新型丙烷脫氫技術(shù)的應(yīng)用研究

盧存亮，王磊，宮靜

（中國石油大慶煉化公司研究院，黑龍江大慶163411）

隨著國內(nèi)各煉油廠聚丙烯裝置規(guī)模的不斷擴(kuò)大，保障其原料丙烯來源就顯得越來越重要。目前煉油廠的丙烯來源主要是重油裂化產(chǎn)生，其產(chǎn)量受原油加工量與重油裂化工藝影響很大，并且往往不能滿足聚丙烯裝置增產(chǎn)的需求。

為增加丙烯供應(yīng)，近年來“丙烷脫氫技術(shù)”成為業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)。丙烷脫氫是利用丙烷進(jìn)行脫氫反應(yīng)而獲得丙烯的重要方式。該技術(shù)的生產(chǎn)成本只與丙烷價(jià)格密切相關(guān)，主要表現(xiàn)在丙烯與丙烷的價(jià)格差，可幫助企業(yè)合理調(diào)節(jié)原料成本、規(guī)避市場風(fēng)險(xiǎn)［1～3］。

1 丙烷脫氫技術(shù)簡介及國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 丙烷脫氫技術(shù)原理

原料丙烷在專用催化劑的作用下，脫氫生成丙烯與副產(chǎn)品氫氣。反應(yīng)式：

該反應(yīng)為強(qiáng)吸熱過程，也是平衡反應(yīng)，所以，提高溫度和降低壓力有利于脫氫反應(yīng)的進(jìn)行，從而獲得較高的丙烷轉(zhuǎn)化率［4～6］。

1.2 國外主流丙烷脫氫技術(shù)存在問題

丙烷脫氫技術(shù)主要有霍尼韋爾UOP催化脫氫連續(xù)移動(dòng)床工藝和荷蘭CBI循環(huán)多反應(yīng)器系統(tǒng)工藝，2種技術(shù)都有較明顯的缺點(diǎn)。

UOP工藝缺點(diǎn)：對裝置原料丙烷的純度要求高（丙烷純度95%，且硫含量要低），單程轉(zhuǎn)化率和選擇性略低。

CBI工藝缺點(diǎn)：反應(yīng)器設(shè)置較多，間歇操作，操作復(fù)雜；裝置操作壓力高，能耗較大；催化劑壽命短，且使用的催化劑含鉻，對環(huán)境有污染［5～8］。

2 新型丙烷脫氫技術(shù)開發(fā)現(xiàn)狀及特點(diǎn)

2.1 技術(shù)研發(fā)背景及簡介

目前國內(nèi)已經(jīng)投產(chǎn)的丙烷脫氫項(xiàng)目所用催化劑幾乎全部被國外公司壟斷。國產(chǎn)化的新型高效丙烷脫氫制丙烯催化劑，對于打破國外技術(shù)壟斷、實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化具有重要的意義。

中國石油大學(xué)重質(zhì)油實(shí)驗(yàn)室李春義教授課題組開發(fā)出新型丙烷/異丁烷脫氫（ADHO）技術(shù)，并工業(yè)化試驗(yàn)取得成功［9］，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。該技術(shù)特點(diǎn)為：采用無毒、無腐蝕、非貴金屬催化劑，并配套設(shè)計(jì)了高效循環(huán)流化床反應(yīng)器，且成功實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程連續(xù)進(jìn)行。

2.2 ADHO技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

（1）原料不需要預(yù)處理即可直接進(jìn)裝置反應(yīng)，省去了脫硫、脫砷、脫鉛等復(fù)雜過程；

（2）既適用于丙烷、異丁烷單獨(dú)脫氫，也適用于丙烷與丁烷混合脫氫；

（3）反應(yīng)與催化劑再生連續(xù)進(jìn)行，效率高；

（4）催化劑無毒，對環(huán)境無污染；

（5）催化劑為難熔氧化物，無腐蝕性，有利于裝置長周期安全穩(wěn)定運(yùn)行；

（6）催化劑機(jī)械強(qiáng)度高，劑耗低等。

2.3 ADHO主要技術(shù)指標(biāo)

該技術(shù)烷烴轉(zhuǎn)換率為80%，氫氣收率4%，C4烯烴16%；反應(yīng)方式為循環(huán)流化床反應(yīng)，溫度為600℃。參考同類裝置，該裝置能耗為12 600 MJ/t左右［10］。

3 某煉油廠應(yīng)用該技術(shù)可行性分析

丙烷脫氫裝置原料為丙烷，產(chǎn)品為丙烯，副產(chǎn)氫氣。裝置盈利的關(guān)鍵在于丙烷與丙烯的差價(jià)，從該公司角度來看，增加效益的關(guān)鍵則在于丙烷與聚丙烯產(chǎn)品的價(jià)差［11～13］。因此，文中從丙烷原料、聚丙烯產(chǎn)品等幾個(gè)方面進(jìn)行分析。

3.1 自產(chǎn)丙烷脫氫制丙烯、增加丙烯原料

目前，該公司所產(chǎn)丙烷產(chǎn)品全部送至A煉油廠作為其裂解裝置原料，其石腦油裂解聯(lián)產(chǎn)的丙烯部分送回公司作為聚丙烯裝置原料。由于A煉油廠丙烯產(chǎn)量的60%左右內(nèi)部使用，剩余部分回供，這也是聚丙烯裝置負(fù)荷率低的主要原因。

以該煉油廠年生產(chǎn)計(jì)劃為例，聚丙烯裝置加工丙烯42.7×104t，其中從A煉油廠購買的丙烯21.6×104t，裝置負(fù)荷率僅為71.2%。所以，如果將自產(chǎn)的丙烷產(chǎn)品通過丙烷脫氫裝置進(jìn)行加工，生產(chǎn)的丙烯產(chǎn)品作為聚丙烯裝置原料，可緩解聚丙烯裝置的負(fù)荷不足的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)降低對A煉油廠丙烯原料的依賴度。

3.2 公司聚丙烯業(yè)務(wù)優(yōu)勢明顯

該煉油廠聚丙烯產(chǎn)能為60×104t/a，占國內(nèi)總產(chǎn)能的3%左右，為集團(tuán)公司內(nèi)部最大、技術(shù)最先進(jìn)的聚丙烯生產(chǎn)基地之一，具有明顯的優(yōu)勢。而且在該煉油廠非常重視聚丙烯業(yè)務(wù)的前提下，其聚丙烯產(chǎn)品將會(huì)更加專用化和高端化，競爭力將會(huì)進(jìn)一步提升，而充足的原料是煉油廠體現(xiàn)聚丙烯優(yōu)勢的前提和保障。

3.3 增加氫氣內(nèi)部供應(yīng)

丙烷脫氫裝置副產(chǎn)氫氣。一方面氫氣價(jià)格昂貴，副產(chǎn)的氫氣并入氫氣管網(wǎng)，可降低公司外購氫氣的成本費(fèi)用；另一方面外購氫氣時(shí)有發(fā)生中斷的事故，一旦其氫氣供應(yīng)中斷，會(huì)導(dǎo)致加氫裝置氫源不足。如果丙烷脫氫副產(chǎn)的氫氣并入管網(wǎng)，在外購氫氣中斷發(fā)生后，可避免生產(chǎn)波動(dòng)或停工。

4 效益測算

按照該廠生產(chǎn)丙烷外供A煉油廠6.3×104t/a，B煉油廠0.9×104t/a來計(jì)算，如果新建丙烷脫氫裝置，可將其部分轉(zhuǎn)化為丙烯，不僅增加了聚丙烯裝置丙烯原料5.8×104t，同時(shí)副產(chǎn)氫氣2 900 t和C4烯烴1.15 t。

4.1 丙烷脫氫裝置效益計(jì)算

效益測算時(shí)，各原料產(chǎn)品價(jià)格按照年內(nèi)平均價(jià)格（不含稅）進(jìn)行計(jì)算［14～17］。其中，C4烯烴為液化石油氣組分，其價(jià)格與商品丙烷相同，其它價(jià)格與裝置效益計(jì)算見表1。

表1 丙烷脫氫裝置年效益計(jì)算

4.2 丙烯原料增加后聚丙烯裝置效益計(jì)算

聚丙烯裝置加工丙烯45.9×104t，其2套裝置設(shè)計(jì)負(fù)荷60×104t/a，可見聚丙烯裝置未滿負(fù)荷運(yùn)行，負(fù)荷率僅為76.5%；如果聚丙烯裝置多加工5.8×104t丙烯原料，那么聚丙烯2套裝置負(fù)荷率將提升至80.8%［18］。通過效益核算數(shù)據(jù)可得，該煉油廠丙烯效益平均值為340元/t，計(jì)算得到：多加工5.8×104t丙烯原料產(chǎn)生的效益為1 972萬元。

4.3 綜合效益及投資回報(bào)率

（1）新建10×104t/年丙烷脫氫裝置能夠?yàn)樵摕捰蛷S帶來的效益為［9］：丙烷脫氫裝置效益+增加聚丙烯產(chǎn)品效益=7 473+1 972=9 445（萬元）；

（2）投資回報(bào)率：裝置預(yù)計(jì)投資為4億元，開工50個(gè)月即可收回成本。

5 結(jié)束語

（1）新型丙烷脫氫技術(shù)對原料的純度和雜質(zhì)含量要求不高，不僅可以加工丙烷，還可以加工C4烷烴。所以，在加工負(fù)荷允許的條件下，可以加工部分剩余C4，提高其附加價(jià)值，有利于公司C4資源的綜合利用。

（2）與該煉油廠同地區(qū)的兄弟煉油廠丙烷年產(chǎn)量不足10×104t，為提高裝置加工負(fù)荷，可購買其關(guān)聯(lián)單位生產(chǎn)的丙烷，幾公司之間均有管輸線，運(yùn)輸成本不高。新建的丙烷脫氫置加工負(fù)荷提高后，不僅可以為聚丙烯提供更多的原料，還可增加氫氣供應(yīng)。

（3）文中所述丙烷脫氫技術(shù)已完成工業(yè)化試驗(yàn)并取得成功。目前，呼和浩特石化應(yīng)用此技術(shù)在建1套30×104t/a新裝置，應(yīng)密切關(guān)注其相關(guān)動(dòng)態(tài)，為此項(xiàng)新技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果作出準(zhǔn)確的計(jì)算和分析。