高于通常的混二甲苯中对二甲苯的含量，可以直接进入吸附分离单元。
2.3 国内开发的技术
国内在该领域的研究起步于20世纪90年代初，石油化工科学研究院(RIPP)在1999年完成了1L催化剂的工业侧线试验。主要的研究结果为：甲苯转化率大于30%，对位选择性大于90%，但苯与二甲苯的摩尔比较高，为1.6左右。
SRIPT于1997年进行了高对二甲苯收率的甲苯选择性歧化催化剂的研究，目前取得了较好的研究结果。实验室研究结果表明，甲苯转化率以及对位选择性分别为30%和90%，反应产物中苯与二甲苯的摩尔比达到1.4。目前已完成该催化剂的扩大试验，正在准备工业侧线试验。
3 重芳烃脱烷基工艺技术
随着炼油能力的增加，连续重整等芳烃生产装置规模及数量也随之增加，加速了重芳烃脱烷基工艺的开发。由C9A及其以上芳烃经加氢脱烷基生成混二甲苯，能有效地降低装置规模，充分利用所有的重芳烃资源。国外该领域已报道的技术有UOP公司的Toray TAC9工艺、ZEOLYST公司的ATA技术及GTC公司的GT-TransAlk技术等。
3.1 Toray TAC9重芳烃生产混二甲苯的技术
Toray TAC9工艺是用于选择性转化C9-C10芳烃生成混二甲苯的技术。由于C10A也完全用于生产混二甲苯，该技术能够从重芳烃中获得额外的混二甲苯产品。与Tatoray技术一样，TorayTAC9工艺也是使用临氢固定床反应技术，氢气的存在是为了防止结焦，主要的氢气消耗来自手芳烃的脱烷基反应以及非芳烃的裂解反应。为了确保较高的混二甲苯收率，反应生成的苯和甲苯经脱庚烷塔分离后返回到反应器进料中。
该技术的混二甲苯收率受到3方面的影响：总的甲基与苯基的比例、C9A和C10A异构体的分布、进料中C9/C10A的值。对于纯C9A进料，混二甲苯的收率在75%左右，其轻馏分的收率为21%左右。随着进料中C10A含量的增加，混二甲苯的收率下降。
该技术于1996年首次工业应用，催化剂具有良好的稳定性，第一运转周期在两年以上，至1998年，已有两套装置使用该技术，装置规模达到850kt/a。
3.2 ZEOLYST/SK重芳烃脱烷基及烷基转移技术
该技术由ZEOLYST公司与韩国SK公司合作研发并工业化,该技术于1999年首次在SK公司芳烃联合装置上工业应用。
使用贵金属的ATA-11催化剂具有良好的稳定性，第一次运转时间在3年以上，且具有良好的加氢脱烷基功能，生成的C8A中乙苯的质量分数很低(约2%左右)，是良好的异构化原料。但由于裂解功能太强，芳环的损失大，强烈放热使反应床层温升过高，要求物料与催化剂的接触时间不能长，需在高空速条件下运转。过高氢耗及放热，造成了进料加热炉以及下游汽提塔等操作困难，因此使用该技术之前必须对现装置进行改造。该技术适用于C9+A加氢脱烷基反应。
3.3 GT-TransAlk重芳烃脱烷基及烷基转移技术
美国GTC公司的GT-TransAlk技术是用于处理C9A/C10A的重芳烃轻质化技术。该技术的特点是原料中不含甲苯，并与甲苯甲基化及结晶分离技术组成一个成套的芳烃技术。
4 未来增产二甲苯工艺技术的发展趋向
由于对二甲苯市场前景良好，未来若干年，相关企业都以现有装置的改造扩能为主要追求目标，有些企业也有新建装置的需求。使得其新技术的研究及现有技术的改进不断提高，成为石油化工领域的研发重点。
4.1 传统的甲苯歧化与烷基转移技术
对于现有的甲苯歧化与烷基转移装置，未来发展的方向主要是提高目的产物的选择性、有效地降低装置的物耗、进一步提高空速和降低氢烃比的新型催化剂的研发，以满足装置不断扩能的要求。
为提高混二甲苯收率，通过选用合适的大孔催化材料以及表面酸性的调变，适当加强烷基转移反应，抑制甲苯歧化反应，从而增加混二甲苯的产量、减少苯的生成量，达到增产对二甲苯的目的。目前SRIPT已开发成功的非丝光沸石型MXT-01催化剂已经完成了工业侧线试验。结果表明，在WHSV为2.5h-1、反应温度低于400℃时，催化剂的总转化率不低于46%，选择性不低于89%，苯与二甲苯的摩尔比在3.5以上，产物中混二甲苯的选择性达到73%。
随着芳烃联合装置的大型化，重芳烃的量已非常可观，如何充分利用重芳烃在很大程度上影响到整个联合装置的经济效益。目前在工业装置操作中，为防止较重的C11及其以上烃组分带入反应器进料中，不得不使部分C10A随C11A及其以上烃排放出界外，造成了重芳烃资源的损失。因此，开发出一种能处理更多C10A，甚至所有重芳烃的催化剂及其技术将是未来重芳烃利用的研发重点。
直接加工不经芳烃抽提的高非芳烃含量的甲苯原料，也是未来发展的趋向之一。该技术能有效地降低抽提单元的负荷，达到扩能和降低能耗的目的。但整个装置的苯产品中的非芳烃含量有所增加。因此，确保苯质量合格、适宜于加工高非芳烃含量的甲苯原料的催化剂的研发也是至关重要的。
4.2 甲苯择形歧化及甲基化制对二甲苯技术
4.2.1 甲苯择形歧化技术
进一步提高对位选择性以及对二甲苯的收率仍是该技术今后的研究重点。越来越高的对位选择性将大幅度地降低分离能耗，有效地降低对二甲苯的生产成本。
4.2.2 甲苯择形歧化与苯/C9A烷基转移组合工艺
尽管甲苯选择性歧化反应可以生成高对二甲苯含量的混二甲苯，但该技术只能使用纯甲苯。对于芳烃联合装置，大量廉价的C9及其以上的芳烃资源无法充分利用。为此，SRIPT提出了芳烃联合装置中甲苯选择性歧化技术与苯/C9A烷基转移技术相结合的组合工艺。
SRIPT于2003年3月完成了苯和C9A烷基转移技术的研发。实验室研究结果表明，在反应原料苯与C9A质量比为60/40、质量空速1.5h-1的条件下，苯和C9A的总转化率在50%以上，生成的甲苯和混二甲苯选择性在90%以上。
该组合工艺中，甲苯择形歧化生成的苯可作为苯/C9A烷基转移单元的原料，而苯/C9A烷基转移单元生成的甲苯则作为前者的原料，既充分应用了甲苯选择性歧化技术，又利用了C9A，最大程度地生产高对二甲苯含量的混二甲苯。
近年来由于对结晶机理的充分研究，使得冷冻结晶分离技术得到了长足的进步，其经济指标日益增强。结合组合工艺生产的高对二甲苯含量的混二甲苯，使用结晶分离技术将大幅度降低分离成本，已经具备了与分子筛吸附分离技术相抗衡的竞争力。对二甲苯生产技术中结晶分离技术的应用将具有良好的市场前景。
4.2.3 甲苯甲醇甲基化制高浓度对二甲苯技术
甲苯甲醇烷基化合成对二甲苯是增产对二甲苯的一条新的工艺路线，为甲苯转化和廉价甲醇利用提供了新的途径。20世纪70年代以来，国内外相继开展以Y分子筛和ZSM-5分子筛催化剂为基础的甲苯选择性烷基化合成研究，特别是对ZSM-5分子筛硅铝比、晶粒大小、Pt，Mg，Sb/碱(土)金属改性及P，Si，B等元素改性和水蒸气处理等对催化剂结构、酸性与催化性能之间的关联进行了大量研究。以Mobil公司采用分子筛硅铝摩尔比为450、970℃蒸汽处理45min的P/HZSM-5催化剂为例，在反应温度600℃、反应压力0.28MPa、WHSV4h-1、n(甲苯)/n(甲醇)/n(水)/n(氢)=2/1/6/6的工艺条件下进行甲基化反应，甲醇转化率为97.8%，甲苯转化率为28.4%，PX选择性为96.8%。反应中不生成苯，副产物很少，主要是C5以下烃类，其质量分数不到1%。
该工艺目前尚未有工业化报道，其关键在于稳定性好、寿命长的工业催化剂研究开发及技术经济性是否具有优势两大问题。最近印度石油化工公司(IPCC)和GTC公司联合报道了所开发的GT-To-lAlkSM甲苯甲醇烷基化工艺技术的新进展，并对200kt/aPX生产装置的技术经济性进行了评价。甲苯烷基化采用固定床反应器和专有的高硅沸石催化剂，在反应温度400-450℃、反应压力0.1-0.5MPa、甲苯与甲醇质量比为1.35/1条件下，PX选择性达到85%以上，催化剂操作周期6-12月，该技术的主要特点：可把所有的重整甲苯直接送至甲苯烷基化单元，与低成本的甲醇共同作为原料生产高浓度PX的芳烃，二甲苯馏分可通过低成本的简单结晶单元，有效回收PX，得到高纯度PX，结晶分离单元建设投资比传统吸附分离单元低得多。此外，副产物苯可忽略不计。每生产1tPX只需耗用1t甲苯(而甲苯选择性歧化工艺中，生产1t PX需耗约2.5t甲苯，副产苯多，B与PX质量比为1.36-1.60)。经200kt/aPX装置技术经济评价，使用原料甲苯2.34Mt/a、甲醇1.73Mt/a，可获得PX浓缩物2.33Mt/a；甲苯与甲醇的价格分别以260美元/t、110美元/t计，年净利润约1900万美元，总投资成本7000万美元左右。
此项技术如与其它芳烃处理装置组合，即由GA-TolAlk甲苯甲醇甲基化技术、GT-TransAlk重方烃烷基转移技术、GT-IsomPX异构化技术和CrystPX结晶技术4套单元加蒸馏单元构成的现代PX生产联合装置，将显示出更大的优越性与灵活性。对于400kt/a PX装置的PX回收方法，与单用传统(吸附分离)混合二甲苯进料装置相比，现代组合的PX回收的投资费用可节省10%，每吨PX的现金成本可减少2.6%，石脑油原料需要量可降低53.8%左右。
目前由于受甲醇价格、过多的废水生成以及维持长周期运转等因素的影响，该技术的工业化前景有待进一步考察。但随着天然气化工的发展以及催化剂技术的进步，该技术具有良好的应用前景。
4.3 工程化研究
随着芳烃联合装置催化技术的发展，装置的规模日益扩大，产品的生产成本要求越来越低，在工艺及分离两个方面都要求进一步开展工程化技术研究。在反应工艺方面，主要的核心是反应器的研究，大型换热设备及装置热联合研究等课题。随着装置的大型化，选择合适的反应器类型以及如何确保气流均匀分布是反应器研究的主要内容。SRIPT在轴向固定床气流均匀分布方面做了深入的研究，并可用于工业设计。大型换热器换热效率的高低在很大程度上决定了整个装置能耗的高低。法国PAKINNOX公司的板式换热器代表着目前的最先进水平，SRIPT在年处理量分别为870kt和1Mt的甲苯歧化装置上已使用了该换热器，预期将大大降低反应器加热炉的负荷。
在产品分离方面，主要集中在结晶分离技术上，Niro/TNO冷冻结晶分离提纯技术代表着该领域的先进水平。该技术是Bremen大学于1993年分别与Niro Process Technology和TNO Institute ofEnviromental Sciences，Energy Technology and Pro-Cess Innovation合作开发的分离提纯技术。与传统冷冻结晶分离提纯技术基于层状冷冻结晶过程不同，Niro/TNO冷冻结晶分离提纯技术基于悬浮态冷冻结晶过程，整体能源消耗降低至传统冷冻结晶过程的10%左右。
目前国内该领域的研究，尚未见有关报道。
5 具有前瞻性的对二甲苯合成新技术的研发
在新的工艺路线方面，Exxon-Mobil公司最近报道了蒸汽裂解副产裂解气中含C4+二烯烃(如环戊二烯、丁二烯、戊二烯、己二烯和甲基环戊二烯等)与C1-C3含氧化合物(如甲醇、二甲醚、乙醇、二乙醚或甲醇与二甲醚混合物等)选择性转化成对二甲苯、乙烯和丙烯的新工艺。催化剂为含有质量分数4.5%P的ZSM-5分子筛(SiO2与Al2O3摩尔比为450)，固定床反应器，反应温度430℃，反应压力0.1-MPa，质量空速0.5h-1,原料m(双戊二烯)/m(甲苯)/m(甲醇)/m(水)为1.25/1.25/22.5/75，环戊二烯与甲醇反应，高选择性地转化为对二甲苯，甲醇同样可高选择性地转化为乙烯、丙烯和对二甲苯，双环戊二烯转化率为100%，甲苯转化率为10%，甲醇转化率为20%。产物质量组成为：对二甲苯30%，乙烯25%，丙烯22%，其余为C4+烯烃和除对二甲苯以外的C8+/芳烃。
Exxon-Mobil公司又报道了合成气与甲苯催化甲基化合成对三甲苯的新工艺。采用Cr-Zn-Mg-O负载MgO/HZSM-5组成的催化剂，在原料n(H2)/n(CO)/n(甲苯)=2/1/0.25、反应温度460℃、反应压力0.17MPa、质量空速1.5h-1的条件下，甲苯转化率为26.0%，二甲苯选择性为84.2%，其中对二甲苯选择性为74.5%，催化剂稳定性良好，预计寿命可达4100h。添加金属氧化物的作用是抑制沸石外表面酸中心的形成，降低沸石的狭窄孔道中邻位与间位二甲苯的生成，即降低甲苯在非对位上的烷基化，抑制对二甲苯异构化，从而提高对二甲苯的选择性。
UOP公司最近也报道了以喷雾浸渍法制备的硫酸氧锆为催化剂，液相法非临氢的甲苯歧化与C9A烷基转移的改进工艺。当甲苯原料中含有质量分数30%的1,2,4-三甲苯时，在反应温度160℃、反应压力900kPa、液态空速2.0h-1条件下进行反应，反应160min时，二甲苯收率最高。此时反应产物在线分析结果表明，二甲苯质量分数为17%，三甲苯质量分数为20%。失活的催化剂可以再生。
上述利用副产重烯烃和合成气与甲苯、甲醇选择性转化合成对二甲苯的新工艺研究开发是值得关注的研究动向。
6 结语
由于受下游产品市场的影响，对二甲苯市场将呈现供方市场状态。新建或现有装置扩能将成必然趋势。受石脑油总量的限制，立足现有规模，使用新技术增加混二甲苯，从而增产对二甲苯产量是目前主要的技术手段。使用高乙苯转化率的异构化催化剂、设法提高吸附分离进料中对二甲苯的浓度，是芳烃联合装置扩能的主要途径。甲苯选择性歧化生产对二甲苯是新的技术路线。甲苯择形歧化与苯/C9A烷基转移组合工艺将会有效地降低对二甲苯生产成本，可以大幅度地增产对二甲苯，期待早日实现工业化。重芳烃的利用也将是未来重点研究的技术，力争近期内有新的突破。
