新型丙烷脫氫技術的應用研究

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）

隨著國內各煉油廠聚丙烯裝置規模的不斷擴大，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生，其產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的需求。

為增加丙烯供應，近年來“丙烷脫氫技術”成為業內關注的焦點。丙烷脫氫是利用丙烷進行脫氫反應而獲得丙烯的重要方式。該技術的生產成本只與丙烷價格密切相關，主要表現在丙烯與丙烷的價格差，可幫助企業合理調節原料成本、規避市場風險［1～3］。

1 丙烷脫氫技術簡介及國內應用現狀

1.1 丙烷脫氫技術原理

原料丙烷在專用催化劑的作用下，脫氫生成丙烯與副產品氫氣。反應式：

該反應為強吸熱過程，也是平衡反應，所以，提高溫度和降低壓力有利于脫氫反應的進行，從而獲得較高的丙烷轉化率［4～6］。

1.2 國外主流丙烷脫氫技術存在問題

丙烷脫氫技術主要有霍尼韋爾UOP催化脫氫連續移動床工藝和荷蘭CBI循環多反應器系統工藝，2種技術都有較明顯的缺點。

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

CBI工藝缺點：反應器設置較多，間歇操作，操作復雜；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，對環境有污染［5～8］。

2 新型丙烷脫氫技術開發現狀及特點

2.1 技術研發背景及簡介

目前國內已經投產的丙烷脫氫項目所用催化劑幾乎全部被國外公司壟斷。國產化的新型高效丙烷脫氫制丙烯催化劑，對于打破國外技術壟斷、實現國產化具有重要的意義。

中國石油大學重質油實驗室李春義教授課題組開發出新型丙烷/異丁烷脫氫（ADHO）技術，并工業化試驗取得成功［9］，填補了國內空白。該技術特點為：采用無毒、無腐蝕、非貴金屬催化劑，并配套設計了高效循環流化床反應器，且成功實現生產過程連續進行。

2.2 ADHO技術優點

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

（2）既適用于丙烷、異丁烷單獨脫氫，也適用于丙烷與丁烷混合脫氫；

（3）反應與催化劑再生連續進行，效率高；

（4）催化劑無毒，對環境無污染；

（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定運行；

（6）催化劑機械強度高，劑耗低等。

2.3 ADHO主要技術指標

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

3 某煉油廠應用該技術可行性分析

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

3.1 自產丙烷脫氫制丙烯、增加丙烯原料

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

以該煉油廠年生產計劃為例，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，裝置負荷率僅為71.2%。所以，如果將自產的丙烷產品通過丙烷脫氫裝置進行加工，生產的丙烯產品作為聚丙烯裝置原料，可緩解聚丙烯裝置的負荷不足的運行狀態，同時降低對A煉油廠丙烯原料的依賴度。

3.2 公司聚丙烯業務優勢明顯

該煉油廠聚丙烯產能為60×104t/a，占國內總產能的3%左右，為集團公司內部最大、技術最先進的聚丙烯生產基地之一，具有明顯的優勢。而且在該煉油廠非常重視聚丙烯業務的前提下，其聚丙烯產品將會更加專用化和高端化，競爭力將會進一步提升，而充足的原料是煉油廠體現聚丙烯優勢的前提和保障。

3.3 增加氫氣內部供應

丙烷脫氫裝置副產氫氣。一方面氫氣價格昂貴，副產的氫氣并入氫氣管網，可降低公司外購氫氣的成本費用；另一方面外購氫氣時有發生中斷的事故，一旦其氫氣供應中斷，會導致加氫裝置氫源不足。如果丙烷脫氫副產的氫氣并入管網，在外購氫氣中斷發生后，可避免生產波動或停工。

4 效益測算

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

4.1 丙烷脫氫裝置效益計算

效益測算時，各原料產品價格按照年內平均價格（不含稅）進行計算［14～17］。其中，C4烯烴為液化石油氣組分，其價格與商品丙烷相同，其它價格與裝置效益計算見表1。

表1 丙烷脫氫裝置年效益計算

4.2 丙烯原料增加后聚丙烯裝置效益計算

聚丙烯裝置加工丙烯45.9×104t，其2套裝置設計負荷60×104t/a，可見聚丙烯裝置未滿負荷運行，負荷率僅為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套裝置負荷率將提升至80.8%［18］。通過效益核算數據可得，該煉油廠丙烯效益平均值為340元/t，計算得到：多加工5.8×104t丙烯原料產生的效益為1 972萬元。

4.3 綜合效益及投資回報率

（1）新建10×104t/年丙烷脫氫裝置能夠為該煉油廠帶來的效益為［9］：丙烷脫氫裝置效益+增加聚丙烯產品效益=7 473+1 972=9 445（萬元）；

（2）投資回報率：裝置預計投資為4億元，開工50個月即可收回成本。

5 結束語

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

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

（3）文中所述丙烷脫氫技術已完成工業化試驗并取得成功。目前，呼和浩特石化應用此技術在建1套30×104t/a新裝置，應密切關注其相關動態，為此項新技術的實際應用效果作出準確的計算和分析。