丙烷脫氫制丙烯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性探討

李麗（天津渤化石化有限公司，天津300452）

丙烷脫氫制丙烯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性探討

李麗（天津渤化石化有限公司，天津300452）

丙烯是一種重要的化工原料，是三大合成材料的基本原料，主要用于生產(chǎn)聚丙烯、丙烯腈、乙丙烯、丙酮和環(huán)氧丙烷等，丙烯在酸性催化劑的存在下發(fā)生聚合反應(yīng)，生成多聚體的混合物，可以用來(lái)提高汽油的辛烷值。通常采用丙烷催化脫氫制取丙烯，丙烯的產(chǎn)率可達(dá)74%-86%。通過(guò)對(duì)比常見(jiàn)的幾種丙烷脫氫制丙烯的技術(shù)，再結(jié)合我國(guó)的基本情況，進(jìn)行該項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的分析和探討。

丙烷；脫氫；丙烯；工藝；經(jīng)濟(jì)性

丙烯是一種重要的石油化工中間體，主要用來(lái)制造聚丙烯、丙酮、丁醇、辛醇、環(huán)氧、丙烷、丙烯酸、羧基醇和壬基酚等化工產(chǎn)品。近年來(lái)，丙烯下游工業(yè)的迅猛發(fā)展，帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)的丙烯消費(fèi)量，2008年，國(guó)內(nèi)丙烯消費(fèi)量是1165.7t，到2013年，丙烯消費(fèi)量更創(chuàng)新高，達(dá)到了1948.6t，平均年增長(zhǎng)率為10.8%，而與此對(duì)應(yīng)的年平均生產(chǎn)增長(zhǎng)率為9.4%，丙烯的產(chǎn)能不能滿足國(guó)內(nèi)的消費(fèi)量，只能依靠進(jìn)口解決問(wèn)題。根據(jù)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)發(fā)布的《2014-2019年中國(guó)丙烯產(chǎn)業(yè)全景調(diào)研及投資戰(zhàn)略咨詢報(bào)告》，我國(guó)在2012年丙烯的純進(jìn)口量為215萬(wàn)噸，這其中并不包括聚丙烯、丙烯腈這些下游產(chǎn)品的進(jìn)口，兩者相加，我過(guò)丙烯的缺口總量達(dá)到了700萬(wàn)噸。丙烯工業(yè)化生產(chǎn)工藝為傳統(tǒng)工藝和新興工藝，傳統(tǒng)工藝主要包括蒸汽裂解工藝和催化裂化工藝，而丙烯均為副產(chǎn)品，分別受制于主產(chǎn)品乙烯和成品油的生產(chǎn)。近年來(lái)，北美頁(yè)巖氣革命導(dǎo)致北美裂解原料輕質(zhì)化，丙烯產(chǎn)量增速下滑；而全球成品油需求增速穩(wěn)定在1%-2%左右，丙烯產(chǎn)能不足問(wèn)題嚴(yán)重。因此，市場(chǎng)逐漸關(guān)注丙烯的替代生產(chǎn)工藝，包括深度催化裂化、低碳烯烴裂解、烯烴復(fù)分解、甲醇制烯烴和丙烷脫氫等五種新興工藝。相比較而言，丙烷脫氫具有技術(shù)成熟、產(chǎn)品質(zhì)量好、轉(zhuǎn)化率高、副產(chǎn)物少等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越成為市場(chǎng)追逐的生產(chǎn)工藝。

一、丙烷脫氫制丙烯工藝概況

丙烷脫氫制丙烯已經(jīng)逐漸成為主流的制備丙烯的工業(yè)生產(chǎn)方法，而且其市場(chǎng)占有率正在不斷增加。由于丙烷脫氫制丙烯反應(yīng)原料單一，產(chǎn)物種類簡(jiǎn)單，便于分離產(chǎn)物，產(chǎn)物產(chǎn)率較高。目前比較成熟的丙烷脫氫制丙烯生產(chǎn)工藝是UOP公司的Oleflex工藝、ABB Lummus公司的Catofin工藝，并且已經(jīng)有多套的工業(yè)應(yīng)用，比如泰國(guó)、韓國(guó)和比利時(shí)等在90年代紛紛投產(chǎn)，建立了自己的生產(chǎn)基地。

二、丙烷脫氫制丙烯技術(shù)

丙烷脫氫反應(yīng)過(guò)程中會(huì)放出大量熱，升高反應(yīng)溫度和降低分壓會(huì)促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行，但是溫度太高會(huì)引起大量副反應(yīng)，而且有很多有機(jī)副反應(yīng)是不受到熱力學(xué)平衡的限制，所以經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，工業(yè)上生產(chǎn)的溫度一般控制在650℃以下，控制反應(yīng)的絕對(duì)壓力可以稍微高于大氣壓或采取稀釋措施降低分壓，綜合以上所有因素，丙烷脫氫工藝單程轉(zhuǎn)化率在32%-55%之間。以下主要介紹兩種較為成熟的工藝。

1.O leflex工藝

Oleflex工藝是UOP公司發(fā)明的一項(xiàng)專利，反應(yīng)條件：壓力大于0.1MPa、溫度580-650℃、使用鉑催化劑進(jìn)行丙烷脫氫反應(yīng)，并分離和精餾，得到聚合形態(tài)的丙烯。整個(gè)生產(chǎn)工藝分為三部分：反應(yīng)，回收產(chǎn)物和催化劑再生。丙烯單程轉(zhuǎn)化率35%-40%，總收率為86%左右。整個(gè)反應(yīng)能耗小，操作的復(fù)雜程度小。

2.Catofin工藝

美國(guó)公司ABB Lummus最先開(kāi)發(fā)出了Catofin工藝，使用C3-C5烷烴為原料脫氫生產(chǎn)單烯烴，該技術(shù)分為4個(gè)部分：反應(yīng)、壓縮、回收和精制。在該技術(shù)中，使用鉻-鋁催化劑，采用熱空氣循環(huán)方式將丙烷轉(zhuǎn)化為丙烯，設(shè)置了多個(gè)反應(yīng)器，并且對(duì)催化劑實(shí)施了預(yù)熱措施。該工藝中使用的催化劑無(wú)需再生，丙烷單程轉(zhuǎn)化率約為45%，總轉(zhuǎn)化率大于85%，反應(yīng)溫度控制在593-649℃，體系壓力為33.86-50.79 kPa。

三、O leflex與Catofin工藝技術(shù)比較

兩種工藝大致是相同的，不同的部分在于脫氫和催化劑再生。

Oleflex工藝主要特點(diǎn)有：反應(yīng)器是移動(dòng)床，反應(yīng)過(guò)程穩(wěn)定均勻，鉑催化劑活性高、活性時(shí)間持續(xù)較長(zhǎng)還可以循環(huán)再生，機(jī)械強(qiáng)度好，在反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生了磨損較小。采用氫氣降低體系組分的分壓，這樣做的好處是可以抑制結(jié)焦，并且可以維持脫氫反應(yīng)的溫度。為了達(dá)到最好的反應(yīng)結(jié)果，UOP公司還專門為Oleflex工藝配套了專利的設(shè)備和系統(tǒng)，處理原料的能力好，包括從氣田、煉廠或者乙烯裝置來(lái)的原料都可以進(jìn)入反應(yīng)器參與生產(chǎn)過(guò)程。但缺點(diǎn)是前期需要較高的技術(shù)投資，后期的生產(chǎn)中能耗較高，增加了生產(chǎn)的成本。

Catofin工藝主要特點(diǎn)有：采用較為廉價(jià)的鉻-鋁非貴金屬催化劑，降低了生產(chǎn)成本，催化劑有很好的選擇性并且不需要再生處理，采用循環(huán)多反應(yīng)器系統(tǒng)，可以容易地增加產(chǎn)能。此外，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的條件易于控制，溫度和壓力都比較低，容易實(shí)現(xiàn)，降低了能耗和成本。但缺點(diǎn)是反應(yīng)器的數(shù)量比較多，在這個(gè)方面反而增加了能耗，升高了費(fèi)用。

四、工藝經(jīng)濟(jì)性探討

Oleflex工藝和Catofin工藝是目前最成熟的技術(shù)，所以建議從二者中選擇。在早些年較多使用Oleflex工藝用作丙烷脫氫制丙烯，而且是技術(shù)和設(shè)備一起購(gòu)買，所以在投產(chǎn)的初期，資金投入非常高。最近幾年，Catofin工藝也在不斷加大推廣力度，所以對(duì)Oleflex工藝構(gòu)成了一定的競(jìng)爭(zhēng)力。從最早的丙烷脫氫裝置工業(yè)化到現(xiàn)在已有二十多年，兩種工藝催化劑已經(jīng)過(guò)多代更新，但工藝本身并沒(méi)有大的變化。現(xiàn)在包括我國(guó)在內(nèi)的許多研究單位對(duì)丙烷的氧化脫氫及膜反應(yīng)投入較多研究，其相對(duì)于催化脫氫具有投資和消耗低、丙烯收率高的優(yōu)點(diǎn)，但離工業(yè)應(yīng)用尚有一定距離，引進(jìn)技術(shù)商談時(shí)需考慮其可持續(xù)性有競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)支持。

［1］彭琳譯.沙特阿拉伯的丙烯項(xiàng)目［J］.國(guó)內(nèi)外石油化工快報(bào)，2008，38（10）：11-14.

［2］薛祖源.加快國(guó)內(nèi)丙烯生產(chǎn)和發(fā)展的探討（一）［J］.乙烯工業(yè)，2007，19（4）：1-7.

［3］彭琳譯.丙烯供需現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)［J］.國(guó)內(nèi)外石油化工快報(bào)，2004，34（9）：9-11.

［4］王紅秋，鄭軼丹.丙烷脫氫生產(chǎn)丙烯技術(shù)進(jìn)展［J］.石化技術(shù)，2011，18（2）：63-66.