丙烷脫氫制丙烯的技術經濟性探討

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，主要用于生產聚丙烯、丙烯腈、乙丙烯、丙酮和環氧丙烷等，丙烯在酸性催化劑的存在下發生聚合反應，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，進行該項技術經濟性的分析和探討。

丙烷；脫氫；丙烯；工藝；經濟性

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、環氧、丙烷、丙烯酸、羧基醇和壬基酚等化工產品。近年來，丙烯下游工業的迅猛發展，帶動了國內的丙烯消費量，2008年，國內丙烯消費量是1165.7t，到2013年，丙烯消費量更創新高，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增長率為9.4%，丙烯的產能不能滿足國內的消費量，只能依靠進口解決問題。根據產業信息網發布的《2014-2019年中國丙烯產業全景調研及投資戰略咨詢報告》，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。丙烯工業化生產工藝為傳統工藝和新興工藝，傳統工藝主要包括蒸汽裂解工藝和催化裂化工藝，而丙烯均為副產品，分別受制于主產品乙烯和成品油的生產。近年來，北美頁巖氣革命導致北美裂解原料輕質化，丙烯產量增速下滑；而全球成品油需求增速穩定在1%-2%左右，丙烯產能不足問題嚴重。因此，市場逐漸關注丙烯的替代生產工藝，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、產品質量好、轉化率高、副產物少等優點，越來越成為市場追逐的生產工藝。

一、丙烷脫氫制丙烯工藝概況

丙烷脫氫制丙烯已經逐漸成為主流的制備丙烯的工業生產方法，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，產物種類簡單，便于分離產物，產物產率較高。目前比較成熟的丙烷脫氫制丙烯生產工藝是UOP公司的Oleflex工藝、ABB Lummus公司的Catofin工藝，并且已經有多套的工業應用，比如泰國、韓國和比利時等在90年代紛紛投產，建立了自己的生產基地。

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，所以經過反復實驗，工業上生產的溫度一般控制在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，得到聚合形態的丙烯。整個生產工藝分為三部分：反應，回收產物和催化劑再生。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最先開發出了Catofin工藝，使用C3-C5烷烴為原料脫氫生產單烯烴，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，反應過程穩定均勻，鉑催化劑活性高、活性時間持續較長還可以循環再生，機械強度好，在反應過程中產生了磨損較小。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，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過程。但缺點是前期需要較高的技術投資，后期的生產中能耗較高，增加了生產的成本。

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，采用循環多反應器系統，可以容易地增加產能。此外，整個生產過程的條件易于控制，溫度和壓力都比較低，容易實現，降低了能耗和成本。但缺點是反應器的數量比較多，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化到現在已有二十多年，兩種工藝催化劑已經過多代更新，但工藝本身并沒有大的變化?，F在包括我國在內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、丙烯收率高的優點，但離工業應用尚有一定距離，引進技術商談時需考慮其可持續性有競爭力的技術支持。

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