淺談丙烷脫氫（PDH）制丙烯工藝及其危險性分析

金勇威

（浙江紹興三錦石化有限公司，浙江紹興 312000）

淺談丙烷脫氫（PDH）制丙烯工藝及其危險性分析

金勇威

（浙江紹興三錦石化有限公司，浙江紹興 312000）

針對目前全球丙烯及其衍生物需求量不斷增長的趨勢，丙烷脫氫制丙烯已成為第三位的丙烯來源。詳細介紹了現已工業化的美國UOP公司（Olef l ex工藝）的丙烯脫氫制丙烯工藝技術，簡述該工藝技術主要工藝流程的基礎上，對PDH生產工藝中危險性可能進行分析，并根據實際情況提出相關安全措施，保障裝置長穩久安。

丙烷脫氫；丙烯；Olef l ex；危險性；安全措施

丙烯作為一種重要的有機化工原料，其工業用量僅次于乙烯，除用于生產聚丙烯外，還是生產苯酚、丙酮、丙二醇、丙烯腈、環氧丙烷、丙烯酸、丁醇、辛醇以及異丙醇等產品的主要原料[1-2]。近年來，受下游衍生物需求快速增長的驅動，全球丙烯消費量大幅提高，而丙烯產量的增速卻滯后于需求的增速，丙烯市場供應存在缺口的緊張態勢將延續較長時間[3]。

21世紀前，PDH生產技術因市場丙烷價值高、生產成本高而一度發展艱難。然而最近十幾年來，隨著世界丙烯需求量的增長以及丙烯價值的不斷提高，再加之頁巖氣開發的不斷成熟，丙烷與丙烯差價的變化使得越來越多的企業家看到了PDH的未來。隨著UOP等工藝包廠家對生產工藝過程的不斷改進，使得PDH在丙烯生產中占的比重不斷上升。

1 簡述UOP的PDH生產工藝

UOP（Olef l ex工藝）的PDH生產工藝技術，其生產工藝復雜，生產條件苛刻（反應穩定646℃左右，壓力0.24MPa左右），在生產過程中具有很高的火災、爆炸危險性。Olef l ex 工藝催化劑是以氧化鋁作為載體的Pt系催化劑，以連續再生的方式來保持活性；反應器采用多個移動床反應器串聯，以冷箱循環氫氣作為丙烷稀釋劑來抑制過反應，使得丙烷脫氫反應程度按照期望進行。丙烷經過原料預處理、脫氫反應、壓縮、低溫分離、選擇性加氫、脫乙烷、丙烷-丙烯分離等過程生產高純度丙烯。裝置工藝流程示意圖見圖1

圖1 Olef l ex 工藝方塊流程

2 PDH工藝流程簡述

原料丙烷進入丙烷預處理單元（脫除氮化物、重金屬、微量Hg、水）后，與丙丙塔底循環丙烷混合進入脫丙烷塔單元（塔底C4重烴作為副產外售），脫丙烷塔頂出來的丙烷送冷箱，在冷箱中丙烷與反應物流在低溫下逆流換熱并與低溫循環氫混合，經換熱后以氣相進入反應單元依次進入3～4個加熱爐和反應器進行脫氫反應，反應產品氣經換熱、冷卻、壓縮、分液、氯處理、干燥后進入冷箱與原料丙烷換熱分離出輕組分；液相送選擇性加氫反應器（SHP）將反應生成的少許二烯烴、炔烴加氫生產丙烯，然后進入脫乙烷塔脫除乙烷等輕組分作為燃料氣；最后進入丙烷-丙烯分離塔，塔頂分離丙烯作為產品外售，塔底丙烷再進入脫丙烷塔單元循環；冷箱分離出的富氫輕組分，部分與作為反應循環氫回到反應器，部分用于CCR系統，其余部分通過 PSA 提純后用于選擇性加氫或外售。

3 PDH可能危險性

3.1 主要物料理化特性

PDH生產過程中易燃、易爆物質主要有丙烷、丙烯、氫氣以及甲烷、少量乙烷和乙烯。氫氣作為甲類易燃物，爆炸范圍寬，點火能量低，高壓氫氣泄漏遇靜電就可能發生燃燒或爆炸；丙烷、丙烯比重較空氣重，會在地面積累并向四周擴散，遇空氣可形成爆炸性氣體，遇高熱、明火容易發生火災爆炸。

PDH生產過程有毒有害物質主要為氯氣和硫化氫，氯氣主要用在CCR再生時的Pt分散，氯為高毒物質，常溫常壓為氣體，易經呼吸道，眼睛，皮膚等進入人體導致人中毒，嚴重時造成人員死亡；硫化氫主要來自于高溫管道保護劑二甲基二硫的分解，作為高毒物質，H2S易經呼吸道進入人體，引起中樞神經系統機能改變，導致人員中毒傷亡。PDH主要物料危險特性見表1。

表1 PDH主要物料危險特性

3.2 生產過程的危險可能性

3.2.1 原料預處理及脫丙烷塔單元

本單元主要脫除原料丙烷中的氮化物、金屬有機物、汞及水，以及將C4重烴分離；所在區域存有大量液相丙烷，若設備或閥門故障泄漏遇明火變化著火、爆炸；再生器再生所需高溫再生氣，存在燙傷風險。

3.2.2 反應單元、反應后處理及冷箱單元

脫氫反應在464℃，約0.24MPa壓力下進行，溫度超過了各物料的自燃點，若發生泄漏事故，小則著火、大則可能引發爆炸。

反應熱量由加熱爐提供，加熱爐本事就存在危險性，若加熱爐存在制造上的缺陷，極易導致爐體爐管的炸裂事故。

加熱爐燃料來著反應產生尾氣及天然氣，反應系統波動將導致燃氣壓力波動，若波動幅度過大，導致燃氣壓力下降過低，及易造成爐膛回火燒壞火嘴；若爐膛操作中CO含量過高，也將存在爆炸風險。反應產品氣中的氯、水分若不在進冷箱前吸附完全，進入冷箱系統后，可能會導致分離器腐蝕、凍堵憋壓，若冷箱泄漏對人體將導致物理性凍傷，同時存在著火爆炸分險。

3.2.3 產品精餾單元

精餾區域，閥門法蘭密集，泄漏可能性較大，單元內易燃易爆物料一旦泄漏，遇明火極易發生火災、爆炸事故。

SHP 反應屬于放熱反應，床層溫度過高，會加快加氫反應，導致催化劑結焦，同時反應器內壓力也會飛升，破壞設備本體結構，造成物料大量泄漏，引發災害。

精餾區域同時也是換熱器、機泵密集區，機泵密封泄漏幾率大，若不及時發現，一旦積聚，容易發生火災及爆炸事故。

3.2.4 催化劑再生單元

氯氣主要用于CCR燒焦時防止催化劑上鉑結聚，提高金屬鉑在催化劑上的分散，從而確保催化劑的活性，氯氣為劇毒化學品，泄漏后會導致人員中毒事故。

若吹掃次數不夠或吹掃不充分，有機氣體隨催化劑循環進入含氧量較高的再生區，一旦形成的爆炸性混合氣體到達極限，同樣會引發爆炸事故。

4 相關安全措施探討

根據PDH工藝本身及生產過程中可能存在的危險性提出如下安全措施：

1）按要求嚴格投用SIS系統，可燃有毒氣體檢測報警系統，加強各安全儀表管理，關鍵參數有冗余。

2）加強DCS監控管理，每天按時巡檢，現場定時對動設備巡檢，若有異常及時匯報，每周對靜設備進行查看，確保各設備處于有效使用狀態。

3）設備、管道均應按設計要求安裝使用，必須進過探傷、打壓、吹掃、氣密合格再使用，避免雜物導致過濾器、反應器網等的堵塞。

4）能源部按規定做好各設備、管道、法蘭等的靜電接地或靜電跨接；防止物料泄露時靜電作為能量引發的火災，同時生產現場應配置靜電消除器，人員進出穿防靜電服。

5）加強DCS參數調控及PID調整，穩定關鍵參數如原料進料量、燃氣、蒸汽用量、反應溫度等參數。

6）嚴格監控氯氣的使用及硫化氫的取樣，防止引發氯氣及硫化氫中毒事故，進行相關工作時必須有人監護，同時應按要求佩戴防毒面具。

7）定期進行泄漏點排查，及時處理；暫時不能處理的做好登記，檢修時處理。

8）建立應急預案等系列資料，加強員工培訓以及預案演練。

5 結束語

PDH裝置生產工藝復雜，生產條件苛刻，在生產過程中具有很高的火災、爆炸危險性，其中反應器、加熱爐、產品氣壓縮機、冷箱等均屬于關鍵設備。其中一個出現問題必將影響彼此，通過對PDH生產過程危險性的探討，了解了PDH生產涉及的危險。提出了幾條相關安全措施，目的在于盡量避免裝置發生火災、爆炸等事故，保障裝置長穩久安。

[1] 陳建九，史海英，汪泳，等.丙烷脫氫制丙烯工藝技術[J].精細石油化工進展，2000，1（12）.

[2] 雷麗晶，包雪瑩.我國丙烯市場供應格局預期[J].化學工業，2014，32（8）.

[3] 李建.中國丙烷脫氫產業現狀分析[J].中國石油和化工經濟分析，2015，（6）：44-45.

Discussion on Propane Dehydrogenation（PDH）Propylene Process and its Risk Analysis

Jin Yong-wei

In view of the increasing trend of global demand for propylene and its derivatives，propane dehydrogenation has become the third source of propylene.This paper describes in detail the current process of industrialization of the United States UOP（Olef l ex process）of propylene dehydrogenation of propylene technology，outlined the main process of the process on the basis of the PDH production process in the risk may be analyzed；and according to the actual The situation put forward the relevant security measures to protect the device long stable.

propane dehydrogenation；propylene；olef l ex；hazard；safety measures

TQ221.212

：B

：1003–6490（2017）04–0084–02

2017–04–15

金勇威（1990—），男，浙江紹興人，助理工程師，主要研究方向為化工生產，化工安全。