丙烷催化脫氫制丙烯工藝研究分析

張玉新 祁小亮（天津渤化石化有限公司，天津 300452）

丙烯是一種重要的化工原材料，是生產(chǎn)聚丙烯、丁醇、環(huán)氧丙烷等化學(xué)品的必要原材料，市場上對其需要量每年都在增加。丙烯主要來源于石油裂解生產(chǎn)乙烯的副產(chǎn)品，據(jù)統(tǒng)計其產(chǎn)量達(dá)到丙烯總產(chǎn)量的66%，其他主要來源是煉油廠的催化裂化裝置，只有很少量的丙烯是通過丙烷脫氫制丙烯工藝得到的。隨著市場對丙烯的需求越來越大，傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式已經(jīng)不能滿足市場的要求，因此丙烷催化脫氫制乙烯技術(shù)已經(jīng)成為了制丙烯研究中的重點。

1 丙烷脫氫制丙烯技術(shù)的簡單介紹

丙烷脫氫制丙烯技術(shù)是一門綜合性比較高的技術(shù)，它包括丙烷催化脫氫技術(shù)、丙烷氧化脫氫技術(shù)、丙烷膜內(nèi)反應(yīng)脫氫技術(shù)。丙烷氧化脫氫制丙烯技術(shù)能耗比較低，非常符合國家現(xiàn)今節(jié)能減排的要求，但由于它的反應(yīng)過程控制比較難，產(chǎn)量相對比較低。丙烷膜內(nèi)反應(yīng)脫氫技術(shù)，可以有效利用催化劑的活性，進(jìn)一步提升丙烯的生產(chǎn)效率，但是該技術(shù)工藝相對比較復(fù)雜，對無機(jī)膜的要求比較高，反應(yīng)中的吸熱、放熱、熱傳導(dǎo)過程也不好控制。丙烷脫氫與水煤氣逆變反應(yīng)生產(chǎn)丙烯能大大降低對技術(shù)工藝的要求，但是現(xiàn)今并還沒有發(fā)現(xiàn)一種比較高效的催化劑，產(chǎn)量相對比較低。本文將對各種丙烷脫氫制丙烯各種工藝進(jìn)行簡單介紹，希望對各丙烯生產(chǎn)企業(yè)具體選擇技術(shù)時能起到幫助作用。

2 丙烷催化脫氫制丙烯工藝的簡單介紹

目前國際上比較先進(jìn)的生產(chǎn)工藝有Oleflex工藝、Catofin工藝、Star工藝、Linde工藝。Catofin工藝的主要流程為，新鮮氣相丙烷加熱到590℃左右后，通入裝有催化劑的反應(yīng)器，經(jīng)過一段時間的反應(yīng)后，進(jìn)入產(chǎn)品氣壓縮單元，然后經(jīng)過干燥、深冷處理后變換成液體，經(jīng)過脫乙烷塔脫除輕組份和產(chǎn)品塔將丙烷丙烯分離后，對丙烯產(chǎn)品進(jìn)行灌藏，對未反應(yīng)的丙烷循環(huán)利用。該工藝采用絕熱性能良好的反應(yīng)器，每一次生產(chǎn)循環(huán)時間在24分鐘左右，其整個工序流程包括反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)、蒸汽吹掃、催化劑的再生、抽空還原、產(chǎn)品氣的壓縮、干燥、深冷、精餾等。

為了提高丙烯的產(chǎn)量，我們應(yīng)將反應(yīng)器保持為負(fù)壓，約為50KpaA。該技術(shù)對丙烯的選擇性保持在百分之九十左右，丙烷轉(zhuǎn)化率保持在43%左右。

Oleflex工藝采用移動床式的反應(yīng)容器，它能對反應(yīng)的放熱有效利用，大大降低對能源的消耗。整個工藝流程包括三步，首先反應(yīng)器進(jìn)行加溫，并加注催化劑，后通入原料充分進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后對催化劑進(jìn)行循環(huán)再生利用，最后進(jìn)行產(chǎn)品的分離提純。丙烷再與氫氣充分混合后，由氫氣流帶動依次進(jìn)入四個反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，此過程中應(yīng)保證它們與催化劑充分接觸，反應(yīng)結(jié)束后催化劑進(jìn)入循環(huán)再利用裝置，接著重復(fù)對其利用，丙烯產(chǎn)品則被有效收集起來。反應(yīng)器在生產(chǎn)中要提供500℃的反應(yīng)溫度，且反應(yīng)壓力要維持到0.1MPaG，該工藝的丙烯選擇性在80%左右，丙烷轉(zhuǎn)化率在40%左右。

Linde的工藝主要應(yīng)用頂燒轉(zhuǎn)化爐作為反應(yīng)器，該反應(yīng)器側(cè)壁上裝有多條催化劑棒，在生產(chǎn)過程中不用給反應(yīng)器進(jìn)行加溫。該技術(shù)至少要用到三臺反應(yīng)器，其中兩臺用于生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)，最后一臺用于生產(chǎn)再生。原料氣體在反應(yīng)器經(jīng)過充分反應(yīng)后，把得到的半成品通入分餾塔，從塔底分離出雜物，從塔側(cè)壁得到含有一定雜質(zhì)量的丙烯，最后通入分離裝置得到高純度丙烯，并將反應(yīng)不完全的丙烷分離出來，重新對其循環(huán)利用。該工藝的丙烷轉(zhuǎn)化率在50%左右，丙烯選擇性可到達(dá)90%左右。

Star工藝采用并聯(lián)多相固定床反應(yīng)器，每個反應(yīng)器都可以成為獨立的生產(chǎn)單位，且反應(yīng)器采用循環(huán)生產(chǎn)方式。反應(yīng)器內(nèi)裝有多根催化劑棒，并應(yīng)在反應(yīng)器內(nèi)通入一定量的蒸汽，主要用于稀釋原材料和保持反應(yīng)器壓力作用，有助于提高原材料轉(zhuǎn)化率。該工藝丙烷的一次循環(huán)轉(zhuǎn)化率為35%左右，丙烯選擇性在85%左右。

Oleflex工藝屬于連續(xù)方式，生產(chǎn)可以連續(xù)進(jìn)行，而其它工藝屬于間歇生產(chǎn)。Oleflex具有生產(chǎn)穩(wěn)定、能大大降低工作的勞動量的優(yōu)點，但是它對催化劑的要求相對比較高，要求其有較高的抗磨損、抗高溫能力。此外Oleflex工藝采用移動式反應(yīng)器，而其他幾種采用固定式反應(yīng)器。由于丙烷催化脫氫制丙烯技術(shù)無法完全避免催化劑燒結(jié)現(xiàn)象，因此在固定式反應(yīng)器使用中就必須經(jīng)常對催化劑進(jìn)行更換，這嚴(yán)重降低了生產(chǎn)效率，但因其對催化劑的翻動較少，催化劑磨損現(xiàn)象較少發(fā)生。移動式反應(yīng)器的生產(chǎn)效率相對比較高，但是生產(chǎn)過程的控制比較復(fù)雜，生產(chǎn)設(shè)備的價格也比較高。

3 結(jié)語

伴隨著國家工業(yè)的高速發(fā)展，對丙烯產(chǎn)品的需要量與日俱增，傳統(tǒng)的丙烯生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)無法滿足要求，丙烷催化脫氫制丙烯技術(shù)因為生產(chǎn)效率高、技術(shù)發(fā)展速度快，越來越受到生產(chǎn)企業(yè)的關(guān)注。目前該技術(shù)的生產(chǎn)工藝方法很多，它們各具特點，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該根據(jù)自身需要選擇最適合自身的工藝。目前該技術(shù)主要由外國企業(yè)所壟斷，希望我國科技工作者對其加大研究力度，使我國的丙烯生產(chǎn)走向世界的前列。

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