丙烷脫氫制丙烯的技術經(jīng)濟性探討

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經(jīng)濟性探討

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，生成多聚體的混合物，可以用來提高汽油的辛烷值。通常采用丙烷催化脫氫制取丙烯，丙烯的產(chǎn)率可達74%-86%。通過對比常見的幾種丙烷脫氫制丙烯的技術，再結合我國的基本情況，進行該項技術經(jīng)濟性的分析和探討。

丙烷；脫氫；丙烯；工藝；經(jīng)濟性

丙烯是一種重要的石油化工中間體，主要用來制造聚丙烯、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，丙烯下游工業(yè)的迅猛發(fā)展，帶動了國內(nèi)的丙烯消費量，2008年，國內(nèi)丙烯消費量是1165.7t，到2013年，丙烯消費量更創(chuàng)新高，達到了1948.6t，平均年增長率為10.8%，而與此對應的年平均生產(chǎn)增長率為9.4%，丙烯的產(chǎn)能不能滿足國內(nèi)的消費量，只能依靠進口解決問題。根據(jù)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)發(fā)布的《2014-2019年中國丙烯產(chǎn)業(yè)全景調研及投資戰(zhàn)略咨詢報告》，我國在2012年丙烯的純進口量為215萬噸，這其中并不包括聚丙烯、丙烯腈這些下游產(chǎn)品的進口，兩者相加，我過丙烯的缺口總量達到了700萬噸。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，北美頁巖氣革命導致北美裂解原料輕質化，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)能不足問題嚴重。因此，市場逐漸關注丙烯的替代生產(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，丙烷脫氫具有技術成熟、產(chǎn)品質量好、轉化率高、副產(chǎn)物少等優(yōu)點，越來越成為市場追逐的生產(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，而且其市場占有率正在不斷增加。由于丙烷脫氫制丙烯反應原料單一，產(chǎn)物種類簡單，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)應用，比如泰國、韓國和比利時等在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

丙烷脫氫反應過程中會放出大量熱，升高反應溫度和降低分壓會促進反應進行，但是溫度太高會引起大量副反應，而且有很多有機副反應是不受到熱力學平衡的限制，所以經(jīng)過反復實驗，工業(yè)上生產(chǎn)的溫度一般控制在650℃以下，控制反應的絕對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)明的一項專利，反應條件：壓力大于0.1MPa、溫度580-650℃、使用鉑催化劑進行丙烷脫氫反應，并分離和精餾，得到聚合形態(tài)的丙烯。整個生產(chǎn)工藝分為三部分：反應，回收產(chǎn)物和催化劑再生。丙烯單程轉化率35%-40%，總收率為86%左右。整個反應能耗小，操作的復雜程度小。

2.Catofin工藝

美國公司ABB Lummus最先開發(fā)出了Catofin工藝，使用C3-C5烷烴為原料脫氫生產(chǎn)單烯烴，該技術分為4個部分：反應、壓縮、回收和精制。在該技術中，使用鉻-鋁催化劑，采用熱空氣循環(huán)方式將丙烷轉化為丙烯，設置了多個反應器，并且對催化劑實施了預熱措施。該工藝中使用的催化劑無需再生，丙烷單程轉化率約為45%，總轉化率大于85%，反應溫度控制在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工藝主要特點有：反應器是移動床，反應過程穩(wěn)定均勻，鉑催化劑活性高、活性時間持續(xù)較長還可以循環(huán)再生，機械強度好，在反應過程中產(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焦，并且可以維持脫氫反應的溫度。為了達到最好的反應結果，UOP公司還專門為Oleflex工藝配套了專利的設備和系統(tǒng)，處理原料的能力好，包括從氣田、煉廠或者乙烯裝置來的原料都可以進入反應器參與生產(chǎn)過程。但缺點是前期需要較高的技術投資，后期的生產(chǎn)中能耗較高，增加了生產(chǎn)的成本。

Catofin工藝主要特點有：采用較為廉價的鉻-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)多反應器系統(tǒng)，可以容易地增加產(chǎn)能。此外，整個生產(chǎn)過程的條件易于控制，溫度和壓力都比較低，容易實現(xiàn)，降低了能耗和成本。但缺點是反應器的數(shù)量比較多，在這個方面反而增加了能耗，升高了費用。

四、工藝經(jīng)濟性探討

Oleflex工藝和Catofin工藝是目前最成熟的技術，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，而且是技術和設備一起購買，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Oleflex工藝構成了一定的競爭力。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)過多代更新，但工藝本身并沒有大的變化?，F(xiàn)在包括我國在內(nèi)的許多研究單位對丙烷的氧化脫氫及膜反應投入較多研究，其相對于催化脫氫具有投資和消耗低、丙烯收率高的優(yōu)點，但離工業(yè)應用尚有一定距離，引進技術商談時需考慮其可持續(xù)性有競爭力的技術支持。

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

［2］薛祖源.加快國內(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［J］.國內(nèi)外石油化工快報，2004，34（9）：9-11.

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